Space X уже разрабатывает Конституцию Марса
Пока новые партии спутников Starlink выходят на свои орбиты, а полноразмерный прототип Starship готовится к «прыжку» на 20 километров, Space X вновь напоминает всем о своей главной цели — колонизации Марса.
В сети разгорелась дискуссия о том, что Space X может попытаться навязать свой собственный правовой режим на Марсе и сформировать самоуправляющееся, самоподдерживающееся поселение, где земные законы не будут применяться.
Хотя это может звучать, как часть научно-фантастического романа, аэрокосмическая компания Илона Маска заявила о своих намерениях сделать именно это. Более того, тут действительно есть, над чем подумать.
Этапы создания колонии на Марсе. Credit by Space X.
В интервью Law360 главный юрист компании рассказал, что уже разрабатывает Конституцию Марса. На это заявление Франс фон дер Дунк, ведущий эксперт по космическому праву в Юридическом колледже Небраски, ответил, что существует достаточно примеров, когда кто-либо пытался назвать себя государством, но их не признают. По его мнению, чтобы заставить правительства Земли признать суверенитет любого потенциального марсианского государства, Space X придётся прибегнуть к поразительной дипломатии и внести изменения в международное право.
Тем не менее, он считает, что международное сообщество должно серьёзно отнестись к Space X и её основателю Илону Маску и использовать этот момент, чтобы решить потенциальные юридические проблемы такого фантастического человеческого будущего, прежде, чем они станут реальными. Но есть и другой интересный аспект, который уже неделю обсуждается в сети. Space X не просто заявляет о намерениях, а уже буквально действует в этом направлении.
Примерно через две недели после этого интервью несколько пользователей Reddit опубликовали условия предоставления услуг Starlink. В основном, текст стандартный, за исключением вот этой части:
«В отношении услуг, предоставляемых на Марсе или при транзите на Марс, стороны признают Марс свободной планетой и что никакое земное правительство не имеет полномочий или суверенитета над деятельностью Марса. Соответственно, споры будут разрешаться на основе принципов самоуправления, добросовестно установленных во время марсианской колонизации.»Фактически Space X объявила о своих дипломатических намерениях предоставить будущим марсианам полный суверенитет.
Должен ли Марс быть суверенным и возможно ли это?
Минимально возможное расстояние от Земли до Марса составляет около 56 миллионов километров, что делает идею обеспечения соблюдения законов, принятых на Земле, для Марса потенциально смехотворной.
Тем не менее, на канале довольно часто упоминается Договор по космосу, участниками которого в настоящее время являются 110 стран, включая крупнейшие, как Россия, Китай, Индия и США. Согласно одному из пунктов этого Договора, люди, покидающие Землю, несут с собой свою национальную идентичность.
Получается, что, если Space X преуспеет в строительстве поселений на Марсе, люди, живущие там, будучи изначально американцами, всё равно, не только попадают под юрисдикцию США, но и несут туда именно американские законы. Кроме того, в статьях 6 и 7 Договора чётко указывается, что страна несёт юридическое бремя своей космической деятельности независимо от того, кто её осуществляет. Это уже вполне серьёзный вопрос для всего международного сообщества. Где гарантия, что США не решат в этой связи провозгласить Марс своей территорией?
Марсианская колония в представлении Brian Higgins
Есть, правда, статья 2 Договора, которая делает невозможным владение территорией за пределами Земли. Таким образом, если принять тот факт, что международное право устанавливает три объективных критерия государства — установленная территория, постоянное население и функциональное правительство — то предполагаемое марсианское поселение удовлетворяет только двум последним. Но опять же, где гарантия, что этот Договор не будет пересмотрен или, скажем, не будет найдена какая-нибудь лазейка, чтобы обойти конкретно этот его пункт?
Как знать, вдруг нас действительно ждёт полноценная борьба марсиан за независимость, как это описано в самых разнообразных научно-фантастических произведениях. Хотя начинает складываться впечатление, что не такие уж они и фантастические.
Если же Марс колонизируют: Что думаете? Марс должен быть независимым с самого начала?
Терраформирование Марса
Во всех этих разговорах в последнее время о том, что Илон Маск (Elon Musk) и SpaceX пытаются колонизировать Марс, многие скептики быстро находят несколько существенных просчетов в этом футуристическом проекте.
Короче говоря, Марс является негостеприимным для человеческой жизни, как ни крути. Его поверхность (в значительной степени) сухая и засушливая, его атмосфера слабая и токсичная, а температура далека от прогулок по Майами-Бич. Несмотря на все это, ученые и инженеры проявляют уверенность в том, что жизнь на Красной планете не только вероятна в будущем, но и неизбежна.
С научной точки зрения, жизнь человека на Марсе, вероятно, могла бы рассказать нам больше о прошлом Солнечной системы, а также об истории нашей планеты, чем мы когда-либо могли бы узнать из жизни только на Земле. Это также был бы феноменальный шаг в завоевании и изучении иных миров. Теоретически, мы могли бы использовать поселения людей на Марсе в качестве образца для будущих миссий колонизации, возможно, даже других звездных систем. Марс также мог бы служить в качестве важной промежуточной остановки для межпланетных миссий в недалеком будущем. Наконец, человеческая цивилизация, ограниченная одной планетой, просто обречена на гибель.
Однако, как мы знаем, Марс сегодня не будет легким местом для жизни. С биологической точки зрения, создание поселения на Марсе сегодня ничем не отличается от создания поселения на Луне. В далеком будущем необходимо будет терраформировать планету для того, чтобы людям было легче существовать на поверхности Марса, а также для того, чтобы эта планета служила вторым домом для человечества.
Терраформирование — это процесс, посредством которого биосфера планеты изменяется с помощью технологии, чтобы сделать ее более подходящей для землеподобной жизни человека. Тотальное терраформирование требует изменения многих факторов атмосферы и поверхности планеты для того, чтобы приспособить такую жизнь. Существует четыре основных фактора, которые необходимо учитывать для успешного прохождения этого процесса: атмосферное давление, состав атмосферы, температура и наличие жидкой воды.
Этапы терраформирования Марса. Модель.
Если мы посмотрим на текущие атмосферные и планетарные параметры Марса, то увидим, что он далеко не похож на Землю. Давление его атмосферы составляет всего 6,4 мбар (~1/200 от земной) и почти полностью состоит из углекислого газа (CO2). Он не имеет стабильных источников жидкой воды, небольшие карманы жидкой воды ненадолго образуются перед тем как замерзают на поверхности или испаряются в разряженной атмосфере. Марс тоже холодный, его средняя температура всего 215 К (–58° С).
Эта температура, однако, более теплая, чем можно было бы ожидать для скалистой планеты на таком расстоянии от Солнца, как Марс. Фактически, если вы посчитаете, используя закон Стефана Больцмана, то обнаружите, что на Марсе на самом деле на 3K теплее, чем должно быть. Это связано с тем, что его атмосфера состоит почти исключительно из парникового газа, вышеупомянутого диоксида углерода. Даже этот чрезвычайно тонкий слой углекислого газа повышает температуру на 3К, что примечательно.
Марс также удивительно похож на Землю, поскольку он имеет две ледяные полярные шапки. Северный полюс Марса, состоящий из водяного льда и подобных летучих компонентов, очень похож на Антарктиду. Однако, вопреки тому, что можно было бы подумать, Южный полюс Марса на самом деле гораздо более перспективен для жизни на Красной планете. Это связано с тем, что Южный полюс Марса почти полностью состоит из замерзшей углекислоты, покрывающей сплошной оболочкой нижнюю часть Марса, как мы его видим.
Марс сегодня
Терраформирование
Исследование, проведенное Робертом Зубрин (Robert Zubrin) и Кристофером Маккей (Christopher McKay) в 2005 году, показало, что если южная полярная шапка была бы полностью сублимирована с использованием какой-либо формы устройства для терраформирования, она могла бы высвободить исключительно углекислый газ, который повысил бы давление атмосферы Марса на 100 мбар (0,1 атм). Текущая температура южного полюса Марса составляет около 142 К, что удивительно близко к сублимирующей температуре СО2 в современных атмосферных условиях Марса.
Нам нужно только увеличить температуру южного полюса Марса примерно на 5,5 К, чтобы начать процесс сублимации ледяных шапок полюса. После достижения этой температуры на полюсе углекислый газ будет насыщать атмосферу планеты, дополнительно увеличивая температуру и давление до тех пор, пока вся замерзшая углекислота на полюсе не испарится в атмосферу. После этого процесса средние температура и давление на поверхности Марса будут составлять около 225 К (–48° С) и 106,4 мбар соответственно.
Но, процесс только начинается, поскольку есть еще потенциал в 300 мбар углекислого газа, замороженного в грунте Марса (реголите). После того, как ледяная шапка Южного полюса полностью превратится в пар, равновесная температура Марса будет повышаться достаточно высоко до такой степени, что CO2, содержащийся в ледяном марсианском реголите, также будет сублимирован в атмосферу. Это, в свою очередь, приведет к повышению атмосферного давления на Красной планете до 41% от уровня давления на земной поверхности и фактически приведет к повышению температуры на экваторе выше точки замерзания воды, когда Марс находится в перигелии (ближе всего к Солнцу).
Однако весь этот процесс предполагает наличие футуристического устройства для терраформирования, которое имеет возможность увеличить температуру Южного полюса Марса на 5,5 К. Однако, правда в том, что это устройство не должно быть настолько футуристическим.
Массивное отражающее зеркало, размещенное на орбите Марса в правильной точке, может сделать трюк. Чтобы отразить достаточное количество солнечного света, способного расплавить ледяные шапки полюса, это зеркало (или комплекс зеркал в совокупности) должно иметь площадь поверхности 3*10⁹ метров или около площади поверхности штата Род-Айленд. Учитывая, что в настоящее время у нас есть возможность запускать полезную нагрузку только в несколько десятков тонн, предстоит большая работа, прежде чем мы сможем попытаться осуществить такой проект.
Другие вопросы терраформирования
Как только весь углекислый газ Марса испарится в атмосферу планеты, может начаться реальное терраформирование. Фотосинтетические живые растения могут быть высажены и выращены, чтобы помочь в преобразовании атмосферы, сделав её более дружественной к человеческой жизни, выделяя кислород. Это, однако, немедленно повлечет за собой отрицательную обратную связь — уменьшение драгоценного CO2, который обеспечивает тепличный эффект для вышеуказанных растений. Чтобы противодействовать этому, средства на основе CFC (хлорфторуглероды) должны будут производить парниковые газы, чтобы восполнить некоторое количества этого СО2 (да, это противоположное тому, что мы делаем здесь, на Земле).
Но растения также нуждаются в воде, чтобы выжить, и это является еще одной проблемой для терраформирования Марса. У Марса много замороженной воды и после того, как мы достаточно увеличили температуру и давление, эта вода станет жидкой. Но, вода в жидком состоянии фактически уменьшает парниковый эффект, отражая солнечный свет обратно в космос, который в противном случае был бы поглощен планетой нагревал её для сбора парниковых газов. Это еще одна проблема, которая должна быть решена нашими объектами, производящими CFC (хлорфторуглероды).
Наконец, сами CFC приводят к проблеме истощения озона, который необходим для того, чтобы блокировать вредоносное воздействие ультра-фиолетового излучения, исходящего от Солнца. В биосфере Марса должна сосуществовать здоровая сбалансированная смесь из растений, воды и CFC, чтобы процесс терраформирования происходил правильно. Как только этот процесс будет завершен, все четыре основных планетарных фактора (состав и давление атмосферы, жидкая вода и температура) будут правильно изменены, чтобы обеспечить земную жизнь на ныне голой поверхности Марса.
Вывод
Технология, и материалы, необходимые для терраформирования Красной планеты, существуют уже сегодня. Это всего лишь вопрос времени, когда какой-то миллиардер-энтузиаст космического предпринимательства накопит необходимые ресурсы и мотивацию, чтобы начать терраформирование Марса. Есть, правда, некоторые потенциальные сложности во внедрении растительной жизни в экосистему Марса, но нет ничего, что будущие, более совершенные поколения человечества не смогут преодолеть.
Как только мы преуспеем в полном терраформировании Марса, что будет дальше для человечества? В этот момент Марс станет собственным, самоподдерживающимся миром, полностью независимым от ресурсов Земли. Ни одно естественное или созданное человеком явление не будут способны остановить продвижение человечества по направлению к звездам. Наконец, мы станем межпланетными.
Вселенная обширна и требует нашего изучения. Марс — это просто первый из потенциальных тысяч шагов в нашем стремлении стать более крупным видом. Однажды человечество сделает скачок к звездам в попытке узнать больше о Вселенной, и больше о нас самих в этом процессе. Вселенная — это наш район, а терраформирование Марса — это как открытие входной двери.
Источник: Terraforming Mars
Гражданин Марса
Бета-тестеры Starlink обнаружили интересный пункт в пользовательском соглашении сервиса:
9. Регулирующий закон.
Для сервиса Starlink на Земле, земной орбите, или Луне, эти условия и все диспуты связанные с ними будут решаться по законам штата Калифорния, США. Для сервиса Starlink на Марсе, либо на пути к Марсу на Starship или других ракет-колонизаторов, участники соглашения признают Марс свободной планетой, и что никакое земное правительство не имеет суверенитета или права управлять марсианской деятельностью. Следовательно, все диспуты будут решаться по принципам добросовестного самоопределения марсианского поселения.
Космические деньги
Про финансы и экономику освоения космоса
Логистика освоения солнечной системы описана в посте
Колонизация солнечной системы
Уточнение
@sun.ami в прошлом посте нашёл ошибку: у меня при расчете купола взят полный объём сферы, должно быть 2100 вместо 4200 м3.
Внимание: расчёт сугубо оценочный с округлениями и допущениями, предназначен для только для понимания порядка затрат.
1. Стоимость запуска многоразового корабля Земля - НОО
Рассчитаем стоимость доставки 100 тонн на НОО для корабля типа «Starship» и первой ступени типа «Super Heavy» от «SpaceX». Данный аппарат наиболее близок к реальному производству и уже достаточно проработан, чтобы по нему можно было провести оценку.
Стоимость двигателя «Merlin 1D» при тяге 67 тс составляет около 1 млн $ (или 15000 $/тс). Пересчитав пропорционально мощности можно оценить стоимость двигателя «Raptor»: при тяге в 200 тс, получаем стоимость в 3 млн $.
На первой ступени планируется 37 двигателя «Raptor», стоимость их составит 111 млн $. Двигатели составляют примерно половину от стоимости всей ступени, таким образом, фюзеляж ступени с топливной системой и авионикой будут стоить также 111 млн $.
Стоимость «Starship» (периодически буду называть его 2-ой ступенью) - это 6 двигателей и 18 млн $.
Остальные элементы можно оценить пропорционально элементам 1 ступени:
- через отношения масс 180:120;
- через отношение длин 70:50.
