Внимание: возможны спойлеры (совсем чуть-чуть)
«К счастью я — ботаник!»
Национальное аэрокосмическое агентство США разработало шкалу уровней готовности технологии TRL. Шкала выделяет девять уровней готовности технологий: с первого по шестой — это развитие в рамках научно-исследовательских работ, с седьмого и выше — опытно-конструкторские работы и демонстрация работоспособности технологий. Когда говорят о «сегодняшних технологиях» — подразумевают уровни восьмой и девятый шкалы TRL. Инженер Роберт Фрост рассказал, что большая часть технологий в фильме находится ниже шестого уровня, многие — ниже третьего.
Защита от радиации
Один из самых важных вопросов, которые предстоит решить для полёта человека на Марс, это защита от радиации. В фильме «Марсианин» об этом нет упоминаний, не объясняется, какой механизм использует команда для защиты от излучения. Возможно, они используют новые материалы или медицинские техники, но на данный момент на Земле нет подобных решений. Эта технология находится не выше TRL 1.
Корабль «Гермес»
Космический корабль, на котором астронавты курсируют между Землёй и Марсом, во многом похож на МКС. Мы видим подобные солнечные панели и куполы. Но в нём есть то, что пока мы не можем построить: в центре — вращающийся тор, который создаёт искусственную гравитацию для улучшения состояния экипажа и снижения воздействия невесомости на организм. Роберт Фрост пишет, что при создании такого механизма нужно продумать, как сделать возможным постоянный доступ экипажа, как заставить тор двигаться плавно. Уровень этой технологии — третий или четвертый.
«Гермес» использует ионные двигатели. «У нас есть ограниченный опыт работы с ними, но в очень маленьких масштабах. Увеличить их не так легко, много проблем предстоит решить». Данная технология находится между пятым и седьмым уровнями.
Ровер
Слева на фотографии — существующие прототипы роверов NASA. Справа — машина, которую использовали в фильме. Они не сильно различаются, но вариант в «Марсианине» — более продвинутый. Существующие сейчас роверы пока не проверены в подходящих условиях, так что подобный в фильме ровер сейчас имеет TRL от шести и выше.
Для обогрева в ровере главный герой использует РИТЭГ. Насколько это безопасно — рассказывается в этой статье.
Скафандр
Слева на фотографии — заместитель руководителя NASA Дэйва Ньюман. Она до получения этой должности долго разрабатывала костюмы для полётов в космос, на этой фотографии — один из её прототипов. В вакууме или близко к нему тело человека стремится расширяться, и скафандр должен это давление нейтрализовать. «Я не знаю, что делает этот скафандр из фильма. Я понимаю, что он обеспечивает давление, потому что в фильме показано, как оно снижается. Но он не выглядит создающим давление. Это какое-то высокотехнологичное вуду. У нас нет такой технологии. У нас есть только некоторые аспекты её на уровне TRL от 4 до 9», — пишет Фрост.
Свой взгляд на скафандр из фильма на Geektimes.ru представил Николай Моисеев — сооснователь американской частной космической компании Final Frontier Design, которая занимается разработкой космических скафандров.
Комментарии (42)
foxkeys
13.10.2015 02:36+6Как по мне — так самая крутая технология в этом фильме — это примерно двухметровый шлюз (точнее — дыра от шлюза, да, кто видел — поймет...) заклеенный пленкой и скотчем…
Желающие могут легко подсчитать нагрузку. Даже при условии что давление внутри модуля будет как на Эвересте (а там без кислородной маски никак, а ГГ вполне себе без нее шлялся уже и после аварии) — то на двухметровом шлюзе будет что-то в районе 10 тонн (и в районе 30т при нормальных 100кПа)
Угу. А его еще в фильме так мило ветерком полощет, да… Раз, так, в одну сторону 30 тонн выгнуло, потом — ветерок подул — в другую, да… Ничё так ветерок, ага…
ice2heart
13.10.2015 07:48+8По мне это упрощение для фильма, по книге весь дом сделан из «ткани», которой он и заделал дыру залепив её тканью со смолой. (насколько я помню, ткань была из углеродного волокна, но не уверен) Т.е. дом был как большая палатка, которую легко можно заштопать.
kAIST
13.10.2015 22:59Вот, кстати, тоже не понял этот момент. В книге говорилось про «полотно» и описана его прочность. А в фильме очень уж сильно в глаза бросался какой то жалкий полиэтилен.
defuz
13.10.2015 23:51Да, в книге палатка была сделана из нано-ткани и дырка по инструкции заделывалась запасным лоскутом из этой ткани, приклееной нано-смолой, которая должна быть в состоянии выдержать разницу в 1 атмосферу.
voyager-1
13.10.2015 09:04+4Даже при условии что давление внутри модуля будет как на Эвересте (а там без кислородной маски никак, а ГГ вполне себе без нее шлялся уже и после аварии)
Вы упускаете момент, что атмосфера внутри модуля — может быть какой угодно, вплоть до чистого кислорода, а это означает — в пять раз меньшее давление (в условиях, когда надо выживать — и не на такое пойдёшь). Люди вполне себе живут на высоте в 5 км, а это — примерно половина от давления у поверхности, так что в сумме у нас остаётся «аварийный минимум» в 10 кПа. Из этого надо ещё вычесть давление атмосферы Марса — это 0,8±0,2 кПа в этой местности. Судя по тому, как его швырнуло — там уже «поработали» с ледяными шапками, и подняли атмосферное давление, хотя — ни по книге, ни по фильму этого нигде не описано.
Угу. А его еще в фильме так мило ветерком полощет, да… Раз, так, в одну сторону 30 тонн выгнуло, потом — ветерок подул — в другую, да… Ничё так ветерок, ага…
Там ещё полёт на реактивной струе таки добавили, от которой по книге отказались. Ну на что только не пойдёт режиссёр, чтобы показать драматичность ситуации).
tralchonok
13.10.2015 10:51+3Вы упускаете момент, что атмосфера внутри модуля — может быть какой угодно, вплоть до чистого кислорода
В фильме, когда ГГ вел журнал, были показаны условия в модуле. Там Кислорода 21% был.
foxkeys
13.10.2015 11:46+2Я этот момент не упускаю. Вообще-то я и сделал допущение что давление будет 30% от номинала…
Кроме того, если брать книгу (перевод)
Жизненно важной частью конструкции является внутреннее давление. Без него вся штукенция падает.
Т.е. давление не может быть слишком низким.
А по фильму — он восстановил именно что «нормальную» для модуля атмосферу (показан момент наддува после ремонта)
В любом случае, выгибающаяся туда-сюда заплата есть совсем уж откровенный бред в пользу зрелищности, т.к. получается что наружное давление на эту заплату при ветре возрастает до давления внутри модуля.
Собственно, проблема именно в крайней нереалистичности фрагмента. «Целую» конструкцию вырвало и унесло нафиг, а заплата из пленки и скотча держит как ни в чем не бывало при рывках давления как минимум равных перепадам давления шлюзования…
Rascko
13.10.2015 02:44+2Защита от радиации… но на данный момент на Земле нет подобных решений.
Увеличить их не так легко, много проблем предстоит решить». Данная технология находится между пятым и седьмым уровнями.
Возможно, я чего-то в их классификации не понимаю, но если есть технологии, позволяющие на ионных двигателях летать от Земли до Марса на дурынде размером с МКС за, грубо говоря, год, то технология защиты от радиации вполне может называться «двадцать тонн свинца».
Raegdan
13.10.2015 03:07+4Насколько я знаю, от космической радиации свинцом не защититься. У неё в отличие от распада изотопов, дикий электронвольтаж, как у хорошего ускорителя. Она прошивает навылет даже очень толстый свинец. То ли здесь, то ли на Хабре как-то была статейка об электронике для космической техники, и почему нельзя взять обычные приборы и укутать в свинец.
keslo
13.10.2015 08:42+1Буду благодарен за ссылку на статью.
Vedomir
13.10.2015 09:00+4А давайте спутник в радиационную защиту завернем, и гражданские микросхемы поставим
Природа с усмешкой смотрит на игрушечные ускорители элементарных частиц зверолюдей — на большом адронном коллайдере ими были (вернее будут) достигнуты жалкие энергии в 7 TeV для протонов, и 574 TeV для ионов свинца. А с галактическими космическими лучами к нам иногда прилетают частицы с энергией 3*1020 eV, т.е. 300000000 TeV. Откуда берутся такие частицы еще вопрос, т.к. это выше теоретического предела энергии космических частиц Грайзена — Зацепина — Кузьмина. В человеко-понятных единицах, это около 50Дж, т.е. в одной элементарной частице энергия как у пули мелкокалиберного спортивного пистолета.
Когда такая частица сталкивается например с атомом свинца радиационной защиты — она просто разрывает его в клочья. Осколки также будут иметь гигантскую энергию, и также будут разрывать в клочья все на своём пути. В конечном итоге — чем толще защита из тяжелых элементов — тем больше осколков и вторичной радиации мы получим. Свинцом можно сильно ослабить только относительно мягкую радиацию земных ядерных реакторов.
