Od „JFK” do "JDV" czyli co się zmieniło w kosmicznej polityce US?

Polityka, USA

Skrzydła światła wolności

W idei wyprawy kosmicznej NASA (prezydenci US):
od "lecimy na Księżyc" do "lecimy dalej - na Marsa".

Wikipedia: Program Apollo - trzeci (po programie Mercury oraz programie Gemini) program amerykańskich lotów kosmicznych z udziałem ludzi. Apollo został zlecony przez administrację prezydenta Eisenhowera w celu rozszerzenia załogowych lotów kosmicznych rozpoczętych przez program Mercury. Następnie został przeobrażony przez prezydenta Kennedy’ego w program lotów i lądowania na Księżycu".

Ideę misji flagowej amerykańskich astronautów na Marsa wprowadził prezydent George W. Bush. Ponownie wyróżnił ją prezydent Donald Trump.

Wybrana przesłanka, ułożenie:
Zatem skoro Mars jest już na poziomie prezydenckim, to Księżyc jest na poziomie wiceprezydenckim. Takie symboliczne przesunięcie idei kosmicznej w domenie polityki republikańskiej prowadzi do senatora ze stanu Ohio J.D. Vance'a, czyli wiceprezydenta Stanów Zjednoczonych w przypadku wygrania wyborów prezydenckich w br. przez Donalda Trumpa.

Dla polityki misji flagowej na Księżyc i na Marsa prezydenci US potrzebują technologii i techniki zasięgu.

W tej idei NASA poleciała na Księżyc z poziomu Stanów Zjednoczonych. Współcześnie jest już inna wizja. Również są loty z poziomu US, jednak scenariusz ruch profuturo w przestrzeni kosmicznej jest współcześnie rozwijany w idei o metodę tankowanie na orbicie wokołoziemskiej. Zagadnienie tankowania powstało w domenie zastosowania satelitów. Ich jakość produkcji jest większa, niż ilość paliwa jaką posiadają w banku. Zatem inżynieria materiałowa i telekomunikacyjna wyprzedziła inżynierię napędu.

Dla ujęcia zagadnienia w idei na poziomie wiceprezydenta J.D. Vance'a w postaci obrazkowej wybrany scenariusz dostaw towarowych kosmolotem "Eagle transporter cargo" z filmu "Space: 1999" (link) - tu w wersji profuturo jako wahadłowca transportowego kosmolotu międzyorbitalnego "Ziemia - Księżyc" w misjach bezzałogowych (czas i uwarunkowanie fizyczne misji nie dotyczą lotu astronautów). W tej idei międzyorbitalny "Eagle transporter cargo" nie startuje z US i nie ląduje w US, jest złożony nad Ziemią (na orbicie wokołoziemskiej) i zastosowany jako stałe urządzenie w przestrzeni kosmicznej (jak ISS), jest kosmolotem tankowanym na orbicie wokołoziemskiej (lub wymiana baku z pustego na pełny), który zdalnie sterowany przemieszcza się pomiędzy orbitami wokołoziemską i wokołoksiężycową. W tym ułożeniu nie ląduje na Księżycu:

W tej idei "Eagle transporter cargo" startuje z orbity wokołoziemskiej. Nie startuje z US, jak w przypadku kosmolotu firmy SpaceX w postaci drugiego członu rakiety Starship, ponieważ wcześniej jest z części dostarczony na orbitę montażową i złożony w przestrzeni kosmicznej oraz tankowany na orbicie wokołoziemskiej.

Zatem w tym ułożeniu czy prezydent John F. Kennedy miał łatwiejszą politykę ruchu kosmicznego dla NASA, niż potencjalnie miałby J.D. Vance?

ChatGPT

Zadanie (pytanie m. in.): Załóżmy, że międzyorbitalny towarowy kosmolot cargo o masie m (w tym masa kosmolotu oraz masa ładunku cargo) posiada napęd jonowy, który korzysta z energii elektrycznej wytworzonej w przestrzeni kosmicznej przez układ paneli fotowoltaicznych wraz z magazynem energii elektrycznej. Ile energii elektrycznej potrzeba, aby ten kosmolot przemieścił się z ładunkiem z orbity wokołoziemskiej na orbitę wokołoksiężycową oraz z powrotem bez ładunku?

