Le vol spatial coûte toujours cher. Même si nous prenons celui qui semble trop optimiste, la possibilité de lancer un transporteur entièrement réutilisable de 100 à 150 tonnes pour 7 millions de dollars - nous obtenons environ 50 $ par kilogramme de charge utile. Un vol vers la Lune ou Mars en utilisant le même StarShip augmentera le coût minimum de livraison du fret d'environ 6 fois (5 ravitailleurs seront ajoutés) à ~ 300 $ le kilogramme.
Habituellement, à partir de ces calculs, il est conclu que l'exploration spatiale industrielle est impossible sans le développement de sources d'énergie fondamentalement nouvelles ou même de mouvements non réactifs ou sans trouver quelque chose de très précieux dans l'espace. C'est juste qu'il néglige le fait que la plupart des corps célestes du système solaire ont une vitesse d'emballement beaucoup plus faible que sur Terre, où nous, en théorie, allions importer le miné, et la Terre a une atmosphère qui ralentit les vaisseaux spatiaux et les capsules balistiques sans dépenser de masse réactive.
KAPV et un résumé d'une série d'articlesPas assez de gaz vespen
L'idée qu'il serait bon d'avoir du carburant pour le vol de retour sur place il y a longtemps. J'oserais suggérer que dans la science-fiction, ce n'était pas nouveau dans les années 1960. Mais peut-être que R. Zubrin dans le projet Mars Direct a été le premier à décider de le promouvoir comme base d'une mission habitée prometteuse. Puis vint Elon Musk, qui décida de prendre oui et d'essayer de le faire (travaux en cours).
Il est curieux que dans la production de combustible à partir des ressources locales par électrolyse ou par la réaction de Sabatier, les NRE en phase solide deviennent économiquement désavantageux. Oui, le méthane NRE a une impulsion spécifique environ le double de celle du méthane-oxygène LRE (voir le livre "Electric Interplanetary Ships" ou le jeu Children of a Dead Earth). C'est juste pour chaque kilogramme de méthane, le réacteur Sabatier donne 4 kilogrammes d'oxygène. L'excès de carburant est généralement utilisé dans le moteur-fusée à propergol liquide, mais, par exemple, dans le cas des Raptor et Zvezdolet, 240 tonnes de méthane représentent 860 tonnes d'oxygène.
Sur le graphique, les colonnes bleues correspondent aux masses finales de quatre fusées avec une vitesse caractéristique (aka delta ve) de 5 km / s et des réserves de carburant équivalentes en coûts énergétiques à la synthèse de 1100 tonnes de méthane-oxygène. Les colonnes jaunes représentent la charge utile moins la masse de la fusée, à condition que chaque technologie ait 0,1 tonne de structure par tonne de carburant. Orange - charge utile tenant compte de la densité du carburant (méthane-oxygène - 20 tonnes par tonne de fusée, méthane - 15 tonnes, hydrogène-oxygène - 10 tonnes, noyau - 5 tonnes). Un delta de 5 km / s a été pris car il s'agit de la deuxième vitesse spatiale de Mars. Dans le cas de la Lune et de ses 2,5 km / s, l'avantage des fusées chimiques sera encore plus prononcé.
Comme le montre le graphique, le méthane-oxygène surpasse le reste des technologies sans options en raison de la plus grande masse initiale. Un moteur propulseur nucléaire au méthane pourrait argumenter avec un moteur-fusée à propergol liquide hydrogène-oxygène, seulement si le méthane peut être synthétisé, il y aura quoi que ce soit pour charger un moteur-fusée propulseur liquide au méthane. Pour que le méthane et l'hydrogène NRE puissent compenser l'utilisation d'une partie seulement des produits de l'usine de combustible, ils ont besoin d'une impulsion spécifique d'environ 10 et 30 km / s, respectivement. Conclusion: pour le transport spatial utilisant des sources extraterrestres de fluide de travail, les NRE en phase solide sont peu prometteurs. Seuls les moteurs en phase gazeuse peuvent présenter un certain intérêt, même dans les meilleurs moments de l'optimisme nucléaire, documents qui n'ont pas progressé davantage. Le méthane-oxygène est une paire plus préférable que l'hydrogène-oxygène, cependant, s'il n'y a pas de dépôts de carbone sur le corps céleste, vous devrez utiliser ce qui est.
Pas assez de minéraux
Alors. Nous voulons construire une plante sur la Lune qui enverra quelque chose d'utile à la Terre à un coût acceptable. Au début, vous devez calculer ce coût.
La feuille de route de l'espace cislunique. Pris
d'ici .
Selon le schéma, pour un vol d'une basse Terre proche du premier point de Lagrange, nous avons besoin d'un delta ve de 3,7 km / s. Et encore 2,5 km / s pour l'atterrissage. Un vaisseau complètement chargé atterrira sur la Lune sans charge utile avec 130 tonnes de carburant. Après avoir chargé environ 50 tonnes de régolithe dans le navire, nous aurons toujours une réserve de deltas pour voler vers la Terre. Considérant que le coût de l'expédition, avec le lancement des pétroliers, était de 50 millions de dollars (Mask lui-même avait promis "comme Falcon-1 en raison de la réutilisabilité", soit 5-7 millions par vol), nous obtenons 1000 dollars par kilogramme de régolithe. Ce qui est curieux, à un tel prix et volumes de livraison, il est déjà tout à fait réaliste d'échanger simplement avec du régolith pour des souvenirs et du matériel pédagogique pour les universités.