Аналогичным эффектом обладает и гамма-излучение высоких энергий — оно также способно разрывать тяжелые атомы в клочья за счет фотоядерной реакции.
Микроэлектроника для космоса и военных
SelenIT2
13.10.2015 11:06+1Для полноты картины нужно всё же сравнить количество таких запредельных частиц и количество солнечных частиц, внезапно, куда более близких по энергиям к «относительно мягкой радиации реакторов». Ну и подобрать компромиссную толщину защиты (примерный расчёт чуть ниже в ветке), которая достаточно ослабит вторые и не слишком увеличит «вторичку» от первых. Плюс для людей и микросхем требования защиты несколько разные — если для микросхемы важно минимизировать вероятность попадания отдельной «злой» частицы в кристалл, то для изрядного объёма человеческого тела всё же важнее интегральный показатель…
madhead
17.10.2015 21:15Интересно, что будет, если такая частица попадёт в тело человека (глаз, мозг, кость, мышцу). Эффект будет как от мелкокалиберной пули?
stalinets
17.10.2015 22:23Наверное, это зависит от того, какая проникащая способность у осколков деления, соответственно, насколько широкий будет конус разлёта этих продуктов. Может, особо ничего и не будет и осколки первой-второй волн вылетят из тела наружу. А может и нет. Скорее всего первое: космонавтам на МКС не рвёт же плоть как от попадания пуль.
wormball
13.10.2015 19:47+1Физика радиационных эффектов, влияющих на электронику в космосе http://geektimes.ru/post/254084/
Zenitchik
13.10.2015 14:3910 тонн на квадратный метр — должно хватить. Возможно, хватит и меньше — эксперименты нужны.
vanxant
13.10.2015 05:09+2Свинец достижимой толщины сделает только хуже.
В космосе есть очень высокоэнергетические частицы, столкновение которых с чем угодно приводит к возникновению натурального ливня из тысяч вторичных частиц. То есть одна очень быстрая пуля превращается в заряд картечи, суммарное поражение от которого на порядки больше.
Надежды человечества пока что связаны с тем, что большинство частиц космического излучения (кроме фотонов) заряжены, и их можно отклонить электромагнитным полем.voyager-1
13.10.2015 07:29+2Просто человек в технологии «двадцать тонн алюминия» или «двадцать тонн полиэтилена» ошибся одним словом, он не специалист, поэтому ему можно )
Можете почитать про один из способов решения этой проблемы.vanxant
13.10.2015 08:54+3Ну собственно по ссылке подтверждают мои слова.
Цитата:
В диапазоне толщин защитного экрана от 0,1 до 10 г/см2 поглощённая доза радиации составляет величину около 12 рад/год.
Следует ожидать, что практически все сбои и возможные отказы в работе электронных устройств КА на орбите Марса в период близкий к минимуму СА будут связаны с тяжёлыми ядрами и высокоэнергичными протонами ГКЛ [5]. Под радиационной защитой менее 3 г/см2 поглощённая доза определяется в основном ядрами гелия и более тяжёлыми ядрами, под сферическим экраном массовой толщиной 20 г/см2 доза от ядер ГКЛ уменьшается более чем в 2,5 раза (от ~8 до 3 рад/год), при этом полная доза радиации определяется в основном протонами. При толщине защитного экрана 40 г/см2 доза от ядер ГКЛ уменьшается в 4 раза (от ~8 до 2 рад/год). При дальнейшем увеличении толщины защиты уменьшение поглощённой дозы от ядер ГКЛ замедляется, так как при увеличении толщины увеличивается вероятность образования от высокоэнергичных протонов ливней частиц, способных повлиять на работу электронных систем [5]. В связи с этим радиационную защиту толщиной в 40 г/см2 можно рекомендовать как оптимальную защиту от частиц ГКЛ
(выделение и аббревиатуры мои — vanxant).
Там же по ссылке имеется увлекательный рис. 2. На нём видно, что с увеличением толщины радзащиты уменьшается доза радиации от тяжелых ядер, зато увеличивается от протонов, и, самое биологически-опасное, нейтронов.
Вот очень жаль, что график в радах (абсолютных единицах), а не в зивертах (1 зиверт = 100 рад, приведённых к биологическому урону от конкретного вида радиации. Например, 1 зиверт это 100 рад электронов и всего 10 рад нейтронов). При получении дозы около 1 зиверта начинается лучевая болезнь, при 4.5 зиверта летальность составляет 50%. Доза накапливается в течение всего полёта.
