Penerbangan luar angkasa masih mahal. Bahkan jika kita mengambil yang tampaknya terlalu optimis, kemampuan untuk meluncurkan pembawa yang sepenuhnya dapat digunakan kembali 100-150 ton untuk $ 7 juta - kita mendapatkan sekitar $ 50 per kilogram payload. Sebuah penerbangan ke Bulan atau Mars menggunakan StarShip yang sama akan meningkatkan biaya pengiriman kargo minimum sekitar 6 kali (5 bahan bakar akan ditambahkan) menjadi ~ $ 300 per kilogram.
Biasanya, dari perhitungan seperti itu, disimpulkan bahwa eksplorasi ruang industri tidak mungkin dilakukan tanpa pengembangan sumber energi baru yang fundamental atau bahkan gerakan non-reaktif atau menemukan sesuatu yang sangat berharga di ruang angkasa. Hanya saja itu mengabaikan fakta bahwa sebagian besar benda langit di Tata Surya memiliki kecepatan yang jauh lebih rendah daripada di Bumi, di mana kita, secara teori, akan mengimpor ranjau, dan Bumi memiliki atmosfer yang memperlambat pesawat ruang angkasa dan kapsul balistik tanpa menghabiskan massa reaktif.
KAPV dan ringkasan dari serangkaian artikelGas vespen tidak cukup
Gagasan bahwa akan lebih baik untuk mendapatkan bahan bakar untuk penerbangan kembali di tempat sejak lama. Saya berani menyarankan bahwa dalam fiksi ilmiah itu bukan hal baru di tahun 1960-an. Tapi mungkin R. Zubrin dalam proyek Mars Direct adalah orang pertama yang memutuskan untuk mempromosikannya sebagai dasar dari misi berawak yang menjanjikan. Kemudian datang Elon Musk, yang memutuskan untuk menerima ya dan mencoba melakukannya (pekerjaan sedang berlangsung).
Sangat mengherankan bahwa dalam produksi bahan bakar dari sumber daya lokal oleh elektrolisis atau oleh reaksi Sabatier, NRE fase padat menjadi tidak menguntungkan secara ekonomi. Ya, NRE metana memiliki impuls spesifik sekitar dua kali lipat dari LRE metana-oksigen (lihat buku "Kapal Antar Planet Listrik" atau permainan Children of a Dead Earth). Itu hanya untuk setiap kilogram metana, reaktor Sabatier menghasilkan 4 kilogram oksigen. Kelebihan bahan bakar biasanya digunakan dalam mesin roket propelan cair, tetapi, misalnya, dalam kasus Raptor dan Zvezdolet, 240 ton metana menghasilkan 860 ton oksigen.
Pada grafik, kolom biru sesuai dengan massa terakhir untuk empat roket dengan kecepatan karakteristik (alias delta ve) 5 km / s dan cadangan bahan bakar setara dalam biaya energi untuk sintesis 1.100 ton metana-oksigen. Kolom kuning adalah muatan dikurangi massa roket, asalkan setiap teknologi memiliki 0,1 ton struktur per ton bahan bakar. Oranye - muatan memperhitungkan kepadatan bahan bakar (metana-oksigen - 20 ton per ton roket, metana - 15 ton, hidrogen-oksigen - 10 ton, inti - 5 ton). Delta 5 km / s diambil karena ini adalah kecepatan ruang kedua Mars. Dalam kasus Bulan dan 2,5 km / s, keuntungan dari roket kimia akan semakin terasa.
Seperti yang dapat dilihat dari grafik, metana-oksigen mengungguli sisa teknologi tanpa opsi karena massa awal yang lebih besar. Mesin propelan nuklir metana dapat berargumen dengan mesin roket propelan hidrogen-oksigen cair, hanya jika metana dapat disintesis akan ada apa pun untuk mengisi bahan bakar mesin roket propelan cair metana. Untuk metana dan hidrogen NRE untuk dapat mengimbangi penggunaan hanya sebagian dari produk-produk pabrik bahan bakar, mereka membutuhkan dorongan spesifik masing-masing sekitar 10 dan 30 km / detik. Kesimpulan: untuk transportasi ruang angkasa menggunakan sumber ekstraterestrial dari fluida yang bekerja, NRE fase padat tidak menjanjikan. Hanya mesin fase gas yang mungkin menarik, bahkan di masa terbaik optimisme nuklir, kertas yang belum maju lebih jauh. Metana-oksigen adalah pasangan yang lebih disukai daripada hidrogen-oksigen, namun, jika tidak ada deposit karbon pada benda langit, Anda harus menggunakan apa yang ada.
Mineral tidak cukup
Jadi Kami ingin membangun pabrik di Bulan yang akan mengirimkan sesuatu yang bermanfaat ke Bumi dengan biaya yang dapat diterima. Pada awalnya, Anda perlu menghitung biaya ini.
Peta jalan ruang cislunic. Diambil
dari sini .
Menurut skema, untuk penerbangan dari dekat bumi yang rendah ke titik Lagrange pertama, kita membutuhkan 3,7 km / detik delta ve. Dan 2,5 km / s lagi untuk pendaratan. Starship yang terisi penuh akan mendarat di Bulan tanpa muatan dengan 130 ton bahan bakar. Setelah memuat ~ 50 ton regolith ke dalam kapal, kita masih akan memiliki cadangan delta untuk terbang ke Bumi. Mempertimbangkan bahwa biaya ekspedisi, bersama dengan peluncuran tanker, adalah $ 50 juta (Mask sendiri berjanji "seperti Falcon-1 karena usabilitas ulang", yaitu 5-7 juta per penerbangan), kami mendapatkan 1000 dolar per kilogram regolith. Yang aneh, pada harga dan volume pengiriman seperti itu, sudah cukup realistis untuk berdagang hanya dengan regolith untuk suvenir dan materi pendidikan untuk universitas.
