Seuraa 
Viestejä45973

Tämä viestiketju liittyy aiheeseen
tahtitiede-ja-avaruus-f6/8000-taalalla-maata-kiertavalle-radalle-mutta-enta-kuuhun-t54057.html

Pohdimme parin fyysikon ja muutaman insinöörin kanssa Googlen LunarX kilpailua jossa rapsahtaisi ensimmäiselle yksityisen sektorin porukalle 30 miljoonaa dollaria jos saa HD kameran kuuhun.
http://www.googlelunarxprize.org/

Aihe ei itsessään ole mikään uusi eikä ihmeellinen. Kirjoittelen tähän millasiin johtopäätöksiin on päästy, ja mitä nykyteknologia tarjoaa haaveilulle tueksi. Saa kommentoida ja kritisoida ja ehdottaa vaihtoehtoja.

Yksinkertaisuudessaan tavoitteena on saada HD kamera kuuhun siinä kunnossa että se on kykenevä ottamaan kuvia, tallentamaan ne ja hyvänä lisänä mahdollisesti myös lähettämään ne takaisin maahan. Kaikki muu on siis irrelevanttia. Minkään säilyminen ehjänä tai toimintakykyisenä, saada aikaiseksi mahtavia otoksia, datasiirron nopeus kestävyys tai laatu on sivuseikkaista. Nyt pitää saada möhkäle kuun kamaralle niin että siinä on virtaa.

Virtaa varten luonnollisesti käytettäisiin aurinkokennoja mahdollisimman vähällä mekaniikalla sekä olosuhteisiin sopivaa akustoa.

Ryhmittelen tätä nyt järkeviin vaiheisiin.

Yleisesti

Tätä päätelmää on aika turha sen enempiä perustella: mahdollisimman pieni. Kaiken tähän mennessä mietityn payloadin pitäisi mahtua maitotölkkiä pienempään tilaan. Tietokone kameroineen ja antureineen ei vie sataakaan grammaa.

Varsinainen paino on virtalähteessä ja sen osissa.

Kykenevä toimimaan omillaan ilman datasiirtoa kohteeseen saakka. Tähän vaaditaan tietyntasoinen AI, mutta sen kodaaminen ei ole ongelma.

Kykenevä havaitsemaan ympäristöään ja laskemaan suhteelinen sijantinsa, vauhti, sekä suunta siitä. Tämä voidaan toteuttaa kahdella digikameran silmällä ja kuvantulkintaohjelmistolla, sekä oletusalgoritmeillä. Tarkoituksena ei ole tietää sijaintia tarkasti, kohde on kohtalaisen iso.

HD Kameran ja sen vaatiman ekeltroniikan saa mahtumaan 5 grammaan.

Maasta ja kiertoradasta irrottautuminen

Project HALO osoitti että on käypä vaihtoehto hyvin kevyille raketeille lähteä heliumpalloista.
http://chapters.nss.org/al/HAL5/HAL5_old/HALO/SL-1/

Nykyisillä palloilla päästään 30km paremmalle puolelle, (up to 50km). Tätä ei tehdä sitä varten että 30km merkitsisi mitään, vaan ilmanvastuksen (ja ilmakehässä vietetyn ajan) ja sitä kautta tarvittavan voiman määrän laskemikseksi, sekä troposfäärissä olevien sääilmiöiden väilttämiseksi.

Alustavana ideointina oli yhdistää elektrolyysiin perustuvaa rakettiteknologiaa, josta enemmän täälä
http://www.spacecraftresearch.com/files ... ce2011.pdf

.. tämän organisaation ideologiaan valmistaa käyttökelpoinen runko raketille "suoraan hyllyltä" löytyvillä tuotteilla
http://www.interorbital.com/Sea%20Star% ... Page_1.htm

Koska virran määrä on rajallinen, on ideana sama kuin linkatussa PDF:ssä, missä etääntymiseen käytetään normaalia rakettia ja vasta myöhemmässä vaiheessa pääraketin irtaannuttua aletaan käyttämmään elektrolyysiin perustuvaa työntövoimaa pulsseina. Tällä yhdistämisellä päästään merkittävästi pienempään paloaineen tarpeeseen ja kokonaispainoon, sekä tarkempaan hallintaan myöhemissä vaiheissa.