И ещё замечу, что, согласно расчётам по вашей ссылке, сферический алюминиевый экран толщиной 15 см (40 г/см2) снижает дозу в радах всего в 4 раза. При этом, если у нас цилиндр радиуса 5 и длины 10 метров, весить такой экран будет 160 тонн.vanxant
13.10.2015 09:12+2Простите, арифметика сильнее мну. 160 тонн это для толщины 1 см, для 15 будет запредельные 2400 тонн.
Ну и резюмируя: как и на Земле, от бета-излучения (электронов) хорошо спасает алюминий. Нейтроны можно замедлить углеродом и/или водородом (полиэтилен — отличный выбор, если позволяет температура), и есть шанс, что они распадутся до попадания в человека, ну или хотя бы натворят меньше бед. От гаммы спасёт только слой тяжелых атомов типа свинца, желательно потолще. Но, как видно из графиков по вашей ссылке, основная беда это протоны и тяжелые ядра, энергия которых может на порядки превышать энергию протонов в БАКе. И вот от них «материальная» защита бесполезна из-за ливней. Но это заряженные частицы, их можно отклонить электромагнитным полем хитрой формы.
voyager-1
13.10.2015 09:27Вы немного не правильно поняли, про увеличение радиации от космических лучей там имелось ввиду при толщине > 40 г/см2
При толщине защитного экрана 40 г/см2 доза от ядер ГКЛ уменьшается в 4 раза (от ~8 до 2 рад/год). При дальнейшем увеличении толщины защиты уменьшение поглощённой дозы от ядер ГКЛ замедляется, так как при увеличении толщины увеличивается вероятность образования от высокоэнергичных протонов ливней частиц
То есть дальнейшее увеличение толщины защиты — не разумно, ибо защитные свойства увеличиваются не значительно.
Вот очень жаль, что график в радах (абсолютных единицах), а не в зивертах
Этим к сожалению — все страдают, всё что удавалось найти по данному вопросу — пишут и в радах, и в бэрах, и в зивертах — кто во что горазд. По данным прибора RAD в марсохода Curiosity — за время полёта туда и обратно по долгому варианту (500 дней на поверхности), человек должен получить 1,01 Зиверта (оценки должны быть без защиты). 1 зиверт — как раз предел для космонавтов NASA на данный момент.
И ещё замечу, что, согласно расчётам по вашей ссылке, сферический алюминиевый экран толщиной 15 см (40 г/см2) снижает дозу в радах всего в 4 раза. При этом, если у нас цилиндр радиуса 5 и длины 10 метров, весить такой экран будет 160 тонн.
Основную угрозу представляет Солнце (для космических лучей — поток практически стабилен), а для него достаточен один экран позади аппарата + сам аппарат можно сориентировать так, что люди будут прикрыты его переборками.
UPD. От космических лучей по большей части защищаться и не собираются. Основная задача — убрать риск от вспышек на Солнце. Остальное человек должен выдержать.vanxant
13.10.2015 09:41Хрен редьки не слаще. Прямоугольный алюминиевый «зонтик» 10х5х0.1 м будет весить 540 тонн.
voyager-1
13.10.2015 09:59+1Их расчёты для защиты в 20 г/см2 (а это для 10х5 м щита даст вес в 20 тонн), сокращает дозу до 5 рад за одну Солнечную вспышку. Ну а космические лучи — это конечно плохо, но их для такой цели можно и потерпеть, тем более какой-то уровень защиты создаёт само Солнце своими потоками. Так что во время вспышек поток космических лучей даже уменьшается.
На самом деле сейчас предлагают использовать «убежище» внутри аппарата на время Солнечных вспышек, а основное время использовать защиту чуть толще, чем на МКС. Поглощённая доза за этот полёт и так почти входит в допустимые пределы — гигантской постоянной защиты не требуется.
domix32
13.10.2015 12:05Не пойму как у вас такие огромные цифры получаются. При плотности алюминия 2,6989 г/см3 и указанных размерах масса такого зонтика будет около 14 тонн.
voyager-1
13.10.2015 12:37Я брал защиту из расчёта 20 г/см2, то есть тут указывается вес, на единицу площади, так что для плиты 10х5 м имеем 1000х500=5 00 000 см2, умножаем это на 20 г/см2 и получаем 20 тонн. На самом деле толщина материала тут не столь важна — он может быть и каким-нибудь сплавом алюминия, или состоять из тонких листов — для защиты от радиации это не играет ключевой роли.
vanxant
13.10.2015 15:01+1Как это вы умножаете 2 на 5 и получаете 20? )
В-общем, арифметика сильнее нас, да.voyager-1
13.10.2015 17:11Действительно, поторопился и в место 10-ти тонн насчитал все 20.
