Теоретические основы космической логистики в мире РиЧ


Мощность Роя Светлячков нам известна с высокой точностью от автора - 25 петаватт.
Его тяга как фотонного двигателя вычисляется по известной формуле "на жалкий Ньютон тяги нужно угробить долбаные триста сраных мегаватт!" - округлённо 80 меганьютонов, т. е. мы можем разогнать восемьдесят тысяч тонн с ускорением в 0,1g. Или восемь килотонн с ускорением в 1g.
Не будем сейчас вспоминать про требование Чистильщика "Рой Светлячков под контроль забрать, нарастить его мощность. Минимум нa шесть порядков. Отдать его нам в управленье". Это уже 80 тераньютонов, т. е. восемьдесят миллиардов тонн, разгоняемых с тем же ускорением. При таких доступных мощностях космические путешествия вообще становятся лёгкими прогулками, но допустим, Чистильщик врёт - и посмотрим, что можно сделать с уже реально существующим в пространстве романа солазером DAMNHELL.
Предположим, что эффективная дальность фокусировки Роя на солнечном парусе - 80 астроединиц, 11 световых часов, 12 тераметров (именно на таком расстоянии происходила Койперовская битва). На этой дистанции с ускорением в 0,1g парусник успевает разогнаться до пяти мегаметров в секунду (чуть меньше, но мы округляем, в конце концов, потеря фокуса не мгновенная). Время разгона составит порядка двух месяцев.
Стоит заметить - это очень слабый солазер. Точнее сказать, "недальнобойный". Мушкет, а не снайперская винтовка. "Драккар" Семёнова разгонялся на дистанции в световой год с хвостиком, но это вполне объяснимо высоким качеством лазеров - разгонщики Драккара стационарно стоят на планетоиде и имеют одну общую тридцатикилометровую линзу, управляемую, надо полагать, высокоинтеллектуальной компьютерной системой. Рой - это туча мелких лазеров на околосолнечных орбитах, управляемых пневматикой. Качество излучения там... понятно какое. Впрочем, для человечества РиЧ решения в духе "дёшево и сердито" вообще характерно, но странно, что галанетовцы, привыкшие вылизывать свои технологии до физически возможного предела, не потребовали в первый же день тупо разобрать эту халтуру и начать строить нормальный солазер.
Кстати, другие параметры тоже интересно сравнить с изначальным проектом. Ускорение корабля у меня 0,1g, у Семёнова столько же. Масса корабля у меня 80 килотонн, у Семёнова 100 - почти одинаково. Мощность солазера у Ибатуллина 2,5E16, у Семёнова 1,47E16 ватт.
Поиграемся с грузом. Увеличим его массу в четыре раза, ускорение, соответственно, в четыре уменьшим. Конечная скорость вдвое меньше, два с половиной мегаметра в секунду, время разгона вдвое больше.
Итого за год мы отправили в два раза больше груза (условно говоря, два пакета по четыре грузовика вместо четырёх пакетов по одному грузовику), но на в два раза меньшей скорости.
То есть пропускная способность канала межзвёздного сообщения (время пересылки одного килограмма на любую заданную дистанцию) у нас - константа, зависящая только от мощности разгонника. И ещё от длины разгонной трассы, но её можно увеличить только путём увеличения размера паруса, а он и так близок к предельному (у Семёнова - 1000 километров в диаметре).
Итак, предположим мы отправили корабль первого рейса, на скорости в 5 мегаметров в секунду, к Альфе Центавра. Вес 80 килотонн, это масса приличного такого морского корабля. Побольше "Титаника", сравнимо с "Куин Мэри".
Возьмём статистику той самой "Мэри" - экипаж две тысячи человек, пассажиры - тысяча. До Альфы такой кораблик дойдёт за 300 лет. Это УЖЕ приемлемый рейс, так как в мире РиЧ у всех развитых цивилизаций есть биологическое бессмертие. В течение этих 300 лет материнская система отправит следом ещё 1800 таких же лайнеров. Итого общий переброшенный тоннаж за 600 лет - 144 миллиона тонн, общее население колонии - 5 400 000 разумных. Население большого города или маленькой страны, более чем достаточно для переноса "цивилизационной матрицы", то есть основания полноценной, культурно самодостаточной колонии. На "попутной комете" (тм) экипаж вряд ли больше, а эффективная скорость - в 50 раз меньше. Правда, транспортируемая масса поменьше - типичная комета весит десять-сто миллиардов тонн, но это гигатонны сырой, необработанной материи, а тут имеем сто мегатонн чисто конструкционной массы.
Тем не менее, можно попробовать немножко ускорить нашу "Королеву Мэри", дав пинка в её королевскую задницу.
Будем посылать транспорту вслед пятикилотонные пакеты. Ускорение у них в 16 раз выше, что означает - разгонную зону они проходят за вчетверо меньшее время и покидают со вчетверо большей скоростью. 20 мегаметров в секунду. Но это если пробегать всю трассу. А нам так много не надо. Нам надо, чтобы каждый следующий пакет шёл лишь ненамного быстрее лайнера-лидера.
