Роберт Зубрин - экономическая целесообразность колонизации Марса (продолжение)
Начало - тут, тут, тут, тут. Спасибо Олегу Михайлову за перевод.
Заселение Марса
«Поступившее предложение было изучено, оно вызвало много различных мнений среди людей и послужило причиной многих страхов и сомнений среди них.
Некоторые, исходя из мотивов и надежд, вбитых в их головы, приложили огромные усилия побудить и поддержать других в продолжении деятельности, другие, напротив, из-за своих страхов протестовали и пытались уклониться от этого, ссылаясь на множество поводов: что это невозможно, неразумно, что это был большой злой умысел, что есть множество немыслимых опасностей и рисков…
Был ответ, что все огромные и благородные действия сопровождались большими трудностями, и должно совершать их и преодолевать трудности с соответствующим мужеством».
Правитель Уильям Брэдфорд, «С Плантации Плимута» 1621.
Трудность межпланетного путешествия может создать видимость иллюзорности колонизации Марса. Как бы то ни было, колонизация, по определению - путешествие в один конец, и этот факт делает возможным транспортировать большое количество людей, в которых колония в новом мире нуждается, чтобы быть успешной.
Рассмотрим две модели, по которым люди могут эмигрировать на Марс: спонсируемый правительством вариант и вариант, спонсируемый частными средствами.
Если доступно спонсорство правительства, то технологические средства, необходимые для иммиграции в значительной мере фактически доступны сегодня. На рис 2. мы видим одну из версий концепции, которая может быть использована для доставки иммигрантов на Марс. Шатлл, представляющий транспортное средство, способное выводить на орбиту тяжелые грузы, поднимает 145 тонн ( Сатурн V имеет приблизительно такую грузоподъемность) на низкую Земную орбиту, затем термическая ядерная ракетная (НТР, такая, как представленная в США в 1960х) ступень с начальным удельным импульсом 900 секунд запускает 70-тонный жилой модуль по 7-месячной траектории на Марс. По прибытии на Марс жилой модуль использует биконический корпус для аэродинамического торможения, затем открывает парашюты и приземляется с помощью своего комплекта кислородно-метановых двигателей.
Жилой модуль - 8 метров диаметром и имеет 4 полностью укомплектованных жилых отсека, общей жилой площадью 200 м2, позволяющих нормально разместить 24 человека в космосе и на Марсе. Дополнительная площадь доступна в пятом отсеке, после того, как груз, который в нем содержится, будет выгружен по прибытии.
Рис. 2. Дополненный термическим ядерным двигателем транспорт для вывода на орбиту тяжелых грузов, способный отправить 24 колониста в один конец на Красную планету.
Таким образом, одним запуском ракеты-носителя 24 колониста, снабженные жильем и инструментами, могут быть отправлены в один конец с Земли на Марс.
Теперь давайте предположим, что начиная с 2030 года, в среднем 4 подобных ракет-носителей будет отправляться с Земли ежегодно. Если мы затем сделаем обоснованные предположения по демографии, кривая населения для Марса может быть рассчитана. Результаты показаны на Рис. 3. Изучая график, мы видим, что с таким же уровнем усилий (и технологией, замороженных на уровне конца 20 века), темп роста человеческого населения на Марсе в XXI веке будет около 1/5 исследованного прироста в колониальной Америке в XVII-XVIII веках.
Рис.3. Колонизация Марса в сравнении с Северной Америкой. Анализ предполагает 100 колонистов в год, начиная с 2030, ежегодный прирост 2%, 50/50 отношение мужчин и женщин. Все иммигранты в возрасте от 20 до 40. В среднем - 3,5 ребенка для идеальной марсианской семьи. Уровень смертности: 0,1% в год в возрасте от 0 до 59, 1% в возрасте от 60 до 79, 10% в год для тех, кому за 80.
