رحلة الفضاء لا تزال باهظة الثمن. حتى إذا أخذنا الحامل الذي يبدو مفرطًا في التفاؤل ، القدرة على إطلاق شركة نقل قابلة لإعادة الاستخدام بالكامل من 100 إلى 150 طنًا مقابل 7 ملايين دولار - نحصل على حوالي 50 دولارًا لكل كيلوغرام من الحمولة الصافية. رحلة إلى القمر أو المريخ باستخدام نفس StarShip ستزيد من الحد الأدنى لتكلفة شحن البضائع بنحو 6 مرات (ستتم إضافة 5 محطات للتزود بالوقود) إلى ~ 300 دولار للكيلوغرام الواحد.
عادة ، من هذه الحسابات ، يستنتج أن استكشاف الفضاء الصناعي أمر مستحيل دون تطوير مصادر جديدة للطاقة بشكل أساسي أو حتى حركة غير تفاعلية أو إيجاد شيء ذي قيمة كبيرة في الفضاء. إنه فقط يتجاهل حقيقة أن معظم الأجرام السماوية في النظام الشمسي لها سرعة هروب أقل بكثير من على الأرض ، حيث كنا ، من الناحية النظرية ، نستورد المنجم ، والأرض لديها جو يبطئ سفن الفضاء والكبسولات الباليستية دون إنفاق كتلة تفاعلية.
KAPV وملخص لسلسلة من المقالاتلا يكفي الغاز vespen
فكرة أنه سيكون من الجيد الحصول على الوقود لرحلة العودة على الفور منذ فترة طويلة. كنت أغامر أن أقترح أنه في الخيال العلمي لم يكن جديدًا في الستينيات. لكن ربما كان R. Zubrin في مشروع Mars Direct أول من قرر الترويج له كأساس لبعثة مأهولة واعدة. ثم جاء إلون موسك ، الذي قرر اتخاذ نعم ومحاولة القيام بذلك (العمل مستمر).
من الغريب أنه في إنتاج الوقود من الموارد المحلية عن طريق التحليل الكهربائي أو عن طريق تفاعل Sabatier ، تصبح NRE ذات المرحلة الصلبة غير مواتية اقتصاديًا. نعم ، يحتوي الميثان NRE على دفعة محددة تقريبًا ضعف معدل الميثان - الأكسجين LRE (راجع كتاب "السفن الكواكب الكهربائية" أو لعبة أطفال الأرض الميتة). هذا فقط لكل كيلوغرام من الميثان ، مفاعل Sabatier يعطي 4 كيلوغرامات من الأكسجين. يستخدم الوقود الزائد عادة في محرك الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل ، ولكن ، على سبيل المثال ، في حالة Raptor و Zvezdolet ، فإن 240 طنًا من الميثان تمثل 860 طنًا من الأكسجين.
على الرسم البياني ، تتوافق الأعمدة الزرقاء مع الكتل النهائية لأربعة صواريخ بسرعة مميزة (تُعرف أيضًا باسم delta ve) تبلغ 5 كم / ثانية واحتياطيات الوقود مكافئة في تكاليف الطاقة لتركيب 1100 طن من غاز الميثان - الأكسجين. الأعمدة الصفراء هي الحمولة ناقص كتلة الصاروخ ، شريطة أن يكون لكل تقنية 0.1 طن من هيكل لكل طن من الوقود. برتقال - الحمولة الصافية مع مراعاة كثافة الوقود (الميثان - الأكسجين - 20 طنًا لكل طن من الصواريخ والميثان - 15 طنًا ، الأكسجين الهيدروجيني - 10 أطنان ، النواة - 5 أطنان). تم التقاط دلتا مقدارها 5 كم / ثانية لأنها السرعة الفضائية الثانية للمريخ. في حالة القمر ومقداره 2.5 كم / ث ، ستكون ميزة الصواريخ الكيميائية أكثر وضوحًا.
