Постой, мой трамвай, не стучите колёса... Да и откуда взяться колёсам в космосе? Разве что из аптечки космического психиатра. Но как тогда жить? Откуда и зачем появятся в анамнезе космоходцев пыльные тропинки космических орбит, какими они будут и зачем?
Mobilis in mobile
Первое, что труднее всего понять и принять — факт, что заселённый космос есть заведомо подвижная система. В достаточно освоенном космосе целые государства пребывают на подвижных орбитах. При этом такая орбита запросто может соединять пару околопланетных пространств, но при этом двигаться между ними.
С циклером — тяжёлым космическим транспортом на постоянной орбите, который сам размером с хороший посёлок, вроде стэнфордского тора на десять тысяч жителей, подобное государство различается в основном тем, что в нём резко больше жилого пространства и населения.
Земля-Луна Инкорпорейтед
Даже в системе Земля-Луна, которая окажется заселена первой, очень плотно, и запросто продемонстрирует взрывной рост на протяжении нескольких столетий, точки Лагранжа на самом деле подвижны и кружатся вокруг Земли примерно на той же скорости, что и Луна.
Л4 в 60 градусах вперёд по ходу Луны, Л5 в 60 градусах за ходом Луны. В любой произвольный момент времени это всё движется вокруг Земли. Земная поверхность движется под ними с другой скоростью. Космические города регулярно пропадают из вида планетарного государства и требуют спутниковых ретрансляторов для эффективной связи. То есть, даже передача сигнала требует определённые транспортные услуги. А если нужно передать что-то весомее информации, как тогда?
Паромы орбита-орбита
Из формулы Циолковского прекрасно видно, что даже при современном развитии техники, космический паром «Земля-орбита-Земля» и космический паром «орбита-орбита» - это два очень разных парома. И по размеру, и по типу двигателя, и по внешней форме.
Какими они будут?
Земля-орбита-Земля
Земная капсула, особенно многоразовая, имеет характерный аэродинамический облик и щит для торможения в атмосфере. Вне зависимости от того, чем именно её отправили в космос, она сравнительно мала и вряд ли сильно превышает двадцатифутовый контейнер. Это чистая экономика подобного транспорта.
Конечно, электромагнитные разгонные трассы позволяют запускать такими капсулами от десятков тысяч до миллионов тонн полезной нагрузки в год. Но сами капсулы останутся довольно скромными — надолго. А значит, их самоходность достаточна ровно для того, чтобы причалить к терминалу на околоземной низкой орбите. Там людей и груз подхватит уже транспорт орбита-орбита.
Орбита-орбита: грузовой паром
В границах местной системы Земля-Луна есть дешёвые транспортные орбиты, которые эффективно разменивают высокий удельный импульс и скромную массу рабочего тела в баках, на долгое время полёта к Луне или точкам Лагранжа.
Всё, что имеет долгий лётный срок, проще всего отправлять именно так. Современный российский ионный движок с парой тысяч секунд удельного импульса уже позволяет эффективный перелёт орбитального парома, у которого соотношение масс где-то 1,25-1,3. Для химического кислород-водородного движка на перелёт орбита-орбита в системе Земля — Л4/Л5 нужно соотношение масс где-то 3. Как говорится, почувствуйте разницу. А есть и плазменные двигатели — у которых удельный импульс гораздо лучше.
Детали процесса
Из-за малой тяги двигателей с высоким удельным импульсом, разгон производится строго в областях выгодной работы двигателей. Груз поднимается выше и выше с каждым витком. Нижняя точка орбиты при этом находится почти на той же высоте, где и была. Только потом, когда верхняя точка орбиты над Землёй достаточно высока, совершенно тем же образом орбита выравнивается до идеально ровной.
Момент финального выравнивания орбиты примерно совпадает по времени с «подхватом» груза точкой Лагранжа, когда местные перемещения на остатках рабочего тела на относительных скоростях в единичные метры в секунду окажутся достаточными, чтобы пристыковаться к погрузочному терминалу. Остаток скорости, вообще гораздо лучше понижает местная система захватов, когда едет, понемногу тормозя, вдоль длинного рельса с контейнером в замках. Делает она это с гораздо больше эффективностью, чем муравьиная отрыжка ионного двигателя.