Это сам по себе очень важный результат. Это значит что расстояние до Марса и трудности транспортировки, которые оно подразумевает, не являются основными препятствиями к основанию человеческой цивилизации на Красной Планете. Скорее, ключевыми проблемами становятся использование ресурсов, выращивание пищи, постройка домов и производство всех видов используемых товаров на поверхности Марса. Более того, ожидаемый темп роста населения, 1/5 от уровня колониальной Америки, несмотря на то, что немного медленнее, значителен в исторической шкале и предполагает затраты $1 млрд. за запуск. При этом $4 млрд. в год по программе должны быть обеспечены значительными силами на Земле, которые заботятся о том, чтобы посеять семена своего потомства на Марсе.
Однако с расходами на запуск около $1 млрд., расходы на иммигранта были бы порядка $40 млн. Такая цена должна быть доступна для правительств (на время), но не для индивидов и не для частных групп. Если Марс будет выигрывать от динамичной энергии огромного количества иммигрантов, мотивированных поиском, как оставить след в новом мире, плата за транспортировку должна будет упасть гораздо ниже. Поэтому рассмотрим альтернативную модель, чтобы увидеть, как низко она может упасть.
Рассмотрим снова одноступенчатые транспортные средства на CH4/O2, используемые для доставки грузов с поверхности Земли на низкую околоземную орбиту. На каждый килограмм груза, доставленного на орбиту, требуется около 70 килограммов топлива. Смешанное топливо из CH4/O2 стоит около $0.20 за килограмм, поэтому топливные издержки на каждый килограмм, выведенный на орбиту, составят $14. Если мы затем примем общие издержки в 7 раз большие, чем издержки на топливо (считая грубо - удвоенный коэффициент соотношения издержек на топливо к общим в авиации), тогда издержки доставки на низкую околоземную орбиту (НОО) могут быть около $100/кг. Если мы предположим, что будет действующий периодически космический корабль между Землей и Марсом, у которого будет возможность рециклинга воды и кислорода с эффективностью 95%, тогда каждый пассажир (100 кг с личным имуществом) будет вынужден везти около 400 кг запасов для обеспечения себя пищей, водой и кислородом в течение длительного 200-дневного путешествия на Марс. Таким образом, 500 кг необходимо будет перевезти с приращением скорости около 4.3 км/с, чтобы переместить иммигрантов с НОО до периодического (с периодом 2 года) межпланетного космического корабля. Масса капсулы, используемой для перевозки иммигрантов с НОО на космический корабль и с космического корабля на поверхность Марса, может быть оптимистично рассчитана, как 500 кг на пассажира. Следовательно, 1000 кг необходимо доставить на орбиту межпланетника на каждого пассажира. Эти 1000 кг с начальным удельным импульсом 380 с для топливных систем на CH4/O2 на перевозящих капсулах превращаются в 3200 кг на НОО. При цене доставки на НОО $100/кг, и принимая во внимание, что периодически курсирующий космический корабль изнашивается после большого числа перелетов, затраты увеличиваются до $320 000 за пассажира на Марс.
Очевидно, есть много допущений в приведенных выше расчетах, которые могут измениться, что может как поднять, так и уменьшить расчетную стоимость билета значительно. Например, использование силы сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, чтобы достичь значительной части приращения скорости вывода с Земли на орбиту, может снизить издержки доставки на орбиту втрое. Использование электрического поля Земли для электрореактивного движения с НОО до 1-й точки Лагранжа, следующим шагом после пролета через перигей, используя химическую ступень с высокой тягой, позволяет достигать периодически курсирующего космического корабля с приращением скорости за счет химического топлива только 1.3 км/с, таким образом удваивая полезный груз и дополнительно снижая издержки. Если курсирующий космический корабль использует магнитные паруса вместо простого использования естественной баллистической орбиты, поддерживаемой гравитацией, то гиперболическая скорость отправки с Земли, необходимая для встречи с ним, может быть фактически нулевой. Это позволит сделать доставку с НОО на космический корабль полностью за счет электрического поля Земли, или, возможно, даже солнечных или магнитных парусов. Увеличение степени замкнутости поддерживающих жизнь систем на космическом корабле могло бы снизить требующее доставки количество предметов потребления на каждого пассажира, таким образом снижая затраты на пассажира еще больше. Так, в конечном счете, затраты на транспортировку с Земли на Марс могут предположительно упасть до другого порядка величин, до $30000 за пассажира или около того. Влияние на издержки каждой из этих инноваций по мере внедрения показано в Таблице 3.