Также можно выразить суммарную стоимость через двигатели, принимая, что они стоят 25% от всего корабля.
Получаем, соотвественно, 74, 79 и 54 млн $. Возьмём максимальные 79 млн $.
Вся ракета получается 319 млн$.
Расчёт коррелируется с другими данными, найдеными на просторах интернета.
Инфографику увидел в посте
Космическая экспансия человечества
Базовая цена запуска ракеты-носителя «Атлас-5» составляет 109 млн $. На первой ступени установлены двигатели «РД-180», стоимостью 25 млн $ (тягой 390 тс) и «RL-10A» тягой 10 тс (данных по стоимости не нашёл). Двигатели первой ступени составляют около четверти от цены запуска. Также примерно четверть составляет прибыль компании, стоимость пусковых услуг, страховка.
Ещё был найден такой расчёт:
https://astronews.space/spacecrafts-2/252-raschet-stoimosti-...
Далее идёт эффект многоразовости.
На текущий момент первая ступень «Falcon 9» при заявленном десятикратном использовании достигла 6 повторных пусков, используя керосиновые двигатели. Это позволяем предположить, что к 2035 году вполне реально достижение на более совершенном «Starship», проектируемые с учётом полученного опыта и более совершенных двигателях, следующих показателей:
- ресурс планёра и первой ступени - 50 циклов взлёта-посадок (шаттл «Discovery» остановился на 39);
- ресурс двигателя 25 циклов взлёта-посадок;
Следующее предположение - после каждой посадки требуется затратить 1 % от стоимости элемента на осмотр и, при необходимости, ремонт.
Таким образом каждый запуск будет стоить 5.16 млн $ по ресурсу двигателей, 3.8 млн $ по ресурсу планера и, соответсвенно, 1.29 и 1.9 млн $ на осмотр и ремонт.
При многоразовом использовании, когда стоимость 1 запуска сильно падает, вклад топлива начинает существенно расти. «Starship» использует метан-кислородную пару. Стоимость жидкого метана - 430 $ за тонну, жидкого кислорода - 200 $ за тонну (цена в России при текущем курсе). Оптимальное соотношение кислорода к метану 3.65 к 1. Соответсвенно средняя цена топлива - 250 $ за тонну.
Для запуска 100 тонн и возвращения ступеней используется 3400 на 1-ой и 1200 тонн на 2-ой. При цене по 250 $/т получаем 1.15 млн $.
Следующее допущение: увеличение частоты пусков снизит стоимость пусковых услуг (пусковой стол, пункт управления, заправка, транспортировка, посадочные платформы и страховка) до 25 % от стоимости ракеты с топливом и подготовкой к повторному пуску. Прибыль компании примем тоже как 25 %.
Итого получаем: 13.3 млн $ - ракета и топливо, 20 млн $ - суммарная стоимость запуска 100 тонн на НОО.
При увеличении ресурса планёра и двигателей до 100 и 50 пусков соответсвенно, а также появления конкурентов для «SpaceX», что повлечёт снижение прибыли и стоимости организации пуска до 10%, получим стоимость вывода на НОО чуть выше 10 млн $ (уже 2035...2040 год).
Вполне реальная цифра к 2040 году:
100 тысяч $ за тонну на НОО
Для справки: самая низкая цена сегодня («Falcon 9») - 4 млн $ за тонну.
2. Стоимость рейса НОО - Луна
Для полетов между НОО Земли и НОО Луны используется отдельный корабль, который не совершает посадок на поверхность.
Такому кораблю не нужны мощные двигатели, вполне достаточно два (для безопасности) метановых аналога «Мерлина». Таким образом, стоимость двигателей будет около 2 млн $.
Отсек полезной нагрузки «Starship» при пересчёте пропорционально длине составит примерно 40 тонн массы и 28 млн $ в цене.
Удельная масса и стоимость бака составляет около 60 кг и 0.038 млн $ на тонну топлива.
Требуемый запас характеристической скорости для полёта между Землей и Луной около 4 км/с, что при удельном импульсе в 3800 м/с потребует топлива по массе почти в 2 раза больше массы корабля.
Чтобы вернуться после доставки 100 тонн, для корабля массой 120 тонн (40 отсек и двигатели + 80 баки), потребуется 240 тонн топлива. Для того, чтобы доставить от Земли корабль массой 460 тонн (корабль, топливо и целевая нагрузка) потребуется уже 920 тонн топлива. Фактически получаем тот же «Starship», но с намного большим ресурсом планёра (не надо выдерживать вход в атмосферу) и дешевыми двигателями.
Получаем стоимость 81 млн $ (79 ступень + 2 двигателя) с ресурсом (грубо) 500 полетов (до Луны и обратно) для планера, но 50 для двигателей.
Стоимость осмотра для планера приём также 1 % от стоимости (проводится реже, но в условиях космоса), а для двигателей - 4 % от стоимости (повышение из-за условий космоса).
Для такого корабля возникают дополнительные траты - доставка топлива, новых двигателей и запчастей на орбиту.
Масса 2 двигателей и некоторого количества ЗИП примем за 2 тонны.
Дополнительно к замене двигателей придётся добавить 0.2 млн $, что, относительно мало, а вот за подъем на орбиту 1200 тонн топлива придётся выложить дополнительно 120 млн $.
Стоимость работ по организации примем равной двойной стоимости наземного пуска - около 3.5 млн $.
Стоимость вывода корабля на орбиту - 12 млн $, с учётом ресурса в 500 полетов, это добавит только 0.024 млн $ за один полёт.
Итого стоимость отправки на Лунную орбиту 100 тонн груза составит почти 125 млн. (0.04 + 0.16 + 0.79 + 0.08 + 0.024+ 3.5 + 120.2) причём доля доставки топлива составит 96 %.
Для пилотируемых миссий такой вариант подходит, так как важно время.
Вполне реальная цифра к 2045 году:
1.25 млн $ за тонну между НОО Земли и Луны на химических двигателях.
Если ракета на химическом топливе оправдана для пассажирских перевозок, то перевозка грузов выйдет слишком дорого. Все грузовые рейсы выгодно осуществлять на ионных ядерных буксирах.
На ОКР по разработке такой техники выделили 4.2 млрд рублей. Из чего можно сделать вывод, что стоимость опытного образца мощностью 1 МВт и массой в 20 тонн выйдет в 2.1 млрд рублей. Буксир, массой в 200 тонн и выводимый в два этапа, может (далее экспертная оценка) иметь мощность 30 МВт и стоимость 21 млрд рублей или 300 млн $.
Время набора 4 км/с для буксира массой 200, корабля 40 и с нагрузкой 100 тонн займёт 16 дней, таким образом, полёт в обе стороны займёт 36 дней (с учётом стыковки, разгрузки, выхода на орбиту разгона).
Срок службы ядерных буксиров составляет 10 лет, что эквивалентно 100 рейсам.
Для ионных двигателей с удельным импульсом 50 км/с потребуется 50 тонн ксенона на рейс.
Стоимость ксенона 250 тыс $ за тонну. Учитывая необходимость вывода на орбиту, стоимость на рейс составит 17.5 млн $.
Доставки 100 тонн при помощи ядерного буксира будет состоять из 4 млн $ - за ресурс корабля, 3 - за ресурс буксира, 0.24 - за доставку на орбиту корабля и буксира, 3.5 - организация запуска, 3 - осмотр и ремонт, 17.5 - рабочее тело для ионных двигателей. Всего 31.5 млн $. Даже в ядерном буксире стоимость топлива (ксенона) составит 55.6 %.
