Czytaj książkę: «Астронавигатор. Введение в специальность»
© Игорь Барсуков, 2023
ISBN 978-5-0060-2942-2
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
Свободного неба, уважаемые читатели!
Как следует из заглавия, данное пособие может стать первой книгой на пути читателя в уважаемую и невероятно интересную специальность штурмана космического флота. В первую очередь, мы, автор и редакторы, должны уточнить основные моменты.
Данная книга является не учебником. Настоящий учебник – фундаментальный комплексный труд, включающий огромное количество формул и теоретических выкладок. Учебник пишется специфическим языком, понятным людям, имеющим соответствующее образование и подготовку. Мало того, в виду большого пласта знаний, которым сопровождается та или иная дисциплина, каждый учебник включает в себя только узкий набор данных и выкладок, позволяющих досконально разобраться в теме и стать специалистом. Также значение имеет специализация студента или специалиста. Ведь в зависимости от назначения подготовки учащегося, ему следует изучать специализированные материалы и инструкции, касающиеся непосредственно его поля деятельности. К примеру, подготовка к навигации тяжёлого орбитального транспорта будет в корне отличаться от навигации челночных кораблей с возможностью вертикальной посадки.
Тем не менее, в любом деле требуется обобщающий труд, который даст возможность сформировать общее представление о поле деятельности. Данная книга является таким трудом, созданным по заказу Судоводительского факультета Космической академии им. Илана, Фимиде. Основное назначение настоящей книги – источник лекционного материала для чтения дисциплины «Введение в специальность» на курсах всех специальностей Судоводительского факультета.
Но помимо учебного назначения, данная книга может быть факультативным чтением. Во-первых, она может помочь тем, кто самостоятельно изучает дисциплины судоводительских факультетов, а также курсантам смежных факультетов судомеханики и связи. Во-вторых, книга будет интересна юным читателям, завершающим период взросления и определяющимся с основной дорогой в жизни.
Откровенно говоря, в качестве основного читателя рассматриваются школьники старшего возраста и абитуриенты. Потому что, если понятия и положения удаётся объяснить не специалисту, то они будут понятны всем. По этой же причине вы не найдёте в данной книге формул, методик расчёта или инструкций по эксплуатации конкретных приборов. Подобные вещи сугубо специальные и требуют детального теоретического и практического изучения. Книга ориентирована на общее ознакомление с профессией штурмана космических кораблей.
Мы надеемся, что книга, которую вы держите в руках, позволит вам в полной мере оценить значение судовождения, аспекты работы и повседневной жизни штурмана, что в свою очередь позволит вам сделать выбор в жизненном пути, а если выбор уже сделан, то осветить его дополнительным источником знаний.
С уважением, автор.
Введение
Профессия космического навигатора в любой звёздной системе вызывает интерес и заслуженное уважение. В некоторой мере сказывается общий романтизм присущий дальним походам, посещениям далёких миров, знакомство с новым. Свою долю вносит определённый риск, свойственный профессии космонавта, который по-прежнему присутствует даже в наше цивилизованное время. Но подобные моменты являются всего лишь внешним лоском, скрывающим большой пласт знаний, которым приходится обладать штурманам и их соратникам из других судовых служб. Именно знания определяют сложность профессии, её важность и необходимость для всех народов Вселенной.
В данной книге мы постараемся приоткрыть дверь в мир космических перелётов и дать общее представление о профессии штурмана.
Понимание рода деятельности невозможно без знания общего хода развития профессии. В начале книги рассказывается о развитии космических перелётов, выполняемых задачах, видах деятельности в пространстве и приводится общая классификация космической техники.
Основное направление деятельности работников космических отраслей сводится к обеспечению безопасности судовождения. Современная интенсивность орбитального, межпланетного и межзвёздного сообщения не была бы возможна без значительной автоматизации судовых служб, способных полностью заменить человека. Однако, при организации транспортного сообщения неизбежно требуется человеческий контроль, как на уровне принятия решений, так и на любой другой стадии. Судоводителям необходимо хорошо ориентироваться в возможностях эксплуатируемого судна и систем управления, рамках и ограничениях, накладываемых как самой техникой, так и нормативными актами, регулирующими космическое судовождение на всех этапах полёта. В книге также уделено внимание соблюдению экологических и экзоэкологических норм, санитарно-эпидемиологическому контролю.
