Очерки межпланетной экономики

Развитие орбитальной промышленности и появление первых изделий, изготовленных в космосе из внеземного сырья, породит весьма любопытную проблему, что законы земной экономики не будут распространяться на эту сферу. Невозможно будет точно сказать, сколько будет стоить килограмм сплава, сделанного из лунного сырья с использованием энергии Солнца на автоматическом орбитальном заводе, причем сплав не спускается на Землю. Орбитальное производство будет настолько резко отличаться от земного по своим производственным факторам, что появится серьезнейшая проблема проведения сопоставления.

Обычно себестоимость в земной промышленности складывается из стоимости оборудования и его обслуживания, стоимости рабочей силы и стоимости энергии и сырья. Но в орбитальной промышленности, в описанной ситуации, выпадает стоимость энергии, сырья и рабочей силы. Остается единственной себестоимостью только стоимость создания и вывода в космос орбитального завода. Иными словами, создается ситуация «падающей себестоимости», когда по мере роста накопленного объема произведенных изделий, себестоимость каждого изделия будет все меньше и меньше. Теоретически она не станет равна нулю, но может стать ничтожно малой.

Если рассматривать весьма отдаленное будущее, и ситуацию, когда все части и узлы космической техники будут производиться на орбитальных заводах из внеземного сырья, а все орбитальные станции и заводы, сделанные и запущенные с Земли, будут сведены с орбиты, то можно будет считать, что с исчезновением последнего космического аппарата в орбитальной промышленности, сделанного на Земле, денежная стоимость всей космической техники обнулится.

Конечно, это не значит, что в орбитальной промышленности не будет средства сравнения технологических процессов и изделий между собой. Но можно предположить, что основной мерой будет расход энергии.

Долгосрочные перспективы

Для того, чтобы заглянуть в дальнейшие перспективы освоения космоса, которые уже были затронуты в предыдущей части статьи, нужно отрешиться от технических деталей, которые в настоящий момент предвидеть весьма трудно.

После того, когда производство определенного списка материалов на орбитальных заводах, а также сборка космических аппаратов, кораблей и станций будет прочно освоена, возможно дальнейшее развитие дела сразу в нескольких направлениях.

Сначала введем классификацию возможных космических аппаратов. Они могут быть орбитальными и планетными (в том числе и на поверхности астероидов), обитаемые и необитаемые. По назначению, вероятно, все станции будут многоцелевыми. Наиболее интересные – это орбитальные необитаемые станции. В силу того, что в них не требуется создавать искусственную атмосферу, поддерживать атмосферное давление и иметь большой комплекс жизнеобеспечения, эти станции могут быть огромными по размерам и иметь очень большую полезную нагрузку. Они могут обращаться как вокруг планет (например, вокруг Земли, Луны, Венеры, Марса), так и вокруг Солнца. По своему назначению они будут представлять собой разного рода автоматические, полностью роботизированные комплексы.

Часть из этих комплексов может быть накопителями сырья, добываемого на Луне и на астероидах (что более эффективно за счет низкой гравитации или ее полного отсутствия). Часть из этих комплексов, обращающаяся вокруг Солнца в районе орбиты Меркурия, может быть комплексами по выплавке металлов и производству с затратами большого количества энергии других материалов. Часть из них может быть орбитальными цехами по сборке космической техники, пристыкованными к обитаемым орбитальным станциям.

Иными словами, в пределах орбиты Земли или орбит пояса астероидов может быть создан комплекс из нескольких крупных орбитальных станций, которые занимаются производством и сборкой различной космической техники, необходимой для более далеких полетов к другим планетам Солнечной системы или отправки автоматических станций в межзвездное пространство. Такие комплексы резко расширят возможности изучения Вселенной и позволят создавать, к примеру, огромные орбитальные телескопы или создавать и посылать к планетам и астероидам серии АМС, состоящие из десятков и сотен аппаратов.

Вероятно, на основе такой системы орбитальных станций, будет возможно создание больших космических кораблей со двигателями огромной мощности, которые смогут обеспечить полет обитаемого корабля в пределах Солнечной системы или даже за ее пределами. Создание такого межпланетного корабля на Земле и запуск его с земного космодрома, видимо, невозможно.

