nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Category:

Ляпы "Марсианина"

Начало, часть 2 и часть 3.

В кои-то веки решил прочитать книжку Энди Вейра "Марсианин", чтобы определиться - пойти ли на фильм. Прочиталась она легко, всего за несколько дней, причем перед глазами все время вставал Doom Guy - мужик, за которого играешь в Doom - он тоже на Марсе большую часть времени провел, и по глубине проработки персонажа они схожи.

В целом впечатления хорошие, пока читаешь, вполне веришь в такое развитие событий, вопросы начинаются чуть погодя.

Осторожно, спойлеры!


Скафандр
У каждого члена экспедиции два скафандра - летный (flight suit) и для внекорабельной деятельности, ВКД (EVA suit, от extravehicular activity). В реальной жизни летный скафандр - это средство спасения, которое экипаж надевает при наиболее ответственных моментах полета - взлете и посадке. Пока все идет хорошо, скафандр не наддут и почти не стесняет движений, мало отличаясь от обычной одежды. Но если произошла разгерметизация, скафандр наддувается чистым кислородом примерно до 0.35 атм. При этом он в буквальном смысле надувается как шарик, делать в нем что-либо затруднительно. Собственно, потому и используется пониженное давление - иначе он вообще не позволит своему владельцу двигаться.

IMG_4341.jpg
На картинке - проверка герметичности летного скафандра, он куда пузатее, чем мы привыкли видеть.

Скафандр для ВКД куда более громоздкий, но для него вакуум или крайне разреженная атмосфера "за бортом" - нормальные условия, при которых космонавт должен иметь максимальную подвижность, которую только можно достичь. Все сочленения и пытаются сделать так, чтобы при движениях внутренний объём не менялся, до конца это не получается, поэтому скафандр все время пытается до конца "раскрыться", принять форму, наиболее близкую к воздушному шарику. Представьте себе резиновую перчатку, которую надули. Теперь, если ее надеть ее на руку и попробовать сжать пальцы, она будет сопротивляться, так что простейшие действия будут вызывать трудности. Оттого и в этих скафандрах поддерживается давление около 0.3 атм чистого кислорода.

В книге "Марсианин" описано, как члены экспедиции получили "штормовое предупреждение" и заблаговременно надели свои летные скафандры. Когда началась буря, они вышли в этих скафандрах на поверхность Марса и пошли во взлетный модуль (MAV - Mars Ascention Vehicle), тут-то с нашим Марком и приключилась беда. Но посмотрим, что было дальше: Льюис, командир экспедиции, потеряв надежду найти Марка, тоже поднялась в MAV, прошла шлюзование и... сняла свой летный скафандр.

Вернемся к раненому Марку Уотни. Нам подробно объясняют, как скафандр реагирует на разгерметизацию, когда в нашего героя вонзилась антенна. Оказывается, что скафандр весьма необычный, не похожий на используемые сейчас: в нем поддерживается давление 1 атм и привычный азотно-кислородный состав воздуха, и это в летном скафандре! Позже окажется, что скафандр ВКД у него тоже поддерживает 1 атм.

Можно предположить, что в этом будущем научились делать гораздо более качественные скафандры, которые и при повышении давления до 1 атм не снижают подвижности космонавта, это вообще говоря очень классно: можно не проводить длительную процедуру декомпрессии, которая сейчас осуществляется перед ВКД, чтобы "вымыть" из крови растворенный азот. В противном случае, при быстром падении давления до 0.3 атм этот азот начинает выделяться пузырьками, закупоривая сосуды - кесонная болезнь, очень неприятная штука.

Будем считать, что автор намеренно описал такой "навороченный" скафандр с нормальной атмосферой - это позволяет главному герою легко по много раз на дню выходить на незащищенную поверхность планеты и возвращаться назад, "накинул скафандр - и пошел". Если бы каждый раз приходилось отсиживать несколько часов на декомпрессии, он бы вообще мало что успел сделать! Странно только, если техника продвинулась настолько вперед, что и летный скафандр позволяет перемещаться по поверхности при наддуве до 1 атм, то зачем их вообще разделять на категории, теперь у нас будут просто скафандры, универсальные, так сказать!

Волнения нашего марсианина, когда весь азот закончился, и скафандр начал заполняться кислородом - необоснованы. Как показал опыт Аполлона 1, люди вполне нормально существуют в атмосфере чистого кислорода при давлении даже чуть выше 1 атм. Все шло хорошо, пока они не сгорели.