Вполне реальная цифра к 2045 году:
0.32 млн $ за тонну между НОО Земли и Луны при помощи ядерного буксира.
3. Стоимость доставки груза с НОО Луны на поверхность
Необходимый запас характеристической скорости для посадки/взлёта с Луны с запасом для коррекции орбиты и маневрировании на посадке составляет 1.9 км/с.
Для возврата корабля в 60 тонн (40 корабль и 20 двигатели и топливные баки) потребуется 40 тонн топлива. Соответсвенно, для посадки такого корабля с грузом 100 тонн необходимо 132 тонны топлива. Общая масса - 332 тонны. 3 двигателя «Merlin 1D» более чем достаточно для взлета или посадки с резервированием.
Стоимость лунного шаттла составит 40 млн $ (3 - двигатели, примерно 30 - корабль (36 % от «Starship»), 7 - баки). Ресурс принимается для планера в 200 посадок (нет входа в атмосферу), для двигателей - 50 циклов.
Доставка 1 тонны груза с поверхности Земли до НОО Луны обойдётся в 0.415 млн $. Доставка 2 тонн запчастей и двигателей - 0.83 млн $, корабля - 24.9 млн $, 172 тонн топлива для 1 посадки взлёта - 71.4 млн $. Итоговая стоимость составит 75.8 млн $ (0.08 - двигатели, 0.32 - корабль с доставкой, 3.5 организация рейса, 0.12 + 0.37 - осмотр двигателя и корабля, 71.4 - топливо) за 100 тонн. Доля топлива - 84 %.
Вполне вероятная цифра к 2045 году:
0.76 млн $ за тонну между НОО Луны и ее поверхностью.
4. Подведем итог
Стоимость доставки:
Земля - орбита Земли - 0.1 млн $ за тонну груза;
Земля - ортита Луны - 0.42 млн $ за тонну груза или 1.35 млн примерно за 4-х человек.
Земля - Луна - 1.18 млн $ за тонну груза или 2.11 млн $ примерно за 4-х человек.
Дорого ли это?
Сейчас самую низкую цену - 4 млн $ за тонну за вывод на НОО - предлагает «SpaceX» на «Falcon 9».
Постройка авианосца типа «Gerald R. Ford» стоит 14 млрд $, а его авиакрыло около 8 млрд $. Это соответственно отправка 11800 тонн и примерно 15000 человек.
Бюджет NASA - 25 млрд $ в год, сопоставимо с авианосцем. Это позволит США без особых экономических усилий держать постоянную базу в несколько сотен астронавтов на Луне.
Бюджет Роскосмоса намного скромнее - около 2.5 млрд $. Всю инфраструктуру не построить, но в кооперации с Китаем, можем себе позволить пару десятков человек на Луне.
Колонизация солнечной системы
Часть 4. Трава у дома
Рассмотрим инфраструктуру колоний на Луне и Марсе.
Очевидно, первые полеты на другие планеты будут похожи на высадку американцев на Луну - прилетели, поработали, улетели. Но со временем появятся постоянные базы для десятка человек, а потом и полноценные колонии на тысячи.
Начало постройки базы будет выглядеть как-то так:
- прилетает спутник ДЗЗ, который строит подробнейшие карты с рельефом, по которым определяются лучшие места для посадки;
- прилетает пилотируемая миссия, подтверждается точка развёртывания базы, ставятся навигационные маяки в точки посадки (параллельно можно разворачивать лунный/марсианский «Глонасс»);
- в обозначенные точки прилетает куча беспилотных ракет, выгружают тонны оборудования, роботизированных модулей, манипуляторов и экскаваторов;
- выполняются все подготовительные работы, которые могут быть выполнены удаленно и автономно;
- в уже подготовленную временную станцию направляются отряды колонистов, которые должны будут обустроить основу для долговременной станции.
Собственно, что нужно для обеспечения колонии?
- космодром;
- жилые модули;
- электростанция;
- производство;
- биосферные модули;
- транспорт.
Космодром
Космодром - основная часть инфраструктуры любой действующей колонии.
Так как что на Луне, что на Марсе отсутсвует органика, то будет необходимо регулярно снабжать колонистов едой, пластиком и резиной.
Для посадочной площадки требуется довольно прочное основание и защита прилегающих территорий от пыли, поднимаемой двигателями. И если защититься от пыли можно растянув довольно легкую термостойкую пленку, то для поверхности площадки потребуются металические листы и небольшой слой связанного грунта (аналогично бетону) под ними.
С учётом того, что в целях безопасности посадочную площадку необходимо делать на удалении от обитаемых модулей, возникает вопрос доставки людей из герметичного корабля до герметичного помещения. И тут либо аналог «кишки» в аэропорту, лило скафандры и электробусы.
В любом случае, процесс разгрузки грузового корабля потребует тяжелой автотранспортной техники.
В 100 тонн можно уложить стальную площадку диаметром 50 м и толщиной 6 мм. Достаточно мало, но если превратить реголит с помощью «эпоксидки» в аналог бетона, то и 6 мм сверху такого основания будет вполне достаточно.
Жилые модули
Самая важная вещь для модуля - это герметичность и возможность выдерживать перепад давления в 1 атмосферу (на Марсе давлением местной атмосферы можно пренебречь).
Другой важный аспект - защита от радиации. Самый простой способ защитится от вредного космического излучения на планетах с твёрдой поверхностью - расположить людей за парой метров грунта. Делать панорамное смотровое окно в крыше над кроватью будет не самой хорошей идеей, если, конечно, оно не толщиной в метр. При этом маленькие боковые окна-трубы, которые идут сквозь защиту - вполне пригодны для создания психологического комфорта.
В целом, для этих целей (избыточное давление и необходимость держать массу земли) идеально подходит шарообразная форма купола, причём распределённый вес земли сверху, будет уравновешивать внутреннее давление. Это обеспечит минимальную массу конструкции и, как следствие, более дешёвую доставку модулей на Луну.
Для возведения такого модуля необходимы:
- луноход-трактор для углубления и выравнивания площадки, насыпи грунта на поверхность модуля (рыть в глубь слишком сложно, а если строить на поверхности, то все равно придётся рыть яму, чтобы добыть грунт для насыпи сверху);
- стальные арочный каркас-основа и панели, которые соединяются сваркой;
- роботы-манипуляторы, типа «Kuka» для автоматической сборки всей конструкции.
Технологический аналог таких модулей - большие нефтяные резервуары типа РВС-20000, на Земле делают без особых проблем.
Масса полусферического купола (каркас и обшивка) радиусом 10 м составит около 25 тонн, а с учётом внутренних помещений и системы жизнеобеспечения можно спокойно уложиться в 100 тонн. Стоит отметить, что объём такого строения около 4200 м3. Для человека на Земле вполне комфортно жить в 50 м3. Таким образом, купол, запускаемый одной ракетой с Земли, обеспечит жильем примерно 50 человек в комфорте или 125 по нормативам общежития, и при этом в центральной части останется большое общее пространство.
Электростанция
На любой внеземной базе все оборудование будет электрическим. Отсюда возникает потребность в большом количестве мегаватт.
Может показаться, что будущие колонии будут утыканы солнечными панелями. Но это не так. Если на Марсе небольшие вспомогательные «поляны» панелей оправданы, то на Луне исключены. Основа энергетики - газовые ядерные реакторы.
Причины следующие:
- на Марсе слишком низкая энергия солнечного излучения и для 1 кВт потребуется 10 кг панелей. Есть смена суток, что повлечёт для среднего потребления 1 кВт - 20 кг панелей и 30 кг аккумуляторов, что даст 50 кг/кВт.
