क्या मंगल पर पहुंचेगा स्टारशिप?

लगभग 60 वर्षों के अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए, मंगल और अन्य ग्रहों के लिए उड़ान परियोजनाओं के विस्तार के कई और अलग-अलग डिग्री थे। लेकिन स्पेसएक्स प्रोजेक्ट "स्टारशिप" (स्टारशिप) निम्नलिखित कारणों से उनके बीच खड़ा है:

1. पूरी तरह से निजी पहल और वित्त पोषण, कम से कम अभी के लिए।
2. पिछले पैराग्राफ के बावजूद, तत्परता की एक उच्च डिग्री। प्रमुख तकनीकों में से एक (पुन: प्रयोज्य तरल चरण) में पहले से ही महारत हासिल है , एक प्रोटोटाइप निर्माणाधीन है, इंजन का परीक्षण किया गया है।
3. महत्वाकांक्षा। न केवल मंगल ग्रह के लिए उड़ान भरें, बल्कि एक स्थायी कॉलोनी का निर्माण शुरू करें। और भविष्य में जहाज सौ लोगों को ले जा सकता है। और मंगल तक ही नहीं।
4. परमाणु, प्लाज्मा और हाइपरस्पेस इंजनों की कमी। केवल LRE केवल कट्टर ।

क्यों "स्टारशिप" कुछ रॉकेट इंजन, हमेशा की तरह, कट के तहत करने में सक्षम होगा।

अंतरिक्ष ईंधन भरने

स्टारशिप प्रोजेक्ट की एक प्रमुख विशेषता है, रिटर्न फ्लाइट के लिए ईंधन का उत्पादन करने के लिए मार्टियन संसाधनों का उपयोग। यह कदम आपको वास्तव में समान गति से एक ही गैस स्टेशन पर एक गोल-यात्रा उड़ान की तुलना में एक रॉकेट के कोलेस्ट्रॉल को आधा करने की अनुमति देता है।


मंगल प्रत्यक्ष। दूर का जहाज लौटने योग्य है और चालक दल (निकट) के साथ जहाज के आने का इंतजार करता है, जिससे ईंधन पैदा होता है।

इस तरह का दृष्टिकोण अपने आप में कुछ नया नहीं है: मार्टियन वातावरण और हाइड्रोजन से मिथेन का उत्पादन अभी भी रॉबर्ट जुबरीन के "मार्स डायरेक्ट" प्रोजेक्ट में था। मास्क परियोजना जहाज के आकार, पुन: प्रयोज्य और अंतर-उड़ान की उच्च गति से प्रतिष्ठित है। उत्तरार्द्ध इस तथ्य का परिणाम है कि स्पेसएक्स की मदद से पुन: प्रयोज्य रॉकेट के दूसरे चरण तक पहुंचने के लिए फाल्कन -9 विधि में महारत हासिल है, लगभग 7 किमी / सेकंड की गति वृद्धि प्रदान करना आवश्यक है। और चूंकि मंगल के लिए उड़ान के लिए इसके आधार पर पुन: प्रयोज्य टैंकरों के साथ उसी दूसरे चरण को फिर से भरने की योजना है, इसलिए यह पूरी तरह से ईंधन भरने और तेजी से प्रक्षेपवक्र के साथ उड़ान भरने के लिए समझ में आता है। ईंधन की अंडरफ़िलिंग से, ईंधन टैंक में वृद्धि नहीं होगी (और ईंधन भरने की तुलना में पुन: लोड करना अधिक कठिन है, और डिब्बे रबर नहीं हैं), और टैंकरों की उड़ानें बेहद सस्ती होने की योजना है। कुल में, प्रति जहाज 6 लॉन्च की योजना बनाई गई है: जहाज का प्रक्षेपण और 5 ईंधन भरना।


मंगल ओडिसी उपग्रह के अनुसार मंगल की मिट्टी की सतह परत में हाइड्रोजन सामग्री (पानी की बर्फ के रूप में सबसे अधिक संभावना है)।