Pohdimme myös magneettirata-laukaisun vaihtoehtoa. Sillä voisi korvata pääraketin sekä pallolaukaisun tarpeen.

Matka

Nyt ei ole tosiaan tarkoitus saada aikaiseksi kaunista jälkeä.

Kuun sijainnin, suunan, vauhdin laskeminen tietylle hetkelle tulevaisuudessa ei ole vaikeaa.

Ideoimme matkan taittuvan elliptisellä radalla joka kohtaa kuun sen tietyssä vaiheessa niin, että kuu saavuttaa omalla nopeudellaan objektimme. Tällöin objektin tarvitsisi vain pitää huolta että se saavuttaa kuun pyyhkäisemän radan sitä hitaammalla nopeudella. Radan elliptisyyden ylläpitäminen on luonnollisesti lähes mahdotonta, mutta tarkasti ennakoidulla radalla ja mahdollisuudella pieneenkin suunnanmuutokseen on tämä osumisalue mielestämme saavutettavissa.

Pienen modulin voi suojata tarpeeksi tehokkaasti säteilyltä käyttämällä voimakasta magneettia. Tästä on näyttöä ja tietoa alla
http://www.darkgovernment.com/news/sola ... ce-flight/

"They suspended a magnet 2.5 centimetres in diameter in a long cylindrical vacuum chamber at RAL, then blew a plasma towards the magnet at supersonic speeds. The Larmor radius of the particles in that weedy magnetic field is about 120 millimetres: they should have smashed right into the magnet. But they didn’t. Despite the pathetic field strength, none of the particles reached the magnet "

http://iopscience.iop.org/0741-3335/50/12/124025

Laskeutuminen

Isoimmaksi ongelmaksi laskeskelimme kamaralla pysymisen törmäyksen sattuessa. Olettaen että törmäys tapahtuu erittäin suuressa vauhdissa, törmäys itse pitä huolen että siihen jää mihin osuu.

Törmäysvoimien hallitsemiseksi pohdimme vaihtoehdoksi, että kameroiden huomatessa osumisen olevan varmaa, payloadista irtoaisi varsinainen aktiivinen osa. Tämän osan pieni paino sekä muoto (pallo?) nostaisi mahdollisuuksia sille, että laskeutuminen ei olisi tuhoisa varsinaiselle kameralle.

Pallon muotoon pystyy tekemään kestävän kääntymisen mahdollistavan mekaniikan.

Pohdimme vaihtoehtoa jossa osumisen voimia hallitaan painesäiliössä olevalla massalla, joka purkautuu osumista edeletävänä hetkenä.

Toiminta

Kommunikointi on selkeästi ongelma joka tuodaan aina esille. Tämä fire and forget lähtökohdalla ideoitu raketti ei tarvitsisi kommunikointia varten osia ennen kuin laskeutumisensa jälkeen. Tällöinkin sitä tarvittaisiin vain lähettämään universaalisti ymmärrettävää datastreamia, jonka voimakkuudella ei ole lähettäjän päädyssä merkitystä.

Uskon vakaasti, että jos näin pitkälle päästään, on laserledin välke nykyaikaisilla havaintolaitteilla nähtävissä pienestäkin pisteestä havaittavissa, ja katsojia varmasti löytyy niiden piiristä joilla ei laitteet ole pienimmästä päästä.

----

En musitanut kaikkia ideoita ja linkkejä joita on ollut mietteissä ystävien kesken. Saa kommentoida ja ideoida

Kommentit (9)

Yksinkertaisuudessaan tavoitteena on saada HD kamera kuuhun siinä kunnossa että se on kykenevä ottamaan kuvia, tallentamaan ne ja hyvänä lisänä mahdollisesti myös lähettämään ne takaisin maahan. Kaikki muu on siis irrelevanttia.



The $30 million Google Lunar X PRIZE will be awarded to the first privately funded teams to build robots that successfully land on the lunar surface, explore the Moon by moving at least 500 meters (~1/3 of a mile), and return high definition video and imagery.
Sisältö jatkuu mainoksen alla
Sisältö jatkuu mainoksen alla

Ilmeisesti laskeutumisvaiheen voisi järjestää joko laitteen ääripäähän tai ketjun, esim. hiilikuituköyden päähän kytketyllä painolastilla, joka kuun painovoiman alaisuudessa rakettimoottorien käynnistyttyä kiepauttaisi laitteen oikein päin, ja sen jälkeen vehje tulisi oikeassa asennossa alas.

