Как побыстрее добраться до Марса и обратно к Земле

[Птыц]

То есть это означает что невозможно создать мощный Ионный двигатель тяга у которого был ну скажет 10 тонн? Чтоб он (то есть корабль с такими двигателями) свободно стартовал с поверхности Земли?

Проблема не только в создании ЭРДУ большой тяги. Проблема еще в создании легких высокомощных источников энергии.

Электрическая мощность источника должна быть (при 100% КПД двигателя): W=½FV, где F – тяга двигателя, V – скорость истечения. В вашем примере тяга 9.81*10⁴Н. Пусть скорость истечения не превосходит скорости современных химических ракет – 4*10³м/с.
Тогда необходимая мощность (приблизительно) – 2*10⁸Ватт или 200МВт или 270тыс.л.с.

В качестве примера можно привести атомную подводную лодку "Огайо", две паровые турбины которой дают 60тыс.л.с.

Таким образом, атомный реактор, тепловая машина, холодильник и электрогенераторы дающие мощность 200МВт в 10 тонн не помещаются.

[Птыц]

Если я это все правильно понял и если я хорошо помню физику и астрономию то здесь вы написали что когда корабль летит к Марсу в течении 7 месяцев то его скорость равна примерно 41 км\сек, правильно? То есть орбитальная скорость Земли=30 км\сек, плюс к этому вторая космическая скорость-11,2 км\сек и получается примерно 41 км\сек. С этой скоростью корабли обычно летят к Марсу в течении примерно 7 месяцев , все верно?

Скачайте Левантовского. Даже если не осилите формулы, там есть таблицы, которые дадут вам ответы на поставленные вопросы.

Например, для того чтобы выйти на самую экономичную траекторию полета к Марсу нужна скорость на уровне поверхности Земли 11.567км/с (вторая космическая 11.186км/с). Это дает 2.945км/с после выхода из сферы действия Земли или 32.729км/с относительно Солнца (скорость Земли относительно Солнца – 29.785км/с).
Разумеется это скорость без учета торможения в атмосфере Земли и гравитационных потерь при изменении траектории.
См. с. 318.

[MARS9]

AstroNick

Нет, это не так! Орбитальная скорость Земли (30 км/с) действительно передаётся КА, но 11.2 км/с, необходимые для отрыва от Земли, большей частью "съедаются" притяжением Земли при удалении от неё КА! Поэтому правильнее сказать, что после отрыва от Земли КА будет иметь скорость, немного большую орбитальной скорости Земли, благодаря чему и будет двигаться по эллиптической орбите с перигелием и Земли и афелием у Марса. Естественно, по мере приближения к Марсу (и, соответственно, удаления от Солнца), скорость КА будет постепенно уменьшаться.

Птыц

Например, для того чтобы выйти на самую экономичную траекторию полета к Марсу нужна скорость на уровне поверхности Земли 11.567км/с (вторая космическая 11.186км/с). Это дает 2.945км/с после выхода из сферы действия Земли или 32.729км/с относительно Солнца (скорость Земли относительно Солнца – 29.785км/с).

Хорошо, понятно. А как можно вычислять насколько уменьшится скорость КА после того как ракета-носитель даст ему Вторую Космическую скорость? То есть сколько процентов скорости КА "съедает" Земная Гравитация? 

[MARS9]

То есть это означает что невозможно создать мощный Ионный двигатель тяга у которого был ну скажет 10 тонн? Чтоб он (то есть корабль с такими двигателями) свободно стартовал с поверхности Земли?

Проблема не только в создании ЭРДУ большой тяги. Проблема еще в создании легких высокомощных источников энергии.

Электрическая мощность источника должна быть (при 100% КПД двигателя): W=½FV, где F – тяга двигателя, V – скорость истечения. В вашем примере тяга 9.81*10⁴Н. Пусть скорость истечения не превосходит скорости современных химических ракет – 4*10³м/с.
Тогда необходимая мощность (приблизительно) – 2*10⁸Ватт или 200МВт или 270тыс.л.с.

В качестве примера можно привести атомную подводную лодку "Огайо", две паровые турбины которой дают 60тыс.л.с.