Осторожно, люди!
Процесс выше занимает массу времени. Зато сулит огромный выигрыш по расходу любого рабочего тела на весь полёт. Людям, зверушкам капризным, желающим дышать, пить и есть, желательно в тепле и с нормальным радиационным фоном жилого отсека, требуется прибыть немного побыстрее.
При наличии вокруг Земли низкоорбитального кольца, совершенно аналогичного земным разгонным петлям Лофстрома, капсулу «орбита-орбита» можно преспокойно разогнать вокруг Земли и пульнуть в космос на очень приличном ускорении строго по цене электричества. Это выгодно. Без такой системы приходится использовать ракетные толкачи высокой тяги, скорей всего — тоже многоразовые и совершенно беспилотные. Возвращаться они, кстати, могут на двигателях высокой эффективности, поскольку время на возвращение беспилотника терпит гораздо больше, чем время на отправку людей в капсуле.
Циклеры местного значения
Разумеется, ещё выгоднее использовать подвижный стэнфордский тор на постоянном маршруте. Перелёт в посёлке городского типа на десять тысяч жителей позволяет отправлять удивительно много людей за один раз.
Выигрыш по условиям проживания, выигрыш по головам за перелёт, выигрыш по устойчивости системы к любым тревожным ситуациям. А главное — строить циклер на ходу вполне реально с применением отработанных транспортных систем, что позволяет медленно доразгонять его прямо в процессе отстройки до любых желаемых параметров орбиты.
Перелети-город
Нижняя точка орбиты циклера примерно соответствует околоземной низкой орбите. Верхняя примерно касается областей Л4/Л5 и поднимается выше орбиты Луны. В зависимости от того, где именно находится циклер, он может подхватывать что-то из одной, либо из большинства «высоких» точек и возвращаться к Земле.
Цена транспортного перехода с орбиты циклера на орбиту Луны или Л4/Л5 крайне мала, измеряется в единичных сотнях метров в секунду, и обходится мизерным соотношением масс в районе первых десятых после единицы. И да, циклер тоже можно оснастить внешним пусковым обвесом электромагнитных катапульт, с которого транспортная капсула улетает по цене электричества, от мощного пинка электромагнитов.
Коррекция орбиты циклера
Большая солнечная электростанция, если подать в прозрачную колбу в фокусе солнечных зеркал рабочее тело, демонстрирует примерно 900 секунд удельного импульса при условно высокой тяге. Если теми же электростанциями питать ионный либо плазменный двигатель, удельный импульс превышает 2000 секунд.
При достаточно освоенной системе «Земля-Луна» распределённые лазерные станции на орбитах запросто могут доразгонять циклер с помощью лазерного паруса. Графен даёт скромные три грамма массы на парус габаритами в миллион квадратных метров — километр на километр. Конечно, это суперматериал, который мы посчитали теоретически, но пока лишены средств его производства на практике. Но даже алюминиевая фольга на прочном каркасе всё ещё достаточно скромно прибавляет массы циклеру при сопоставимой эффективности фотонного разгона.
Совет фантасту
Легко заметить, что для сколько-то реалистичной по мнению современных футурологов картины будущего, даже в ближнем околоземном пространстве возникают крупные подвижные объекты с огромным постоянным и временным населением. Они могут передвигаться строями и созвездиями из десятков штук и каждое может иметь собственный набор дронов и транспортных капсул, буквально сотни штук, для ближнего и дальнего транспортного сообщения в местной системе. В сущности, они вполне могут стать независимыми космическими государствами (либо подвижной частью таковых) и вполне успешно конкурировать и сотрудничать между собой.
Ещё веселее картина становится при участии Земли, низкоорбитального земного кольца, автоматических заводов и транспортной катапультной системы Луны, космического лифта Луны и космических городов в Л4 и Л5 относительно раннего полноценно заселённого космоса. Транспортное сообщение запросто превышает земные воздушный и морской флот разом, вместе взятые. Почему так, и какие масштабы примет внутрисистемный трафик Земля-Луна — в следующем тексте. Stay tuned!