«Жить в эту пору прекрасную, уже не придется ни мне, ни тебе» – скорее всего, создав предпосылки и заделы, мы не увидим действующих орбитальных заводов. Но нельзя исключать, что стремление реализовать такие проекты может породить космический рывок, сопоставимый с рывком 1960-1970х годов. Рывок, который может сделать первый орбитальный завод реальностью уже к середине ХХI века.

Примечание

Эту идею строительства крупных космических кораблей на орбитальных базах я вспоследствии несколько развил и скорректировал в сторону большей технической доступности при современном уровне развития космонавтики. По моему мнению, мы уже в ближайшем будущем сможет построить такой корабль на орбите, если забросим его части, блоки, модули, а также топливо и окислитель на орбиту серией запусков, а потом соберем и снарядим корабль на орбите.

Пока у нас не появилось настоящей промышленной базы в космосе, позволяющей построить и снарядить корабль, используя сырье и материалы, полностью производимые в космосе, этот способ будет основным в освоении дальнего космоса, да и потом будет играть важную вспомогательную роль.

Космос и роботы

10 мая 2012 года

Прочитал тут книгу К.П. Феоктистова "Космическая техника. Перспективы развития". Книга очень серьезная, на отличном научном уровне, множество формул, расчеты и обоснования рассматриваемых вариантов. Практически нет "воды" и пустых рассуждений. Это неудивительно, Феоктистов – один из крупнейших в России специалистов в области космонавтики.

Он рассматривает перспективы ракет-носителей, пилотируемых и грузовых кораблей, спутников, орбитальных баз, орбитальных электростанций, базы на Луне и марсианской экспедиции. Все, как уже говорилось, с расчетами и обоснованиями. Конечно, такой подход имел и свои недостатки – далеко в будущее Феоктистов не заглядывает, и говорит только о том, что в принципе достижимо сейчас или в обозримом будущем. Серьезного философского и мировоззренческого обоснования космической деятельности у него также не дается.

Но ценность работы все равно очень велика, поскольку она обрисовывает передний край космонавтики, ее ближайшие технические возможности. И она вполне доказывает, что дальнейшее развитие космонавтики невозможно без серьезных изменений в земном хозяйстве.

Например, проект орбитальной солнечной электростанции. Идея не новая, выдвинута еще в конце 1960-х годов, но Феоктистов ее довольно тщательно обсчитал. В принципе, получается вполне по деньгам, и с довольно невысокой стоимостью электроэнергии в пределах 2,8 цента за квтч (в ценах 1996 года). Правда, расчет стоимости Феоктистова включает в себя теоретически максимальное число часов работы оборудования в году, чего почти нигде не наблюдается, так что реально цена будет примерно вдвое дороже – 5,6 цента за квтч.

Орбитальная электростанция мощностью в 10 млн кВт, представляет собой огромную ажурную конструкцию, с площадью плоской части в 100 кв. км., с толщиной в 600 метров, собранную из трубок диаметром всего 20 мм, на которую натянута пленочная солнечная батарея. Вес такой конструкции около 800 тонн.

Вся проблема в том, что реализация такого проекта технически не реализуема. Феоктистов пишет об этом с подкупающей откровенностью: "При создании СОЭС мы сталкиваемся еще с одной проблемой, без решения которой создание СОЭС как системы невозможно. Объем работ по строительству системы СОЭС в открытом пространстве на орбите так велик, а человек в скафандре в условиях невесомости столь беспомощен, что о строительстве СОЭС на орбите без роботов говорить бессмысленно… Создание космических роботов – одна из наиболее актуальных задач космической техники".

По существу, эта фраза – центральное место всей его книги. Только Феоктистов, почему-то эту мысль не развернул и не заострил, хотя книгу написал на основе лекций в МГТУ им. Баумана. Вот и надо ему было обратиться к студентам: "Нету у нас космических роботов, черт возьми!".

Добавим, что отсутствие космических роботов не позволяет нам сколько-нибудь существенно выдвинуться за пределы возможностей космонавтики, достигнутых в 1980-х годах. Все сколько-нибудь масштабные проекты в космосе, будь то создание базы на Луне, будь то орбитальные заводы, будь то полеты к Марсу, Юпитеру, Сатурну или еще куда, в той или иной степени предусматривают сборку на околоземной орбите каких-то конструкций. Это же очевидно, грузоподъемность ракет сильно ограничена, вот и вынуждает делить любую конструкцию на части. Скажем, марсианский корабль, вес которого по расчетам Феоктистова, должен составлять около 330 тонн, также должен быть собран на орбите. Без роботов это сделать нелегко или даже невозможно.

Спорить не будем, может быть на марсианский корабль и хватит возможностей ручной сборки на базе МКС. Но все остальное требует роботов и в большом числе. Пилотируемые полеты сильно ограничены огромной массой системы жизнеобеспечения экипажа, его радиационной защиты (об этом Феоктистов пишет самым подробным образом), а следовательно и огромной массой топлива. Роботы в этом отношении выглядят куда более предпочтительно: им не нужен кислород, не нужна вода, требуется только электроэнергия и отведение тепла. Роботы могут в известной степени сами себе добывать топливо для полетов или других нужд, перерабатывая вещество других небесных тел.

Потому, на мой взгляд, проблема автоматизации на земле и автоматизация в космосе, теснейшим образом взаимосвязаны между собой. Настолько, что одно без другого неосуществимо.

Развитие космонавтики, особенно в сторону хозяйственного назначения – орбитальных заводов, баз, сборки аппаратов и кораблей в космосе, потребует резкого увеличения мощностей по производству ракет-носителей. Скажем, для постройки в космосе 100 ОСЭС мощностью по 10 млн. кВт каждая, по подсчетам Феоктистова, требуется производство 2080 ракет-носителей. Сейчас в год с Байконура делается 40-45 запусков. При такой мощности система ОСЭС будет построена за 52 года. Потому нужны новые космодромы, и нужно научиться "делать ракеты, как сосиски", как некогда грозился один генсек-кукурузник.

Потом, создать роботов для космоса вряд ли возможно без предварительного опыта создания земных роботов соответствующей сложности и производительности. Тут требуется наработка совершенно нового опыта. Пока что, конструкторская мысль не выходит за пределы "механической руки" в той или иной ее разновидности. Для космоса этого слишком мало.

Для постройки той же ОСЭС требуется орбитальный завод. Возить трубки и крепеж на орбиту – нерационально. Нужно забросить туда слиток металла, и на орбитальном заводе его расплавить и экструзией вытянуть из него трубку или какой-то другой профиль, нарезать по размеру, изготовить крепежные детали, а потом все это собрать в конструкцию. Все это должно делаться полностью в автоматическом режиме и "механической рукой" сделано быть не может. Нужны другие идеи и другие конструкции. Кстати, а зачем крепеж и фитинги? Вот ведь инерция мышления у Феоктистова! Элементы конструкции можно скрепить сваркой, как горячей (лучевой или электрической), так и холодной (в вакууме металлические поверхности могут прилипать друг к другу).

Таким же образом может быть создана антенна мощного радиотелескопа для прослушивания космоса. По подсчетам Феоктистова, чтобы нам услышать возможные внеземные цивилизации, требуется строительство антенн в сотни километров диаметром. Такой масштаб достижим только в космосе.

Все хозяйственные проекты в космосе без роботов принципиально неосуществимы. С роботами, открывается простор для хозяйственного использования космоса. Например, строительство орбитальных солнечных электростанций, не только на околоземной орбите, но и на орбитах других планет или на околосолнечной орбите. Оборудованные системами накопления энергии, они могут стать энергетическими узлами как для земных, так и для космических нужд.

Строительство и сборка космических кораблей и аппаратов на орбите, добыча и переработка полезных ископаемых на других небесных телах, отправка комплексных исследовательских аппаратов на дальние планеты и их спутники – и так далее, и тому подобное. Скажем, строительство исследовательских аппаратов на дальних планетах может осуществляться путем заброски туда минимального комплекта роботов и сложных приборов, тогда как остальной материал для корпусов и частей, топливо – может быть добыто на месте.

Но для этого предварительно нужно создать автоматизированное хозяйство на Земле, поглубже изучить принципы полной автоматизации техпроцессов, накопить опыт, набить шишек, отработать технологии. После этого можно отправляться на хозяйственное завоевание глубин космоса.