- на Луне очень длинная ночь, которая потребует огромного количества аккумуляторов, так как все системы должны работать круглосуточно.
Ядерный реактор может иметь удельную массу менее 30 кг/кВт (если верить данным по «Нуклону» и, что более важно, работать ночью.
Поэтому, вместо бескрайних «полей» солнечных - небольшой холмик с «полянкой» ярко-красного свечения радиаторов реактора.
Производство
Основа существования любой колонии - это воздух и вода.
На Луне вода содержится в районах полюсов в виде льда, а также в очень малой доле в реголите. На Марсе в районах полюсов в виде льда, а также под поверхностью, в том числе, в жидком виде.
В случае с Марсом, если повезёт, можно пробурить скважину. А так,потребуются экспедицию на элетрогрузовике с цистерной в кратеры, поближе к полюсам, где будут добывать лёд, и доставлять обратно на станцию.
Кислород для воздуха можно получать либо из воды, либо из оксидов методом электролиза. Если организована добыча металлов, то кислород может быть побочным продуктом.
Стоит отметить, что на Марсе можно получать азот для воздуха путём обогащения местной атмосферы.
Если есть вода и кислород, то можно рассмотреть возможность добычи местных полезных ископаемых.
На Луне в большом количестве представлены:
- Кремний;
- Кальций;
- Магний;
- Железо;
- Алюминий;
- Титан (не во всех районах).
Остальное представлено в малых количествах.
На Марсе плюс-минус тоже самое.
С учётом того, что на Луне есть вода и нет особых проблем с электричеством, можно достаточно просто наладить производство (металлургическое) основных конструкционных материалов, а также стекла.
Имея железо, титан, алюминий и выполнив доставку 3D-принтеров на Луну, можно изготавливать довольно сложные изделия из металла.
Тут возникает проблема: можно спокойно делать предметы из металла и керамики, но привычную пластмассу или резину можно получить только с Земли.
Целесообразно организовать производство изделий, типа электродвигателей или аналогичной сложности, которые практически полностью состоят из металла.
Помещение завода - все тот же металлический купол, аналогичный жилым.
Биосферные модули
Если вода в колонии имеет замкнутый цикл, то вот с едой возникают проблемы. Человеку нужно в среднем 2.5 кг еды в день. Разовая поставка в 100 тонн, обеспечит пищей 100 человек на год.
Современные теплицы позволяют иметь урожайность до 50 кг/м2 в год. Модуль диаметром 20 м, даст около 25 тонн овощей в год при двухъярусном варианте, а также будет утилизировать углекислый газ.
Выращивать животных спасла не имеет, так как они потребляют слишком много корма, который тяжело получить в замкнутых условиях. Проще привезти мясо с Земли.
Естественно, что биосферный модуль не сможет обеспечить полную автономность, но даст возможность несколько упростить снабжение и самое важное - обеспечить психологический комфорт людям.
Транспорт
Что на Луне, что на Марсе вариантов транспорта всего 2 (не считая велосипеда):
- электропоезд;
- электромобиль.
Развитие железнодорожной сети вполне оправдано - производство подвижного состава и рельс возможно непосредственно в колонии.
Что имеем в итоге?
Внешне - радиальная сеть холмов, соединенные между собой переходами. В центре большие с производственными и биосферными модулями, по периметру жилые меньшего размера. На удалении, с одной стороны посадочные площадки, с другой ядерная электростанция. Все это связано дорогами. Колонии связаны между собой сетью железных дорог и грунтовок.
Внутри - многоэтажные интерьеры из стекла и металла, квартиры по периметру полусферы с маленькими иллюминаторами, в центре просторное общее помещение (спортивные залы, столовые, зоны отдыха). Переход из одного купола в другой, а также до производственных модулей - по длинным коридорам.
PS: Следующий пост цикла будет про экономику и стоимость таких проектов.
Космическая экспансия человечества
Часть нулевая: Зачем и на какие шиши?
Итак, прежде чем вообще начинать какие-то разговоры о полноценной колонизации Солнечной Системы, следует ответить на два вопроса, о которых теоретики рассуждать обычно не любят. Можно до упоения рисовать ядерные звездолёты и терраформированные планеты, но без экономического и целевого аспекта всё это останется пустыми баснями.
§1. На какие шиши?
Космос это дорого. Нас так учили. Космическая стоимость космических полётов складывается из многих факторов. Тут и баланс спроса-предложения, и строжайшая госприёмка компонентов, и огромные затраты на разработку аппарата в единственном экземпляре, и многое другое. Всё это можно было бы сократить за счёт массовости. Но прежде всего всё упирается единственный ключевой параметр: стоимость подъёма килограмма на орбиту. Для большинства из современных ракет-носителей она составляет около 20-30.тыс$/кг. Для дешевейших (Falcon9, Falcon Heavy, Протон) 2000-2500$/кг. Это значит, что в самом теоретически предельном случае рядовому Васе придётся заплатить за подъём собственной тушки на низкую опорную орбиту 200000$ (стоимость хорошей квартиры в Москве). В реальности Васе придётся платить во много раз больше, ведь с тушкой нужно поднимать корабль, скафандр, оплачивать инфраструктурные расходы и.т.п. Реальная цена космического туризма сегодня ~20млн$ за полёт. Будь туристов многие тысячи в год - можно было бы удешевить эту цену в десятки раз, но не ниже стоимости подъёма тушки.
Казалось бы, ниже этого предела стоимость опустить невозможно. Однако давайте для начала взглянем на картинку от United Launch Alliance.
Видно, что по массе первая ступень на 95% состоит из топлива, а по стоимости топливо составляет меньше 1%. Львиную долю цены составляет двигатель, остальное - несущие конструкции и периферийные системы. Если всё это вернуть на землю и использовать несколько раз - стоимость запуска заметно упадёт, ведь топливо по сравнению с ракетой практически ничего не стоит. (Здесь следует оговорку, что этот принцип не работает с твердотопливной ступенью, которая хоть и в целом дешевле жидкостной, но её перезаправка обходится значительно дороже. Ускоритель фактически разбирали и собирали заново. Это одна из причин, по которым Спейс Шаттл так и не совершил экономической революции на рынке космических запусков.) Вернуть первую ступень легко: она отделяется на скорости ~2км/с, не успевая далеко улететь , и спокойненько тормозит об окружающий воздух до приемлемых для посадки скоростей. Дальше садимся или на парашютах (ускоритель Спейс Шаттла), или на остатках топлива (Falcon9), или на крылья (проект возвращаемых боковых ускорителей РН "Энергия"), массы всё это сожрёт примерно одинаково.
А что если возвращать и вторую ступень? Теоретически можно было бы свести затраты на запуск к затратам на топливо, удешевив стоимость килограмма на орбите в десятки раз, до 50-100$. Но вернуть вторую ступень сложнее - её приходится тормозить с первой космической ~7.8 км/с, что означает в 16 раз больше кинетической энергии на единицу массы по сравнению с первой ступенью. Всё это переходит в тепло, требует тепловой защиты и хитрых схем входа с гиперзвуковым планированием - чтобы максимально размазать это тепло по времени. За всю историю вернуть вторую ступень удавалось только Спейс Шаттлу, но Шаттл здесь - очень плохой пример. Во-первых, вторая ступень возвращалась не полностью (спасались только двигатели, водородный бак сгорал вместе 15-25% стоимости запуска). Во-вторых, массовое совершенство он имел препоганейшее, возя на 78т сухой массы всего 24т полезной нагрузки. Учитывая, что и с твердотопливной первой ступенью всё пошло не по плану, революции многоразовости тогда не получилось.