Tetapi di Bumi, tidak ada yang mengekstraksi mineral, setelah terbang ke medan murni dengan helikopter, dan telah meninggalkan semua yang buruk di dalamnya. Sebaliknya, infrastruktur transportasi dan pertambangan sedang dibangun di awal. Jika kami menganggap Starship yang sama sebagai infrastruktur transportasi, kami akan memiliki hambatan dalam bentuk $ 1.000 / kg untuk transportasi. Pada prinsipnya, Anda dapat hidup dengan ini jika Anda menemukan sesuatu yang dapat didorong lebih dari $ 2000 / kg (dengan mempertimbangkan biaya non-transportasi dan margin yang tidak nol). Dan zat semacam itu ada - lihat daftar harga [1]. ULA dalam CisLunar Economy ingin membawa material untuk pembangunan satelit dan pembangkit listrik tenaga surya ke orbit Bumi yang rendah. Namun tetap berusaha memperluas bottleneck.
Kami akan memperluas bottleneck dengan mengoptimalkan transportasi. Dari sudut pandang Moon, skema pesawat ulang-alik Starship tidak optimal - sebuah kapal yang dapat digunakan kembali terus-menerus menyelam ke dalam kerikil, dari mana ia harus ditarik keluar dan pada saat yang sama dibutuhkan bahan bakar untuk penerbangan di lubang yang sama. Selain itu, di bulan, kemungkinan besar ada air, konstanta matahari dua kali lebih tinggi daripada di Mars, tanpa adanya awan. Dalam kawah tumbukan, logam dapat ditemukan, termasuk besi. Yang terakhir nyaman karena dapat dipindai dari satelit di medan magnet dan dipilih dari regolith yang menggunakannya.
Anda dapat meluncurkan kargo dari Bulan ke Bumi dengan cara berikut:
- Roket didorong dari sumber daya lokal.
- Pistol elektromagnetik.
- Bagaimanapun juga.
Mari kita memikirkan pilihan pertama, mengingat NASA tidak salah dengan mengorbankan air. Menurut data terbaru, air di Kutub Utara saja setidaknya 600 juta ton [2], sehingga kehabisan sumber daya ini dalam waktu dekat tidak mengancam.
Rudal dapat dibangun di situs atau diimpor dari Bumi. Dalam perwujudan pertama, penggunaan satu kali dimungkinkan, dalam perwujudan kedua hanya dapat digunakan kembali. Dalam kedua kasus, perlu untuk menguasai produksi kapsul balistik sekali pakai dari sumber daya lokal.
Pertimbangkan opsi roket "impor". 2 ton berat kering, 14 dibumbui. Lebih buruk daripada Centaurus dengan 20 ton hidrogen-oksigen per 2 ton massa kering, tetapi Centaurus tidak memiliki kaki untuk mendarat di bulan. Tanpa PN, tunda akan memiliki delta 8,5 km / s, yang cukup untuk pendaratan di bulan saat peluncuran dengan DOE. Di mana kapal akan membuang semua "Starship" yang sama dari PN terkait. Kembali ke Bumi, kapal akan dapat mendorong keluar kapsul balistik seberat 10 ton dan kembali kosong.
Biaya satu perjalanan kapal tunda akan sama dengan biaya membangun kapal tunda dan menaruhnya ke DOE dibagi dengan jumlah penggunaan. Untuk yang pertama, $ 50-60 juta yang sama tampaknya merupakan perkiraan yang sepenuhnya memadai dari atas - jumlah ini berada di urutan yang sama dengan biaya peluncuran seluruh Falcon-9 atau pembuatan kapsul Naga. Menurut [3], mesin RL-10 pada awal 1960-an dapat berjalan hingga 2,5 jam dengan 50 restart, setelah perbaikan itu bisa bertahan lebih dari 11 jam, sayangnya, tidak ada informasi tentang jumlah start. Tapi diketahui bahwa J-2 bertahan 103 dimulai dan 6,5 jam beroperasi, dan kemudian para insinyur lelah :) Jadi sumber daya 50 penerbangan pada mesin tidak terlihat fantastis. Total yang kita miliki sekitar satu juta dolar untuk penerbangan kapal tunda. Dalam satu penerbangan, tunda menendang kapsul 10 ton ke Bumi, dengan asumsi bahwa kapsul memiliki "faktor pengisian" hanya 50%, kami mendapatkan satu juta untuk 5 ton atau $ 200 per kilogram. Lima kali lebih sedikit dari Starship. Hal yang paling menarik adalah bahwa jika bukan Starship, sebuah kapal tunda diluncurkan dengan Falcon-9 biasa dengan panggung bekas dan panggung kembali, harganya akan naik hanya menjadi $ 400 ribu per ton.
Tetapi bukankah seluruh ciptaan pompa bensin akan rusak? Ya, dan seiring dengan produksi kapsul balistik dan produksi tanah jarang. Tentang ini di sekuel, yang berikut.
Referensi:
[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