Злая буря
Здесь, как мне кажется, все в порядке.

Да, ветер со скоростью 180 км/ч на Марсе не так страшен, как на Земле, поскольку плотность воздуха ниже в 60 раз. На больших скоростях давление, развиваемое потоком воздуха примерно равно ρv2/2, так что усилия, которые должны воспринять несущие конструкции, меньше в те же 60 раз, чем на Земле.

Но ведь и модули рассчитаны именно для использования на Марсе! Странно, конечно, что их рассчитали настолько впритык, что одновременно и жилой модуль начал разрушаться, и взлетный модуль чуть не опрокинулся, но почему бы и нет? Видать, при проектировании был превышен бюджет массы, начали все облегчать и немножко перегнули палку, бывает.

Реакция NASA
Чуть погодя мы узнаём, что вокруг Марса вращается 12 спутников NASA и еще 2 спутника ESA, но когда пришла весть о гибели астронавта, пронырливый руководитель марсианской программы добился, чтобы спутники не фотографировали место высадки, дескать, все наши фотографии должны выкладываться в открытый доступ, а нам не хочется травмировать общественность.

Говоря словами марсианина: Bullshit! Какие, к черту, чувства, вы потеряли астронавта на планете, впервые в истории, и ваша первая обязанность - не громкие слова и не торжественная панихида с участием президента, нет, в первую очередь, вы должны полностью разобраться, что произошло и какие надо принять меры, чтобы подобное не могло повториться! И рассмотреть на спутниковых снимках, к каким разрушениям привела буря - первоочередная задача, это позволит найти слабые места конструкции HAB'а (жилой отсек, сокращение от Habitat) и усилить их. Причем, эй, у вас через 4 года следующая высадка планируется, а все конструкционные материалы вы высылаете еще раньше, им только лететь год, так что времени разобраться впритык.

Да и положа руку на сердце: надежных свидетельств смерти у них не было, а в таких ситуациях всегда надеются на лучшее. В ретроспективе, такая беспечность чуть не стоила им жизни нашего марсианина, лишние 2 месяца на подготовку спасения точно бы не помешали.

Солнечные батареи
Зря автор сказал про к.п.д 10.2%, у меня на балконе солнечная батарея с к.п.д 15%, самый что ни есть ширпотреб. А в космосе сейчас вовсю используют трехкаскадные арсенид-галлиевые элементы с к.п.д около 30%, и еще есть, куда расти.

В общем-то, само по себе значение 10.2% пока еще ничему не противоречит - для марсианских солнечных батарей не так важен к.п.д, как мощность на единицу массы. Если удастся сделать тонкопленочную батарею с к.п.д 10.2%, которую можно свернуть в рулон, то именно ее и надо будет отправить на Марс! Космонавтам останется развернуть ее на поверхности, закрепить колышками, чтобы не улетела, и подсоединить провода. Уж чего-чего, а ровной поверхности на Марсе хватает!

Увы, в книге батареи самые обычные, твердые, на каркасах, это описывается чуть позже, когда марсианин должен погрузить их на ровер, и они упорно не хотят влезать на крышу. Так что 10.2% - это ляп.

Впрочем, далее, когда Марк начинает ездить на длинные дистанции на ровере, 28 м2 батарей ему за 12 часов давали строго 17 кВт*ч энергии, при том, что он раскладывал их абы как и не пытался все 12 часов зарядки направлять их на Солнце, они лежали на поверхности и все. Может, в конце концов, батареи куда более эффективны, чем говорит Марк, а 10.2% - это число, которую им вдолбили в память - "приведенный к.п.д", в который неявно входит и движение Солнца по небосклону, из-за чего стационарно закрепленные батареи получают меньше света, чем могли бы.

Связь
Как ни странно, а связь работала замечательно - ровно тогда, когда этого требовали законы жанра! Если бы связь поддерживалась постоянно, то наш героический Марк превратился бы в исполнителя, следующего инструкциям, получаемым от Земли, а всеми расчетами и проверками занялись бы инженеры NASA. Конечно, Марк мог бы взбунтоваться, дескать, да пошли вы все, я сам лучше знаю, что мне делать, но это не превратит его в героя, скорее, в идиота, который собственную гордость ставит выше выживания. Нет, наш Марк инженер и ботаник, и чтобы он мог проявить себя, связь обязана была подвести! Единственное, для чего нужна была связь с Земли - это указать ему, к какому дню (солу) он должен стартовать с MAV4, а затем помочь переделать этот самый MAV4, ну и дать тому продемонстрировать искрометное чувство юмора (сиськи!). Но при этом Земля должна наблюдать за каждым шагом своего героя и восхищаться: какой хитрый сукин сын!