Существует и вторая парадигма удешевления запуска: Big Dumb Booster (буквально: большой глупый носитель). С увеличением размеров объём растёт быстрее площади, а сухая масса ракеты (стенки баков, сопла двигателей) медленнее полной взлётной массы. Поэтому можно или впихнуть намного больше полезной нагрузки, или сделать ракету дешёвым примитивным способом, заменив титан и углеволокно на ржавую сталь, кое-как сваренную пьяными орками. Или и то, и другое одновременно. Это, кстати, прослеживается по тенденции, что стоимость килограмма на орбиту дешевле всего у тяжёлых ракет, дороже всего у лёгких и сверхлёгких. А апофеозом этой концепции стал нереализованный проект SeaDragon - проект стартующей из моря ракеты длиной 150м на 550 тонн полезной нагрузки. При условии повторного использования первой ступени это давало бы нижний порог в 59$ за килограмм на орбите.
Проект Starship от SpaceX интересен тем, что воплощает одновременно обе концепции. Это огромных размеров ракетища, где обе ступени возвращаемые, причём вторая ступень сделана из нержавейки и имеет очень хорошее массовое совершенство (120т сухой массы на 150т полезной нагрузки). Это уже претензия на планку по крайней мере 100$/кг, хотя нижний предел такой схемы (если считать только расходы на топливную пару) находится где-то в районе 10$/кг. Илон Маск прямо заявлял, что собирается достичь этой цифры.
10$ за килограмм это и есть пороговая цифра, при которой широкомасштабная колонизация космоса становится экономически возможной. Потому что для нашего условного Васи подъём тушки на орбиту обойдётся в 1000$ - примерно как стоимость авиабилета в США. А стоимость подъёма на орбиту, скажем, бульдозера становится сопоставимой со стоимостью бульдозера. На этой отметке Луна, Марс, астероиды и орбитальные города-доки становятся абсолютно реалистичным "новым светом" для малого и среднего бизнеса и для простых работяг, что открывает рынки огромных размеров.
А можно ещё дешевле? Можно, причём без всяких там космических лифтов. Но об этом в следующий раз.
§2. Зачем?
Почему бы сначала не освоить морское дно или Антарктиду? Это ведь проще!
Ответ1: неинтересно. "Ничейные" места на Земле страшно зарегулированы. Любое место, куда может доехать полицейская машина или военный корабль, предполагает гнёт государственного рэкета, через который пробиться очень сложно. Попробуйте открыть производство или тем более добычу ресурсов в Антарктиде - и вас съедят на уровне ООН, поскольку ничейность Антарктиды это фактически временно замороженный территориальный спор. Единственное пока относительно свободное место на Земле это нейтральные воды, но и делать там особо нечего.
Ответ2: не проще. Лучше никакой атмосферы, чем недружественная. Лучше никакой поверхности, чем километры льда с внезапно образующимися под тобой стометровыми трещинами. Антарктида это сущий ад, где любые постройки медленно заметает снегом, где до ресурсов не добраться, где солнечные батареи бесполезны, а тепло от построек улетучивается быстрее, чем на Марсе, ведь атмосфера в 170 раз плотнее и тепло проводит хорошо. Ещё хуже ситуация на морском дне, где нужно держать тысячи атмосфер внешнего давления, а прогулки в скафандре невозможны в принципе.
На самом деле для колонизации солнечной системы "вот прямо сейчас" есть две причины. Одна хорошая, вторая плохая. Начну с хорошей.
Вообще-то нам крайне повезло с протопланетным облаком. Погибшие сверхновые оставили нам в наследство кучу тяжёлых элементов, которые при обычном нуклеосинтезе не образуются. У нас тут и уран в товарных количествах, и платина, и лантаноиды всякие. А что делают тяжёлые элементы, попадая в молодую горячую планету с высокой гравитацией? Правильно, опускаются вниз, в ядро. На Земле, для справочки, столько золота, что мы легко могли бы делать из него всю электропроводку и пивные банки, если бы могли пробиться через тысячи километров мантии. Но всё, что мы можем - глодать огрызки метеоритного происхождения, нападавшие сюда во время поздней тяжёлой бомбардировки.
Но в других частях бывшего протопланетного диска, где сильной гравитации не возникло, тяжёлых элементов близко к поверхности должно быть гораздо больше. К примеру, на Луне. Это подтверждается привезённой KREEP-породой, где есть уран, торий и редкоземелька. Причём шахты там рыть в силу низкой гравитации можно десятикратно глубже, чем на Земле. А выше всего концентрация доступных тяжёлых элементов должна быть в главном астероидном поясе.
Тем временем, на Земле заканчивается никакая не нефть. Учитывая метангидраты и открытый на Кольской сверхглубокой прущий из мантии метан - есть предположение, что углеводороды на Земле вообще почти бесконечные (привет Грете Тунберг). На Земле заканчиваются такие вещи, как индий, олово, и платина, без которых встанет огромное количество отраслей. Что хуже - растёт потребность в редкоземельных элементах включая такие вещи, как рутений (1350$/кг), германий (1200$/кг), церий (4000$/кг), иридий (16700$/кг) или родий (373000$/кг). И пресловутый гелий-3 (~15000$/кг), который нужен не для термоядерного синтеза, а для нейтронных детекторов и криогенных технологий - и его уже остро не хватает. И если стоимость вывода грузов на орбиту в ближайшие годы действительно опустится до 10-100$/кг, то геологоразведка и добыча этих драгоценностей в космосе становятся рентабельны.
Вторая причина плохая: а с чего вы взяли, что у нашей цивилизации вообще есть в запасе пара миллиардов лет до распухания Солнца в красный гигант?
Напоминаю, что мы уже пару миллионов лет живём в одну из самых холодных эпох планеты посреди ледникового периода, где средняя температура падает на 6-8 градусов, и вымерзает всё до тридцатой параллели, а по Земле гуляют холод, смерть и белые ходоки. Почему ж мы этого не видим? Потому что вся письменная человеческая история умещается на маленькие с геологической точки зрения перерывы по 20000 лет, которые разделяют 80000 лет ледяного ада, который цивилизация в её нынешнем виде совершенно точно не переживёт. И сколько лет у нас в запасе - никто точно не знает. Может 500, может мы худо-бедно напердим себе парниковых газов из ДВС (ещё раз привет Грете Тунберг) и продлим тёплые времена на 3000 лет. И не свалимся ли мы на большую часть этого времени в новое средневековье, что человечество как минимум два раза уже делало - это тоже хороший вопрос. Выйти из него можно и не успеть.
Не так-то много времени у людей для становления межпланетной цивилизацией. А вот экономический ресурс вполне даже есть.
Колонизация солнечной системы
Часть 2
Заметка про то, что ждёт космонавтов в потенциальных местах для создания колоний.
Изображение проекта Starship при торможении в атмосфере Марса.
Часть 1 - Колонизация солнечной системы
Перед началом надо заметить, что данный пост (как и первая часть) не говорит, о том, что уже завтра летим колонизировать Титан, Марс. Колонизация, в полном ее понимании (не разовые высадки), в ближайшие лет 30, не грозит даже Луне. Это будет долгий и опасный процесс по длительности ближе к сотне лет. На вопрос «Зачем надо лететь к другим планетам?» очевидного ответа нет. Но я надеюсь, что человечество выберет путь запуска ракет на другие планеты, а не друг по другу.
Самое главное для колоний - это условия обитания вне жилых модулей.