इसलिए, यह स्थानीय संसाधनों से मीथेन-ऑक्सीजन ईंधन के उत्पादन को मंगल पर तैनात करने के लिए बना हुआ है। अर्थात्: "भूजल" की खोज उपग्रहों द्वारा की गई है (सबसे अधिक संभावना है कि यह पर्माफ्रॉस्ट के रूप में है, हालांकि यह तरल भी हो सकता है) और वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड।

मीथेन का कारखाना

मीथेन उत्पादन के लिए इसे साबेटियर प्रतिक्रिया का उपयोग करना चाहिए:

CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O

अच्छी खबर यह है कि यह प्रतिक्रिया एक्सोथर्मिक है, ताकि सबेटियर रिएक्टर से गर्मी को अनुकूलित किया जा सके, उदाहरण के लिए, पेराफ्रोस्ट वाष्पीकरण के लिए। सबेटियर प्रतिक्रिया के लिए हाइड्रोजन और रॉकेट के लिए ऑक्सीजन को साबटियर प्रतिक्रिया में उत्पादित मार्टियन पानी और पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा निकाला जाना होगा।

2017 की प्रस्तुति के अनुसार, एक पूर्ण बीएफआर गैस स्टेशन में 240 टन मीथेन और 860 टन ऑक्सीजन होता है। चूंकि उस प्रस्तुति के बाद से पतवार की सामग्री बदल गई है, लेकिन इंजन और भौतिकी के कानून नहीं, हम मान सकते हैं कि प्रति टन ईंधन के ऑक्सीकरण एजेंट के 3.58 टन के अनुपात को संरक्षित किया गया है। लेकिन एक गुहा है: इलेक्ट्रोलिसिस के उत्पादन में एक किलोग्राम मीथेन का उत्पादन करने के लिए आवश्यक हाइड्रोजन की मात्रा चार किलोग्राम ऑक्सीजन देती है। इसलिए 1100 टन के बजाय, हमें 1200 का उत्पादन करने की आवश्यकता होगी। वैसे, एलएसएस में इस्तेमाल होने पर 100 टन ऑक्सीजन लगभग 100 हजार मानव-दिनों के लिए पर्याप्त होगा।

जल इलेक्ट्रोलिसिस एक तरफ ऊर्जा-खपत प्रक्रिया है, और दूसरी ओर, ठीक से डिज़ाइन किए गए इंस्टॉलेशन के साथ, इसमें लगभग 100% की दक्षता है। राउंडिंग से हमें 16 MJ प्रति किलोग्राम पानी मिलता है। या 18 एमजे प्रति किलोग्राम ऑक्सीजन का उत्पादन किया। अंतिम उत्पाद के किलोग्राम के संदर्भ में, इलेक्ट्रोलिसिस की लागत 14.4 एमजे होगी।

इलेक्ट्रोलिसिस की तैयारी के लिए पानी को डिस्टिल करने के लिए लगभग 22-30 kJ प्रति किलोग्राम पानी लगता है (मंगल पर डिस्टिलर ट्रिपल पॉइंट के पास काम कर सकता है), और आसवन की आवश्यकता केवल गंदे स्थानीय पानी के लिए होती है, ना कि साबिहियर रिएक्शन की बर्बादी के लिए, और घटकों को एक तरल अवस्था में ऑक्सीजन के लिए। 0.4 एमजे / किग्रा के भीतर रेफ्रिजरेटर की दक्षता को छोड़कर)। जहाज के डिजाइन को जाने बिना टैंक में ईंधन घटकों के तापमान नियंत्रण की लागत का सटीक अनुमान नहीं लगाया जा सकता है। इसलिए हम केवल यह मानेंगे कि हमें अंतिम उत्पाद के प्रति किलोग्राम 20 MJ की आवश्यकता है। या इलेक्ट्रोलिसिस से संबंधित लागतों के लिए +5.6 एमजे।

So. हमने प्रति किलोग्राम उत्पाद पर 20 एमजे प्रति ऊर्जा की आवश्यकता का अनुमान लगाया। एक तरफ, यह बहुत कुछ है। लेकिन दूसरी ओर, लॉन्च विंडो के बीच दो साल है, इसलिए हमारे पास 1,200 टन उत्पाद का उत्पादन करने के लिए इतना समय है। दो साल लगभग 60 मिलियन सेकंड के होते हैं, इसलिए ईंधन "संयंत्र" की औसत उत्पादकता होनी चाहिए ... प्रति सेकंड 20 ग्राम। क्योंकि "कारखाना" और उद्धरण चिह्नों में। औसत बिजली की खपत 400 किलोवाट होगी।