Таким образом, атомный реактор, тепловая машина, холодильник и электрогенераторы дающие мощность 200МВт в 10 тонн не помещаются.

Странно! Если так то выходит что ДАЖЕ ядерный реактор не поможет для того чтоб взлетать с поверхности Марса! Интересно как же планируют полет на Марс?

[Птыц]

Птыц

Например, для того чтобы выйти на самую экономичную траекторию полета к Марсу нужна скорость на уровне поверхности Земли 11.567км/с (вторая космическая 11.186км/с). Это дает 2.945км/с после выхода из сферы действия Земли или 32.729км/с относительно Солнца (скорость Земли относительно Солнца – 29.785км/с).

Хорошо, понятно. А как можно вычислять насколько уменьшится скорость КА после того как ракета-носитель даст ему Вторую Космическую скорость? То есть сколько процентов скорости КА "съедает" Земная Гравитация? 

Ракета-носитель (РН) дает объекту вторую космическую скорость относительно Земли (т.е. 11.186км/с). По определению на бесконечности скорость объекта станет нулевой относительно Земли. Практически она станет мало отличимой от нулевой на расстоянии 0.01 а.е. И объект никуда не долетит.

Если РН даст скорость выше второй космической, то скорость объекта по выходу из гравитационного поля Земли находится из закона сохранения энергии. Т.е. (11.567²-11.186²)^½=2.944. Что и было написано (как 2.945, т.к. расчеты скоростей в книге велись точнее).

Скорость относительно Солнца – это просто векторная сумма скоростей. При полете по гомановским траекториям (которые я и рассматривал) вектор скорости объекта относительно Земли и Земли относительно Солнца либо сонаправлены (внешние планеты), либо направлены в противоположные стороны (внутренние планеты).

[Jugger]

Странно! Если так то выходит что ДАЖЕ ядерный реактор не поможет для того чтоб взлетать с поверхности Марса! Интересно как же планируют полет на Марс?

Для взлета с поверхности Марса подходят обычные химические двигатели, на керосине там, водороде или чем то еще
Они поднимут махину с реактором туда где гравитация Марса слабая, а там включатся ионники к примеру

[Птыц]

Странно! Если так то выходит что ДАЖЕ ядерный реактор не поможет для того чтоб взлетать с поверхности Марса! Интересно как же планируют полет на Марс?

Взлет с Марса планировали на обычных химических движках. Точно также, как взлет с Земли.

Предполагалось, что можно будет уменьшить массу за счет применения ЭРДУ для набора кораблем скорости отлета с орбиты Земли и с орбиты Марса. И может быть даже уменьшить время полета. Питание ионных движков планировалось от очень легких СБ или от ядерного реактора.

Все эти проекты до стадии технического проектирования не дошли.

Также были идеи использования ЯРД, в которых рабочее тело нагревается непосредственно от ядерного реактора в выбрасывается через сопло. В них можно достигнуть более высокой скорости истечения по сравнению с ЖРД за счет применения более легкого (в расчете на моль) рабочего тела – водорода (2г/моль против 18г/моль у воды). Но дальше наземных испытаний прототипов двигателей дело также не пошло.

ЯРД могут создать существенно большую тягу на единицу веса, чем ионные двигатели. В них нет тепловой машины, холодильника etc. Но тяга на единицу веса будет все равно меньше чем у химических ракет (реактор все равно придется возить).

[Птыц]

Странно! Если так то выходит что ДАЖЕ ядерный реактор не поможет для того чтоб взлетать с поверхности Марса! Интересно как же планируют полет на Марс?

Для взлета с поверхности Марса подходят обычные химические двигатели, на керосине там, водороде или чем то еще
Они поднимут махину с реактором туда где гравитация Марса слабая, а там включатся ионники к примеру

Скорее всего, махину с реактором выгоднее оставить на орбите вокруг Марса. Чтобы топливо зря не тратить.

Кстати, те же американцы рассматривали возможность привезти на Марс водород и химический конвертор. Получить метан и кислород из привезенного водорода и углекислого газа атмосферы. И использовать метан и кислород как горючее для взлета. Выгода – нужно везти меньшую массу.