Mais sur Terre, personne n'extrait de minéraux, ayant volé dans un champ pur par hélicoptère et ayant laissé tout ce qui est mauvais en lui. Au lieu de cela, les infrastructures de transport et d'exploitation minière sont en cours de construction au début. Si nous considérons le même vaisseau comme une infrastructure de transport, nous aurons un goulot d'étranglement sous la forme de +1000 $ / kg pour le transport. En principe, vous pouvez vivre avec cela si vous trouvez quelque chose qui peut être poussé pour plus de 2000 $ / kg (en tenant compte des coûts non liés au transport et d'une marge non nulle). Et de telles substances existent - voir la liste de prix [1]. ULA dans son économie CisLunar voulait apporter des matériaux pour la construction de satellites et de centrales solaires en orbite terrestre basse. Mais essayez toujours d'élargir le goulot d'étranglement.
Nous allons élargir le goulot d'étranglement en optimisant le transport. Du point de vue de la Lune, le système de navette de la navette Starship n'est pas optimal - un navire réutilisable plonge constamment dans le gravier, d'où il doit être retiré et en même temps, il prend du carburant pour les vols dans la même fosse. De plus, sur la lune, très probablement il y a de l'eau, la constante solaire est deux fois plus élevée que sur Mars, en l'absence de nuages. Dans les cratères d'impact, des métaux peuvent être trouvés, y compris du fer. Ce dernier est pratique en ce qu'il peut être scanné à partir d'un satellite dans un champ magnétique et sélectionné parmi le régolithe en l'utilisant.
Vous pouvez lancer une cargaison de la Lune à la Terre des manières suivantes:
- Des roquettes tirées des ressources locales.
- Pistolet électromagnétique.
- D'une manière ou d'une autre.
Arrêtons-nous sur la première option, considérant que la NASA ne s'est pas trompée aux dépens de l'eau. Selon les dernières données, l'eau au pôle Nord représente à elle seule au moins 600 millions de tonnes [2], de sorte que l'épuisement de cette ressource dans un avenir proche ne menace pas.
Un missile peut être construit sur place ou importé de la Terre. Dans le premier mode de réalisation, une utilisation unique est possible, dans le second uniquement réutilisable. Dans les deux cas, il est nécessaire de maîtriser la production de capsules balistiques jetables à partir des ressources locales.
Considérez l'option d'une fusée "d'importation". 2 tonnes de poids sec, 14 assaisonnées. Pire que le Centaurus avec 20 tonnes d'hydrogène-oxygène pour 2 tonnes de masse sèche, mais le Centaurus n'a pas de pattes pour atterrir sur la lune. Sans PN, le remorqueur aura un delta de 8,5 km / s, ce qui est suffisant pour un atterrissage sur la lune au lancement avec un DOE. Sur lequel le bateau lancera tout de même le "Starship" du PN associé. De retour sur Terre, le navire pourra sortir une capsule balistique de 10 tonnes et revenir vide.
Le coût d'un voyage en remorqueur sera égal au coût de construction d'un remorqueur et de son affectation au DOE divisé par le nombre d'utilisations. Pour les premiers, les mêmes 50 à 60 millions de dollars semblent être une estimation tout à fait adéquate d'en haut - ce montant est du même ordre que le coût du lancement d'un Falcon-9 entier ou de la fabrication d'une capsule Dragon. Selon [3], le moteur RL-10 au début des années 1960 pouvait fonctionner jusqu'à 2,5 heures avec 50 redémarrages, après des améliorations il pouvait durer plus de 11 heures, malheureusement, il n'y avait aucune information sur le nombre de démarrages. Mais on sait que le J-2 a résisté à 103 démarrages et 6,5 heures de fonctionnement, puis les ingénieurs se sont fatigués :) La ressource de 50 vols sur le moteur n'a donc pas l'air fantastique. Au total, nous avons environ un million de dollars pour un vol en remorqueur. En un vol, le remorqueur lance une capsule de 10 tonnes vers la Terre, en supposant que la capsule a un "facteur de remplissage" de seulement 50%, nous obtenons un million pour 5 tonnes ou 200 $ par kilogramme. Cinq fois moins que Starship. La chose la plus intéressante est que si au lieu du Starship, un remorqueur est lancé avec le Falcon-9 habituel avec une étape utilisée et un retour d'étape, le prix n'augmentera que jusqu'à 400000 $ la tonne.
Mais toute la création d'une station-service ne va-t-elle pas se gâter? Oui, ainsi que la production de capsules balistiques et la production de terres rares. À ce sujet dans la suite, qui suit.
Références:
[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