Таблица 3. Возможное снижение издержек транспортной системы Земля - Марс
БазовыйУлучшенныйКоэффициент сниженияСтоимость проезда на Марс
Базовая миссия--1.0$320 000
С Земли на НООРакетыВоздушно-реактивный двигатель0.3$96 000
Замкнутость жизнеобеспечения95%99%0.7$67 000
Топливо для покидания НООCH4/O2Ядерное0.6$40 000
Движение космического корабляЕстественноеМагнитный парус0.7$28 000
Тем не менее, порядок величины $320 000 стоимости перелета, заявленной для ранних иммигрантов, - примерно стоимость дома класса выше среднего во многих пригородах Америки, или с другой стороны - примерно жизненные сбережения успешной семьи среднего класса - является интересным. Это не та сумма денег, которую кто-либо может потратить легко, но это сумма денег, которую большое количество людей сможет выделить, если они действительно захотят сделать это. Почему они захотели бы сделать это? Просто потому, что из-за маленького размера марсианского населения и больших транспортных издержек очевидно, что стоимость труда на Марсе будет гораздо выше, чем на Земле. Поэтому зарплаты на Марсе будут гораздо выше, чем на Земле. В то время, как $320 000 - 6-месячная зарплата инженера на Земле, вероятно, эта сумма будет представлять 1-2-месячную зарплату на Марсе. Эта разница зарплат - точный аналог разницы зарплат между Европой и Америкой в течение большей части последних 4 веков - сделает эмиграцию и желанной и достижимой для человека. С XVII по XIX века классической моделью поведения для европейской семьи было собрать ее ресурсы, чтобы позволить одному из ее членов эмигрировать в Америку. Этот эмигрант, в свою очередь, мог бы начать зарабатывать достаточно денег, чтобы отсылать остальной семье излишки. Сегодня такой метод переезда используют иммигранты из стран третьего мира, чьи зарплаты в родных странах искусственно занижаются текущими ценами на авиаперелеты. Так как необходимый доход, чтобы заплатить за путешествие, будет после того, как оно было совершено, может быть даже взят кредит для оплаты путешествия. Так делалось в прошлом, так будет делаться и в будущем.
Как сказано выше, нехватка рабочей силы, которая будет распространена на Марсе, будет вести марсианскую цивилизацию и к технологическим, и к общественным улучшениям. Если ты платишь пятикратную земную зарплату, то ты не собираешься растрачивать время своих рабочих на примитивный труд или заполнение анкет, и ты не будешь изыскивать, как исключить кого-либо, кто может исполнять очень нужную работу, из этой деятельности потому, что он (или она) испытывает проблему пройти какие-либо институциональные препятсвия, чтобы получить необходимые сертификаты. Короче говоря, марсианская цивилизация будет практичной, потому что она вынуждена будет быть такой, какой в XIX веке была американская цивилизация. Этот насильственный прагматизм даст ей громадное преимущество в конкуренции с менее стрессовым и потому более традиционным обществом, оставшимся позади на Земле. Необходимость - мать изобретений. Общество фронтира, основанное на техническом мастерстве и прагматизме и состоящее из людей, выбравших личностное развитие, поневоле будет очагом изобретений. Эти изобретения будут обслуживать не только нужды марсиан, но и землян тоже. Поэтому они будут приносить прибыль Марсу (путем лицензирования на Земле) и в то же время разорвут присущую Земле тенденцию избыточного труда, ведущую к застою. Этот процесс омоложения и непрямых экономических выгод через тройственную торговлю с участием минеральных ресурсов основного пояса астероидов, в конечном счете будет самой большой выгодой, которую колонизация Марса может предложить Земле. Будут существовать такие земные сообщества, которые будут иметь более сильные социальные, культурные, лингвистические и экономические связи с марсианами - и они выиграют больше.