Начнём с самых удобных для человека. А это Венера и Титан.
Венера
Для высот 45 - 55 км, в среднем примерно + 15 С. В атмосфере углекислый газ и немного азота 3.5%, давление близко к земному, (можно выбирать, что комфортнее температура или давление - поднимаемся выше, там холоднее и разряженее, ниже, наоборот). Тяготение 0.9 g - кислородный баллон очень быстро начнёт оттягивать спину. В облаках серная кислота, но концентрация довольно большая. Можно ходить в ОЗК, с баллоном кислорода. В принципе, акваланг с полным гидрокостюмом (из подходящего материала) вполне подойдёт. Вокруг облака, земли не видно. Если вывалиться из аэростата, то не долетев до земли, примерно одновременно, сварит в атмосфере и раздавит давлением. Радиация приемлема.
Подходящая форма одежды для длительного пребывания в облаках Венеры - это акваланг.
Если надо быстро перебежать от одного- конца дирижабля до другого - можно в повседневной одежде, надо просто задержать дыхание (опять же глаза лучше закрыть), если вдохнёте - отравитесь серной кислотой.
Серная кислота на Венере космонавтов не окислит - если судить, что концентрация кислоты 80%, а доля водяного пара на «жилых высотах» 1% (0.1 г/кг) , получаем 1 г кислоты на м3. (тут приблизительный расчёт), это в 5 раз выше смертельной дозы. Но в пластиковом костюме - не страшно.
Условия подтверждены аппаратами, совершившими посадку (либо попытку) на поверхность:
- Венера 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 11, 12, 13, 14;
- Вега 1, 2;
- Пионер-Венера 1, 2.
Титан
Очень холодно, температура почти постоянна и равна - 179 С. На Земле люди периодически выдерживают - 70 С. Давление 1.5 атмосферы - будет не заметно даже. Тяготение 0.14 g - можно на себе таскать очень много кислорода и оборудования. Атмосфера - почти полностью азот и 1.6% метана + немного, но ядовитых примесей. Вдыхать даже подогретый местный «воздух» не стоит - можно хорошо травануться, а вдох холодного гарантировано убьёт. Много рек и озёр/морей жидкого этана, метана, пропана (вообщем мечта Газпрома). Из этих газов собственно состоят облака, идут дожди. Радиация приемлемая.
Подходящая форма одежды - очень тёплый непродуваемый (почти герметичный) комбинезон, с принудительным наддувом (система может состоять из насоса, тепловой спирали, батареи и нагнетая забортный воздух предотвратит поступление холодного воздуха из вне) подогретым атмосферным азотом и кислородная маска с баллоном.
В метановых озёрах купаться и мыть руки не следует.
Температура - 180С не такая страшная. В обычной зимней куртке, защитив глаза и задержав дыхание, можно кратковременно (минута) прогулялся по поверхности.
Теплопередача прямо пропорциональна разнице температур, соответсвенно, так как на Земле и на Титана в воздухе в основном азот, то человек будет мерзнуть всего в 3.5 раза быстрее. Можно вспомнить, что много людей пользуются криосаунами.
Условия подтверждены зондом «Гюйгенс», совершившим посадку на поверхность.
Теперь там, где условия похуже.
Для Луны/Цереры/Каллисто/Марса форма одежды одна - гермоскафандр.
Марс
Температура в среднем -63 С. Атмосфера считай отсутсвует, для человека разницы между ней и вакуумом нет. Радиация приемлема. Тяготение - 0.38 g. Пейзаж думаю всем известен.
Условия подтвердили как минимум 4-ре Марсохода и аппаратами Викинг 1, 2.
Луна
Температура от -173 до 117 С с резким перепадом, атмосферы нет, тяготение 0.17 g, вокруг пустыня, под ногами почти песок, на полюсах попадаются куски льда.
Большой плюс - уже частично освоена астронавтами. Радиация приемлема.
Условия пребывания подтверждены астронавтами.
Церера
Температура в среднем -106 С. Атмосферы нет. Тяготение - 0.028 g. Прыгать можно очень высоко (метров на 30), но ходить из-за этого будет тяжело. Под ногами глина с небольшой примесью льда. Радиация высока.
Посадок на поверхность не было, только пролеты.
Каллисто
Температура в среднем -139 С
Атмосферы нет. Тяготение - 0.126 g. Под ногами - на половину лёд и металлическая руда. Радиация высокая
Посадок на поверхность не было, только пролеты.
Пояснение:
- под радиацией приемлема понимаю, что можно гулять по поверхности в своё удовольствие, но со счетчиком Гейгера и пока он не покажет предел.
- под высокой радиацией понимаю, что выходить на поверхность лишний раз не стоит. Но если надо, то ладно.
Теперь про то, где жить.
У Венеры свой путь
Фотография дирижабля из интернета.
Создание наземной базы там исключено. Обитать там можно только а облаках. Так как сход с орбиты дирижабля жесткой конструкции в плотные слои атмосферы представляется маловозможным, то остаётся схема развёртывания относительно небольших мягких аэростатов из отсека космического корабля уже в атмосфере, после торможения.
Аэростаты из СССР в атмосфере Венеры уже успешно летали.
Для всего остального это подземные или хорошо присыпанные землей модули.
Строения должны быть похоже, как минимум, на данный проект ЕКА.
Лучше, но сложнее, углубляться под поверхность.
Такая концепция решает сразу несколько проблем:
- защита от радиации;
- сохранение тепла либо предотвращение нагрева;
- защита от микрометеоритов, если нет атмосферы.
Все проекты надземных городов на Марсе и Луне обречены на провал - жить там можно, но не постоянно. Придётся слишком часто менять персонал из за получения предельных доз облучения.
Абсолютно все модули должны быть герметичными, так как снаружи либо вакуум, либо недружелюбная атмосфера.
Основная проблема внеземных колоний - получение энергии. Пока есть электричество - есть тепло, воздух, вода, возможность работы оборудования и оборудования для починки оборудования. Как только электричество пропадает - начинается обратный отсчёт.
Солнечные панели дальше Марса не эффективны. Соответсвенно на все колонии надо будет везти реакторы.
Но это уже тема инфраструктуры колоний. Об этом в следующей части (через пару постов).
PS.
Веста, Энцелад (похожие на них планеты и астероиды) не попали в список по причине малых размеров и, как следствие, низкой гравитации (0.01 g для Энцелада).
Следующий пост скорее всего будет про космическую радиацию.
Ответ на пост «Колонизация солнечной системы»
Увидел я этот пост и задумался. В стартовом посте рассматривают планеты с точки зрения пригодности/целесообразности для колонизации и добычи ресурсов. Но существует ещё одна очень важная цель космических полётов. Поиск внеземной жизни.
На данный момент нет чётких данных, доказывающих наличие жизни вне Земли. С другой стороны, есть данные подтверждающие возможность её существования(бактерии экстремофилы, обнаруженные на Земле, способны выживать в условиях близких к инопланетным, например в термальных источниках при температуре 70), также есть исследования, которые подтверждают возможность бактерий выжить при межпланетных перелётах(пруф -https://ria.ru/20200826/panspermiya-1576223147.html, в новости есть ссылки на исследования).
Основными кандидатами являются Марс, Венера и некоторые спутники, на которых может быть подлёдный океан воды.
На Венере жизнь вполне может существовать в облаках(недавно были новости об обнаружении фосфина на Венере, что может свидетельствовать о наличии там бактерий, а может и не свидетельствовать). Некоторые исследователи считают, что миллиарды лет назад на Венере были океаны и вообще она была больше похожа на Землю(пруф - https://ria.ru/20191023/1560073551.html). С этой точки зрения исследования Венеры являются ещё более интересными, так как понимание прошлого Венеры может дать ответы на вопросы о будущем Земли, станет ли Земля похожей на вторую планету от Солнца или для этого нет никаких предпосылок. Конечно, стоит понимать, что если другая жизнь и есть в Солнечной системе, она представлена какими-то очень простыми формами(скорее всего).
Так что колонизация не единственная причина для полётов к другим планетам)
источник фото: Wikipedia
P.S. баяномометр ругался на фото, но у меня статья не только про колонизацию Венеры или её прошлое, а про жизнь в Солнечной системе и смысл возможных полётов куда-либо.
Колонизация солнечной системы
Часть 1
Кадр из фильма «Марсианин»
В первую очередь необходимо определить куда можно лететь человеку, и где можно разворачивать колонию.
Схема нашей системы, простая, но понятная (по спутникам не очень точно)
Итого в нашей системе имеем:
- 8 планет (+ Плутон);
- 15 крупных спутников (не считая Луны и считая Харон);
- Церера в поясе астероидов.
Малые спутники колонизировать особого смысла нет. На них будет очень слабая гравитация, что очень не удобно для человека. Например, с Деймоса, спутника Марса, можно буквально «выпрыгнуть» на орбиту, а если разбежаться, то можно достичь второй космической (5.6 м/с).
Крупные спутники планет:
- Юпитер - Ио, Европа, Ганимед, Каллисто;
- Сатурн - Титан, Рея, Япет, Диона, Тефия;
- Уран - Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон;
- Нептун - Тритон;
- Плутон - Харон (хоть теперь Плутон не полноценная планета).
Из 17 потенциальных целей для высадки не все одинаково полезны для человека, даже в скафандре.
Напомню, основные проблемы для человека - это высокая температура, большая радиация и ускорение свободного падения больше 1.5 g. С остальным в скафандре / жилом модуле жить можно.
Краткая справка по условиям на планетах и спутниках:
- Меркурий: можно высадится на полюса х для «галочки», создавать постоянную базу нет смысла, там очень жарко и радиоактивно;
- Венера: на высоте 50 км самые комфортные условия после Земли, в облаках можно ходить в акваланге с гидрокостюмом, соответсвенно можно создать летающую базу в научных целях по типу дирижабль, которую будет мотать ветром по планете.
- Луна: первый кандидат для постоянной базы.
- Марс: второй кандидат для постоянной базы.
- Церера: условия почти как на Луне, можно добывать ракетное топливо, колонизировать можно;
- Юпитер: на химии взлететь не возможно, уйти с орбиты можно только на ионниках, сесть нельзя, но радиация убьёт быстрее, лететь не надо.
- Каллисто: условия почти как на Луне, только воды как на земле, можно добывать ракетное топливо, колонизировать можно.
- Ио, Ганимед, Европа: радиация, лететь не надо.
- Сатурн: уход с орбиты на грани возможностей химических двигателей, сесть нельзя, лететь не надо.
- Титан: ракетного топлива (метан) там, в буквальном смысле, океан (это прям мечта Газпрома), ходить можно в подогреваемых легких негерметичных скафандрах, колонизировать можно.
- Япет, Рея, Тефия, Диона: лёд, радиация и ничего интересного, лететь не надо.
- Уран: сесть нельзя, а атмосфера очень холодная и лёгкая (на дирижабле не полететь) и радиация.
- Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон: лед, холод, предпочтительнее Оберон, там меньше радиация, лететь долго, высадится можно для «галочки».
- Нептун: сесть нельзя, в атмосфера очень холодная и лёгкая (на дирижабле не полететь) и радиация.
- Тритон: будет тяжело сесть, на поверхности замёрзший азот ( будет испарятся от двигателей), очень холодно, лететь долго, можно высадится для «галочки».
- Плутон и Харон: на спутник проще сесть, на Плутоне на поверхности замёрзший азот, лететь долго, можно высадится для «галочки».
Для наглядности орбиты в масштабе. Как видно, до Сатурна почти в 10 раз дальше от солнца, чем Земля, а Уран уже в 2 раза дальше Сатурна.
Итого получаем следующие точки для создания баз (разовые высадки не учитываем) с указанными соответсвенно минимальным запасом характеристической скорости (с НОО на НОО) - запасом скорости для взлета с поверхности на НОО в- среднего удаления от Земли в млн км - минимального (в оптимальное окно запуска) временем полёта от Земли по гиперболической траектории (без учета разгона):
1. Луна - 3.94 км/с - 1.73 км/с - 0.385 млн км - часы;
2. Венера (в облака) - 6.79 км/с - 9.0 км/с - 150 млн км - 40 дней;
3. Марс - 5.71 км/с - 3.8 км/с - 225 млн км - 70 дней;
4. Церера - 8.67 км/с (из них 3.12 на изменение наклона орбиты) - 0.36 км/с - 415 млн км - около 400 дней;
5. Каллисто - 12.41 км/с - 1.76 км/с - 777 млн км- 405 дней;
6. Титан - 11.43 км/с - 7.6 км/с - 1425 млн км - 560 дней.
Для справки: старт на НОО с Земли требует 9.4 км/с (с учётом атмосферы).
На Венере, Марсе, Титане можно тормозить об атмосферу - таким образом запас скорости на посадку нужен менее 1 км/с.
В ближайшей перспективе (на земле все дано реализовано, осталось это вывести в космос) технология освоения следующая:
- для взлетов/посадок с планет использование кораблей типа «Starship» на химической тяге (запас по характеристической скорости около 9 км/с при полной заправке позволяет произвести посадку и взлёт на все точки колонизации);
- для межпланетных перелетов используются ядерные буксиры типа «Нуклон» с разгоном выше гиперболических скоростей (запас по характеристической скорости от 50 км/с).
В посте Немного про ядерный буксир
разобраны скоростные возможности ядерных буксиров.
Таким образом для колонизации необходимы следующие минимальные запасы (как минимум для первых кораблей пока не будет обеспечена дозаправка местным топливом):
- 5 км/с на химические двигатели для посадки/взлёта (для редких полетов на Венеру 10 км/с), а это топлива в 1.3 раза больше чем масса самого корабля).
- 12.5 км/с для ядерных буксиров (если мы хотим лететь на Титан 6.5 лет, на Марс около 300 дней) либо больше 25 км/с (чтобы долететь до Титана быстрее, чем за 3 года, а до Марса, быстрее 150 дней).
Для тех, кто ещё не видел - время полёта по эллиптическим траекториям (минимальный запас скорости) и минимальной гиперболической (разгон от земли до 16.65 км/с).
Использование гравитационных манёвров при массовой колонизации исключено - никто не будет ждать пару лет окно запуска, если надо доставить через полгода необходимый груз для поддержания жизни колонистов.
Получаем, что даже до Титана лететь уже под 3 года, при существующих сегодня технологиях. Очень далеко, но жить там человеку достаточно удобно (про это в части 2 будет).
Вывод этой части:
- Не там много мест в солнечной системе, которые можно колонизировать.
- Дальше Сатурна что-то осваивать смысла нет вообще, по крайней мере пока не достигнем запаса по характеристической скорости на 2 порядка.
- Современные технологии, связка ядерного буксира многоразовых кораблей с химическими двигателями, позволяют летать к другим планетам
Для подписчиков:
В части 2 будет про условия обитания в колониях.
В части 3 - про оснащение колоний, объём перелетов и возможная промышленность на других небесных телах.