Имею корабль - готов путешествовать (для калейдоскопа вселенных)

Как же перемещаются между космическими колониями жители моего авторского мира? Как и на Земле все зависит от желаемого маршрута. Но, в отличие от Земли, кроме расстояния имеет значение и разность гравитационных потенциалов.

Условно все космические трассы делятся на четыре категории.

1. Малое расстояние и разность потенциалов

Тут все просто. Это перелеты между колониями одного кластера или близкими кластерами. Приращения скорости на перелет не более километра в секунду, в ряде случаев хватит и 100 м/с. Корабль для таких полетов представляет собой просто гермообъем с СЖО и каким-нибудь ракетным двигателем. Вращательной гравитации обычно не предусмотрено да и не нужна она. Корабли и суда такого класса называются катерами.

2. Малое расстояние и высокая разность потенциалов

Взлет с планет. Тут стандартом являются многоразовые химические ракеты происходящие от SpaceX Starship. До Десятилетней Федерация экспериментировала с ядерными двигателями, но возникла одна проблема. Ядерный ракетный двигатель обходит химический по скорости истечения только если его кормить водородом либо метаном — веществами с малой молекулярной массой. Но в космосе в зоне жидкой воды не нашлось источников свободного метана и тем более водорода, зато нашлась вода в больших количествах. Из воды можно получить водород, а из него метан (углерод в космосе тоже широко распространен). Вот только при этом производится еще и кислород и если его сжечь с водородом или метаном то внимание на рисунок:

На графике синие столбцы соответствуют конечным массам для четырех типов ракет (метан-кислород, метан-ядро, водород-кислород, водород-ядро) с приращением скорости 5 км/с и запасами топлива эквивалентными по затратам энергии синтезу 1100 тонн метан-кислорода. Желтые столбцы — полезная нагрузка за вычетом массы ракеты при условии, что у каждой технологии на тонну топлива приходится 0.1 тонна конструкции. Оранжевые — полезная нагрузка с учетом конструкции и разной плотности топлива (у метан-кислорода 20 тонн на тонну ракеты, у метана — 15 тонн, у водород-кислорода — 10 тонн, у ядра — 5 тонн).

Видно что при идентичной производительности топливных заводов на ядерных двигателях привезти удастся меньше чем на жидкостных. Приращение скорости 5 м/с досттаочно типично. Оно позволяет взлететь с Луны, долететь до ее точки Лагранжа и сеть на Луну обратно. Либо улететь с низкой околоземной на низкую окололунную либо даже к Марсу или Венере.

С учетом специфических проблем обслуживания ядерного реактора закономерно встал вопрос «нафига». Так что запрет мирного атома после Десятилетней лишь зафиксировал тенденции.

Корабли и суда для работы в колодцах называются челноками или старшипами.

3. Большое расстояние и малая разность потенциалов

В первую очередь понадобится высокая автономность поскольку лететь на сколько-нибудь обозримых технологиях долго. Минимальное расстояние между Землей и Марсом 56 миллионов километров. Чтобы пролететь их за 100 тыс секунд или чуть больше суток нужно разогнаться до 560 км/с. А затем затормозить и не об атмосферу так что общее приращение скорости 1120 км/с. Но это еще не все — разгон не мгновенен. При равномерном разгоне и торможении вам понадобится общее приращение в 2240 км/с и ускорение 22.4 м/с2 — двукратная перегрузка которую надо терпеть сутки. И дело даже не в том что кожаные ублюдки не выдержат, а где взять энергию на такое и как не сгореть самому от ее высвобождения за сутки.

Более реалистичен полет к Марсу за месяц во время противостояния. Достаточно разогнаться до всего 21,6 км/с — это как раз работа для ядерного двигателя. Проблема в том что потом придется тормозиться. Не считая того что более 90 % стартовой массы корабля уйдет на водород.

А вот для того чтобы долететь из системы точек Лагранжа Земли до Марса за пол года и тормознуться об его атмосферу хватит... 500 м/с если лететь по правильной траектории. В начале выходим на высокую эллиптическую вокруг Земли, затем добираем скорость в перицентре и улетаем из сферы Хилла Земли на 3 км/с — такая особая гравитационная магия называется эффектом Оберта. В обратную сторону это тоже работает. Поскольку противостояния с Марсом или Венерой все равно раз в два года особого смысла спешить нет. Разве что для ухода домой в ту же «навигацию»:

Но как видно из графика такой полет все еще в области приращений скорости в которых эффективен ЖРД, особенно при условии использования местного топлива.

И так, межпланетный перелет — это долго. Так что если у вас летят люди то крайне желательны вращательная гравитация и большой жилой объем. В начале космической экспансии было требовали еще и дополнительную радиационную защиту, но с накоплением статистики по воздействию на человека ГКИ они были сняты. Защита от солнечных вспышек есть и у кораблей ближнего действия ибо подстраивать полеты под Солнце ни кому не хочется.

В принципе крупные челноки и катера годятся для межпланетных полетов — вращательная гравитация обеспечивается связыванием двух кораблей тросом и раскруткой. Это подход Марса.

Жилой объем можно запустить на орбиту находящуюся в орбитальном резонансе с одной из планет и так там и оставить. Такой жилой объем называется циклером. Раз в ~20 лет циклер проходит мимо двух планет за один оборот и может подобрать катера с челноками у одной и сбросить у другой. Теоретически можно корректировать орбиту циклера гравитацией одной из планет так чтобы он пролетал между двумя планетами по-чаще, для этого он должен пролетать на уровне спутников, что не очень приемлемо. Так что Федерация предпочла просто построить циклеров с запасом. Циклер представляет собой полноценную сферу Бернала, иногда даже цилиндр О'Нила, и в принципе можно на нем и поселиться. Что многие и делали.

Третий способ межпланетных перелетов — солнечно-электрический хайлайнер:

Для понимания масштаба, длинна поля солнечных батарей — 1 километр. Центрифуги вращаются в противоположных направлениях обеспечивая нулевой суммарный момент импульса. Именно нулевой — вращение создает электромотор, которому нужно отталкиваться от чего-то. В данном случае от другой центрифуги. На рисунке изображена седьмая серия у которой солнечные батареи сделали фиксированными, но у более ранних версий они вращаются, что делает корабль более маневренным и позволяет спускаться в гравиколодцы до низких орбит, но усложняет и утяжеляет конструкцию. В хвосте хайлайнера расположен ангар для перевозимых кораблей.

Хайлайнеры были основным экспортным товаром Афродиты до освоения производства микроэлектроники, да и после продает она их много и охотно, так что летает таких кораблей по системе буквально тысячи. Наличие многочисленных и не особо принципиальных транспортных кампаний позволяет действовать всяческим пиратам, наемникам и авантюристам — для полетов между планетами, астероидами и кластерами колоний достаточно катера и денег на оплату услуг хайлайнера.

4. Большое расстояние и высокая разность потенциалов

Стандартный способ с начала II века ЭЮ «выйди из гравиямы и задача сведется к предыдущей».