El vuelo espacial sigue siendo costoso. Incluso si tomamos el aparentemente demasiado optimista, la capacidad de lanzar un transportador totalmente reutilizable de 100-150 toneladas por $ 7 millones, obtenemos alrededor de $ 50 por kilogramo de carga útil. Un vuelo a la Luna o Marte usando el mismo StarShip aumentará el costo mínimo de entrega de carga en aproximadamente 6 veces (se agregarán 5 reabastecedores) a ~ $ 300 por kilogramo.
Por lo general, a partir de estos cálculos, se concluye que la exploración espacial industrial es imposible sin el desarrollo de fuentes de energía fundamentalmente nuevas o incluso el movimiento sin chorro o encontrar algo muy valioso en el espacio. Es solo que pasa por alto el hecho de que la mayoría de los cuerpos celestes del Sistema Solar tienen una velocidad de fuga mucho más baja que en la Tierra, donde, en teoría, íbamos a importar las minas, y la Tierra tiene una atmósfera que ralentiza las naves espaciales y las cápsulas balísticas sin gastar masa reactiva.
KAPV y un resumen de una serie de artículos.No hay suficiente gas vespen
La idea de que sería bueno obtener combustible para el vuelo de regreso en el lugar hace mucho tiempo. Me atrevería a sugerir que en ciencia ficción no era nuevo en la década de 1960. Pero quizás R. Zubrin en el proyecto Mars Direct fue el primero en decidir promoverlo como la base de una prometedora misión tripulada. Luego vino Elon Musk, quien decidió aceptar que sí e intentar hacerlo (trabajo en progreso).
Es curioso que en la producción de combustible a partir de recursos locales por electrólisis o por la reacción Sabatier, la NRE en fase sólida se vuelva económicamente desventajosa. Sí, el NRE de metano tiene un impulso específico aproximadamente el doble que el LRE de metano y oxígeno (vea el libro "Barcos interplanetarios eléctricos" o el juego Niños de una tierra muerta). Eso es solo por cada kilogramo de metano, el reactor Sabatier da 4 kilogramos de oxígeno. El exceso de combustible generalmente se usa en el motor de cohete propulsor líquido, pero, por ejemplo, en el caso del Raptor y Zvezdolet, 240 toneladas de metano representan 860 toneladas de oxígeno.
En el gráfico, las columnas azules corresponden a las masas finales de cuatro cohetes con una velocidad característica (también conocida como delta ve) de 5 km / sy reservas de combustible equivalentes en costos de energía a la síntesis de 1100 toneladas de metano-oxígeno. Las columnas amarillas son la carga útil menos la masa del cohete, siempre que cada tecnología tenga 0.1 toneladas de estructura por tonelada de combustible. Naranja - carga útil teniendo en cuenta la densidad del combustible (metano-oxígeno - 20 toneladas por tonelada de cohete, metano - 15 toneladas, hidrógeno-oxígeno - 10 toneladas, núcleo - 5 toneladas). Se tomó un delta de 5 km / s porque es la segunda velocidad espacial de Marte. En el caso de la Luna y sus 2.5 km / s, la ventaja de los cohetes químicos será aún más pronunciada.
Como se puede ver en el gráfico, el metano-oxígeno supera al resto de las tecnologías sin opciones debido a la mayor masa inicial. Un motor propulsor nuclear de metano podría discutir con un motor cohete propulsor líquido de hidrógeno y oxígeno, solo si se puede sintetizar metano habrá algo para cargar un motor cohete propulsor líquido de metano. Para que el NRE de metano e hidrógeno pueda compensar el uso de solo una parte de los productos de la planta de combustible, necesitan un impulso específico de aproximadamente 10 y 30 km / s, respectivamente. Conclusión: para el transporte espacial utilizando fuentes extraterrestres del fluido de trabajo, los NRE en fase sólida son poco prometedores. Solo los motores de fase gaseosa pueden ser de algún interés, incluso en los mejores tiempos del optimismo nuclear, documentos que no han avanzado más. El metano-oxígeno es un par más preferible que el hidrógeno-oxígeno, sin embargo, si no hay depósitos de carbono en el cuerpo celeste, tendrá que usar lo que es.
No hay suficientes minerales
Entonces Queremos construir una planta en la Luna que envíe algo útil a la Tierra a un costo aceptable. Al principio, necesita calcular este mismo costo.
La hoja de ruta del espacio cislunico. Tomado
de aquí .
Según el esquema, para un vuelo desde un punto bajo cercano a la Tierra hasta el primer punto de Lagrange, necesitamos 3,7 km / s de delta ve. Y otros 2.5 km / s para aterrizar. Una nave estelar completamente cargada aterrizará en la Luna sin carga útil con 130 toneladas de combustible. Habiendo cargado ~ 50 toneladas de regolito en la nave, todavía tendremos una reserva de deltas para volar a la Tierra. Teniendo en cuenta que el costo de la expedición, junto con el lanzamiento de los petroleros, fue de $ 50 millones (el propio Mask prometió "como Falcon-1 debido a la reutilización", es decir, 5-7 millones por vuelo), obtenemos 1000 dólares por kilogramo de regolito. Lo que es curioso, a tal precio y volúmenes de entrega, ya es bastante realista intercambiar simplemente con regolith por recuerdos y material educativo para universidades.