Идея космической дозаправки

19 июля 2017 года

Kerbal Space

Очень хороший симулятор космических полетов. Мир там довольно условный, хотя и по образу и подобию Солнечной системы (например, у Кербала – аналога Земли, два спутника, меньше толщина атмосферы), но вся физика полетов и работы ракет построена по реальному образцу.

Полетав в нем, и, конечно, побив ракет и аппаратов, я пришел к мысли, что наша современная космонавтика зашла в тупик и дальше околоземной орбиты всерьез не двинется. Почему это так?

Потому что, весь вопрос в топливе. Улететь можно куда угодно, было бы топливо. Даже мощность двигателей играет второстепенную роль, и имеет определяющее значение только на взлете, когда нужно выйти на орбиту. В самом космосе можно маневровать на значительно более слабых двигателях. В маневрах в космосе мощность движка больше вопрос удобства, мощный двигатель быстрее набирает ускорение, необходимое для перехода на другую орбиту. Но если при этом не хватило топлива, то все – аппарат или горит в атмосфере, или просто бесполезно болтается в космосе.

Потому я довольно быстро перешел к конструированию кораблей с дозаправкой. Однажды мне даже удалось скорректировать вывод тяжелого аппарата на солнечную орбиту: ему не хватало топлива для разгона, я остановил его на вытянутой орбите, его догнал корабль-заправщик, залил топливом, и маневр был выполнен.

Отсюда вышла простая мысль. Во-первых, мы еще десятилетиями будем летать на разных "керосинках". Во-вторых, развитие этих "керосинок", очевидно, дошло до некоего технического оптимума, гарантированно дающего заброс 20 тонн на НОО. В-третьих, если забросить на разные орбиты емкости с топливом и окислителем, то дальние полеты будут возможны для тяжелых аппаратов и даже пилотируемых кораблей.

Иными словами, ключ к покорению просторов Солнечной системы лежит в том, чтобы запустить на орбиту станцию-топливозаправщик. Вместо "Мира" или МКС, по сути дела, орбитального общежития, должен летать космический танкер. К нему пристыковываются корабли, заливаются топливом перед полетом. Запасы регулярно обновляются запусками с Земли.

А теперь крайне интересный вопрос. Как можно было за 50 лет космических полетов, всем скопом ученых, конструкторов, инженеров, космонавтов, удостоенных длиннейших титулов и увешанных наградами, как можно было не прийти к столь простой мысли? Станцию-топливозаправщик можно было запустить и в 70-е, и 80-е годы, ничего особо технически сложного в нем не было, нужно было только разработать стыковочный узел с оборудованием для перекачки топлива и окислителя. И тогда можно было лететь и к Луне, и к Марсу, или даже еще куда подальше. К этой мысли не пришли, и даже не разрабатывают (есть только проекты дозаправки спутников на ГСО, и то на стадии стартапа).

Великие основатели прорубили окно в космос. А нынешние "руководители" ничего не сделали, чтобы этот прорыв расширить. Они лишь просто использовали и проедали наследство великих основателей, превратив великий проект в коммерческую лавочку, завалившую орбиты мусором.

Примечание

Хотя я больше всего интересовался именно орбитальным топливозаправщиком в классическом смысле, то есть танкером с ракетным топливом и окислителем, но эту идею можно развить и дальше, предложив заправочный орбитальный комплекс, в котором будет не только ракетное топливо, не только керосин или гидразин, но и, скажем, метан, а также кислород, в качестве окислителя, воздух в качестве атмосферы, и вода. Вода, как будет показано ниже, может быть рабочим телом для полетов в космосе.

Откуда прибыль? В контексте экономики космоса

13 января 2013 года

В ходе обсуждения различных проблем марксизма, вполне сложилось понимание, что прибыль – это величайшее надувательство. Это новое слово в марксизме, поскольку сам Маркс так вопрос не ставил, и это следствие как раз советского социалистического опыта и технического понимания хозяйства. В рамках технического подхода, совершенно очевидно, что КПД производства не может быть выше 1. Из заготовки (принятой за 100%) никаким образом нельзя сделать даже 100,1% продукта, поскольку, как бы вы не обрабатывали заготовку, все равно часть материала пойдет в отходы: на обрезке, на раскрое, на обточке, на термообработке. Подведенная энергия также расходуется неполностью, и около 15% энергии теряется на сопротивлении проводников, на выделении тепла и т.д.