Villi veikkaus, että vaikka kaiken teknologian saisi tehtyä itse, pelkät materiaalikulut alle kilonkin painoiselle robotille rakettipolttoaineine ja muine häkkyröineen olisivat vähintään useita kymmeniä tuhansia.

Heksu
Seuraa 
Viestejä5463
Bushmaster
Ilmeisesti laskeutumisvaiheen voisi järjestää joko laitteen ääripäähän tai ketjun, esim. hiilikuituköyden päähän kytketyllä painolastilla, joka kuun painovoiman alaisuudessa rakettimoottorien käynnistyttyä kiepauttaisi laitteen oikein päin, ja sen jälkeen vehje tulisi oikeassa asennossa alas.



Höpsö ajatus, taitaa olla Bushmasterin fysiikka vähän hakusessa. Olet lukenut liikaa Akateemikon horinoita. Painolastihan vain sojoittaisi moottorin aiheuttaman kiihtyvyyden suuntaisesti, ihan sama mihin suuntaan härveli olisi menossa. Ei painolastilla voi mitään ohjata tyhjässä avaruudessa.

pmk
Seuraa 
Viestejä1855

En tiedä, kieltääkö kyseisen kilpailun säännöt tämän, mutta radioamatöörit ovat käytännössä ilmaiseseksi lähettäneet satelliitteja "peukalokyydillä" monen vuosikymmenen ajan.

Jos maksavan asiakkaan satelliitit eivät täytä kantoraketin nostokykyä, kirjaimellisesti hiekkasäkkejä käytetään, jotta esim. laukaisun massakeskipiste säilyy halutunlaisena. Eri maiden avaruusviranomaiset ovat tietyin ehdoin suostuneet siihen, että nämä hiekkasäkit voidaan korvata esim. radioamtöörisatelliiteilla.

Tällä tavoin on laukaistu tietoliikennesatelliittien siirtoradalle (400x40.000 km GTO) puolen tusinaa radioamatöörisatelliittia. Varsinainen maksava kuorma (tietoliikennesatelliitti) on sitten omalla moottorilla pyöristänyt geostationääriradan 36.000 km korkeudelle.

Jos satelliitti saadaan GTO radalle (400x40.000 km), ei kovin paljon rakettipolttoainetta tarvita radan korottamiseen 400x400.000 km korkeuteen, jolloin voidaan osua kuuhun. Itse asiassa ainakin yksi alle GTO radalle jäänyt satelliitti on kierrätetty kuun ympäri (Apollo 13 tapaan) omalla moottorilla ja saatu lopulta kaupallisesti kannattavalle 36.000 km geostationääriradalle.

USA yritti 1960 luvun alusa saada osumia kuuhun ja laskeutumisvaiheen loppuvaiheessa välittää TV kuvaa ennen törmäystä Ranger luotimilla http://en.wikipedia.org/wiki/Ranger_program, joista vain kolme viimeistä onnistui ja välittivät terävää kuvaa ennen törmäystä.

Kuusi ensimmäistä Ranger laukaisuja olivat enemmän tai vähemmän epäonnistumisia, mutta niissä oli mukana balsalla pehmustettu Tonto-pallo, jonka kuviteltiin toimivan vielä kuun pinnalla http://en.wikipedia.org/wiki/Ranger_3.

Ottaen huomioon, että jo toisen maailmansodan aikana rakennettiin tykillä ammuttavia elektroniputkia sisältäviä ilmatorjuntakranaatteja (proximity fuse), ei suorasta kuutörmäyksestä selviytyvää elektroniikka pitäis itänä päivänä mahdoton rakentaa.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä31323
Eluwien
Yksinkertaisuudessaan tavoitteena on saada HD kamera kuuhun siinä kunnossa että se on kykenevä ottamaan kuvia, tallentamaan ne ja hyvänä lisänä mahdollisesti myös lähettämään ne takaisin maahan.



Mahdollisesti lähettämään maahan? Entä jos se ei ole mahdollista, oletko sittenkin tyytyväinen luotaimen antiin? Jos, niin korvaa suosiolla se kamera paperisella. Hienot HD-kuvat muistikoritlla Kuun pinnalla ovat aika laiha lohtu.