एक परमाणु रिएक्टर गायब हो जाता है - सभी वास्तविक जीवन अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा संयंत्रों के पास आवश्यकता से कम परिमाण के दो विद्युत प्रवाह थे। स्पेसएक्स ने आवश्यक विशिष्ट शक्ति के साथ परमाणु ऊर्जा संयंत्र के विकास को भी नहीं खींचा। लेकिन मास्क में सोलर पैनल बनाने वाले पूर्व सौर शहर के साथ टेस्ला है।


सोवियत अंतरिक्ष परमाणु ऊर्जा संयंत्र। पुखराज -100 / 40 परियोजना अंतरिक्ष में नहीं पहुंची। और हर कोई, इसे हल्के ढंग से रखने के लिए, अधिकतम शक्ति मोड में ऑपरेशन की अवधि से प्रेरित नहीं है

अच्छी खबर यह है कि ईंधन संयंत्र को बफर बैटरी की आवश्यकता नहीं है। रॉकेट ईंधन का उत्पादन बैटरी चार्जिंग है। तो यह 400 केडब्ल्यू की औसत शक्ति प्रदान करने के लिए आवश्यक सौर पैनलों के केवल क्षेत्र की गणना करने के लिए पर्याप्त है, औसत दैनिक चक्र को ध्यान में रखते हुए।

औसतन, मार्टियन वर्ष के दौरान, सौर स्थिर लगभग 600 डब्ल्यू / एम 2 सामान्य है। हम मानते हैं कि SBs किसी दिए गए अक्षांश के लिए इष्टतम स्थिति में गड्ढा के ढलान पर स्थित हैं - यह भी उन्हें पृथ्वी पर माउंट करने का मुख्य तरीका है। धूल के तूफान को छोड़कर, प्रति वर्ग मीटर पर 191 वाट प्रकाश (600 / पीआई) औसत मार्टियन दिवस पर पड़ता है। तूफानों का हिसाब करने के लिए, हम 0.7 के गुणांक का परिचय देते हैं (मैं मार्टियन मौसम विज्ञान नहीं जानता, लेकिन वे शायद ऐसी जगह का चयन करेंगे जहां कम धूल हो)। नतीजतन, 20% की दक्षता के साथ, हमें प्रति दिन औसतन 26 वाट प्रति वर्ग मीटर मिलता है। फिर से, सुविधा और विश्वसनीयता के लिए, हम राउंड ऑफ करते हैं, लेकिन इस बार नीचे - 20 डब्ल्यू / एम 2 तक। आवश्यक 400 किलोवाट के लिए, 20,000 वर्ग मीटर या 2 हेक्टेयर सौर पैनलों की आवश्यकता होगी। आधुनिक घरेलू और सार्वजनिक सुरक्षा सेवाओं में, विशिष्ट गुरुत्वाकर्षण लगभग 10 किग्रा / एम 2 है। पृथ्वी पर छत पर बढ़ते हुए बॉक्स के साथ, जहां हवा का दबाव मार्टियन की तुलना में अधिक मजबूत है। जबकि इस बॉक्स के डिज़ाइनरों ने इसे वज़न न होने के कारण इसे अनुकूलन क्षमता के लिए अनुकूलित किया था। लचीले सौर कोशिकाओं (घरेलू उद्देश्यों के लिए फिर से) में 3.5 किलो / एम 2 की एक विशिष्ट गुरुत्व है। मंगल ग्रह पर, उन्हें केवल जमीन पर लुढ़काया जा सकता है - 6 mbar के दबाव पर, हवा उन्हें दूर नहीं ले जा सकती है। लेकिन यह उन धूल को लाने में सक्षम होगा जिन्हें रोबोटों द्वारा उड़ा दिया जाएगा या बह जाना होगा या खुद अंतरिक्ष यात्रियों द्वारा (आत्मा को "धूल भरे शैतान" के लिए इंतजार करना होगा)।