Pero en la Tierra, nadie extrae minerales, tras haber volado a un campo puro en helicóptero y haber dejado todo lo que es malo en él. En cambio, la infraestructura de transporte y minería se está construyendo desde el principio. Si consideramos la misma nave espacial como infraestructura de transporte, tendremos un cuello de botella en forma de +1000 $ / kg para el transporte. En principio, puede vivir con esto si encuentra algo que se puede empujar por más de $ 2000 / kg (teniendo en cuenta los costos no relacionados con el transporte y un margen distinto de cero). Y tales sustancias existen - vea la lista de precios [1]. ULA en su Economía CisLunar quería traer materiales para la construcción de satélites y plantas de energía solar en órbita terrestre baja. Pero aún así intenta expandir el cuello de botella.
Ampliaremos el cuello de botella optimizando el transporte. Desde el punto de vista de la Luna, el esquema de lanzadera del transbordador Starship no es óptimo: un barco reutilizable se sumerge constantemente en la grava, desde donde debe ser sacado y, al mismo tiempo, toma combustible para los vuelos en el mismo pozo. Además, en la luna, lo más probable es que haya agua, la constante solar es dos veces más alta que en Marte, en ausencia de nubes. En los cráteres de impacto, se pueden encontrar metales, incluido el hierro. Esto último es conveniente porque puede escanearse desde un satélite en un campo magnético y seleccionarse del regolito que lo usa.
Puede lanzar carga de la Luna a la Tierra de las siguientes maneras:
- Cohetes alimentados con recursos locales.
- Pistola electromagnética.
- De alguna otra manera.
Consideremos la primera opción, considerando que la NASA no se equivocó a expensas del agua. Según los últimos datos, el agua en el Polo Norte solo es de al menos 600 millones de toneladas [2], por lo que el agotamiento de este recurso en el futuro cercano no amenaza.
Un misil puede ser construido en el sitio o importado de la Tierra. En la primera realización, el uso de una sola vez es posible, en la segunda solo reutilizable. En ambos casos, es necesario dominar la producción de cápsulas balísticas desechables a partir de recursos locales.
Considere la opción de un cohete "importado". 2 toneladas de peso seco, 14 sazonadas. Peor que el Centaurus con 20 toneladas de hidrógeno-oxígeno por 2 toneladas de masa seca, pero el Centaurus no tiene patas para aterrizar en la luna. Sin PN, el remolcador tendrá un delta de 8,5 km / s, que es suficiente para un aterrizaje en la luna en el lanzamiento con un DOE. En el cual el bote lanzará la misma "Nave espacial" de la PN asociada. De vuelta a la Tierra, la nave podrá sacar una cápsula balística que pesa 10 toneladas y volver vacía.
El costo de un viaje en remolcador será igual al costo de construir un remolcador y ponerlo al DOE dividido por el número de usos. Para el primero, los mismos $ 50-60 millones parecen ser una estimación completamente adecuada de lo anterior: esta cantidad es del mismo orden que el costo de lanzar un Falcon-9 completo o fabricar una cápsula Dragon. Según [3], el motor RL-10 a principios de la década de 1960 podría funcionar hasta 2.5 horas con 50 reinicios, después de las mejoras podría durar más de 11 horas, desafortunadamente, no hubo información sobre el número de arranques. Pero se sabe que el J-2 soportó 103 arranques y 6.5 horas de operación, y luego los ingenieros se cansaron :) Por lo tanto, el recurso de 50 vuelos en el motor no se ve fantástico. Total tenemos alrededor de un millón de dólares para un vuelo remolcador. En un vuelo, el remolcador lanza una cápsula de 10 toneladas hacia la Tierra, suponiendo que la cápsula tiene un "factor de llenado de solo 50%, obtenemos un millón por 5 toneladas, o $ 200 por kilogramo. Cinco veces menos que la nave espacial. Lo más interesante es que si en lugar de la nave espacial, se lanza un remolcador con el Falcon-9 habitual con una etapa usada y un retorno de etapa, el precio aumentará solo a $ 400 mil por tonelada.
Pero, ¿no se estropeará toda la creación de una estación de servicio? Sí, y junto con la producción de cápsulas balísticas y la producción de tierras raras. Sobre esto en la secuela, que sigue.
Referencias
[1]
http://www.infogeo.ru/metalls/price/?act=show&okp[2]
https://www.nasa.gov/mission_pages/Mini-RF/multimedia/feature_ice_like_deposits.html[3]
https://history.nasa.gov/SP-4221/ch6.htm