Tuon palkinnon saamiseksi täytyy lähettää ne kuvat takaisin ja kruisaillakin Kuun pinnalla.

Virtaa varten luonnollisesti käytettäisiin aurinkokennoja mahdollisimman vähällä mekaniikalla sekä olosuhteisiin sopivaa akustoa.



Miksei kuivaparistoja? Kuumatka on muutaman päivän homma ja jos tarkoitus ei ole hillua perillä pitkään, kuivaparistot ovat hyvä, luotettava ja halpa tapa tuottaa energia.

HD Kameran ja sen vaatiman ekeltroniikan saa mahtumaan 5 grammaan.



On varmaan todellinen HD-kamera. Oletko huomioinut, että avaruudessa tarvitaan siihen speksatut komponentit, jotka ovat isoja ja erikoisia? Esimerkiksi jäähdytys täytyy ajatella täysin uudelleen.

Alustavana ideointina oli yhdistää elektrolyysiin perustuvaa rakettiteknologiaa, josta enemmän täälä
http://www.spacecraftresearch.com/files ... ce2011.pdf



No sitten menee monimutkaiseksi. Kuivaparistot eivät riitä.

vasta myöhemmässä vaiheessa pääraketin irtaannuttua aletaan käyttämmään elektrolyysiin perustuvaa työntövoimaa pulsseina. Tällä yhdistämisellä päästään merkittävästi pienempään paloaineen tarpeeseen ja kokonaispainoon, sekä tarkempaan hallintaan myöhemissä vaiheissa.



Ei tuota elektrolyysiä käytetä siksi, että se olisi polttoainetaloudellisempi, vaan siksi että CubeSateissa ei saa standardin mukaan olla palavia aineita. Määräyksen tarkoitus on suojella kantorakettia ja muita hyötykuormia.

Pohdimme myös magneettirata-laukaisun vaihtoehtoa. Sillä voisi korvata pääraketin sekä pallolaukaisun tarpeen.



Sitä on moni pohtinut mutta... Mikä olikaan budjetti, jonka puitteissa pitäisi toimia?

Tällöin objektin tarvitsisi vain pitää huolta että se saavuttaa kuun pyyhkäisemän radan sitä hitaammalla nopeudella.



Eikö tarkoitus ole laskeutua hallitusti Kuuhun? Silloin kuvat on otettava ennen törmäystä. CubeSat -kokoluokassa armottomaksi ongelmaksi tulee kuvien välitys Maahan ennen törmäystä. Se vaatii paljon kaistaa, mikä merkitsee isoja antenneja ja lähetystehoja luotaimeen ja radioteleskooppikokoluokan antenneja vastaanottoon. Törmäysnopeus on muistaakseni luokkaa pari kilometriä sekunnissa.

Isoimmaksi ongelmaksi laskeskelimme kamaralla pysymisen törmäyksen sattuessa. Olettaen että törmäys tapahtuu erittäin suuressa vauhdissa, törmäys itse pitä huolen että siihen jää mihin osuu.



Kyllä se on siinä vaiheessa ongelmista pienin. Kun alus törmää Kuun kamaraan pari km sekunnissa, se on entinen mikrosekunneissa.

Törmäysvoimien hallitsemiseksi pohdimme vaihtoehdoksi, että kameroiden huomatessa osumisen olevan varmaa, payloadista irtoaisi varsinainen aktiivinen osa. Tämän osan pieni paino sekä muoto (pallo?) nostaisi mahdollisuuksia sille, että laskeutuminen ei olisi tuhoisa varsinaiselle kameralle.



Ei onnistu millään. Se on niin armoton mälli, ettei mikään kestä.

Pohdimme vaihtoehtoa jossa osumisen voimia hallitaan painesäiliössä olevalla massalla, joka purkautuu osumista edeletävänä hetkenä.



CubeSatin määräykset eivät käsittääkseni salli paineistettuja säiliöitä.

Kommunikointi on selkeästi ongelma joka tuodaan aina esille. Tämä fire and forget lähtökohdalla ideoitu raketti ei tarvitsisi kommunikointia varten osia ennen kuin laskeutumisensa jälkeen. Tällöinkin sitä tarvittaisiin vain lähettämään universaalisti ymmärrettävää datastreamia, jonka voimakkuudella ei ole lähettäjän päädyssä merkitystä.



