Физические константы

Все значения используемые в расчётах проекта «Гелиос».

Солнечная система

Солнечная постоянная

Локация Значение Источник
Земля (1 AU) 1 361 Вт/м² NASA Sun Fact Sheet
Меркурий (среднее по орбите) 9 287 Вт/м² Временно́е среднее: S₀/(a²√(1-e²))
Меркурий (перигелий) ~14 444 Вт/м² Расчёт: 1361 × (1/0.307)²
Меркурий (афелий) ~6 242 Вт/м² Расчёт: 1361 × (1/0.467)²
Луна 1 361 Вт/м² Как Земля (1 AU)
Марс 589 Вт/м² NASA Mars Fact Sheet

Примечание: Значение 9 087 Вт/м² — это поток при среднем расстоянии (0.387 AU): S₀/a² = 1361/0.387². Для энергетических расчётов используем временно́е среднее по орбите: ⟨S⟩ = S₀/(a²√(1-e²)) = 1361/(0.387² × √(1-0.2056²)) = 9 287 Вт/м². Временно́е среднее выше, чем значение при среднем расстоянии, потому что планета дольше находится ближе к Солнцу (2-й закон Кеплера работает наоборот для ⟨1/r²⟩).

Параметры планет

Планета Гравитация Вторая космическая Расстояние от Солнца
Меркурий 3.7 м/с² (0.38g) 4.3 км/с 0.39 AU (57.9 млн км)
Луна 1.62 м/с² (0.16g) 2.4 км/с 1 AU
Марс 3.7 м/с² (0.38g) 5.0 км/с 1.52 AU
Земля 9.8 м/с² (1g) 11.2 км/с 1 AU (150 млн км)

Источник: NASA Planetary Fact Sheets

Состав реголита

См. Почему Меркурий? — сравнение планет для проекта.

Материалы

Алюминий

Параметр Значение
Плотность 2 700 кг/м³
Температура плавления 660°C
Отражательность (чистый) 90–92%
Отражательность (с MgF₂ покрытием) 95–96%
Излучательная способность (полированный) 0.03–0.05
Излучательная способность (с чёрным покрытием) 0.8

Сталь

Параметр Значение
Плотность 7 850 кг/м³
Температура плавления ~1 500°C

Кремний

Параметр Значение
Плотность 2 330 кг/м³
КПД солнечных ячеек 18–22%

Физические константы

Константа Значение Обозначение
Постоянная Стефана-Больцмана 5.67×10⁻⁸ Вт/(м²·К⁴) σ
Скорость света 299 792 458 м/с c
Давление света (на орбите Меркурия) ~60 мкПа (отражение, P=2S/c) —

Расчётные параметры проекта

Зеркала Роя

Параметр Значение Источник
Размер 100 × 100 м (квадрат) Проектное решение
Площадь 10 000 м²
Толщина фольги 4 мкм Технологический минимум
Масса фольги ~110 кг 10000 × 0.000004 × 2700
Грузики (4 шт) ~3 кг Железо или базальт
Тросы (4 шт) ~2 кг Стальная проволока
Электрохромика (TiO₂) ~1 кг Меркурий (покрытие 500 нм × 10% площади)
Электроника ~50 г Земля (импорт)
Общая масса ~116 кг
Отражённая мощность 84 МВт 10000 × 9287 × 0.90

Рой Дайсона (целевые параметры)

Параметр Значение Расчёт
Количество зеркал ~1.1 млрд Производственный план (~9.5 лет)
Общая площадь 1.1×10¹³ м² (~11 млн км²) 1.1×10⁹ × 10⁴ м²
Общая масса ~128 млн тонн 1.1×10⁹ × 116 кг
Удельная масса 0.0116 кг/м² 116 кг / 10000 м²
Масс-драйверов ~1 000
Сроки производства ~9.5 лет с учётом деградации
Перехватываемая мощность ~102 петаватт 1.1×10⁹ × 93 МВт
Отражённая мощность ~92 петаватт 1.1×10⁹ × 84 МВт
Мощность на Земле ~18 петаватт 102 ПВт × 18% КПД

Масс-драйвер

Параметр Значение Источник
Целевая скорость 5 км/с Вторая космическая + запас
Длина тоннеля 1 км (базовый)* Максимальная скорость строительства
Ускорение 12 500 м/с² (1275g)
Время разгона ~0.4 сек
Масса установки ~500 т
КПД (алюминиевые обмотки) 40% Консервативная оценка
Запас vs доказанных 25,000g 20× McCormick Stevenson GNC

*При снижении нагрузки: 2 км (637g, 875 т) или 3 км (425g, 1300 т).

Роботы Gen-2 (оптимизированный гибрид Fe/Al)

Параметр Краб-М Кентавр-М Крот-М Среднее
Общая масса ~1 000 кг ~380 кг ~1 500 кг ~960 кг
Железо (критические узлы) ~350 кг (35%) ~80 кг (22%) ~1 250 кг (83%) ~560 кг (58%)
Алюминий (рама, корпус) ~470 кг (47%) ~235 кг (63%) ~220 кг (15%) ~310 кг (32%)

Принцип оптимизации: - Сталь только для критических узлов: колёса, ковш, подшипники - Алюминиевые рамы и корпуса — достаточная прочность при меньшей массе - При 5 роботах/день: ~1.5 т Al + ~2.8 т Fe

Завод «Точка Ноль»

Параметр Значение
Энергопотребление (пиковое) ~165 МВт
Площадь концентраторов (6 рейсов) 105 000 м²
Масса CPV-системы ~10,5 т (5,25 т фольга + 2 т GaAs + 3,25 т конструкция)
Удельная мощность ~14,4 кВт/кг (на орбите Меркурия)
Доступная энергия ~151 МВт
Запас над заводом (без МД) ~27 МВт
Выход кремниевых панелей ~1,4 кВт/м²
Площадь купола ~1 500 м² (~50×30 м)

Использование констант

Эти значения используются в расчётах: