Моя концепция освоения Луны
На сегодня концепций освоения луны создано большое количество. Но те, что видел я страдают своей сумбурностью, т.е. в одну концепцию сваливается все: от средств связи до производства космических кораблей на Луне, причем одной страной. Ставлю себя на место инвестора и понимаю: никаких денег они не получат просто потому, что каждый этап оказывается фантастически дорог и очевидной отдачи не просматривается в перспективе десятилетий. В общем, предлагаю на суд общественности свое видение развития "лунных отношений".
Основной принцип в моей концепции - создание лунной инфраструктуры. Что такое инфраструктура. Это прежде всего набор средств и сооружений, позволяющий значительно снизить издержки дальнейшего развития определенной территории. На Земле это делается так. Строится, например, дорога в утрированном случае "в никуда". Через некоторое время "в никуда" едут "дачники" и строят домики. Через некоторое время дачникам проводят электричество. Еще через некоторое время возникают магазины, транспортные компании, дачи превращаются в жилые районы, возникают производства и пр. Конечно, это утрированный пример, но на сегодня развитие территорий начинается именно с создания инфраструктуры. Как, например, космодром Восточный. То же самое стоит сделать и при освоении Луны.
И именно такой подход дает наиболее адекватный ответ на вопрос скептиков: "а сколько стоит доставка лунного золота на Землю?".
[Spoiler (click to open)]Речь идет о том, чтоб создать такой комплекс, который бы позволял учреждению или фирме на Земле создать установку с учетом открытых интерфейсных спецификаций и получать уже готовые результаты ее работы, включая информационные, грузовые и даже пассажирские. Вся остальная работа должна автоматически выполняться с использованием предлагаемой инфраструктуры.
Весь комплекс лунной инфраструктуры я бы разделил на следующие части.
1. Информационная поддержка: связь, позиционирование, предупреждение о радиационной (от солнечных вспышек) и метеоритной опасности.
2. Коммуникации Земля-Луна, включая взлетно-посадочные системы в обоих концах.
3. Поддержка пребывания автоматов и/или людей на поверхности Луны.
Сейчас подробнее о каждом пункте.
Информационная поддержка
Из-за отсутствия ионосферы, на Луне возможна только связь в пределах прямой видимости. Поэтому даже для связи между двумя объектами на самой Луне чаще всего необходим спутник. Из-за наличия гор, спутников нужно несколько, поэтому имеет смысл объединить их функционал с системой позиционирования. Нет, разворачивать Глонасс-Л на первом же этапе смысла нет. Имеет смысл посадить на галоорбиту L1 не менее трех спутников, которые будут выполнять функции позиционирования и связи. В будущем, возможно Глонасс-Л окажется более разумным, но на первом этапе я бы даже отказался от работы с обратной стороной Луны.
Предупреждение о радиационной опасности то же самое, что и для Земли. От предупреждения метеоритной опасности на первых порах можно отказаться, риск не так уж велик.
Коммуникации Земля-Луна
Старт с Земли
В свое время создание гигантских самолетов и снижение стоимости перелетов предопределило появление рынка трансатлантических воздушных коммуникаций. Точно также, появление системы массовых запусков на орбиту, способно снизить цену и сделать запуски более массовыми.
С этим сейчас в России разброд. Основная часть космической промышленности сконцентрирована в европейской части страны, тогда как главный космодром строится на Дальнем Востоке. Это ограничивает применение "толстых" ракет из-за ограничения жд перевозок 4 метрами. Решать проблему можно двумя способами. Первый - это переносить производство носителей в Амурскую область, что дорого и долго. Не знаю на сколько реализуем другой вариант, но мне он кажется интересным. Ракеты можно доставлять баржами по системе каналов через Балтику или Черное море в Атлантический океан в район берегов Кубы, где производить пуск с морской платформы. В перспективе можно договориться с Кубой о постройке у них космодрома. Это, мне кажется, гораздо проще, чем доставлять ракеты во Вьетнам или Южную Корею, но гораздо ближе к экватору, чем Байконур и Восточный, а дальнейшее приближение к экватору не дает существенного экономического эффекта.
Но главная прелесть в другом. В том, что недалеко от платформы можно разместить плавучую АЭС (ПАЭС) с установленным на ней гидролизным и криогенным оборудованием, и заправлять ракеты на месте жидкими водородом и кислородом. В этом случае не потребуется перевозить на тысячи километров составы с керосином. Получение криогенного топлива в океане с избытком воды (для гидролиза и охлаждения) с помощью АЭС сделает стоимость заправки копеечной. Применение же частично одноразовых решений типа хруничевского Байкала способно еще более снизить стоимость пусков.
Межорбитальный перелет
Сейчас создается транспортно-энергетический комплекс с ядерной энергетической установкой мегаваттного класса. Доставка с помощью ТЭК грузов от Земли к Луне займет довольно продолжительное время, поэтому годится только для доставки грузов. В любом случае, использование такой техники позволит существенно снизить затраты на разворачивание лунной инфраструктуры. Однако, в среде специалистов уже говорят о создании следующим этапом буксиров с ядерной установкой мощностью 6 и даже 25 МВт электрической мощности. 25 мегаваттный транспорт уже вполне конкурирует с химическими ракетами по времени доставки на Луну грузов и пассажиров при огромной экономии топлива. С запуском таких буксиров Россия вполне способна начать полномасштабное освоение не только Луны, то и более далеких космических объектов.
Взлетно-посадочный комплекс на Луне
Многие концепции предполагают наличие лунной орбитальной станции. Я думаю, что до начала пилотируемых полетов смысла в ней нет.
Для обеспечения взлета и посадки на Луну, необходимо обустроить космодром. Для этого должна быть очищена от камней площадка и установлены радио-свето-маяки. После этого космодром способен принимать одноразовые посадочные (ПМ) и взлетно-посадочные модули (ВПМ).
Поскольку речь идет о значительном удешевлении перевозок по маршруту Земля-Луна и Луна-Земля, в перспективе необходимо строить многоразовые лунные взлетно-посадочные модули. Но экономический эффект от этого возникнет только после запуска производства топлива на Луне. На первом этапе без этого можно обойтись.
При этом одноразовые ПМ имеет смысл проектировать таким образом, чтобы затем их части использовать в дальнейшем на Луне. Например, топливные баки в дальнейшем могут использоваться для хранения криогенных газов и жидкостей, получаемых в процессе переработки грунта.
Поддержка на поверхности Луны
Минимум инфраструктуры поддержки - это несколько самоходных аппаратов, обеспечивающих разгрузку и погрузку, транспортировку грузов, грунтовые работы (бульдозер-экскаватор), а также манипулятор. Трех аппаратов на первом этапе должно быть достаточно. В случае выхода из строя какого-то из них, можно доставить с Земли замену. По мере развития базы, перечень аппаратов может расширяться в соответствии с возникающими задачами.
Самоходные аппараты должны питаться от солнечных батарей и аккумуляторов, заряжаемых от АЭС. Солнечные батареи позволят выполнять пуско-наладочные работы АЭС, а также позволят значительно удаляться от АЭС в солнечное время. В перспективе можно баловаться с электро-химическими источниками энергии или с беспроводной передачей энергии, но на первом этапе это лишь усложнит развертывание систем.
АЭС имеет смысл ставить с запасом (минимум 1 МВт), чтобы прибывающее после запуска лунной инфраструктуры оборудование сторонних организаций не создавало дефицита энергии. В перспективе реактора нужно два или даже три (еще два по 25 МВт) для обеспечения надежности в случае выхода из строя одного из них.
Также для поддержки будущих производств необходимо обустройство складов и криогенных хранилищ.
Поддержка пребывания человека на Луне - это по-сути то же самое оборудование, что и на МКС, а именно жизнеобеспечение, научное, ремонтное оборудование. В будущем также оранжереи, рекреационные центры и т.д.
Итого, постройку лунной инфраструктуры можно представить в виде следующих шагов.
1. Запуск ядерного буксира с электрической мощностью 1-6 МВт.
2. Запуск спутников связи и навигации на галоорбиту L1.
3. Обследование наиболее перспективных площадок для обустройства базы с помощью автоматических луноходов.
4. Доставка лунным утром (для работы солнечных батарей) на Луну 3 самоходных аппаратов и маяков, обустройство космодрома, подготовка места установки АЭС.
5. Доставка и монтаж АЭС 1 МВт с блоком управления и зарядки самоходных аппаратов, а также кабелем.
С этого момента автоматическая лунная база начинает функционировать в штатном режиме и способна принимать стороннюю нагрузку: добывающие и перерабатывающие модули, телескопы и пр. Т.е. начинается коммерческая отдача от инвестиций. В зависимости от грузоподъемности и количества исследовательских луноходов (п.3), этот этап потребует от 4 пусков тяжелых ракет. В сумме это гораздо дешевле постройки МКС.
Тем не менее, в таком виде база будет работать в основном на прием грузов, для работы на отправку нужно снижать стоимость запуска с Луны.
6. Доставка на Луну завода по производству ракетного топлива. Скорее всего кислорода и кремния, т.е. на базе гибридных двигателей. Доставка завода должна производиться с помощью многоразового взлетно-посадочного модуля, который тут же заступает на дежурство. Завод может работать на Луне на коммерческих началах или в кооперации с иностранными партнерами (Европой, США).
7. Еще один многоразовый ВПМ (страховочный) доставит несколько обслуживающих завод транспортировщиков для доставки сырья и готовой продукции к складам.
8. Для монтажа этого хозяйства, возможно, понадобится пилотируемый полет на Луну или ее орбиту.
С этого момента уже можно отправлять грузы с Луны на Землю, но возникает дефицит транспортных мощностей. Также возникает необходимость присутствия человека, а заодно дублирование систем, которое откладывалось на потом.
9. Запуск буксира на 25 МВт.
10. Запуск морского старта из Атлантики с ядерным производством криогенного топлива.
11. Доставка и монтаж на Луну жилых модулей.
12. Доставка и монтаж реактора 25 МВт, кабелей (блок управления и зарядки можно использовать старый).
13. Запуск спутников для обслуживания связи, навигации и метеоритной защиты на всей поверхности Луны.
и т.д.
Как видим, формально в таком подходе Россия создает только инфраструктуру, а остальные расходы перекладываются на коммерческие структуры и иностранных партнеров. Количество строительных запусков минимально, при этом количество коммерческих запусков (для доставки телескопов, научного оборудования, исследовательских, перерабатывающих автоматов и пр.) не ограничивается, что позволяет начать окупать проект с самых ранних этапов.
Основной принцип в моей концепции - создание лунной инфраструктуры. Что такое инфраструктура. Это прежде всего набор средств и сооружений, позволяющий значительно снизить издержки дальнейшего развития определенной территории. На Земле это делается так. Строится, например, дорога в утрированном случае "в никуда". Через некоторое время "в никуда" едут "дачники" и строят домики. Через некоторое время дачникам проводят электричество. Еще через некоторое время возникают магазины, транспортные компании, дачи превращаются в жилые районы, возникают производства и пр. Конечно, это утрированный пример, но на сегодня развитие территорий начинается именно с создания инфраструктуры. Как, например, космодром Восточный. То же самое стоит сделать и при освоении Луны.
И именно такой подход дает наиболее адекватный ответ на вопрос скептиков: "а сколько стоит доставка лунного золота на Землю?".
[Spoiler (click to open)]Речь идет о том, чтоб создать такой комплекс, который бы позволял учреждению или фирме на Земле создать установку с учетом открытых интерфейсных спецификаций и получать уже готовые результаты ее работы, включая информационные, грузовые и даже пассажирские. Вся остальная работа должна автоматически выполняться с использованием предлагаемой инфраструктуры.
Весь комплекс лунной инфраструктуры я бы разделил на следующие части.
1. Информационная поддержка: связь, позиционирование, предупреждение о радиационной (от солнечных вспышек) и метеоритной опасности.
2. Коммуникации Земля-Луна, включая взлетно-посадочные системы в обоих концах.
3. Поддержка пребывания автоматов и/или людей на поверхности Луны.
Сейчас подробнее о каждом пункте.
Информационная поддержка
Из-за отсутствия ионосферы, на Луне возможна только связь в пределах прямой видимости. Поэтому даже для связи между двумя объектами на самой Луне чаще всего необходим спутник. Из-за наличия гор, спутников нужно несколько, поэтому имеет смысл объединить их функционал с системой позиционирования. Нет, разворачивать Глонасс-Л на первом же этапе смысла нет. Имеет смысл посадить на галоорбиту L1 не менее трех спутников, которые будут выполнять функции позиционирования и связи. В будущем, возможно Глонасс-Л окажется более разумным, но на первом этапе я бы даже отказался от работы с обратной стороной Луны.
Предупреждение о радиационной опасности то же самое, что и для Земли. От предупреждения метеоритной опасности на первых порах можно отказаться, риск не так уж велик.
Коммуникации Земля-Луна
Старт с Земли
В свое время создание гигантских самолетов и снижение стоимости перелетов предопределило появление рынка трансатлантических воздушных коммуникаций. Точно также, появление системы массовых запусков на орбиту, способно снизить цену и сделать запуски более массовыми.
С этим сейчас в России разброд. Основная часть космической промышленности сконцентрирована в европейской части страны, тогда как главный космодром строится на Дальнем Востоке. Это ограничивает применение "толстых" ракет из-за ограничения жд перевозок 4 метрами. Решать проблему можно двумя способами. Первый - это переносить производство носителей в Амурскую область, что дорого и долго. Не знаю на сколько реализуем другой вариант, но мне он кажется интересным. Ракеты можно доставлять баржами по системе каналов через Балтику или Черное море в Атлантический океан в район берегов Кубы, где производить пуск с морской платформы. В перспективе можно договориться с Кубой о постройке у них космодрома. Это, мне кажется, гораздо проще, чем доставлять ракеты во Вьетнам или Южную Корею, но гораздо ближе к экватору, чем Байконур и Восточный, а дальнейшее приближение к экватору не дает существенного экономического эффекта.
Но главная прелесть в другом. В том, что недалеко от платформы можно разместить плавучую АЭС (ПАЭС) с установленным на ней гидролизным и криогенным оборудованием, и заправлять ракеты на месте жидкими водородом и кислородом. В этом случае не потребуется перевозить на тысячи километров составы с керосином. Получение криогенного топлива в океане с избытком воды (для гидролиза и охлаждения) с помощью АЭС сделает стоимость заправки копеечной. Применение же частично одноразовых решений типа хруничевского Байкала способно еще более снизить стоимость пусков.
Межорбитальный перелет
Сейчас создается транспортно-энергетический комплекс с ядерной энергетической установкой мегаваттного класса. Доставка с помощью ТЭК грузов от Земли к Луне займет довольно продолжительное время, поэтому годится только для доставки грузов. В любом случае, использование такой техники позволит существенно снизить затраты на разворачивание лунной инфраструктуры. Однако, в среде специалистов уже говорят о создании следующим этапом буксиров с ядерной установкой мощностью 6 и даже 25 МВт электрической мощности. 25 мегаваттный транспорт уже вполне конкурирует с химическими ракетами по времени доставки на Луну грузов и пассажиров при огромной экономии топлива. С запуском таких буксиров Россия вполне способна начать полномасштабное освоение не только Луны, то и более далеких космических объектов.
Взлетно-посадочный комплекс на Луне
Многие концепции предполагают наличие лунной орбитальной станции. Я думаю, что до начала пилотируемых полетов смысла в ней нет.
Для обеспечения взлета и посадки на Луну, необходимо обустроить космодром. Для этого должна быть очищена от камней площадка и установлены радио-свето-маяки. После этого космодром способен принимать одноразовые посадочные (ПМ) и взлетно-посадочные модули (ВПМ).
Поскольку речь идет о значительном удешевлении перевозок по маршруту Земля-Луна и Луна-Земля, в перспективе необходимо строить многоразовые лунные взлетно-посадочные модули. Но экономический эффект от этого возникнет только после запуска производства топлива на Луне. На первом этапе без этого можно обойтись.
При этом одноразовые ПМ имеет смысл проектировать таким образом, чтобы затем их части использовать в дальнейшем на Луне. Например, топливные баки в дальнейшем могут использоваться для хранения криогенных газов и жидкостей, получаемых в процессе переработки грунта.