Учитывая высокую цену ошибки при работе на судах, являющихся предприятиями с высочайшим уровнем концентрации механизмов, электроники и активных веществ, читатель получит представление не только о составе и видах технического оборудования, но и об организации судовых служб, экипажа, служебного и повседневного распорядка, обеспечении выживаемости судна в сложных и экстремальных ситуациях.
Отдельные главы посвящены организации учебного процесса, изучаемым дисциплинам и проводимому практикуму. Дано представление об основах навигации и лоции – краеугольных дисциплинах для навигатора, о работе со справочниками и картами.
Значительное внимание обращено на внешнюю среду, в которой приходится двигаться и находиться судну. Поэтапно разбираются различные виды сред и действующие в них силы, а также влияние среды на судно.
В заключении приводится раздел пилотирования, позволяющий оценить общие положения и сложности эксплуатации судна на различных этапах движения.
Надеемся, данная книга позволит приблизиться читателю к пониманию космических перелётов, сделает более понятной деятельность экипажей и наполнит уважением к организации и обеспечению такого важного вида деятельности, как космическое сообщение.
Терминология
Сокращения и аббревиатуры.
АВ-судно – Судно, использующее в качестве топлива антивещество
АГС – Азимут-галактическая система координат
АКБ – Аккумуляторная батарея
АРВ – Антигравитационное распределённое вещество
АСУ – Ассенизационно-санитарное устройство
АТС – Астросферный токовый слой
ВПП – Взлётно-посадочная полоса
ВКТЭ – Водородно-кислородные топливные элементы
ВКФ – Военно-космический флот
ВРЩ – Вторичный распределительный щит
ГМО – Гигантские молекулярные облака
ГРЩ – Главный распределительный щит
ДУ – Двигательная установка
ЗАС – Звёздный астрономический союз
ЗИП – Запасные части, инструменты, принадлежности
ИАК – Индивидуальная анабиозная капсула
ИИ – Искусственный интеллект
ИнфоПорт – Информационная система государственного портового контроля
КПД – Коэффициент полезного действия
МинТранс – Министерство транспорта
МКБП – Межзвёздная конвенция по безопасности в пространстве
МКУБ – Межзвёздный кодекс по управлению безопасной эксплуатацией судов и предотвращения загрязнения
МЗС – Межзвёздная среда
ММП – Межпланетное магнитное поле
МП – Магнитное поле
МПС – Межпланетная среда
МТС – Межпланетная транспортная сеть
НСВП – Навигационная система взлёта и посадки
НСОД – Навигационная система орбитального движения
ОрСт – Орбитальная станция
ПДЦ – Планетарный диспетчерский центр
ПМП – Противометеоритная пушка
РЛС – Радиолокационная станция
РН – Радионавигационный
РП – Радиационный пояс
САУ – Система автоматического управления
СБ – Солнечная батарея
СЖЗ – Стандартная жизнепригодная звезда (G2V)
СЖЧ – Стандартная жизнепригодная для человека планета (SM), планета земного типа
СЖО – Система жизнеобеспечения
СКВ – Сверхкоротковолновый
СКЛ – Солнечные космические лучи
СКТС – Судовые конструкции и технические средства
ССН – Спутниковая система навигации
СТР – Система терморегуляции
СУ – Система управления
СУБ – СУ безопасностью судовладельца
СЭП – Система энергопитания
ТК – Кодекс законов о труде
ТС – Техническое средство
УКВ – Ультракороткие волны
ФЭП – Фотоэлектрический преобразователь
ЦГС – Центро-галактическая система координат
ЧС – Чрезвычайная ситуация
ЭДС – Электродвижущая сила
ЭН – Электронавигационный
ЭФЖ – Электронные формы жизни
ЯЭУ – Ядерная энергетическая установка
Используемые единицы измерения.
Данное пособие использует стандартные единицы измерений при подаче материала. Тем не менее, уточним определённые величины во избежание путаницы.
Единицы температуры:
Градус Цельсия 1°C, градус Кельвина 1°K.
0°C = 273°K, 100°C = 373°K.
Изменение на 1° в обеих системах одинаково.
Единицы давления:
Бар – одна стандартная атмосфера. Эталонное давление на поверхности СЖЧ-планеты.
1 бар = 100000 Паскаль (Па).
1 Па = 1 кг/ (м*с2)
Единицы расстояния:
1 километр (км) = 1000 метров (м).