पृथ्वी के लिए लचीले सत

लेकिन मान लीजिए, तारों के साथ-साथ, हमारे सौर ऊर्जा संयंत्र का वजन अभी भी 10 किलोग्राम प्रति मीटर है। आवश्यक 2 हेक्टेयर बैटरी के लिए, हमें 200 टन की आवश्यकता है। इस तथ्य के बावजूद कि मंगल पर योजना के अनुसार, शुरुआत में 2 मानवरहित जहाज शुरू होते हैं, और अगली खिड़की में - 2 कार्गो और 2 में 10 से अधिक लोगों के चालक दल के साथ काम किया जाता है। मंगल की सतह पर कुल 6 जहाज और 600 से 900 टन। पहला आंकड़ा इस धारणा से प्राप्त होता है कि वे 150 टन कार्गो टैंकों तक पहुंचने में सक्षम नहीं होंगे या (और पूरी तरह से अस्तित्व में आईओ पर 100 टन मिसाइलें) नहीं कर पाएंगे। आवश्यकता से कम से कम 3 गुना अधिक।

लेकिन ईंधन कारखाने के अलावा, ऊर्जा की भी आवश्यकता होगी ...

LSS

सबसे पहले, यह मुख्य बात है: रूस स्पेसएक्स के बिना स्पेसएक्स को छोड़ने में सक्षम नहीं होगा। तथ्य यह है कि शटल डब्ल्यूसीएस की तुलना में सोवियत अंतरिक्ष शौचालय की विश्वसनीयता सोवियत शीर्ष-गुप्त तकनीकों के कारण नहीं थी, लेकिन इस तथ्य से कि अमेरिकियों ने अंतरिक्ष यात्री से दूर मल को खाली करने की प्रक्रिया को स्वचालित करने की कोशिश करके अपनी प्रणाली को जटिल कर दिया। जो रुकावटों और अन्य "खुशियों" की ओर जाता है। जबकि सोवियत-रूसी अंतरिक्ष-सॉसेज में, हवा का प्रवाह केवल यह सुनिश्चित करता है कि मल को छिद्रित बैग की सतह के खिलाफ दबाया गया था, जिसे उपयोग के बाद हाथ से संग्रहीत किया जाना चाहिए। स्काईलैब पर, अमेरिकियों के पास एक और भी सरल प्रणाली थी जिसमें मल बैग वायुरोधी था और कचरे के उत्पादों को अपनी उंगलियों (विशेष बैग का उपयोग करके) को बैग में गहराई से धकेलने की आवश्यकता थी, लेकिन इसमें मूत्र पंप करने की प्रणाली थी। स्पेसएक्स दोनों स्काईलैब टॉयलेट की ड्राइंग को बढ़ा सकता है (जो कि पैकेज के साथ अतिरिक्त जोड़तोड़ की आवश्यकता के बावजूद, रूसी एक से भी अधिक विश्वसनीय है) और एयर स्ट्रीम के साथ बैग में कचरे को दबाने के साथ संघ के अपने स्वयं के एनालॉग को विकसित करता है।


सोवियत अंतरिक्ष शौचालय की योजना। मूत्र हवा की एक धारा के साथ एक पाइप से गुजरता है, मल 5 नंबर के साथ डिब्बे में रहता है, हवा की एक धारा द्वारा दबाया जाता है।


शटल अमेरिकी शौचालय। प्रणाली की अधिक जटिलता (और निचली विश्वसनीयता) एक ही धारा में मल को निकालने के प्रयास से जुड़ी है जो मूत्र ले गई थी।

हम कूड़ा निस्तारण से लेकर अन्य मानवीय जरूरतों को पूरा करेंगे। जैसा कि तालिका ( यहां से लिया गया ) से देखा जा सकता है, 500 दिनों तक चलने वाली उड़ान के लिए 6 लोगों के चालक दल की आवश्यकता (जो कि स्टारशिप पर मार्टियन मिशन की अपेक्षित अवधि से थोड़ी कम है) को 58 टन ऑक्सीजन, भोजन और पानी की आवश्यकता होगी। जिसमें से पानी 50 टन है।