Если же забыть о законах жанра, то системы связи сделаны из рук вон плохо! Ну вот представьте: NASA планирует грандиознейшие экспедиции на Марс, 5 штук как минимум, и для каждой нужно по 15 запусков - первым должен мягко сесть MAV (Mars Ascention Vehicle) и начать накапливать топливо, вслед за ним несколько капсул с припасами, и, наконец, пилотируемый корабль. Каждый из них должен иметь связь с Землей, чтобы подтвердить успешную посадку.
Заметим, Марс - это не Луна, всегда повернутая к Земле одной стороной, на Марсе ночь бывает, когда наше место высадки будет отвернуто от Солнца и Земли и прямая связь станет невозможной.

Идея напрашивается сразу: нужен спутник-ретранслятор, а лучше несколько! Они будут обращаться вокруг Марса и иметь на борту большую антенну для связи с Землей. Теперь всем кораблям, садящимся на Марс, не нужны дальнобойные средства - хватит маленьких ненаправленных антенн для связи с ретранслятором, это сэкономит массу на всех 75 аппаратах, причем наиболее важную, посадочную массу. Еще лучше раздать астронавтам специальные спутниковые телефоны - устройства не сильно крупнее мобильника, с автономным питанием. А пока экспедиция не прибыла, спутник-ретранслятор может заниматься дистанционным зондированием Марса.

Стоп! По книге, вокруг Марса действительно крутится 14 спутников, делающих изображения высокого разрешения и оперативно отсылающих их на Землю! То есть, направленная антенна для высокоскоростной связи на них уже есть, NASA настолько глупо, что ни один из них не может передать сигнал от экспедиции на Марсе?

Самое интересное, что в наше время такая система уже существует - марсоходы способны пересылать данные через MRO (Mars Reconnaissance Orbiter). То, как связь организована в книжке - это скорее калька Аполлонов - те связывались с Землей напрямую, но это и понятно - она всегда висит в небе почти на одном месте и находится всего в 380 000 км.

Автор немножко объясняет свою позицию в разговоре двух дотошных техников с Земли: MAV действительно умел работать через ретранслятор, а все остальные аппараты работали через MAV. Но учитывая, что остальные грузовые миссии имеют мизерную точность посадки, это довольно странно: может, аппарат сел за кратер и не имеет прямой видимости с MAV, что же теперь, он официально будет считаться разбившимся?

Системы жизнеобеспечения
В жилом модуле есть три агрегата: Oxygenator, получающий кислород из углекислого газа, Air regulator, который удаляет из воздуха лишний углекислый газ и подает его в Oxygenator, а также регулирует содержание кислорода, и Water Reclaimer, который удаляет из воздуха избыточную влагу, а также добывает воду из человеческих отходов.

Как работает Oxygenator, автор не очень вдается в подробности, дескать, разогреваем углекислый газ до 900°С и пропускаем через электролизер в присутствии цинка. А вот Air Regulator он описал подробно - эта штуковина подает воздух во внешний модуль, где он охлаждается до температуры десублимации углекислого газа, и он "ссыпается вниз", для удаления лишнего кислорода воздух охлаждается еще сильнее, до 90 К - температуры жидкого кислорода, и наконец, после удаления всего, что мы хотели, воздух подается теперь на электрический нагреватель и возвращается в модуль.

Первая странность: первым делом в этой штуке должна выделиться вся атмосферная влага! Получается, что этот процесс должен пройти здесь же, а не в Water Reclaimer'е. Где-то посередине рассказа Марк говорит то же самое, что влагу вбирает именно регулятор, а потом, видимо, лишь подает ее в Water Reclaimer, в данном случае играющий роль бака. Однако в ту радостную пору связи с NASA через Pathfinder они возятся с Water Reclaimer'ом, потерявшим былой напор, и еще дальше, размышляя, нужно ли брать в дорогу Water Reclaimer, он снова считает, что именно этот прибор восстанавливает всю воду, до которой может дотянуться.

Вторая: по сюжету именно электронагреватель возвращаемого воздуха тратил львиную долю электричества, и Марк придумал использовать тепло РИТЭГа, чтобы не тратить драгоценное электричество. Но в такую конструкцию прямо-таки напрашивается теплообменник, заставляющий возвращающийся из внешнего блока холодный воздух охлаждать (и при этом самому нагреваться) поступающий теплый воздух, как у пингвинов. Если бы инженеры NASA поставили подобный теплобменник, энергопотребление сразу бы снизилось на порядок. Массу он явно имел бы меньшую, чем солнечные батареи, способные на Марсе дать столько электричества.

Третья: а зачем вообще удалять из воздуха лишний кислород, или говоря по-другому: откуда там может взяться лишний кислород? Из oxygenator'а? Ну так давайте его сразу направлять на сжижение, не перемешивая с воздухом! Такое ощущение, это сделано автором лишь для того, чтобы Марк мог оставить в воздухе один только водород и безопасно сжигать его в струе кислорода.

Кроме того, автор как-то не упомянул, каким же образом этот воздух охлаждается до 90 К, это дело весьма нетривиальное, забортный воздух тут не поможет! Ну да ладно, на нет и суда нет, и при путешествии на ровере Марку не нужен был жидкий кислород, так что регулятор выделял только углекислый газ.

Химия
Марк подробно рассказывает, как он собирается получать воду - взять гидразин N2H4 из баков MDV (Mars Descent Vehicle), каталитически разложить его на азот N2 и водород H2, затем набрать из атмосферы Марса побольше углекислого газа с помощью посадочной ступени MAV (она из этого углекислого газа потихоньку делала топливо для взлета), из углекислого газа получить кислород с помощью oxygenator'а, и, наконец сжечь водород в кислороде, получив воду.

Хорошо, имеет право на жизнь. Не надо только было сыпать цифрами, дескать, из 50 литров жидкого кислорода получится 100 литров воды, это ошибка. Вспомним школьную химию. Запишем реакцию окисления водорода:

O2+2H2 => 2H2O

Молярная масса кислорода: 32 г/моль, водорода: 2 г/моль, воды: 18 г/моль. В нашей реакции 1 моль кислорода реагирует с 2 молями водорода с образованием 2 молей воды. Т.е на каждые 32 г кислорода мы должны взять 4 г водорода и получим 36 г воды.

Плотность жидкого кислорода 1.15 г/см3 = 1.15 кг/л, т.е 50 литров жидкого кислорода имеют массу 57.5 кг. Из них получится 57.5*36/32 = 65 кг воды, или 65 литров воды. Уж никак не 100!

Такая же ошибка, когда Марк оценивает, сколько ему нужно гидразина, он не подумав сказал, что на 1 л гидразина сможет получить 2 л воды. Плотность гидразина почти как у воды, т.е 1 л имеет массу 1 кг. Реакция каталитического разложения:
N2H4 => N2 + 2H2
Молярная масса гидразина 32 г/моль, водорода: 2 г/моль, из 1 моля гидразина получается 2 моля водорода. Значит, из 32 г гидразина получится 4 г водорода, а из 1 кг гидразина - 125 г водорода. Вернувшись к верхней реакции (горение водорода), видим, что из каждых 4 г водорода получается 36 г воды. В конечном итоге, из 32 г гидразина получается 36 г воды, или из 1 литра гидразина - 1.1 литра воды, никак не 2!

Поначалу можно было подумать, что это Марк (а не автор) плавает в химии, и ровно поэтому после своих махинаций недосчитался воды почти в 2 раза! Это даже не противоречит дальнейшей находке, что много водорода не сгорело и по-прежнему содержится в воздухе, в конце концов, водород легкий газ, а жилой объем у них не так уж велик. Но увы, после героического сжигания оставшегося водорода Марк заполучил столько воды, сколько рассчитывал, а значит, это ляп.

Интересно, а как атмосферный регулятор отреагировал на появление прорвы лишнего азота вперемешку с аммиаком (побочный продукт каталитического разложения гидрозина), ну да ладно, об этом не рассказано, положимся на технику NASA.

Жизнеобеспечение-2
Похоже, у Марка получается замкнутый цикл по кислороду. Он вдыхает кислород, выдыхает углекислый газ, хитрый агрегат разлагает углекислый газ на кислород и уголь, и кислород возвращается в воздух жилого модуля. Никаких других источников кислорода не предусмотрено. Когда Марку был нужен дополнительный кислород, чтобы получить воду, он притащил в жилой модуль баллон с углекислым газом из посадочной ступени MAV и открыл его, но получив сколько надо воды, успокоился.

Тут есть одна хитрость - в процессе метаболизма человека кислород связывается не только в углекислый газ, но и в воду, которая, в свою очередь, тоже выходит в виде водяного пара. Это - так называемая метаболическая вода, пингвины умудряются долгие месяцы сидеть на льдине без воды именно благодаря ей.

В рационе человека должны содержаться белки, жиры и углеводы. При "сжигании" углеводов количество молекул CO2 равно количеству молекул O2, на то они и углеводы. Но вот при сжигании белков и жиров кислород из воздуха связывается не только в углекислый газ, но и в воду. Отношение количества молекул выделяемого углекислого газа к количеству молекул поступающего кислорода (или, что то же самое отношение объемов CO2 и O2 при нормальных условиях) называют дыхательным коэффициентом, у человека он равен (при нормальном рационе) 0.83 .. 0.86.

Значит, рано или поздно баланс должен был уехать и Марк бы обнаружил, что у него куда-то делся весь кислород, зато воду девать некуда, все скафандры заняты, а все равно перебор! Его 50 литров неприкосновенного запаса жидкого кислорода за первые 90 солов опустошились бы примерно на 10 литров, не считая прочих потерь (при шлюзовании, из-за утечек и т.д.), а за 400 солов (Марк пробыл дольше) - опустошились бы совсем! В принципе, у Марка было средство против этого - набрать из атмосферы еще CO2 и выпустить в жилой отсек, чтобы оксигенатор сделал из него кислород. Но упомянуть стоило бы, замкнуть СЖО хотя бы по дыханию - уже нетривиальная задача!


Продолжение следует, надо описать хотя бы крышесносящие маневры в открытом космосе в конце книги.

PS. PhysUnitCalc прямо-таки создана для нахождения книжных ляпов, одно удовольствие считать в ней, продираясь сквозь разнородные единицы измерения - калории, джоули, кВт*ч, пираты-ниндзя и пр!
Tags: Книги, странные девайсы
Subscribe

Posts from This Journal “странные девайсы” Tag

  • Conduit - что за хрень?

    В Quartus'е, если соединять модули на "принципиальной схеме" (Block Diagram), есть 3 типа соединителей: - провод (wire) - обозначен тонкой линией.…

  • Видеообработчик: нахождение "второй" суммы

    Вот этой суммы: До сих пор не знаю, как её правильно обозвать. Ничего сложного, соответствующий блок уже был готов: Слева по схеме - счётчик…

  • Максимум и сумма - "в одном флаконе"

    Из вчерашних рассуждений мы решили, что на некоторых отрезках изображения нам нужно находить сумму пикселей, для вычисления "центра масс" пятна с…

  • Тестовая картинка для видеопроцессора

    Продолжаются раздумья, как этот видеопроцессор должен работать. Пора рассмотреть конкретный пример: Так наша "мишень" должна выглядеть с…

  • Дополнение про велосипед

    Ко вчерашнему. Тогда, как посчитал, что проехал 590 км - решил в кои-то веки цепь поменять, пока она совсем звёздочки "под себя" не заточила.…

  • Яркостный центр: способ получше!

    В продолжение этого Что-то перемудрил: поставил туда аж целый перемножитель, занимающий 250 ЛЭ, а уже под вечер сообразил: без умножения на каждом…

  • Нахождение яркостного центра пятна

    Пора, наконец-то, взяться вплотную за видеообработчик! Возможно, для начала нужно будет немножко сигнал "подрихтовать" - устранить "битые пиксели",…

  • Подключаем статическую память к "ускоренному" QuatCore

    Надеюсь, что эта статическая память будет чисто в "отладочных целях": записать туда видеокадр целиком и потихоньку переправить на компьютер по UART,…

  • Hello, world теперь на 25 МГц

    И всё-таки ещё пару проверок для очистки совести. Мы же до этого всё время гоняли наш "быстрый QuatCore" на 4 МГц, а теперь хочется и на 25 МГц…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 36 comments