1 миллистард (мсд) = 1 световая секунда = 299 792 458 м – расстояние пробегаемое светом за 1 секунду в невозмущённой среде.
1 стард (сд) = 1000 мсд = 2,004 астрономических единиц.
1 парсед (пд) = 100 000 сд = 1,02927 парсек (пк).
Единицы массы:
1 тонна = 1000 кг
Ms1 = 2*1030 кг – масса СЖЗ, стандартной обитаемой звезды класса G2V.
Mj1 = 2*1027 кг – масса газового гиганта типа Юпитер.
Me1 = 6*1024 кг – масса СЖЧ, стандартной обитаемой планеты (земной тип).
Mm1 = 1021 кг – масса минимальной луны (церера-тип).
Ma1 = 1018 кг – масса астероида (геката-тип).
Ma0,001 = M1Тт (одна тератонна).
Прочие:
эВ – электронвольт, единица энергии, используемая в ядерной физике.
1 эВ = 1,602*10-19 Джоулей (Дж).
Мах – скорость звука в среде, зависит от состава среды, показаний температуры и давления (см. таблицу 5.4, п.5.7).
1 g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения, обусловленное силой тяжести на СЖЧ.
Глава 1. Развитие и назначение.
§1.1. Общие этапы развития космоплавания.
Экспансия.
История освоения космоса выходит за рамки введения в специальность судовождения. Бесчисленные века освоения пространства, героические рывки первых исследователей невозможно вместить в одну лекцию. На факультете судовождения история космоплавания представлена в краткой форме курса истории из перечня общеобразовательных дисциплин. Тем не менее, покорение пространства в разных системах происходит на общих принципах. Вне зависимости, является ли поселение колонией, выросшей до уровня государства, или частью расширяющегося союза миров, планетяне проходят следующие этапы развития (рис.1.1):
1. закрепление на поверхности;
2. поднятие орбитальной группировки спутников для улучшения связности и повышения информированности всех отраслей хозяйства;
3. построение наземных космопортов;
4. поднятие орбитального космопорта для приёма межзвёздных транспортов;
5. организация рудников и опорных баз на прочих небесных телах системы;
6. развитие межпланетного сообщения, увеличение внепланетных баз;
7. организация планетарной системы защиты от внешнего вторжения;
8. поднятие орбитальной системы защиты от внешнего вторжения;
9. организация собственных межзвёздных перелётов.
Данный процесс получил название «экспансия» и реализуется любой культурой, изредка перепрыгивая через некоторые пункты. К примеру, отсутствие межзвёздных контактов провоцирует исследования межзвёздных путешествий до полного освоения внутрисистемного пространства. Также на ход развития сильно влияют особенности звёздного окружения, наличие туманностей и давление соседних культур.
Скорость развития тесно связана с наличием сырьевой базы, численностью населения, источником технологического знания. Но определяющим фактором является объём инвестиций материнской культуры. Фактически, развитие колонии идёт по одному из двух путей: с активной подпиткой со стороны метрополии, либо блокировка развития.
Первый вариант реализуется в ходе экспансии на опережение с другой культурой в попытке застолбить новую систему. Развитие колонии идёт прыжками по готовым лекалам метрополии, и она, не тратясь на исследования и наработку опыта, осваивает очередной этап развития по мере достижения требуемой экономической мощи, что напрямую связано с численностью населения.
Чаще развитие идёт за счёт внутренних сил, так как оно не выгодно метрополии. Ведь это прямая дорога к независимости, потери сырья, рынка и обретению соперника. Существующие же технологии в материнской системе не могут быть реализованы без построения длинных производственных цепочек, доступных только на определённом этапе развития колонии. Поэтому новые культуры зачастую вынуждены проходить архаичные этапы развития и планомерно осваивать пространство.
Развитие сильно зависит от среды, в которой находится культура. К примеру, планета полностью покрытая океаном будет ограничена в площадках для приземления кораблей, ресурсах и реализации высокотемпературных технологий. Экстремальные условия: температура поверхности 500°C, кислотные дожди, трёхкратная сила тяжести или давление в 12 бар – создадут значительные сложности для развития.
