-Robert Heinlein
Wynoszenie sprzętu na orbitę jest najważniejszym etapem podróży kosmicznej. Zmniejszenie kosztów tego procesu jest ważnym krokiem na drodze otworzenia przed ludzkością podwoi układu słonecznego. Niektórzy twierdzą, że wysoki koszt osiągania niskiej orbity okołoziemskiej (LEO) jest jedyną przeszkodą na drodze kolonizacji kosmosu ale ja się z tym poglądem nie zgadzam.
SpaceX, prywatna firma zajmująca się lotami kosmicznymi, wystrzeliła swoją pierwszą rakietę Falcon 9 na niską orbitę okołoziemską w czerwcu 2010. Nie był to ich pierwszy sukces, wcześniej kilka razy z powodzeniem wystrzelili rakietę Falcon 1 (były też dwie porażki jeśli dobrze pamiętam). Elon Musk, prezes firmy, jej założyciel i główny udziałowiec wyznaje nadzieję, że uda mu się obciąć koszty umieszczania kilograma na orbicie 10-krotnie w porównaniu z obecnymi, które wynoszą z reguły $10 000-20 000. Chociaż wyjaśniając sposób w jaki zamierza to zrobić, podkreśla znaczenie wielokrotnego używania swoich rakiet oraz redukcję kosztów administracyjnych, ja sądzę że najbardziej do osiągnięcia tego celu może się przyczynić fakt, że czerpie garściami z następujących metod, które od dekad stosują rosjanie:
- używanie nafty zamiast kriogenów (z którymi trzeba się ostrożnie obchodzić, zwłaszcza z ciekłym wodorem) jako paliwa rakietowego (nie chodzi mi tu o koszt paliwa, który jest malutkim odsetkiem, zazwyczaj mniejszym niż 1%, całkowitych kosztów lotu)
- kładzenie nacisku na niezawodność i sprawdzone metody zamiast popychania naprzód granic technologicznych
- ogólna prostota konstrukcji, filozofia 'big dumb booster'
i które pozwoliły im osiągnąć zaskakująco dużo na ich żebraczym budżecie. Widać, że jak na razie SpaceX wzoruje się na amerykańskich Saturnach i rosyjskich Soyuzach, chociaż wyglądem Falcon 9 najbardziej przypomina Delta IV.
Z powyższego widać, że Falcon 9 - S9 ma osiągać koszt $3000/kg do LEO ale nie został jeszcze ani razu wystrzelony. Jak na razie rakiety SpaceX to bardzo konserwatywne, wolne od niepotrzebnego ryzyka konstrukcje.
===DYGRESJA===
Warto w tym miejscu podkreślić, że nadzieje wzbudzane w niektórych przez prywatną firmę Virgin Galactic i inne oferujące w bliskiej przyszłości prywatne loty sub-orbitalne są płonne. Virgin Galactic oferuje podróż na wysokość 100 km i kilka minut stanu nieważkości za $200 000. To bardzo skromna suma w porównaniu z kosztami związanymi z typowymi lotami kosmicznymi. Chociaż może się wydawać, że stąd do pełnej orbity już tylko mały krok, wystarczy znajomość fizyki ze szkoły średniej (nawet ja dam radę!), aby zrozumieć że między lotami sub-orbitalnymi a orbitalnymi istnieje wielka przepaść. Zignorujemy wpływy oporu atmosferycznego i strat grawitacyjnych (które bardziej wpływają na wymogi lotów suborbitalnych). Zignorujemy też równanie rakietowe (którego wykładniczy charakter DUŻO bardziej wpływa na wymogi lotów orbitalnych). Aby wynieść jeden kilogram na wys. 100 km potrzeba Ep=mgh energii; podstawiając nasze liczby uzyskujemy:
Ep=1[kg]*10[m/s^2]*100 000[m]= 1 000 000[kg*m^2/s^2], tj. 1 megadżul energii
Dla osiągnięcia orbity Ep musi być większe, ponieważ żeby uniknąć poważnego oporu atmosferycznego dobrze jest znajdować się jakieś 400 km nad powierzchnią Ziemi, czyli Ep mnożymy przez 4. Szybkość orbitalna dla Ziemi to około 8 km/s. Aby wynieść jeden kilogram na pełną orbitę potrzeba Ep=mgh + Ek=mv^2/2 energii; podstawiając nasze liczby uzyskujemy:
Ek=1[kg]*8000^2[m/s]^2/2=32 000 000[kg*m^2/s^2] + 4*Ep, tj 32 megadżule energii
Nie twierdzę, że to ilość wymaganej energii przyczynia się bezpośrednio do różnicy kosztów, ponieważ tak nie jest. Chodzi mi tylko o to, że konstrukcje wymagane do osiągnięcia orbity wymagają innych podejść inżynieryjnych. Dlatego głoszenie, że łagodne wyskalowanie, czy zwiększenie zapasów paliwa w pojeździe sub-orbitalnym umożliwi mu osiągnięcie orbity jest błędne.
===/DYGRESJA===
Elon Musk ma łeb na karku i wie skąd brać przykład. Teoretycznie nie ma żadnych przeszkód żeby koszt wysyłania kg na LEO jeszcze dalej zmniejszyć, nawet do jednej setnej obecnych kosztów. Nie przypominam sobie żeby Musk coś mówił o takich celach, ale jestem pewien że nie leżą one poza jego ambicjami. Żadne prawa fizyki tego nie zabraniają. Arthur Clarke i Stanley Kubrick spodziewali się, że właśnie to nastąpi do roku 2001 pisząc scenariusz do Odysei Kosmicznej 2001.