Когда преследователь догоняет идущего впереди, он тормозится о него при помощи магнитных или электростатических сил, стыкуется, после чего пополняет собой общую массу запчастей на борту, а его экипаж вливается в экипаж большого корабля. И одновременно передаёт ему недостающий импульс.
Подвох - понятно где.
Пока мы посылаем дополнительные "вагоны" для первого поезда, мы не посылаем новые поезда. Предположим, мы послали первый поезд за два месяца, и в течение остатка года отправили за ним следом 20 пятикилотонных пакетов-ускорителей. В результате масса всего состава теперь 180 килотонн, скорость... ну, будем оптимистично считать, что 10 мегаметров в секунду (скорее даже меньше, всё зависит от того, какую скорость расхождения мы можем себе позволить погасить). А мы за то же время могли отправить ещё 5 восьмидесятикилотонников.
Т. е. мы выиграли в скорости в два раза (в лучшем случае), а в грузопотоке проиграли в 2,7 раза. Но стоп.
Вспомним, что первые пакеты мы посылаем со скоростью лишь чуть выше пяти мегаметров в секунду. То есть им не обязательно проходить ВСЮ разгонную трассу в 80 астроединиц. При в 16 раз более высоком ускорении они смогут уйти в инерционный полёт догонять лайнер уже через ЧЕТЫРЕ дня. А Рой Светлячков сможет переключиться на следующий пакет.
То есть считая, что средний выигрыш по времени двукратный, требуемые двадцать "вагонов" мы отправим (с большим запасом) за пять месяцев. Итого 180 килотонн на 7 месяцев или примерно 25 килотонн грузопотока в месяц. Против 40 по изначальной схеме. При вдвое большей абсолютной скорости. Это уже неплохо. Для экипажа полёт продлится 150 лет вместо 300 - а это значит меньше времени проводить во сне, меньший запас психической устойчивости нужен для бодрствующей вахты, да и припасов и запчастей надо меньше. А на 180-килотонном лайнере (это больше, чем авианосцы типа "Нимиц") с экипажем в 5000 человек лететь заметно уютнее, чем на 80-килотонном с экипажем в 3000 человек. Больше шансов найти нужную запчасть при поломке или специалиста для решения внезапно возникшей проблемы.
На самом деле халявы будет чуточку поменьше, во всяком случае поначалу - потому что две трети от массы корабля составит масса паруса, причём это верно как для основного лайнера, так и для догоняющих "вагонов". Однако два месяца можно посидеть и в тесных каютах, а после завершения разгона паруса можно свернуть и переработать их материал в дополнительные помещения и машины. Вернее, в не столько тесных, сколько плохо меблированных - ведь объём ПУСТЫХ помещений в космосе почти не ограничен. А вот когда выйдем на крейсерскую скорость - там уже и люстры, и бассейны, и оркестры будут, в удовольствие. Будет тебе и ванна, будет тебе и кофе, как говорил один специалист по транспортировке материальных ценностей...
И да, наши лайнеры, они же поезда, идут цепочкой с интервалом в семь месяцев своего полёта = в семь световых дней. То есть если что пошло не так - через две недели мы можем получить ответ с кораблей непосредственно впереди и позади нас (консультативный совет в 15 000 человек), через четыре недели - с кораблей через одного в цепочке (25 000 человек), и так далее.
За 300 лет мы переправляем 255 кораблей общей массой в 45 мегатонн полезного груза и с общим экипажем в 1 275 000 разумных. Однако это при условии, что отправка кораблей прекращается сразу, как только первый из них достигнет цели. А это совершенно не обязательно. Растянем всю операцию на 600 лет, тогда первых 450 займёт отправка и последних 450 - приём, 300 в середине будет приём и отправка одновременно. За это время у нас проходит 770 лайнеров, общей массой 138 мегатонн и с общим экипажем 3 850 000 разумных. Это уже вполне сравнимо с цифрами из первоначального, линейного сценария. Но само путешествие при этом куда комфортнее. Дошлём ещё девять мегатонн в виде пятикилотонных беспилотников на скорости в 20 мегаметров в секунду, отправленных в предпоследние 75 лет операции и принятых в последние 75 лет. Мелочь, а приятно - в сумме уже 147 мегатонн полезного груза, на 3 больше, чем в линейном сценарии за то же время.
Вообще солазер как разгонное устройство ограничен и сверху и снизу. Слишком большие корабли мы посылать не можем, потому что парус либо порвётся при попытке слишком увеличить его площадь, либо расплавится при попытке увеличить давление (а значит и яркость потока) на квадратный метр. Слишком маленькие - не можем, потому что "зайчик" на парусе целиком не поместится, то есть часть мощности будет пропадать впустую.