Тем не менее, человек в своём путешествии по космосу старается селиться в наиболее подходящей ему среде, потому развитие космоплавания в экстремальных условиях изучается в институтах, ответственных за освоение новых планет. В нашем случае мы принимаем, что условия среды близки к комфортной для человека и подобных ему гуманоидов. Также в судовождении не рассматриваются не судовые системы транспортировки, как-то: нуль-транспортировка (транспортирование через объединённые точки пространства), телепортация (воссоздание объекта в точке приёма), соматическая передача (генерация вещества в точке приёма на основе разложения в точке передачи), являющиеся предметом изучения иных институтов.
Используемые технологии.
Свойства окружающей среды предлагают различные способы обеспечения движения. Так как планетяне в первую очередь осваивают воздушную среду, то вначале они делают упор на механические движители, позволяющие протаскивать судно сквозь среду. Чаще всего тепловая энергия сгораемого топлива преобразуется в механическое движение тяглового пропеллера или турбины. Затем идёт переход к реактивному движению, при котором высокоэнергетичное вещество выбрасывается из воздушного судна в направлении обратном движению. Как следствие, в безвоздушное пространство первыми имеют шанс выбраться ракеты на химических реактивных двигателях.
При наличии контакта колонии со звёздными системами этап с химическими ракетами пропускается из-за их огромной не экономичности. Масса полезной нагрузки корабля на химическом двигателе составляет малую долю от общей массы ракеты и требуемого для подъёма топлива. Однако, в колониях на объектах с малой гравитацией (ледяные астероиды), они активно применяются. Добываемая на месте вода может служить отличным реактивом, особенно в виде разогретого до высоких температур пара, а низкая гравитация позволяет обходиться небольшим количеством вещества.
Основные движители освоения орбитального и внутрисистемного пространства: фотонные, ионные и плазменные. Все они имеют высокую энергию истекаемого вещества и потому занимают меньшую часть судна, могут обеспечить непрерывную тягу на всём протяжении полёта, что делает необязательным наличие систем управления гравитацией на судне, не требуют сверхсветовых прыжков и позволяют перемещаться в пределах планетной системы в разумные сроки: до нескольких дней.
Орбитальные спутники являются стационарными объектами, устанавливаемыми на орбитах из челноков. Двигатели им нужны только для автономной коррекции орбиты. Однако, при наличии крупной группировки спутников выгоднее смещать их дистанционно по тому же принципу, на котором работают солнечные паруса: передача импульса через энергию излученных фотонов. На спутнике или станции размещаются площадки с высокой отражающей способностью, по которым осуществляется долговременная стрельба соматическим оружием с низкой интенсивностью и высокой точностью. Лучше всего для этих целей подходят лазеры, тем более что планетарные силы обороны зачастую выводят на орбиту несколько лазерных боевых установок, с возможностью работы в низкоэнергетичном режиме.
Крупные орбитальные станции и порты также не снаряжают собственными двигателями. Невесомость позволяет закладывать в крупные объекты возможность развития и наращивание структуры. Космический город можно строить сколь угодно долго и далеко, а значит и двигатели будут требовать постоянной смены дислокации и пересчёта управляющей модели. К тому же для значительной массы требуются большие мощности, но при этом редко и на малые сроки. Для перемещения подобных объектов обычно используются буксиры – тягловые челноки, подвязываемые к килям объекта.
Межзвёздное сообщение колонии вначале организуется метрополией или на основе технологий ближайшего звёздного окружения. Трассы прокладывает более развитая культура, затем колония выкупает корабли, системы диспетчеризации и портирования. Следом выстраивает промышленный сектор транспортной инфраструктуры, затем ремонтные верфи, заводы и, в последнюю очередь, воспроизводит полный цикл постройки корабля.
Импорт технологий всегда приводит к отсутствию технической мысли и собственных разработок в судостроении. Будь-то колония или метрополия, независимое государство или часть глобального союза, развития технологий не происходит. Главной причиной застоя в разработке связывается с размерами научной базы, которую следует освоить исследовательским институтам. Полноценный поиск новых путей проникновения в космос возможно только при значительном вливании средств со стороны государства, инвестировании в космос всем обществом. Поэтому новаторские космические технологии реализуются не частными и государственными корпорациями развитых миров, а новичками звёздного сообщества, проложившими дорогу к звёздам своими потом и кровью. Изолированная культура стремится всеми силами выйти на галактический простор и потому реализует самые смелые проекты. Совершенствование же технологий остаётся за наиболее развитыми мирами.
