Как создать космический корабль? [Часть 1] Заблуждения о космосе

Представим что ты хочешь стать писателем-фантастом, написать фанфик или сделать игру про космос. В любом случае придется выдумать свой космический корабль, придумать как он будет летать, какие у него будут возможности, характеристики и постараться не наделать ляпов в этом не простом деле. Ведь ты желаешь сделать свой корабль реалистичным и правдоподобным, но при этом способным не только на полет до Луны. Ведь все космические капитаны спят и видят как они колонизируют Альфу Центавра, сражаются с пришельцами и спасают мир.

Итак, для начала разберемся с самыми вопиющими заблуждениями про космические корабли и космос. И самое первое заблуждение будет следующим :



Я как мог пытался сместить это заблуждение с первого места, чтобы не быть похожим на Atomic Rockets но это просто совсем не в какие ворота не лезет. Все эти бесконечные Галактики, Энтерпрайзы и прочие Ямато.
Космос это и близко не океан, в нем нет трения, нет верха и низа, враг может приближаться откуда угодно, а корабли, после набора скорости, могут лететь хоть боком, хоть задом на перёд. Бой будет происходить на таких дистанциях, что врага видно только в телескоп. Использовать дизайн морских кораблей в космосе - идиотизм. Например, в бою корабельный мостик, выпирающий из корпуса, отстрелят в первую очередь.



Запомни раз и навсегда - у космического корабля "низ" там, куда направлен выхлоп работающих двигателей, а "верх" в той стороне, в какую он ускоряется! Ты когда-нибудь чувствовал как вдавливает в сидение автомобиля при наборе скорости? Вдавливает всегда в противоположную движению сторону. Только на Земле дополнительно действует планетарная гравитация, а в космосе ускорение твоего корабля станет аналогом силы притяжения. Длинные корабли будут больше похожи на небоскрёбы с кучей этажей.



Любишь смотреть как летают истребители в сериале Звездный крейсер Галактика или в Звёздных войнах? Так вот это всё настолько глупо и не реалистично, насколько это вообще возможно. С чего бы начать?

• В космосе не будет никаких самолетных маневров, отключив двигатели можно лететь как угодно и что бы оторваться от преследователя достаточно повернуть корабль носом назад и расстрелять врага. Чем больше ваша скорость, тем труднее менять курс - никаких мертвых петель, ближайшая аналогия - загруженный грузовик на льду.
  
• Пилот, подобным истребителям, нужен примерно так же как космическому кораблю нужны крылья. Пилот - это лишний вес самого пилота и системы жизнеобеспечения, лишние затраты на зарплату пилоту и страховку в случае гибели, ограничение манёвренности из-за того что люди не очень хорошо переносят перегрузки, снижение боеспособности - компьютер видит на 360 градусов сразу, обладает мгновенной реакцией, никогда не устает и не паникует.
  
• Воздухозаборники тоже не нужны. Требования для атмосферных и космических истребителей настолько разные, что либо космос либо атмосфера, но не то и другое вместе.
  
• Истребители в космосе бесполезны. Как так-то?!! Даже не пытайся возражать. Я живу в 2016 году и даже сейчас средства ПВО уничтожают абсолютно любой самолет без исключения. На маленькие истребители не поставить ни вменяемой брони ни хорошего оружия, а на большом вражеском корабле запросто поместится крутой радар и лазерная установка на пару сотен мегаватт с эффективной дальностью в миллион километров. Враг испарит всех твоих бравых пилотов вместе с их истребителями до того, как они вообще поймут что случилось. В какой-то степени это можно наблюдать уже сейчас, когда дальность противокорабельных ракет стала больше, чем дальность палубной авиации. Печально но все авианосцы сейчас лишь груда бесполезного металла.
  

Прочитав последний пункт, ты можешь очень возмутиться и вспомнить невидимки?



Нет, то есть совсем не бывает и точка. Дело тут не в радио незаметности и стильном черном цвете, а во втором законе термодинамики, о чем ниже. Например обычная температура космоса - 3 Кельвина, температура замерзания воды 273 Кельвина. Космолет светится теплом как новогодняя елка и сделать с этим ничего нельзя, совсем ничего. Например работающие маневровые двигатели Шаттла видны с расстояния примерно 2 Астрономические единицы или 299 миллионов километров. Выхлоп ваших двигателей никак не спрячешь, а если сенсоры врага увидели его, то у вас большие проблемы. По выхлопу вашего корабля можно определить:

1. Ваш курс
   
2. Массу корабля
   
3. Тягу двигателя
   
4. Тип двигателя
   
5. Мощность двигателя
   
6. Ускорение корабля
   
7. Поток реактивной массы
   
8. Скорость истечения
   

Совсем не как в Стартреке, правда?