Smukły wahadłowiec Orion III z podobnym układem delta skrzydeł do rzeczywistego wahadłowca, miał się do tego częściowo przyczynić. Samolot kosmiczny osiągał orbitę za pomocą 900-tonowej rakiety nośnej wielokrotnego użytku, leżąc na jej grzbiecie i startując poziomo, z pasa startowego, w przeciwieństwie do rzeczywistego wahadłowca, który startuje pionowo.
Oba człony używają przyjaznych dla środowiska rakiet wodorowych, takich samych jak te, których używa rzeczywisty wahadłowiec, z tą drobną różnicą, że rakiety Oriona to Aerospike'i. Skrzydlaty 900-tonowy behemot jest jednym wielkim zbiornikiem i zawiera większość paliwa potrzebnego do osiągnięcia orbity. W książce Orion był mały, ważył 32 tony pusty i prawie 60 ton zatankowany (w porównaniu z rzeczywistym wahadłowcem, który waży ponad 70 ton, a z ładunkiem jakieś 100 ton) i istniał w dwóch wersjach: Orion II, który wynosił na orbitę 12 ton (w porównaniu z rzeczywistym wahadłowcem, który wynosi ponad 25 ton), oraz Orion III, który mieścił 30 pasażerów. W filmie Orion III mieści więcej pasażerów i jest dużo większy, niemal długości Boeinga 747, ale jest od niego dużo smuklejszy:
Oba obrazki są w tej samej skali i pochodzą z doskonałej strony Starship Dimensions
Szukałem też porównania Oriona III z rzeczywistym wahadłowcem ale nie ma go na stronie, więc trzeba się zadowolić tym:
Koszt jednego lotu Oriona III wynosił w książce milion dolarów. Warto zauważyć, że w filmie poprawnie przewidziano skutki 100-krotnego zmniejszenia kosztów lotów w kosmos. Nasza stacja kosmiczna ma masę około 500 ton, w filmie Space Station V ma masę 40 000 ton. Porównanie:
Książka opisuje również radziecki prom kosmiczny Titov V z układem skrzydła sweepback:
Więcej o Titovie V tutaj
Chociaż można odczuwać żal, że nie udało nam się osiągnąć tego, co obiecywało nam s-f minionych dekad, warto podkreślić, że literatura i filmy s-f rzadko przewidywały dla nas świetlaną przyszłość. Ogólne pojęcie, że lata 50-te i 60-te były przepełnione niezmąconym optymizmem co do przyszłości jest mitem. Czytałem zbiór opowiadań s-f z tamtych czasów i mogę powiedzieć, że nie przewidywały one dla nas sielanki. Większość z nich opisywała właśnie potencjalne tryby porażki dla naszej cywilizacji. Chyba tylko Arthur Clarke i Gene Roddenberry zawsze pozostawali niezachwianymi optymistami. Z filmami to samo: 1984, Terminator, Soylent Green to tylko kilka przykładów spośród wielu filmów, które ponuro rysowały naszą przyszłość.
Jak dotąd nie tylko udaje nam się jakoś manewrować na polu minowym potencjalnych klęsk cywilizacyjnych ale istnieją też dobre powody do ostrożnego optymizmu (może nieco zmąconego perspektywą globalnego ocieplenia), że w przyszłości uda nam się z niego wydostać z grubsza bez szwanku. O tym będę się rozpisywał kiedy indziej a wracając do Odysei kosmicznej, wystaczy spojrzeć choć odrobinę pod powierzchnię, żeby dostrzec, że świat przedstawiony przez Kubricka i Clarke'a nie jest techno-utopią. Błogosławieństwo Monolitu, dar używania narzędzi i agresji do wywalczenia sobie dominacji wśród zwierząt na ziemi, było obosiecznym mieczem. Pierwsze ujęcie w kosmosie, tuż po rzuceniu w powietrze kości przez małpoluda, przedstawia satelitę. Szkoda, że nie zostało to jakoś dobitniej wyrażone w filmie, ale nie jest to byle jaki satelita. Jest to platforma orbitalna z głowicami nuklearnymi. Widzimy zatem pierwsze, najprymitywniejsze narzędzie przemocy przeistaczające się w najnowocześniejsze osiągnięcie w sztuce wyrządzania bliźniemu krzywdy. Kolejne ujęcia pokazują kilka kolejnych takich satelitów w sumie należących do 5 krajów. W świecie Odysei Kosmicznej, broniami nuklearnymi dysponuje 38 krajów. Błogosławieństwo Monolitu.
Oraz jego klątwa.
Wybieraj:
- miasta na księżycu, 300-metrowe obracające się stacje kosmiczne, załogowe loty międzyplanetarne, silna AI, rutynowe, prywatne loty kosmiczne... oraz nuklearna zagłada nieustannie orbitująca w oczekiwaniu na naciśnięcia guzika; albo
- nasz obecny, bardziej pokojowo nastawiony świat z międzynarodowym paktem zabraniającym używania broni atomowej w kosmosie, i z co najwyżej 9-cioma krajami dysponującymi bronią atomową oraz już w dużej mierze spełnionymi obietnicami zmniejszenia arsenałów przez USA i Rosję.
[BTW, warto zauważyć że pomysł osadzenia akcji filmu w roku 2001 pochodził od Kubricka, nie od Clarke'a, i zapewne był podyktowany jego chęcią wyekstrapolowania i skomentowania trendów zimnej wojny. Clarke zapewne osadziłby akcję około roku 2100, a raczej nikt przy zdrowych zmysłach nie myślał, że zimna wojna trwałaby tak długo. Socjalne zmiany na takiej skali czasowej są nieprzewidywalne i potwornie by postarzyły film. Najciekawsze jest to, że socjalne zmiany (i to pozytywne!), które zaszły do 'rzeczywistego' roku 2001 i tak mocno postarzyły Odyseję.)
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz