О возможности промышленного освоения космоса

Обычно когда говорят о промышленном освоении космоса смотрят либо на цену вывода килограмма ПН на НОО, либо на затраты энергии на то же самое и приходят к выводу «да ну невозможно». Вот только этот вывод не верен ибо базируется на характерной для Земли изотропии пространства — если билет из города А в Б дорог, то и обратно не дешевле. Но в космосе это далеко не так. Если для полета Земля-Луна с мягкой посадкой требуется Дельта-Вэ 15.5 км/с (с учетом гравипотерь и аэродинамических потерь), то для обратной операции с использованием аэроторможения достаточно уже 2.5 км/с. С учетом экспоненты в формуле Циолковского разница еще больше. Если использовать самое эффективное освоенное химическое топливо (кислород-водород, УИ = 4.4 км/с) для перевозки одной тонны с Земли на Луну потребуется 32.9 тонн топлива при условии что баки невесомые. Для обратного направления - 0.77 тонн при том же условии. У жидкостных ракет отношение "полная/пустая" обычно не ниже 10 так что в случае обратного направления вполне укладываемся в "тонна на тонну". Кроме того, на Луне гораздо проще организовать безракетный запуск вроде лифта или катапульты из-за той же низкой второй космической скорости.

Стоимость продукта, произведенного в космической колонии будет выражаться простой формулой:

С(N) = (Cf+Cm*T)/N

Где C(N) - себестомиость как функция от количества товара, N — количество произведенного товара за весь отчетный период, Cf — стоимость строительства колонии, Cm - годовые затраты на снабжение и информационное обеспечение колонии, T — время работы производства в годах. Из формулы видно что мы можем построить саомдостаточную колонию (Cm = 0) и просто ждать когда N станет достаточно большим для нужной нам себестоимости. Но срок окупаемости при этом может исчисляться тысячелетиями, а самое главное — исчезает мотивация «лунян» для экспорта на Землю. Гораздо выгоднее строить НЕ самодостаточную колонию, но способную производить то что невыгодно завозить с Земли: топливо, механнизмы, пищу. А вот микропроцессоры, особенно радиационно-стойкие, от перевозки ракетой не сильно подорожают даже сегодня.

В формуле стоимости продукта от стоимости полета на Луну нет ни одной буквы зависящей только от стоимости доставки груза по плечу "Земля-Луна". Например во времена Армстронга быстро перенести на Луну смогли бы только производство кислорода, воды и пищи. Чтобы строить на луне луноходы-бульдозеры и разгонные блоки пришлось бы отправлять туда плавильню, прокатный стан, парк фрезерных, токарных, сверлильных и прочих станков, персонал для этого всего. То есть уменьшить Cm было возможно только за счет сильного увеличения Cf. Но сейчас можно завести один 3D-принтер и напечатать на месте все "тупые" но тяжелые вещи: силовые каркасы и даже ракетные двигатели. Да их уже печатают. Некоторые только частично как SpaceX некоторые полностью как Relativity Space. К вопросу о "ручной подгонке деталей". Из чего печатать? Элементарно - на Луне в ударных кратерах валяется нападавшее за 4.5 миллиардов лет метеоритное железо. В том числе уже в виде мелкодисперсного порошка ибо при соударении на большой скорости "расплескалось" и застыло. Проблем с энергией на Луне нет - Солнце светит по расписанию. Если обосноваться на полюсах, где есть подтвержденные залежи льда, то и круглосуточно - придется только поднять батарею на мачте на возвышенности. Стоимость завоза критична только на этапе первоначального развертывания колонии когда нужно завезти некое "семя" - минимальный комплект оборудования который дальше сможет разворачиваться самостоятельно. Но эту проблему копают как со стороны уменьшения массы "семени" так и со стороны уменьшения стоимости завоза.

Что возить? Обычно в проектах освоения Луны, периодически разрабатываемых вполне серьезными конторами, предполагается что из лунных ресурсов будут строится солнечные электростанции на геостационаре. Но тут есть некая инерция мышления. Если мы построим электростанцию на геостационаре то с высокой вероятностью ее энергия будет использования для выплавки алюминия, стали, титана на Земле. Логичней завозить энергию сразу в виде металла минуя несколько стадий преобразования. Как было сказано выше, железо на Луне валяется восстановленное (хотя есть и в форме оксидов), алюминий и титан нужно восстанавливать, но с энергией на этот процесс проблем нет. Конструкция баллистической капсулы тоже может и должна продаваться на Земле хотя-бы как металлолом

Чем это лучше постройки шахт и ГОКа в условной Африке? Лучше хотя-бы тем что капиталовложения остаются в стране, резидентом которой является колонизатор. Ибо капиталовложения тут — запуски РН с оборудованием для колонии и производство этого оборудования. Т.е. деньги остаются в экономике страны-колонизатора. И угроза потерять контроль над производством возникнет только после смены поколений колонистов, а не когда в банании диктатор поменяется. Ну и Гретта довольна :)

Жизнь в колониях будет... Сурова, но не в том смысле о котором обычно пишут фантасты. В частности не будет ни каких талонов на воздух. Дело в том что оптимальное соотношение водорода к кислороду для ракетного двигателя - 1 к 6. А из воды они производятся в соотношении 1 к 8. То есть даже без замкнутой системы жизнеобеспечения топливный завод будет производить по две тонны "лишнего" кислорода на каждые 7 тонн собственно топлива. А человек в день потребляет только килограмм кислорода. Что касается ставшего уже стереотипом воздействия низкой гравитации то тут наука... на самом деле не в курсе дела. Ну не было опытов сколько-нибудь длительного проживания людей именно на Луне, а не в невесомости. В случае выявления проблем до их решения препаратами, киборгизацией или генной инженерией придется работать вахтовым методом. Повод для оптимизма дает то что те самая киборгизация уже на пороге. А Мотоко Кусанаги остеопороза точно не боится.

Ну так вот "Луна жестко стелет" и необходимость становиться киборгом - потенциальные, но не обязательные проблемы. А вот что точно будет так это то самое неравенство стоимости привезенного с Земли и отправленного на Землю. Чтобы колония имела экономический смысл она должна посылать на Землю металла на сумму большую чем требует сложной техники. Считая для надежности что все отправленное на Землю продается по цене металлолома имеем порядка 0.3 долларов за сталь и 1.2 доллара за алюминий. Возьмем 0.5 долларов/кг. Теперь смотрим на один из слайдов презентации ULA:

Оценку стоимости килограмма на Луне при использовании лунного топлива в 10-12 тыс долларов/кг можно считать консервативной - она получена исходя из стоимости вывода новой ракеты "Вулкан" с очень куцей многоразовостью, уступающей уже летающему Фалькону от конкурирующей организации. Но опять для надежности возьмем ее. И так чтобы заказать на Земле 1 кг электроники нам нужно отгрузить на колыбель человечества 20, а лучше все 30 тонн металла. И тут мы понимаем что айфон порой и правда важнее ракет. Это сейчас мы можем впихнуть в килограмм десяток однопалатников либо тех же смартфонов - на Аполло бортовой компьютер представлял собой гроб весом 32 кг. По возможностям эти 32 кг соответствовали самому дешманскому современному микроконтроллеру и то с натяжной.

Ресурсы для Земли добывать в космосе можно даже без кларктехнологий, но любителям ААА-игорь на Луну или Марс лучше не лететь.