Иллюминаторы ослабляют жесткость корпуса, пропускают радиацию, уязвимы к повреждениям. Человеческие глаза в космосе мало что увидят, видимый свет составляет мизерную часть от всего спектра электромагнитного излучения, которым наполнен космос, а сражения будут проходить на колоссальных дистанциях и в окно врага видно только через телескоп.

Зато вполне можно ослепнуть от попадания вражеского лазера. Современные экраны вполне подходят для имитации окон абсолютно любого размера, да и если потребуется компьютер может показать то что человеческому глазу увидеть не дано, например какую нибудь туманность или галактику.




Для на начала что такое звук? Звук это упругие волны механических колебаний в жидкой твёрдой или газообразной среде. А раз в вакууме нет ничего значит и звука нет? Ну от части правда, в космосе обычных звуков вы не услышите, но космическое пространство не пустое. Например на расстоянии 400 тысяч километров от земли (Лунная орбита) в среднем семь миллионов частиц на кубический метр.



Ой забудь об этом. В нашей вселенной с её законами такого быть не может. Прежде всего что имеется ввиду под вакуумом? Есть технический вакуум, физический, ложный, Эйнштейновский вакуум. Например если создать контейнер из абсолютно непроницаемого вещества, убрать из него абсолютно всю материю и создать там вакуум, то контейнер всё равно будет наполнен излучениями вроде электромагнитного и прочими фундаментальными взаимодействиями.

Ну хорошо, а если экранировать контейнер, что тогда? Мне, конечно не совсем понятно как можно экранировать гравитацию, но допустим. Даже тогда контейнер не будет пустым, в нём, по всему объёму будут постоянно появляться и исчезать виртуальные квантовые частицы и флуктуации. Да, просто так, из ниоткуда появляются и в никуда исчезают - квантовой физике абсолютно плевать на твою логику и здравый смысл. Эти частицы и флуктуации - неустранимы. А существуют эти частицы физически или это просто математическая модель - вопрос открытый, но эффекты эти частицы создают вполне себе реальные.



Межпланетное пространство имеет температуру около 3 градусов Кельвина из-за Реликтового излучения, разумеется возле звёзд температура повышается. Это загадочное излучение - отголосок Большого Взрыва, его эхо. Оно распространилась по всей вселенной и измеряют его температуру с помощью "черного тела" и черной научной магии. Интересно, что самая холодная точка нашей Вселенной находится в земной лаборатории, температура её составляет 0.000 000 000 1 К или ноль целых одна миллиардная градуса по Кельвину. Почему не ноль? Абсолютный ноль в нашей вселенной недостижим.



Меня очень сильно удивило, что некоторые не понимают как в космосе работают радиаторы и "Зачем они нужны, в космосе же холодно". В космосе действительно холодно, но вакуум идеальный теплоизолятор и одна из самых главных проблем космолёта - как не расплавить самого себя. Энергию радиаторы теряют за счет излучения - светятся тепловым излучением и охлаждаются, как и любой объект нашей вселенной с температурой выше абсолютного нуля. Особенно умным напоминаю - тепло нельзя преобразовать в электричество, тепло вообще ни во что нельзя преобразовать. Согласно второму закону термодинамики - тепло нельзя уничтожить, преобразовать или бесследно поглотить, только отвести в другое место. Термоэлектрический генератор преобразовывает в электричество разницу температур, а так как его КПД далёк от 100%, то у тебя появится ещё больше тепла чем изначально было.



Нет на МКС, ни антигравитации, ни микрогравитации, ни отсутствия гравитации - всё это заблуждения. Сила притяжения на станции равна, примерно, 93% от силы притяжения на поверхности Земли. Как они там все летают? Если у лифта оторвется трос, то все внутри будут испытывать ту же самую невесомость, что и на борту МКС. Разумеется пока не разобьются в лепёшку. Международная Космическая Станция постоянно падает на поверхность Земли, но промахивается мимо. Вообще у гравитационного излучения нет пределов дальности и оно действует всегда, но подчиняется закону обратных квадратов.