Заселение Марса
«Поступившее предложение было изучено, оно вызвало много различных мнений среди людей и послужило причиной многих страхов и сомнений среди них.
Некоторые, исходя из мотивов и надежд, вбитых в их головы, приложили огромные усилия побудить и поддержать других в продолжении деятельности, другие, напротив, из-за своих страхов протестовали и пытались уклониться от этого, ссылаясь на множество поводов: что это невозможно, неразумно, что это был большой злой умысел, что есть множество немыслимых опасностей и рисков…
Был ответ, что все огромные и благородные действия сопровождались большими трудностями, и должно совершать их и преодолевать трудности с соответствующим мужеством».
Правитель Уильям Брэдфорд, «С Плантации Плимута» 1621.
Трудность межпланетного путешествия может создать видимость иллюзорности колонизации Марса. Как бы то ни было, колонизация, по определению - путешествие в один конец, и этот факт делает возможным транспортировать большое количество людей, в которых колония в новом мире нуждается, чтобы быть успешной.
Рассмотрим две модели, по которым люди могут эмигрировать на Марс: спонсируемый правительством вариант и вариант, спонсируемый частными средствами.
Если доступно спонсорство правительства, то технологические средства, необходимые для иммиграции в значительной мере фактически доступны сегодня. На рис 2. мы видим одну из версий концепции, которая может быть использована для доставки иммигрантов на Марс. Шатлл, представляющий транспортное средство, способное выводить на орбиту тяжелые грузы, поднимает 145 тонн ( Сатурн V имеет приблизительно такую грузоподъемность) на низкую Земную орбиту, затем термическая ядерная ракетная (НТР, такая, как представленная в США в 1960х) ступень с начальным удельным импульсом 900 секунд запускает 70-тонный жилой модуль по 7-месячной траектории на Марс. По прибытии на Марс жилой модуль использует биконический корпус для аэродинамического торможения, затем открывает парашюты и приземляется с помощью своего комплекта кислородно-метановых двигателей.
Жилой модуль - 8 метров диаметром и имеет 4 полностью укомплектованных жилых отсека, общей жилой площадью 200 м2, позволяющих нормально разместить 24 человека в космосе и на Марсе. Дополнительная площадь доступна в пятом отсеке, после того, как груз, который в нем содержится, будет выгружен по прибытии.
Рис. 2. Дополненный термическим ядерным двигателем транспорт для вывода на орбиту тяжелых грузов, способный отправить 24 колониста в один конец на Красную планету.
Таким образом, одним запуском ракеты-носителя 24 колониста, снабженные жильем и инструментами, могут быть отправлены в один конец с Земли на Марс.
Теперь давайте предположим, что начиная с 2030 года, в среднем 4 подобных ракет-носителей будет отправляться с Земли ежегодно. Если мы затем сделаем обоснованные предположения по демографии, кривая населения для Марса может быть рассчитана. Результаты показаны на Рис. 3. Изучая график, мы видим, что с таким же уровнем усилий (и технологией, замороженных на уровне конца 20 века), темп роста человеческого населения на Марсе в XXI веке будет около 1/5 исследованного прироста в колониальной Америке в XVII-XVIII веках.
Рис.3. Колонизация Марса в сравнении с Северной Америкой. Анализ предполагает 100 колонистов в год, начиная с 2030, ежегодный прирост 2%, 50/50 отношение мужчин и женщин. Все иммигранты в возрасте от 20 до 40. В среднем - 3,5 ребенка для идеальной марсианской семьи. Уровень смертности: 0,1% в год в возрасте от 0 до 59, 1% в возрасте от 60 до 79, 10% в год для тех, кому за 80.