كما يتضح من الرسم البياني ، يتفوق الميثان - الأكسجين على بقية التقنيات دون خيارات بسبب الكتلة الأولية الكبيرة. يمكن أن يجادل محرك الدفع بالوقود النووي بالميثان بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل بالأكسجين والهيدروجين ، فقط إذا أمكن تصنيع الميثان فلن يكون هناك أي شيء لشحن محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل بالميثان. ولكي يكون الميثان والهيدروجين NRE قادرين على تعويض استخدام جزء فقط من منتجات مصنع الوقود ، فإنهم يحتاجون إلى دفعة محددة تبلغ حوالي 10 و 30 كم / ثانية ، على التوالي. الخلاصة: فيما يتعلق بالنقل الفضائي باستخدام مصادر خارج كوكب الأرض لسائل العمل ، فإن معدلات النمو في المرحلة الصلبة غير واعدة. محركات الطور الغازي هي فقط التي قد تكون ذات أهمية ، حتى في أفضل أوقات التفاؤل النووي ، الأوراق التي لم تتقدم أكثر. الميثان - الأكسجين هو الزوج الأفضل من الهيدروجين - الأكسجين ، ومع ذلك ، إذا لم يكن هناك رواسب الكربون على الجسم السماوي ، فسوف يتعين عليك استخدام ما هو.
لا يكفي المعادن
هكذا. نريد بناء مصنع على سطح القمر يرسل شيئًا مفيدًا إلى الأرض بتكلفة مقبولة. في البداية ، تحتاج إلى حساب هذه التكلفة بالذات.
خارطة الطريق من الفضاء cislunic. مأخوذة
من هنا .
وفقًا للمخطط ، لرحلة من منخفض قريب من الأرض إلى نقطة لاغرانج الأولى ، نحتاج إلى 3.7 كم / ثانية دلتا. و 2.5 كم / ثانية أخرى للهبوط. ستهبط مركبة فضائية مشحونة بالكامل على سطح القمر دون حمولة تحمل 130 طنًا من الوقود. بعد تحميل ما يقرب من 50 طنا من regolith في السفينة ، سنظل لدينا احتياطي من دلتا لتطير إلى الأرض. بالنظر إلى أن تكلفة الحملة ، إلى جانب إطلاق الناقلات ، كانت 50 مليون دولار (قناع نفسه وعد "مثل Falcon-1 بسبب إعادة الاستخدام" ، أي 5-7 ملايين دولار لكل رحلة طيران) ، حصلنا على 1000 دولارات لكل كيلوغرام من regolith. ما يثير الفضول ، في مثل هذا السعر وحجم التسليم ، من الواقعي بالفعل أن نتداول ببساطة مع regolith للهدايا التذكارية والمواد التعليمية للجامعات.
ولكن على الأرض ، لا أحد يستخرج المعادن ، وقد طار في حقل نقي بطائرة هليكوبتر ، وترك كل ما هو سيء فيها. بدلاً من ذلك ، يتم بناء البنية التحتية للنقل والتعدين في البداية. إذا اعتبرنا نفس المركبة الفضائية بمثابة بنية أساسية للنقل ، فسنواجه عنق الزجاجة في شكل +1000 دولار / كيلوغرام للنقل. من حيث المبدأ ، يمكنك التعايش مع هذا إذا وجدت شيئًا يمكن دفعه بأكثر من 2000 دولار / كيلوغرام (مع مراعاة تكاليف غير النقل وهامش غير صفري). وتوجد مثل هذه المواد - انظر قائمة الأسعار [1]. أراد ULA في الاقتصاد CisLunar لجلب المواد اللازمة لبناء الأقمار الصناعية ومحطات الطاقة الشمسية في مدار الأرض منخفضة. ولكن لا يزال يحاول توسيع عنق الزجاجة.
سنوسع عنق الزجاجة عن طريق تحسين النقل. من وجهة نظر القمر ، فإن مخطط المكوك المكوكي الخاص بـ Starship ليس مثاليًا - سفينة قابلة لإعادة الاستخدام تغوص باستمرار في الحصى ، ومن حيث يجب سحبها وفي الوقت نفسه تستهلك الوقود للرحلات في نفس الحفرة. علاوة على ذلك ، على سطح القمر ، على الأرجح وجود ماء ، يكون ثابت الطاقة الشمسية أعلى مرتين من سطح المريخ ، في غياب السحب. في الحفر الأثرية ، يمكن العثور على المعادن ، بما في ذلك الحديد. هذا الأخير مناسب لأنه يمكن مسحه ضوئيًا من قمر صناعي في مجال مغناطيسي واختياره من regolith الذي يستخدمه.