Вообще щит скорее всего будет конечно круглым, и в отдельном убежище, на случай Солнечной вспышки.
Для щита диаметром 2 м (проживать в таком убежище надо будет от силы два-три дня, пару раз за полёт), получаем массу в защиты в 600 кг, и даже из расчёта в 40 г/см2 получается всего 1,2 тонны, что вполне можно реализовать существующими средствами.stalinets
13.10.2015 23:17Вот бы люди построили пусковую петлю. С ней стоимость вывода будет такой низкой, что можно будет хоть 5-метровой толщины зонтик запустить, поблочно. Правда, маневрировать такая штука будет очень тяжко…
Правда, если мы закроем от Солнца корабль, он не сможет использовать солнечные батареи. Или их придётся отводить в сторону от тени зонтика.
ToSHiC
13.10.2015 12:20+2От солнечных вспышек можно защищаться несколько иначе: не обязательно делать прям зонтик, можно позиционировать сам корабль таким образом, чтобы между космонавтами и солнцем находились технические отсеки, которые и примут основной удар на себя.
Ну и специальный отсек тоже можно сделать, вспышки редко длятся больше нескольких дней.
SelenIT2
13.10.2015 10:55Справедливости ради, биологическая опасность нейтронов максимальна только в районе энергий порядка единиц МэВ, так что если вторичный нейтрон появится уже «на излете» энергии первичной частицы, его коэффициент опасности будет ближе к тем же протонам (3–10) и существенно ниже, чем у тяжёлых ядер (20).
lleo_aha
13.10.2015 09:22Не помню, было на хабре или на гиктаймс, статья про электронику в космосе.
Оболочка по принципу «20 тонн свинца» может от радиации и защитит, но её ещё и некисло разогреет радиацией, так что к марсу долетят угольки :)voyager-1
13.10.2015 09:43+3У вас небольшие проблемы с физикой. Для представления величин: 1 Зиверт — это поглощённая доза в 1 Дж энергии на килограмм, человек гарантированно умирает при кратковременной дозе в 10 Зиверт без лечения (правда лечение пока мало чем тут может помочь).
А теперь поглядим, насколько же человек разогреется радиацией, прежде чем мучительно погибнуть от полученной им при этом радиации? Нагрев от 10 Зиверт составит 10 Дж на килограммам массы, человек на 60% состоит из воды, даже если всё остальное из расчётов выкинуть, нагрев составит 0,004 градуса. То есть ваш нагрев, даже приборы смогут зарегистрировать с трудом.
Оболочка по принципу «20 тонн свинца» может от радиации и защитит, но её ещё и некисло разогреет радиацией, так что к марсу долетят угольки :)
Почитайте про тепловое излучение и абсолютно чёрное тело, равновесная температура от такого нагрева будет на какие-то доли градуса выше, чем окружающей среды.lleo_aha
13.10.2015 13:51Я не о человеке говорил, а о том, что идеальная оболочка, работающая по принципу «поглощаем всю радиацию» может весьма существенно нагреваться (и даже не исключаю, что тепла там даже в таком случае будет очень мало чтобы хоть что то изменилось).
Тем не менее, ту статью уже нашли где то рядом в комментариях и там речь именно о распаде частиц — значит, просто помню неправильно :)
Darth_Biomech
13.10.2015 12:53+1По-моему будет логичнее использовать воду. Тем более что она все равно понадобится для охлаждения реактора.
beliakov
13.10.2015 09:20+9Странно почему скафандры в фильме имеют «маскировочную» окраску сливающуюся с местностью. Реальные скафандры разумнее сделать зелеными или голубыми, чтобы астронавт был заметнее.
Кстати, в левой части этого кадра видна «марсианская» растительность (по клику открывается покрупнее).
rommas
13.10.2015 09:59Это кадр со съемок до постпродакшена, использовался в ранней рекламе фильма:
Скрытый текст
SelenIT2
13.10.2015 10:59+5Обычная ботва от картошки, выросшая при низкой гравитации и повышенной концентрации углекислого газа, высушенная сухой марсианской атмосферой же. Всё строго по сюжету! :)
ToSHiC
В корабле Гермес ещё не упомянули, что питается он, судя по хвосту, от ядерного реактора. Тут ситуация посложнее, чем с ионными двигателями.
hf35
Как раз читал статью за несколько дней вот эту статью http://geektimes.ru/post/253368/ до просмотра и тоже сразу подумал что это как раз оно