Podróż w kosmos

Ocena użytkowników: 0 / 5

Gwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywnaGwiazdka nieaktywna
 
Szczegóły
Kategoria: Baza wiedzy

Dlaczego podróże w kosmos są takie trudne?

 

Podstawa techniki rakietowej jest prosta: rakieta jest obiektem, który wyrzuca materiał z siebie w jedną stronę, nadając sobie ruch w przeciwną. Ten koncept jest tak prosty, że nawet dzieci mogą zostać mistrzami w budowaniu rakiet z butelek.

Butelkowe rakiety wystrzeliwują wysoko w powietrze, ale zawsze spadają na Ziemię. Małe i proste rakiety nie mają wystarczająco paliwa, aby osiągnąć orbitę, ale to tylko jeden z problemów. Możesz dać troszkę więcej paliwa i polecisz wyżej i szybciej. I znowu więcej paliwa, i wciąż polecisz wyżej i szybciej. Ale po chwili, wzrost osiąganej wysokości i prędkości zaczyna maleć i maleć, aż zwiększanie ilości paliwa nic nie da. Tak się dzieje, ponieważ każda rakieta musi zabierać ze sobą paliwo. Zwiększanie ilości paliwa powoduje wzrost masy i po chwili korzyści wynikające z zabierania większej ilości paliwa przegrywają ze wzrostem masy.

Rakieta, która jest w stanie osiągnąć orbitę za jednym zamachem, jest nazywana single stage to orbit (pojedynczy stopień na orbitę), albo SSTO. SSTO nie został nigdy zbudowany. Problem paliwo vs waga został nazwany “tyranią rakietowego równania” (aka, równanie rakietowe Ciołkowskiego).

Równanie rakietowe jest ładnym kawałkiem matematyki, który perfekcyjnie opisuje problem ukazany powyżej. Jednakże możesz obejść równanie rakietowe poprzez umieszczenie jednej rakiety na szczycie drugiej. Jest to nazywane stopniowaniem. Falcon 9 jest rakietą dwustopniową. Dzięki podziałowi na dwa stopnie, rakieta odrzuca większość masy a drugi stopień jest już wysoko i porusza się bardzo szybko. Dzięki temu drugi stopień jest w stanie osiągnąć orbitę.

Czemu loty w kosmos są takie drogie?

 

Starty rakiet można porównać do innych form transportu i wtedy dojść do wniosku, jak absurdalnie drogie one są. Powody są bardzo proste, ale ciężko je zauważyć na pierwszy rzut oka.

Rakiety są drogie, ponieważ wymagają precyzyjnej inżynierii, elementów pracujących w ekstremalnie wrogim środowisku i muszą być niezawodne. Wszystko musi zadziałać pomimo wystawienia na ekstremalne temperatury i zmiany ciśnienia. Nie da się konserwować ich podczas lotu lub w kosmosie.

Właściwie, firmy kosmiczne muszą wybudować możliwe jak najlepsze komponenty i to nie jest tanie. Koszt nowej rakiety może oscylować w granicach 100 milionów dolarów, ale to nie jest właściwie tak dużo, jeśli spojrzysz na to:

  • Nowa ciężarówka - 100 tysięcy dolarów

  • Nowa lokomotywa ~ 5 milionów dolarów + 60 tysięcy dolarów za każdy wagon

  • Nowy kontenerowiec - 50-100 milionów dolarów

  • Nowy samolot transportowy - 70-150 milionów dolarów

Zauważ, że rakiety są zasadniczo porównywalne z innymi pojazdami transportowymi. Jedynym powodem, dla których korzystanie z nich jest tanie, jest to, że przez dziesiątki lat każdy z nich wykonuje tysiące podróży, a koszt ich kupna jest rozdzielany na wielu klientów. Oprócz inżynieryjnych wyzwań, głównym powodem wysokiej ceny lotu w kosmos jest to, że za każdym razem musisz budować nowy pojazd i aby klient mógł umieścić cokolwiek w kosmosie, musi płacić całą wartość pojazdu.

Wielokrotne używanie rakiety nie jest tak proste, jak proste jest obniżenie kosztów produkcji i utrzymanie wszystkich innych cen na takim samym poziomie. Nawet jeśli użyjesz ponownie rakiety, wciąż musisz ją najpierw zbudować (choć można amortyzować ten koszt wieloma lotami), więc koszt produkcji będzie istniał (choć stanie się znacznie niższy). Jednakże kontrola i konserwacja odzyskanych pierwszych stopni zdrożeje (choć ten wzrost kosztów nie powinien być nawet zbliżony do zmniejszenia kosztów produkcji nowej rakiety). Prawdziwym sednem sprawy jest to, czy liczba roboczogodzin (koszty pracy są prawdopodobnie największym wydatkiem) potrzebnych do umieszczenia ładunku na orbicie, będzie znacznie mniejsza dla ponownie używanego boostera, czy dla tego produkowanego od zera?

Często używana jest analogia, że samoloty pasażerskie są tanie w użyciu, ponieważ mogą być używane tysiące razy przez okres użytkowania. Nikt by nie latał, jeśli trzeba by wybudować i wyrzucić dwa samoloty na podróż w tę i z powrotem. Naprawdę nie wiemy, co się stanie, kiedy SpaceX będzie w stanie rutynowo używać swoich rakiet wielokrotnie. Może to zmniejszyć cenę o 10% albo o 90%. Naprawdę tego nie wiemy i podejrzewam, że SpaceX też tego nie wie. Ważne, że próbują.