يمكنك إطلاق البضائع من القمر إلى الأرض بالطرق التالية:
- الصواريخ التي تغذيها الموارد المحلية.
- بندقية الكهرومغناطيسية.
- بطريقة أخرى.
دعونا نتناول الخيار الأول ، بالنظر إلى أن وكالة ناسا لم تكن مخطئة على حساب المياه. وفقًا لأحدث البيانات ، تبلغ المياه في القطب الشمالي وحده 600 مليون طن على الأقل ، بحيث لا يهدد استنفاد هذا المورد في المستقبل القريب.
يمكن بناء صاروخ في الموقع أو استيراده من الأرض. في التجسيد الأول ، يكون الاستخدام لمرة واحدة ممكنًا ، في الثانية يمكن إعادة استخدامها فقط. في كلتا الحالتين ، من الضروري إتقان إنتاج كبسولات بالستية يمكن التخلص منها من الموارد المحلية.
النظر في خيار صاروخ "استيراد". 2 طن من الوزن الجاف ، 14 محنك. أسوأ من Centaurus مع 20 طنا من الهيدروجين - الأكسجين لكل 2 طن من الكتلة الجافة ، ولكن Centaurus ليس لديه أرجل للهبوط على سطح القمر. بدون PN ، ستحصل الساحبة على دلتا تبلغ 8.5 كم / ثانية ، وهو ما يكفي للهبوط على سطح القمر عند إطلاقه بواسطة DOE. التي سوف القارب رمي كل نفس "المركبة" من PN المرتبطة. بالعودة إلى الأرض ، ستكون السفينة قادرة على إخراج كبسولة بالستية تزن 10 أطنان وتعود فارغة.
ستكون تكلفة رحلة زورق قطر واحد مساوية لتكلفة بناء زورق قطر وتسليمه إلى وزارة الطاقة مقسومًا على عدد الاستخدامات. بالنسبة إلى الأول ، يبدو أن المبلغ نفسه الذي يتراوح بين 50 و 60 مليون دولار هو تقدير مناسب تمامًا من أعلى - هذا المبلغ بنفس تكلفة تكلفة إطلاق Falcon-9 بالكامل أو تصنيع كبسولة Dragon. وفقًا لـ [3] ، يمكن أن يعمل محرك RL-10 في أوائل الستينيات حتى 2.5 ساعة مع 50 إعادة تشغيل ، بعد التحسينات التي قد تستمر لأكثر من 11 ساعة ، لسوء الحظ ، لم تكن هناك معلومات حول عدد مرات البدء. ولكن من المعروف أن J-2 صمدت 103 وبدأت 6.5 ساعات من التشغيل ، ثم تعبت المهندسين :) وبالتالي فإن مورد 50 رحلة على المحرك لا يبدو رائعا. إجمالي لدينا حوالي مليون دولار لرحلة زورق قطر. في رحلة واحدة ، يقوم الجرار بتكبس 10 أطنان من الكبسولة باتجاه الأرض ، على افتراض أن الكبسولة لديها "عامل تعبئة" بنسبة 50٪ فقط ، نحصل على مليون لخمسة أطنان أو 200 دولار للكيلوغرام. خمس مرات أقل من المركبة الفضائية. الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أنه إذا تم إطلاق زورق قطر مع سفينة فالكون -9 المعتادة مع مرحلة مستخدمة وعائد مرحلي ، فإن السعر سيرتفع فقط إلى 400 ألف دولار للطن.
ولكن لن يفسد إنشاء محطة وقود كاملة؟ نعم ، وكذلك إنتاج الكبسولات الباليستية وإنتاج تربة نادرة. عن هذا في تتمة ، والذي يتبع.
المراجع:
[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