Поддержка на поверхности Луны
Минимум инфраструктуры поддержки - это несколько самоходных аппаратов, обеспечивающих разгрузку и погрузку, транспортировку грузов, грунтовые работы (бульдозер-экскаватор), а также манипулятор. Трех аппаратов на первом этапе должно быть достаточно. В случае выхода из строя какого-то из них, можно доставить с Земли замену. По мере развития базы, перечень аппаратов может расширяться в соответствии с возникающими задачами.
Самоходные аппараты должны питаться от солнечных батарей и аккумуляторов, заряжаемых от АЭС. Солнечные батареи позволят выполнять пуско-наладочные работы АЭС, а также позволят значительно удаляться от АЭС в солнечное время. В перспективе можно баловаться с электро-химическими источниками энергии или с беспроводной передачей энергии, но на первом этапе это лишь усложнит развертывание систем.
АЭС имеет смысл ставить с запасом (минимум 1 МВт), чтобы прибывающее после запуска лунной инфраструктуры оборудование сторонних организаций не создавало дефицита энергии. В перспективе реактора нужно два или даже три (еще два по 25 МВт) для обеспечения надежности в случае выхода из строя одного из них.
Также для поддержки будущих производств необходимо обустройство складов и криогенных хранилищ.
Поддержка пребывания человека на Луне - это по-сути то же самое оборудование, что и на МКС, а именно жизнеобеспечение, научное, ремонтное оборудование. В будущем также оранжереи, рекреационные центры и т.д.
Итого, постройку лунной инфраструктуры можно представить в виде следующих шагов.
1. Запуск ядерного буксира с электрической мощностью 1-6 МВт.
2. Запуск спутников связи и навигации на галоорбиту L1.
3. Обследование наиболее перспективных площадок для обустройства базы с помощью автоматических луноходов.
4. Доставка лунным утром (для работы солнечных батарей) на Луну 3 самоходных аппаратов и маяков, обустройство космодрома, подготовка места установки АЭС.
5. Доставка и монтаж АЭС 1 МВт с блоком управления и зарядки самоходных аппаратов, а также кабелем.
С этого момента автоматическая лунная база начинает функционировать в штатном режиме и способна принимать стороннюю нагрузку: добывающие и перерабатывающие модули, телескопы и пр. Т.е. начинается коммерческая отдача от инвестиций. В зависимости от грузоподъемности и количества исследовательских луноходов (п.3), этот этап потребует от 4 пусков тяжелых ракет. В сумме это гораздо дешевле постройки МКС.
Тем не менее, в таком виде база будет работать в основном на прием грузов, для работы на отправку нужно снижать стоимость запуска с Луны.
6. Доставка на Луну завода по производству ракетного топлива. Скорее всего кислорода и кремния, т.е. на базе гибридных двигателей. Доставка завода должна производиться с помощью многоразового взлетно-посадочного модуля, который тут же заступает на дежурство. Завод может работать на Луне на коммерческих началах или в кооперации с иностранными партнерами (Европой, США).
7. Еще один многоразовый ВПМ (страховочный) доставит несколько обслуживающих завод транспортировщиков для доставки сырья и готовой продукции к складам.
8. Для монтажа этого хозяйства, возможно, понадобится пилотируемый полет на Луну или ее орбиту.
С этого момента уже можно отправлять грузы с Луны на Землю, но возникает дефицит транспортных мощностей. Также возникает необходимость присутствия человека, а заодно дублирование систем, которое откладывалось на потом.
9. Запуск буксира на 25 МВт.
10. Запуск морского старта из Атлантики с ядерным производством криогенного топлива.
11. Доставка и монтаж на Луну жилых модулей.
12. Доставка и монтаж реактора 25 МВт, кабелей (блок управления и зарядки можно использовать старый).
13. Запуск спутников для обслуживания связи, навигации и метеоритной защиты на всей поверхности Луны.
и т.д.
Как видим, формально в таком подходе Россия создает только инфраструктуру, а остальные расходы перекладываются на коммерческие структуры и иностранных партнеров. Количество строительных запусков минимально, при этом количество коммерческих запусков (для доставки телескопов, научного оборудования, исследовательских, перерабатывающих автоматов и пр.) не ограничивается, что позволяет начать окупать проект с самых ранних этапов.