सिद्धांत रूप में, "स्टारशिप" उड़ान के तेज प्रक्षेपवक्र को ध्यान में रखते हुए (समय टकराव के प्रकार पर निर्भर करता है, लेकिन औसतन 115 दिन), जहाज पर पानी की आपूर्ति का प्रबंधन करना संभव है। लेकिन चूंकि मार्टियन संयंत्र को अभी भी इलेक्ट्रोलिसिस (यानी, इसकी शुद्धि और आसवन) के लिए स्थानीय पानी तैयार करने के लिए एक प्रौद्योगिकी के विकास की आवश्यकता होती है, इसलिए इसे पुनर्जीवित करना संभव है।

मीर स्टेशन के लिए यूएसएसआर में विकसित जल वसूली प्रणाली का वजन 6 के चालक दल के 2.4 टन था। इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा ऑक्सीजन के उत्पादन के लिए मूत्र से बरामद पानी का उपयोग करने के मामले में (प्रति दिन मूत्र का द्रव्यमान लगभग उसी समय ऑक्सीजन की मानवीय आवश्यकता के साथ मेल खाता है), मुख्य उपभोक्ता फिर से 18 किलोग्राम प्रति किलोग्राम उत्पाद के साथ इलेक्ट्रोइज़र होगा। प्रति व्यक्ति प्रति दिन ऑक्सीजन के बारे में एक किलोग्राम की आवश्यकता होती है, जो इलेक्ट्रोलाइजर 208 डब्ल्यू प्रति व्यक्ति द्वारा खपत की गई शक्ति देता है। आसवन, मैं दोहराता हूं, वैक्यूम की उपस्थिति में लगभग 22 kJ प्रति किलोग्राम की आवश्यकता होती है, जो इलेक्ट्रोलिसिस लागत की पृष्ठभूमि के खिलाफ नगण्य है, यहां तक ​​कि घरेलू पानी की अधिक मात्रा को ध्यान में रखते हुए। प्रति व्यक्ति 300 वाट की ऊर्जा मांग को स्वीकार करने, प्रकाश व्यवस्था और चार्जिंग टैबलेट (अंतरिक्ष के नक्शे के साथ, हाँ) सहित, हमें 100-सीटर जहाज के लिए 30 किलोवाट मिलता है। यह आधुनिक संचार उपग्रहों (प्रति उपग्रह 15 किलोवॉट तक) की बिजली आपूर्ति से केवल दोगुना है। मंगल पर पहुंचने पर, ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस की लागत बंद हो जाती है - ईंधन संयंत्र पहले से ही प्रति ईंधन भरने के लिए 100 अतिरिक्त टन ऑक्सीजन का उत्पादन करता है।

और विकिरण

उसका खतरा बहुत बढ़ा चढ़ा है। अंतरिक्ष में, विकिरण के दो स्रोत हैं: सूर्य, जो अपेक्षाकृत कम ऊर्जा वाले कणों को देता है, लेकिन केवल एक दिशा से विकिरण होता है, और जीकेआई, हर जगह से उच्च-ऊर्जा कणों की छोटी मात्रा के साथ "चमकता" है। तदनुसार, आप अपने आप को सूर्य से केवल लेआउट द्वारा संरक्षित कर सकते हैं - गैर-आवासीय डिब्बों को चालू करके। वास्तव में, यह योजनाबद्ध है, जैसा कि स्टारशिप पर एसबी के कम से कम स्थान द्वारा दर्शाया गया है (चित्र देखें)। जीकेआई को सहना आसान है, क्योंकि उड़ान एक तेज गति से गुजरती है। उड़ान के दौरान प्राप्त जीकेआई की खुराक एक तरफ परमाणु उद्योग में सांसारिक श्रमिकों के मानदंडों से अधिक है, लेकिन दूसरी तरफ यह भी जीर्ण विकिरण बीमारी के विकास के लिए आवश्यक से कई गुना कम है।


इसके बाद रेंडर ITS। मामला अब अलग है, लेकिन एसबी का स्थान एक ही है।