Odpowiedź:

Aby oszacować ilość energii elektrycznej potrzebnej do przemieszczenia międzyorbitalnego kosmolotu towarowego z orbity okołoziemskiej na orbitę wokółksiężycową i z powrotem przy użyciu napędu jonowego, musimy uwzględnić kilka czynników.

Napęd jonowy działa na zasadzie bardzo wysokiego impulsu właściwego, co oznacza, że zużywa stosunkowo małe ilości paliwa, ale potrzebuje znacznych ilości energii.

Silnik jonowy to rodzaj napędu elektrycznego, który działa na zasadzie przyspieszania naładowanych cząstek (jonów) i wyrzucania ich z dyszy, co zgodnie z zasadą zachowania pędu powoduje ruch statku kosmicznego w przeciwnym kierunku. Jest to jedno z najbardziej efektywnych rozwiązań napędu kosmicznego pod względem impulsu właściwego (wydajności paliwa).

Na orbicie okołoziemskiej, moc słoneczna wynosi około 1361 W/m². Jednak sprawność paneli fotowoltaicznych oraz położenie kosmolotu względem Słońca wpłynie na rzeczywisty poziom generowanej mocy.

Założenia:

Masa kosmolotu z ładunkiem: m_cargo = 100,000 kg
Masa kosmolotu bez ładunku: m_empty = 50,000 kg
Zmiana prędkości (Δv):
Z orbity okołoziemskiej na orbitę wokółksiężycową i z powrotem: Δv ≈ 6.4 km/s
Specyficzny impuls silnika jonowego:
Isp (typowy impuls dla napędu jonowego to około 3,000 sekund)
Efektywność silnika: η = 0.7 (70% efektywności silnika jonowego)
Moc silnika: P (w zależności od wymaganej siły ciągu i specyfikacji napędu)

Wynik:

E_{elektryczna, całkowita} ≈ 4.39 × 10¹²J

Aby przemieścić kosmolot o masie 100 ton z ładunkiem z orbity okołoziemskiej na orbitę wokółksiężycową oraz wrócić na orbitę okołoziemską bez ładunku, potrzebna jest energia elektryczna w przybliżeniu 4.39 teradżuli (TJ).

Ta energia może być wygenerowana przez panele fotowoltaiczne w przestrzeni kosmicznej, w zależności od ich mocy i czasu działania.

Zatem na orbicie wokołoziemskiej, moc słoneczna wynosi około 1361 W/m². I więcej w tej idei w rzeczywistości nie będzie. W kolejnych przybliżeniach współcześnie ta ilość jest za mała dla miedzyorbitalnej "Ziemia-Księżyc" idei kosmicznej cargo.

Co do idei międzyrbitalny kosmolot cargo z napędem jonowym potrzebuje z poziomu US dostarczenia i zatankowania "materii jonowej" do wyrzucania jej z dyszy. Zatem potrzeba jeszcze w idei nowego wynalazku w kierunku maksymalizacji wykorzystania "energii słonecznej" w przestrzeni kosmicznej w ułożeniu mocy elektrowni fotowoltaicznej oraz magazynu energii elektrycznej. I w dostarczonym do kosmolotu "paliwie w postaci materii jonowej" musi być jeszcze coś takiego, co pod wpływem wykorzystania energii elektrycznej, wytworzonej w przestrzeni kosmicznej, uwalnia w nim dodatkową ilość energii, która w układzie ułożenia przemiany form energii, dodaje wzrost energii kinetycznej wyrzuconej z dyszy "materii jonowej" i/lub zmniejsza ilość potrzebnej energii elektrycznej. I oczywiście "materia jonowa" musi być względnie tania i łatwo dostępne w naturze lub produkowana w fabryce.

Silniki jonowe nie mogą być zastosowane do wyniesienia rakiety z powierzchni Stanów Zjednoczonych, ponieważ mają za mały ciąg, niewystarczający do przezwyciężenia siły grawitacji. Mogą być używane w kosmolotach, gdy znajdują się na orbicie.

Idea międzyorbitalnego "Ziemia-Księżyc" kosmolotu towarowego w scenariuszu inspiracji "Eagle transporter cargo" stawia wybraną na start-up skalę w modelu napędu jonowego.