[Jugger]

Хотя насколько оправданно мудрить с реактором чтобы лететь до Марса
По моему лучше лететь на обычных химических двигателях на ракете побольше, ведь оно до Марса не так и долго лететь будет, если полгода там, с ионников толку много не будет
Лучше собрать аппарат на земной орбите, выводя несколькими ракетами отдельно несколько ступеней и собственно аппарат с космонавтами

[Птыц]

Хотя насколько оправданно мудрить с реактором чтобы лететь до Марса
По моему лучше лететь на обычных химических двигателях на ракете побольше, ведь оно до Марса не так и долго лететь будет, если полгода там, с ионников толку много не будет
Лучше собрать аппарат на земной орбите, выводя несколькими ракетами отдельно несколько ступеней и собственно аппарат с космонавтами

Можете поискать, но мне помнится что разница в массе около двух раз.

[Jugger]

Хотя насколько оправданно мудрить с реактором чтобы лететь до Марса
По моему лучше лететь на обычных химических двигателях на ракете побольше, ведь оно до Марса не так и долго лететь будет, если полгода там, с ионников толку много не будет
Лучше собрать аппарат на земной орбите, выводя несколькими ракетами отдельно несколько ступеней и собственно аппарат с космонавтами

Можете поискать, но мне помнится что разница в массе около двух раз.

Разница между чем и чем ?

[Птыц]

Можете поискать, но мне помнится что разница в массе около двух раз.

Разница между чем и чем ?

Между системой на ЖРД и системой на ЖРД и ЭРДУ с питанием, по-моему, от тонкопленочных солнечных батарей.

[Jugger]

Можете поискать, но мне помнится что разница в массе около двух раз.

Разница между чем и чем ?

Между системой на ЖРД и системой на ЖРД и ЭРДУ с питанием, по-моему, от тонкопленочных солнечных батарей.

А, ну масса это одно, а ЭРДУ еще разработать надо, реактор или солнечные батареи больших масштабов ведь не использовались еще в космосе
А ракеты с химическими двигателями вовсю используются, принципиально нового разрабатывать не надо

[Птыц]

А, ну масса это одно, а ЭРДУ еще разработать надо, реактор или солнечные батареи больших масштабов ведь не использовались еще в космосе
А ракеты с химическими двигателями вовсю используются, принципиально нового разрабатывать не надо

Так как никто на Марс не спешит, для разработки, imho, достаточно времени.

[AstrOleh]

Stellarium ... окно местоположения ... выбираем Марс  ... и обратно

[MARS9]

Птыц

Например, для того чтобы выйти на самую экономичную траекторию полета к Марсу нужна скорость на уровне поверхности Земли 11.567км/с (вторая космическая 11.186км/с). Это дает 2.945км/с после выхода из сферы действия Земли или 32.729км/с относительно Солнца (скорость Земли относительно Солнца – 29.785км/с).

Хорошо, понятно. А как можно вычислять насколько уменьшится скорость КА после того как ракета-носитель даст ему Вторую Космическую скорость? То есть сколько процентов скорости КА "съедает" Земная Гравитация? 

Ракета-носитель (РН) дает объекту вторую космическую скорость относительно Земли (т.е. 11.186км/с). По определению на бесконечности скорость объекта станет нулевой относительно Земли. Практически она станет мало отличимой от нулевой на расстоянии 0.01 а.е. И объект никуда не долетит.

Если РН даст скорость выше второй космической, то скорость объекта по выходу из гравитационного поля Земли находится из закона сохранения энергии. Т.е. (11.567²-11.186²)^½=2.944. Что и было написано (как 2.945, т.к. расчеты скоростей в книге велись точнее)

Интересная формула значит если на место первого числа поставить любую скорость который теоретически может развить корабль то можно так легко вычислять ту скорость который будет у корабля после выхода из сферы действия Земли, верно? Вот например РН дал корабля скорость 14 км\сек, выходит (14²-11.186²)^½= 8,41 км\сек, все верно?

[MARS9]

Странно! Если так то выходит что ДАЖЕ ядерный реактор не поможет для того чтоб взлетать с поверхности Марса! Интересно как же планируют полет на Марс?