Поэтому кажущийся очевидным вариант "послать множество лёгких снарядов, которые будут биться о главный корабль сзади, разменивая таким образом уменьшенную энергию на повышенный импульс" - работать не будет. Вернее, технически - будет, ничто не мешает осуществить подобный сценарий - но выигрыша мы так не получим, потому что за то же время солазер мог бы разогнать бОльшую массу непосредственно в полёт. Пять килотонн "вагона", пожалуй, нижний предел эффективной утилизации его мощности.
И тут мне пришло в голову - а что если попробовать с самого начала разгонять наш "поезд" только "вагонами", не пытаясь светить на него самого? Прелесть такой схемы в том, что все 80 килотонн стартовой массы можно отдать на СЖО, ничего не тратя на парус. А до первых пяти мегаметров в секунду разогнать "вагонами" ничуть не сложнее, чем до последних.
Итак, поехали, берём калькуляторы.
Первый ускоряющий пакет - у Меркурия, стартовая колымага - у Земли, длина разгонной трассы сто гигаметров, ускорение пакета (представляющего собой чистый парус, пассажиров пока не сажаем) - 0,1g, время разгона - десять килосекунд (около трёх часов), за это время парус проходит ничтожную часть трассы - 50 мегаметров. У него ещё куча времени, почти вся трасса, чтобы свернуть паруса в компактные импакторы с магнитной или электростатической системой торможения.
Удар, гоооол! Абсолютно неупругое столкновение, готовая сцепка массой 85 килотонн движется на скорости 588 метров в секунду.
Второй ускоряющий пакет, чтобы он имел ту же относительную скорость, мы разгоняем за 16 килосекунд до 16 км/сек, длина разгонного участка - 128 мегаметров (всё ещё ничтожна). Причём мы его разгоняли задолго до того, как первый парус врезался и дал первого пинка.
В общем, не будем мучить вас описанием отправки и стыковки одного "вагона" за другим. Общая скорость сцепки 10 мегаметров в секунду достигается, как я подсчитал в экселе, после присоединения 68-го пакета. Общая масса сцепки на этот момент составит 415 килотонн. Вот на этом уже можно и в дальний космос отправляться с полным самоуважением.
А время на разгон всего этого добра? При ускорении каждого пакета на 0,1 g, то есть метр в секунду за секунду, оно составит 834 721 016 секунд, то есть 27 лет. При ранее заданном времени на операцию - мы успеем отправить всего 16 судов, суммарный тоннаж которых составит всего 6,64 мегатонны. Если же мы обнаглеем и гоним их на 1,6 g, предполагая, что они выдержат такое давление - то суда будут уходить каждые 1,7 года, а за время операции уйдёт 264 корабля - суммарным тоннажем в 109 мегатонн. Ну и 9 мегатонн "посылочек" сверху, как мы обсуждали выше. Итого округлённо 120 мегатонн за то же время.
Против округлённо 150 по второй схеме.
В общем, видно, что звёздная логистика - штука упрямая и так с наскоку её явно не возьмёшь. Самое забавное, что когда я наконец построил в Экселе "пусковик", позволяющий запускать "локомотивы" любой массы и гнать за ними "вагоны" любой массы, мне никак не удалось ни повысить пропускную способность за заданный период более 130 мегатонн, ни снизить её менее 110 мегатонн. Прям заколдованная какая-то математика. Максимум - 122 мегатонны - мне удалось найти при 100 килотоннах локомотива и 5 килотоннах вагона, при полной массе "состава" в 460 килотонн после завершения разгона.
С другой стороны, если уменьшить требуемую скорость до 5 мегаметров в секунду (и согласиться потрястись в колымаге триста лет), то общий тоннаж подскакивает до 233 мегатонн. При 15 он падает до 79, а при 20 - до 62.
Однако также видно, что никакие путешествия "на попутных кометах" тут и рядом не стояли. Есть способы гораздо быстрее и гораздо комфортнее.

ЗЫ. Калькулятор вышел неполный. Я забыл внести в него ограничение на длину разгонной трассы - мы больше не можем посылать ускоряющие пакеты, когда длина трассы становится больше 80 астроединиц.
Когда я добавил это ограничение, зависимость приняла другой вид - теперь скорость тем выше, а время полёта и итоговая переправленная масса тем меньше, чем легче начальная колымага и ускоряющие пакеты. При 80 и 5 килотонн соответственно скорость составляет чуть больше двух с половиной мегаметров в секунду, время полёта единичного корабля - 581 год, а полная переправленная масса при условии 500 лет на отправку - 489 мегатонн. Флот состоит из 1397 кораблей по 350 килотонн каждый. Но самое интересное, что расстояние между соседними в цепочке кораблями - 26 световых часов и четыре месяца их полёта. Что позволяет вести достаточно активную переписку с соседями почти в реальном времени. До семи кораблей вперёд и до семи кораблей назад. 42 тысячи консультантов (по 3000 на корабль) - это уже кое-что.