Suunnittelemasi "laskeutumisen" jälkeen se alus ei lähetä mitään muuta kuin termistä infrapunasäteilyä. Kaikki kommunikaatio pitää hoitaa ennen laskeutumista tai sitten varustaa se jarruraketein. Sitten toivottavasti budjetti on 8 numeroinen eikä ala ihan pienellä numerolla.

Uskon vakaasti, että jos näin pitkälle päästään, on laserledin välke nykyaikaisilla havaintolaitteilla nähtävissä pienestäkin pisteestä havaittavissa, ja katsojia varmasti löytyy niiden piiristä joilla ei laitteet ole pienimmästä päästä.



Kyllähän nuo katsovat, jos maksat tarpeeksi. Näkyminen on sitten oma asiansa. Jos käytät lasersäteen fokusointiin 100 mm:n peiliä, diffraktio rajoittaa hajaantumiskulman noin 2 kaarisekuntiin. Maan pinnalla se osuu noin 4 km:n halkaisijalliselle alueelle, olettaen että alus pystyy pitämään suuntauksen noin +-1 kaarisekunnin tarkkuudella liikkuvaan kohteeseen. Jos käytät 1 W:n diodilaseria, intensiteetti Maassa on noin 85 nW/m^2. Tuo vastaa kirkkaimpia tähtiä, joten näet sen itsekin amatöörilaitteilla (tulikohan tuohon nyt joku kertaluokkavirhe), kunhan koodaat lähetteen fiksusti. Mutta ennen sitä pitäisi saada se vehje ehjänä Kuun pinnalle.

Neutroni
Seuraa 
Viestejä31323
pmk
Ottaen huomioon, että jo toisen maailmansodan aikana rakennettiin tykillä ammuttavia elektroniputkia sisältäviä ilmatorjuntakranaatteja (proximity fuse), ei suorasta kuutörmäyksestä selviytyvää elektroniikka pitäis itänä päivänä mahdoton rakentaa.



Tuollainen törmäys muotoilee umpimetallipallonkin uuteen uskoon. Tykin kranaatti kiihtyy usean metrin matkalla vajaan kilometrin sekuntinopeuteen. Satelliitti pysähtyy muutaman kymmenen cm:n matkalla kolminkertaisesta nopeudesta.

Eusa
Seuraa 
Viestejä16949

Idea:

Nostetaan usealla heliumpallolla täyteen ladattu magneettikiihdytin sinne 40 km korkeuteen. Lähetetään metallinen keihäs eka kerralla rakettimoottorilla matkaan maata kiertävälle ellipsiradalle. Keihään perä on täynnä polttoainetta ja ihan peräosassa ohjaussuuttimet.

Kun keihäs on kiertänyt kierroksen, ohjataan se uudestaan magneettikiihdyttimelle ja pumpataan lisänopeutta. Joka kierroksen aikana magneettikiihdytin ladataan uudestaan täyteen.

Keihäs saadaan lopulta kiihdytettyä pakonopeuteen ja putoamaan kohti kuuta.

Keihäs käännetään putoamaan perä edellä kuun kamaraan sopivaksi arvioituun kohtaan. Keihäs on riittävän pitkä ja rakenteeltaan sellainen, että ottaa vastaan törmäysenergian. Kärjessä oleva aparaatti jää pinnalle, lataa akkunsa muodonmuutosenergiasta ja sitten vain pikkukaveri liikkeelle ja kuvailemaan...

Hienorakennevakio vapausasteista: (1+2¹+3²+5³+1/2¹*3²/5³)⁻¹ = 137,036⁻¹

Heksu
Höpsö ajatus, taitaa olla Bushmasterin fysiikka vähän hakusessa. Olet lukenut liikaa Akateemikon horinoita. Painolastihan vain sojoittaisi moottorin aiheuttaman kiihtyvyyden suuntaisesti, ihan sama mihin suuntaan härveli olisi menossa. Ei painolastilla voi mitään ohjata tyhjässä avaruudessa.



Kuun painovoimakenttä on 1/6 siitä mikä maasta.

Suosituimmat

Uusimmat

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Uusimmat

Suosituimmat