Для взлета с поверхности Марса подходят обычные химические двигатели, на керосине там, водороде или чем то еще
Они поднимут махину с реактором туда где гравитация Марса слабая, а там включатся ионники к примеру

Интересно но ведь доля топлива\окислителя в массе ракеты (propellant mass fraction) все-таки будет высокий не так ли? Конечно не совсем таким высоким как на Земле (90 % примерно) но все-таки.....не легко будет посадить такой космический корабль на Марсе (можно ли посадить с орбиты Земли ракету? По-моему никто пока не пробовал)  
 
 
 
 
 
Еще вот что интересует:
1. Когда запускают космический корабль к направлении Марса, то его скорость будет уменьшаться  под действием Земной гравитации и оно составит (как здесь сказали) примерно 2.945км/с после выхода из сферы действия Земли. Эта сфера если точно помню где силы притяжение Земли и Солнца равны, верно? На каком расстоянии это точка находиться от Земли?

2. Когда корабль отправляется к Марсу то он потом входит в его атмосферу и тормозиться. Естественно что этот скорость не может быть слишком высоким а то никакая защита не спасет корабль от сгорании. Так вот вычислена ли предельная скорость с которым корабль может войти в атмосферу Марса для торможении чтоб он не сгорел?

[Jugger]

Интересно но ведь доля топлива\окислителя в массе ракеты (propellant mass fraction) все-таки будет высокий не так ли? Конечно не совсем таким высоким как на Земле (90 % примерно) но все-таки.....не легко будет посадить такой космический корабль на Марсе (можно ли посадить с орбиты Земли ракету? По-моему никто пока не пробовал)  

По идее высоким будет, но думаю в рамках реального
И от Земли нужно лететь кораблем приличных размеров
А  еще можно оставить на марсианской орбите собственно ступени которые будут разгонять аппарат по пути на Землю, тогда при взлете с Марса аппарату надо будет только набрать марсианскую первую космическую, не поднимая при этом кучу топлива с поверхности Марса

А ракету посадить вроде ничего сложного нет, сначала парашютами притормозить, а у поверхности реактивной тягой, и сориентировать её как надо мелкими там двигателями или аэродинамическими формами или там центр тяжести разместить снизу, чтоб на бок не упала

[Птыц]

Интересная формула

Просто закон сохранения энергии.

значит если на место первого числа поставить любую скорость который теоретически может развить корабль то можно так легко вычислять ту скорость который будет у корабля после выхода из сферы действия Земли, верно? Вот например РН дал корабля скорость 14 км\сек, выходит (14²-11.186²)^½=8,41 км\сек, все верно?

Совершенно верно.
Например, для того чтобы достичь Солнца нужно, чтобы объект у поверхности Земли имел скорость 29.151 км/с. При выходе из сферы действия гравитационного поля Земли остается 26.919 км/с. Относительно Солнца скорость будет 29.785-26.919=2.866 км/с (направление скорости объекта от поверхности Земли противоположно направлению скорости обращения Земли вокруг Солнца).

[Птыц]

Интересно но ведь доля топлива\окислителя в массе ракеты (propellant mass fraction) все-таки будет высокий не так ли? Конечно не совсем таким высоким как на Земле (90 % примерно) но все-таки.....не легко будет посадить такой космический корабль на Марсе (можно ли посадить с орбиты Земли ракету? По-моему никто пока не пробовал)

1)  РН взлетающая с Марса на орбиту вокруг Марса должна дать объекту скорость не меньше 3.555 км/с (пренебрегаем аэродинамическими и гравитационными потерями). Пусть удельный импульс двигателя 400с (3924 м/с). По формуле Циолковского получаем 1-1/e^3.555/3.924=59.6% должна быть доля топлива+окислителя. Т.е. можно взлететь на одноступенчатой РН.

2) При посадки с гомановской траектории без выхода на орбиту вокруг Марса скорость входа в атмосферу Марса 5.7 км/с. С орбиты Марса – 3.6 км/с. Это означает, что посадка должна осуществляться также как на Земле. Т.е. торможение аэродинамическим экраном (+абляционное покрытие etc). Затем парашюты, потом тормозная двигательная установка. Никто никогда не сажал большую массу таким образом. Тем более начиненную "взрывчаткой". И для которой нужна не слишком большая масса конструкции (менее 40%)