Сколько людей насмотревшись фильмов думают: "Вот будь я на Луне, то мог бы поднимать многотонные булыжники одной рукой". Так вот забудь об этом. Возьмем какой-нибудь пяти килограммовый игровой ноутбук. Вес этого ноутбука, это сила с которой он давит на опору,на тощие коленки очкарика-задрота например. Масса - это сколько в этом ноутбуке вещества и она всегда и везде постоянна, разве что он не двигается, относительно тебя, на скорости близкой к световой.

На Земле ноутбук весит 5 кг, 830 грамм на Луне, 1.89 кг на Марсе и ноль на борту МКС, но масса везде будет пять килограмм. Так же масса определяет количество энергии необходимое для изменения положения в пространстве какого-либо объекта, обладающего этой самой массой. Чтобы сдвинуть с места 10 тонный камень нужно затратить колоссальное, по человеческим меркам, количество энергии, всё равно что толкнуть огромный Боинг на взлетной полосе. И если ты, раздосадованный, пнёшь со злости этот злополучный камень то, как объект значительно меньшей массы, улетишь далеко-далеко. Сила действия равна противодействию, не забыл?



Не смотря на название "взрывная декомпрессия" взрыва не будет, а без скафандра можно находиться в космосе около десяти секунд и даже не получить необратимые повреждения. При разгерметизации, у человека моментально испарится слюна изо рта, вылетит весь воздух из лёгких, желудка и кишечника - да, пукан бомбонёт очень знатно. Скорее всего, космонавт умрет от удушья раньше чем от радиации, или декомпресии. Всего прожить можно около минуты.



Наличие на корабле топлива - необходимое, но недостаточное условие. Люди часто путают топливо и реакционную массу. Сколько раз я вижу в фильмах и играх: "мало топлива", "капитан, топливо на исходе", показатель топлива на нуле" - Нет! Космические корабли это не автомобили, то куда вы можете долететь не зависит от количества топлива.

Сила действия равна противодействию и чтобы лететь вперёд нужно с силой выбрасывать что-нибудь назад. То что ракета выбрасывает из сопла называется реакционная масса, а источником энергии для всего этого действа является топливо. Например у ионного двигателя топливом будет электричество, реакционной массой будет газ аргон, у ядерного двигателя топливом выступает уран, а реакционной массой - водород. Вся путаница из-за химических ракет, где топливо и реакционная масса это одно и тоже, но ни кому, в здравом уме, не придет в голову летать на химическом топливе дальше лунной орбиты из за очень низкой эффективности.



В космосе нет трения, а максимальная скорость корабля ограничена только скоростью света. Пока двигатели работают, космолёт набирает скорость, когда они выключатся - он сохранит набранную скорость до тех пор пока не начнет разгоняться в другую сторону. По этому бессмысленно говорить о дальности полета, разогнавшись, ты будешь лететь пока Вселенная не погибнет, ну или пока не врежешься в планету или во что по хуже.

Лететь на Альфу Центавра можно хоть сейчас, через пару миллионов лет долетим. К слову, тормозить в космосе можно только развернув корабль двигателем вперед поддав газу, торможением в космосе называют разгон в противоположную сторону. Но будь осторожен - что бы замедлиться с, допустим, 10 км/с до нуля, нужно потратить времени и энергии столько же, что и на разгон до этих самых 10 км/с. Иными словами - разогнался, а в баках топлива/реакционной массы не хватает для торможения? Тогда ты обречен и будешь летать по галактике до скончания времён.



На земле нет таких элементов, которых нельзя было бы накопать в ближайшем поясе астероидов. Да, наша планета и близко не обладает чем-нибудь хоть сколько-то уникальным. Например вода - самое распространенное вещество во вселенной. Жизнь? Спутники Юпитера, Европа и Энецелад вполне могут поддерживать жизнь. Никто не будет тащиться через пол галактики ради жалкого человечества. Зачем? Если достаточно построить на ближайшей необитаемой планете или астероиде добывающую станцию и не надо переться за тридевять земель.

Ну всё с заблуждениями вроде как разобрались, а если что-то и пропустил то напомните мне в комментариях.