Это сам по себе очень важный результат. Это значит что расстояние до Марса и трудности транспортировки, которые оно подразумевает, не являются основными препятствиями к основанию человеческой цивилизации на Красной Планете. Скорее, ключевыми проблемами становятся использование ресурсов, выращивание пищи, постройка домов и производство всех видов используемых товаров на поверхности Марса. Более того, ожидаемый темп роста населения, 1/5 от уровня колониальной Америки, несмотря на то, что немного медленнее, значителен в исторической шкале и предполагает затраты $1 млрд. за запуск. При этом $4 млрд. в год по программе должны быть обеспечены значительными силами на Земле, которые заботятся о том, чтобы посеять семена своего потомства на Марсе.
Однако с расходами на запуск около $1 млрд., расходы на иммигранта были бы порядка $40 млн. Такая цена должна быть доступна для правительств (на время), но не для индивидов и не для частных групп. Если Марс будет выигрывать от динамичной энергии огромного количества иммигрантов, мотивированных поиском, как оставить след в новом мире, плата за транспортировку должна будет упасть гораздо ниже. Поэтому рассмотрим альтернативную модель, чтобы увидеть, как низко она может упасть.
Рассмотрим снова одноступенчатые транспортные средства на CH4/O2, используемые для доставки грузов с поверхности Земли на низкую околоземную орбиту. На каждый килограмм груза, доставленного на орбиту, требуется около 70 килограммов топлива. Смешанное топливо из CH4/O2 стоит около $0.20 за килограмм, поэтому топливные издержки на каждый килограмм, выведенный на орбиту, составят $14. Если мы затем примем общие издержки в 7 раз большие, чем издержки на топливо (считая грубо - удвоенный коэффициент соотношения издержек на топливо к общим в авиации), тогда издержки доставки на низкую околоземную орбиту (НОО) могут быть около $100/кг. Если мы предположим, что будет действующий периодически космический корабль между Землей и Марсом, у которого будет возможность рециклинга воды и кислорода с эффективностью 95%, тогда каждый пассажир (100 кг с личным имуществом) будет вынужден везти около 400 кг запасов для обеспечения себя пищей, водой и кислородом в течение длительного 200-дневного путешествия на Марс. Таким образом, 500 кг необходимо будет перевезти с приращением скорости около 4.3 км/с, чтобы переместить иммигрантов с НОО до периодического (с периодом 2 года) межпланетного космического корабля. Масса капсулы, используемой для перевозки иммигрантов с НОО на космический корабль и с космического корабля на поверхность Марса, может быть оптимистично рассчитана, как 500 кг на пассажира. Следовательно, 1000 кг необходимо доставить на орбиту межпланетника на каждого пассажира. Эти 1000 кг с начальным удельным импульсом 380 с для топливных систем на CH4/O2 на перевозящих капсулах превращаются в 3200 кг на НОО. При цене доставки на НОО $100/кг, и принимая во внимание, что периодически курсирующий космический корабль изнашивается после большого числа перелетов, затраты увеличиваются до $320 000 за пассажира на Марс.
Очевидно, есть много допущений в приведенных выше расчетах, которые могут измениться, что может как поднять, так и уменьшить расчетную стоимость билета значительно. Например, использование силы сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, чтобы достичь значительной части приращения скорости вывода с Земли на орбиту, может снизить издержки доставки на орбиту втрое. Использование электрического поля Земли для электрореактивного движения с НОО до 1-й точки Лагранжа, следующим шагом после пролета через перигей, используя химическую ступень с высокой тягой, позволяет достигать периодически курсирующего космического корабля с приращением скорости за счет химического топлива только 1.3 км/с, таким образом удваивая полезный груз и дополнительно снижая издержки. Если курсирующий космический корабль использует магнитные паруса вместо простого использования естественной баллистической орбиты, поддерживаемой гравитацией, то гиперболическая скорость отправки с Земли, необходимая для встречи с ним, может быть фактически нулевой. Это позволит сделать доставку с НОО на космический корабль полностью за счет электрического поля Земли, или, возможно, даже солнечных или магнитных парусов. Увеличение степени замкнутости поддерживающих жизнь систем на космическом корабле могло бы снизить требующее доставки количество предметов потребления на каждого пассажира, таким образом снижая затраты на пассажира еще больше. Так, в конечном счете, затраты на транспортировку с Земли на Марс могут предположительно упасть до другого порядка величин, до $30000 за пассажира или около того. Влияние на издержки каждой из этих инноваций по мере внедрения показано в Таблице 3.
