Колонизация солнечной системы⁠⁠

Часть 3. Точки опоры

В этой части рассмотрим рациональный способ колонизации солнечной системы и логистику. Стоит отметить, что речь идёт не о разовой высадке, а про постоянно действующие полуавтономные базы, между которыми выполняются регулярные рейсы.

Подразумевается уровень технологий близкий к текущему, а это наличие аппаратов на ионных двигателях с ядерными энергетическими установками, полностью многоразовых космических кораблей, выводящих около 100 тонн на НОО и обратно.

На мой взгляд, способ освоения космоса может быть только один: создание опорных орбитальных станций, с их помощью осуществление стабильных перемещений с поверхности планет на низкую орбиту и далее между опорными станциями планет.

Очередность освоения банальна: опорные орбитальные станции на орбитах Земли и Луны - освоение Луны - орбитальная станция Марса - Марсианская база.

Чтобы человеку лететь дальше, нужен скачок технологий в части двигателей (обеспечивающий запас по скорости ближе к 100 км/с), без него постоянные пилотируемые полёты дальше пояса астероидов маловероятны - слишком большая длительность. Поэтому Каллисто и Титан - это уже очень далекая перспектива, а Церера на грани достижения аппаратами ближайшего будущего.

«Новый дивный Мир»
Первое что нужно для создания колоний - это опорные орбитальные станции.

Фотография станция «Мир»

В обозримом будущем неизбежно появление орбитальных станций, по сравнению с которыми «Мир» и МКС будут смотреться небольшими cubsat’ами.

Создание колонии, подразумевает перемещение большого количества грузов с поверхности Земли на поверхность другой планеты (спутника) и постоянное перемещение людей между ними.

Посадка и взлёт на поверхность могут быть выполнены только при помощи химических двигателей, при этом межпланетные перелеты или доставку грузов (где время не играет большого значения) выгоднее выполнять на ионных. Тут выявляется первая задача такой станции: необходимость пересадки пассажиров, накопление и загрузка контейнеров.

В целом, если речь идёт о массовых полетах, то экономически целесообразно делать разные корабли:
- для выполнения посадки на Землю (Марс) с возможность выдерживать высокие тепловые нагрузки при посадке;
- для выполнения посадок/взлёта на Луну, которые будут иметь в шесть раз меньше двигателей чем для взлёта с земли, небольшие топливные баки и без тепловой защиты;
- для выполнения пассажирских перевозок между станциями с радиационной защитой вместо тяжёлых элементов для посадки на поверхность, а также с минимальным количеством двигателей;
- для грузовых перевозок в виде медленного ионного ядерного буксира с возможностью установки множества стандартных контейнеров (хотя для космоса это скорее цилиндры).

Например, взлёт с Луны и выход на ее низкую орбиту, требует в 6 раз меньше тяги и в 7 раз меньше топлива. Соотвественно, при одинаковой выводимой массе полезной нагрузки Лунный аппарат можно сделать более чем в 6 раз дешевле.

Для перелётов между Землей и Луной не нужны мощные двигатели, которые обеспечивают взлёт с поверхности, а достаточно одного маломощного (но тут нужна оптимизация с точки зрения вероятности отказа). Топливные баки можно делать меньше примерно в 4 раза. Это все снижает массу, что позволит без особых потерь делать массивную радиационную защиту.

Туристический чартер будущего (не надо воспринимать всерьёз)

До тех пор, пока в колонии не начнёт функционировать производство компонентов топлива - необходимо осуществлять дозаправку ракет. Взлёт с земли не позволяет иметь на борту достаточного количества топлива для полетов даже к Луне (имеется ввиду применение и возвращение аппаратов многоразового использования). Таким образом, для любых полетов с НОО (если они не в один конец) потребуется наличие топлива на орбите. Например, чтобы заправить до полного «Starship» требуется выполнить 12 запусков и осуществить 11 стыковок с процедурой перелива топлива. Очевидно, удобнее и выгоднее выполнить заправку один раз, пристыковавшись к орбитальной станции. И быстрое обеспечение топливом - это второе основное предназначение орбитальных станций.

Появление кораблей, которые не рассчитаны на сход с орбиты (буксиры с ядерными энергоустановками), повлечёт за собой необходимость выполнения сборочных, ремонтных операций и технического обслуживания прямо в космосе. Учитывая, что вывод более 100 тонн с Земли достаточно тяжелая задача, поэтому, чтобы собрать грузовой корабль с реактором мегаватт на 30, его придётся выводить на орбиту по частям и уже на ней выполнять крупноузловую сборку. Это третья функция орбитальной станции.

Фактически на орбите Земли и любого другого «шара», где развивается колония, необходим грузовой и пассажирский порт. Соотвественно, появляется необходимость наличия постоянного рабочего персонала, для которого требуется создать комфортные условия. Тут уже неизбежно появление «центробежной» гравитации.

В итоге, на орбитах Луны, Марса (а затем и на других обозначенных планетах) получим что-то вроде МКС, с длинными фермами причалов, ядерным реактором, полями панелей радиаторов, шарообразными баками с топливом, надувными ангарами и вращающимся тором жилых модулей. По всему этому великолепию будут постоянно передвигаться «лифты» и люди в скафандрах.

Картинки, удовлетворяющей меня с инженерной точки зрения, не нашёл, поэтому прикреплю наиболее адекватную с просторов интернета.

Выгоднее иметь одну международную станцию. Чем больше - тем безопаснее при выходе из строя отдельного модуля. Чем чаще на неё летают - тем дешевле снабжение и ротация людей. Станция будет расти, пока не упрется в предел по площади панелей системы охлаждения и прочность конструкции, необходимой для выполнения коррекции орбиты.

Стоит отметить: для оптимизации запусков к Луне и Марсу наклонение орбиты станции должно быть около 25 градусов, что заставляет задуматься о роли России в этом прекрасном будущем.


Полёт с Земли на Луну будет выглядеть примерно так:
- добираешься до космопорта;
- садишься на ракету;
- взлетаешь и летишь к орбитальной станции;
- отдыхаешь с зале ожидания с видом на Землю пару часов;
- пересаживаешься на корабль с метан-кислородными двигателями до Луны;
- отлетаешь от Земной станции, летишь в космосе (по времени как трансокеанский перелёт) и выходишь на Лунной станции;
- там пересаживаешься на посадочный шаттл с водородо-кислородными двигателем, и долетаешь до Лунного космопорта;
- садишься на экспресс-луноход и едешь до нужной базы.

У нас некоторые на поезде до Чёрного моря дольше ездят.

Картинка из интернета.

Процесс доставки на Марс посылки будет примерно следующим:
- на марсианском алиэкспрессе делается заказ;
- заказ приходит в сортировочный центр космопорта;
- его вместе с другими заказами упаковывают в стандартный космический грузовой контейнер (например, цилиндр 8x12 м) и выводят к орбитальной станции;
- там автоматические манипуляторы под присмотром оператора разместят контейнер на буксире с ионными двигателями, добавит ещё штук 11 таких контейнеров (с запасными реакторами, разными консервами, компьютерной техникой, скафандрами и прочими вещами);
- далее этот космический контейнеровоз начинает свой полёт на Марс;
- на марсианской станции его разгружают и по одному контейнеру спускают с орбиты на посадочных модулях;
- далее груз сортируют и доставляют заказ уже в жилой модуль.


Про инфраструктуру колонии в следующем посте.