В настоящее время межзвёздные путешествия строятся на технологии прыжков – движение сквозь гиперпространство. Технология позволяет обойти ограничения скорости света уходом из физического пространства в сопутствующее измерение (подробнее см. раздел 5.11). Прыжковая технология выигрывает перед прочими за счёт времени, так как сокращает срок путешествия с нескольких лет до нескольких дней.
Подробнее о вариантах двигателей в разделе 1.4.
§1.2. Назначение космического сообщения.
Зачем человеку перемещаться между звёздами? Нет какой-то определённой цели, к которой стремится человечество, как и неизвестна причина по которой человечество может вдруг остановиться и сказать: больше лететь незачем. Вопрос философский, и потому не рассматривается в судовождении. Зато можно отметить материальные выгоды для человечества: сохранение человеческой цивилизации, расширение научной базы за счёт увеличения поля исследований, рост качества жизни.
В Галактике, бывает, случаются неприятности: взрывы звёзд, эпидемии, межзвёздные войны. Каждому народу свойственно беспокоиться за собственное благополучие. Человечество по мере расширения зоны своего присутствия в космосе (ойкумены) старается наладить уважительный диалог с открываемыми культурами и, по мере совместного развития, обеспечивать безопасность в жизни и развитии своим соратникам. Однако, этому правилу придерживаются далеко не все государства, будь они человеческие или нет. Выходом на межзвёздные тропы человечество решило вопрос выживания всей расы. Даже если в отдельном районе Галактики неожиданно вспыхнет сверхновая, уничтожая звёздные окрестности, это не поставит крест на человечестве. То же самое справедливо, если в Галактике разразится глобальная война. Уже сейчас человечество не знает, где находятся его отдалённые форпосты. Конечно, для отдельной системы гарантий безопасности дать невозможно, но человечество в целом уже практически невозможно уничтожить.
Разные планеты предлагают самые разные возможности в формировании материи в комбинациях, которые не предугадать. Одни и те же технологические процессы могут проходить разными способами за счёт неучтённых параметров среды. К примеру, кристаллизация железа во время плавки руды при разном тяготении, биологические мутации из-за потоков звёздных частиц. Один только доступ к невесомости значительно влияет на развитие науки в любой развивающейся системе. Космическое сообщение ускоряет развитие науки и расширяет её возможности.
Расширение возможностей науки приводит к увеличению знаний в жизненно важных отраслях хозяйства. Медицина, борьба с болезнями, увеличение урожайности, производство пищи и прочих продуктов напрямую из неживой природы. Расширение возможностей науки ведёт к открытиям, улучшению характеристик продукции, способствует долголетию человека и увеличению устойчивости перед внешней средой. Выживанию отдельно взятого человека может способствовать перемещение в необходимый для здоровья климат или привоз жизненно необходимых веществ, ресурсов в те регионы, где они требуются, но невозможно производить на месте. Космическое сообщение способствует улучшению жизни.
Вышеперечисленные цели служат причинами возникновения следующих задач, выполняемых космическим судовождением:
– транспортировка пассажиров (планетарные, орбитальные, межпланетные и межзвёздные перевозки);
– круизное и экскурсионное обслуживание;
– транспортировка грузов (контейнерная перевозка, жидкого и сыпучего сырья, низкотемпературного и высокоактивного материала, в т.ч. и радиоактивного);
– буксирование орбитальных объектов и межзвёздная буксировка;
– вывалка стационарных спутников и станций;
– управляемый съём с орбиты любых объектов;
– минирование и траление пространства;
– орбитальное и межпланетное патрулирование;
– санитарно-эпидемиологический досмотр;
– перехват опасных и потенциально-опасных объектов;
– обеспечение спутниковой связи и телевидения;
– обслуживание солнечных электростанций;
– спутниковые метеорология, навигация, геодезия и картография, исследование природных ресурсов планет и космический мониторинг;
– создание и обеспечение орбитального промышленного производства: выращивания сверхчистых кристаллов полупроводников, новых эффективных материалов;
– изоляция в космосе и утилизация в недрах звёзд опасных отходов техногенной деятельности.
Как видно, в данном перечне описываются все основные операции в ближнем и дальнем пространстве, за исключением операций проводимых со стационарных (не движущихся на своей энергетической установке) объектов, которые остаются в ведении диспетчерских, портовых служб или специализированных ведомств.