Таблица 3. Возможное снижение издержек транспортной системы Земля - Марс
БазовыйУлучшенныйКоэффициент сниженияСтоимость проезда на Марс
Базовая миссия--1.0$320 000
С Земли на НООРакетыВоздушно-реактивный двигатель0.3$96 000
Замкнутость жизнеобеспечения95%99%0.7$67 000
Топливо для покидания НООCH4/O2Ядерное0.6$40 000
Движение космического корабляЕстественноеМагнитный парус0.7$28 000
Тем не менее, порядок величины $320 000 стоимости перелета, заявленной для ранних иммигрантов, - примерно стоимость дома класса выше среднего во многих пригородах Америки, или с другой стороны - примерно жизненные сбережения успешной семьи среднего класса - является интересным. Это не та сумма денег, которую кто-либо может потратить легко, но это сумма денег, которую большое количество людей сможет выделить, если они действительно захотят сделать это. Почему они захотели бы сделать это? Просто потому, что из-за маленького размера марсианского населения и больших транспортных издержек очевидно, что стоимость труда на Марсе будет гораздо выше, чем на Земле. Поэтому зарплаты на Марсе будут гораздо выше, чем на Земле. В то время, как $320 000 - 6-месячная зарплата инженера на Земле, вероятно, эта сумма будет представлять 1-2-месячную зарплату на Марсе. Эта разница зарплат - точный аналог разницы зарплат между Европой и Америкой в течение большей части последних 4 веков - сделает эмиграцию и желанной и достижимой для человека. С XVII по XIX века классической моделью поведения для европейской семьи было собрать ее ресурсы, чтобы позволить одному из ее членов эмигрировать в Америку. Этот эмигрант, в свою очередь, мог бы начать зарабатывать достаточно денег, чтобы отсылать остальной семье излишки. Сегодня такой метод переезда используют иммигранты из стран третьего мира, чьи зарплаты в родных странах искусственно занижаются текущими ценами на авиаперелеты. Так как необходимый доход, чтобы заплатить за путешествие, будет после того, как оно было совершено, может быть даже взят кредит для оплаты путешествия. Так делалось в прошлом, так будет делаться и в будущем.
Как сказано выше, нехватка рабочей силы, которая будет распространена на Марсе, будет вести марсианскую цивилизацию и к технологическим, и к общественным улучшениям. Если ты платишь пятикратную земную зарплату, то ты не собираешься растрачивать время своих рабочих на примитивный труд или заполнение анкет, и ты не будешь изыскивать, как исключить кого-либо, кто может исполнять очень нужную работу, из этой деятельности потому, что он (или она) испытывает проблему пройти какие-либо институциональные препятсвия, чтобы получить необходимые сертификаты. Короче говоря, марсианская цивилизация будет практичной, потому что она вынуждена будет быть такой, какой в XIX веке была американская цивилизация. Этот насильственный прагматизм даст ей громадное преимущество в конкуренции с менее стрессовым и потому более традиционным обществом, оставшимся позади на Земле. Необходимость - мать изобретений. Общество фронтира, основанное на техническом мастерстве и прагматизме и состоящее из людей, выбравших личностное развитие, поневоле будет очагом изобретений. Эти изобретения будут обслуживать не только нужды марсиан, но и землян тоже. Поэтому они будут приносить прибыль Марсу (путем лицензирования на Земле) и в то же время разорвут присущую Земле тенденцию избыточного труда, ведущую к застою. Этот процесс омоложения и непрямых экономических выгод через тройственную торговлю с участием минеральных ресурсов основного пояса астероидов, в конечном счете будет самой большой выгодой, которую колонизация Марса может предложить Земле. Будут существовать такие земные сообщества, которые будут иметь более сильные социальные, культурные, лингвистические и экономические связи с марсианами - и они выиграют больше.