Предположим, у нас есть существующая база на Луне, обслуживающая туристов и научную деятельность. Что ещё можно делать на этой станции, как развивать её дальше?
Недавно вышло интересное интервью одного из руководителей Роскосмоса про ядерный космический буксир Зевс. Напомню вкратце, что это за программа: имеется в виду создать космический аппарат, на борту у него будет ядерный реактор, и фактически электростанция. Вырабатываемая мощность от 500 кВт до 1 МВт. Эта энергия может как питать электрореактивные двигатели, так и полезную нагрузку. Например, можно сделать мощный радар, который позволит изучить не только внешний рельеф Луны, но и ее недра на какую-то глубину, до первых километров (по аналогии с Антарктическими льдами). Ну и другие полезные применения этой мощности можно предположить. Например, мощный передатчик для связи с Землей на больших расстояниях. Электрореактивные двигатели хороши тем, что выбрасывают рабочее тело, обычно инертный газ, с большой скоростью, получается, что достигается большой импульс при малой расходуемой массе рабочего тела.
Однако такой аппарат годится только для полета в открытом космосе, так как он не имеет большой тяги и стартовать прямо с Земли не может. То есть это хорошая вещь для перелетов на большие расстояния, изучения дальнего космоса и так далее.
Ссылка на интервью https://www.roscosmos.ru/34661/
К самому Зевсу и зачем он нужен мы ещё как-нибудь вернемся, а пока обратим внимание на один фрагмент интервью
— Почему космическая техника так долго делается и дорого стоит?
— Наши разработчики — инженеры, испытатели, рабочие, технологи — все понимают цену ошибки, у них попросту нет права на нее. Ошибка означает неработающий космический аппарат на орбите. К сожалению, пока у человечества нет технологий полноценного ремонта на орбите, поэтому цена ошибки так высока. ... на каждом этапе работ всё многократно проверяется, каждая составная часть космического аппарата проходит сначала автономные испытания, имитирующие весь ее жизненный цикл, от выезда за ворота цеха до завершения полета в космосе, потом комплексные испытания в составе более крупной системы или агрегата и так далее, до испытаний на Земле целиком собранного космического аппарата. Можно сказать, что время и деньги в космической технике — плата за высочайшую надежность.
Действительно, спутники очень дорого стоят. Казалось бы, чему там стоить - ну корпус, детали прикручены. Спутники сейчас делают негерметичные, то есть детали прямо в вакууме. Антенна. Всему этому делу цена ну несколько десятков тыщ уе. Ну ладно, миллион. Как машина примерно. Но вот пишут, что он стоит примерно 200 - 800 млн уе с выводом. Из них примерно 70 млн уе носитель. То есть это цена за тщательно подбираемые компоненты, проверки, испытания и так далее, чтобы всё точно, с гарантией заработало на орбите.
И вот представьте, что такой дорогой аппарат сломался из-за какой-нибудь ерунды. Или наоборот, он работает прекрасно, но топливо уже кончилось. Или вышел срок работы какой-то детали, её заменить - и он еще 10 лет проработает. Но спутник там, а мы здесь. Никак до него не достанешь. Нет полноценного ремонта на орбите.
А почему бы и не сделать такой ремонт? Вот создатели сервисных спутников, про которые я уже раньше писал, говорят, что клиенты становятся к ним в очередь. Эти сервисные спутники пристыковываются к геостационарным аппаратам, у которых кончилось топливо, и берут на себя управление их полетом. Но можно же просто, например, заправить их топливом, и он будет летать дальше. Ну или поменять двигатель, если надо.
И вот возникает идея: а что, если сделать для геостационарных спутников ремонтную базу на Луне? Снять его с орбиты с помощью того же буксира, перетащить на орбиту Луны, и там два варианта: или к нему слетать с Луны бригаде ремонтников, или сам спутник опустить на поверхность Луны, на базу, и там не спеша, в ангаре, починить его, проверить, заправить и запустить обратно на орбиту Луны, а там буксир его оттащит на геостационарную ну или высокоэллиптическую орбиту, которые стали опять модны. Второй вариант (на Луне), наверное, лучше. Почему? Лучше условия для персонала, и мы исходим из того, что база на Луне уже есть.
Работа буксира не то что бесплатна, но не требует больших расходных материалов. В конце концов, для обслуживания его можно перевести на сравнительно низкую околоземную орбиту и заправить надолго и расходным рабочим телом, которое будет отбрасываться назад и обеспечивать реактивную тягу, и ядерным топливом. А вот запуск на орбиту Луны надо как-то обеспечить. Если для него доставлять топливо с Земли, то вся затея не оправдается. Неплохо бы делать топливо для лунных ракет там же, на Луне.
Есть хороший вариант: из лунного грунта добываем алюминий и кислород. Это обыкновенный процесс добычи алюминия, методом электролиза. Нужна электроэнергия и ничего больше. Добавляем в алюминиевую пудру немного воды. И вот у нас есть окислитель (кислород) и топливо. Вообще говоря, просто с водой у алюминия уже идет реакция, люди даже диссертации пишут на эту тему, как сделать двигатель на такой реакции. https://perviydoc.ru/v44020/бербек_а.м._теоретическое_обоснование_создания_ракетного_двигателя_на_порошкообразном_металлическом_горючем_и_воде_в_качестве?page=2
Реакция 2Al+3H2O = Al2O3 + 3H2.
Воду можно в начальной стадии развития базы на Луне использовать, тем более что для вывода на низкую окололунную орбиту энергия нужна сравнительно небольшая. Я прикинул, что если для разгона и выхода на орбиту Земли до скорости 7,9 км/с нужно 62 млн дж/кг полезной нагрузки, то для вывода на лунную орбиту со скоростью 1,7 км/с нужно 2,8 млн дж/кг. То есть получается, энергия на килограмм вывода полезной нагрузки на орбиту Луны и Земли отличается в 22 раза. То есть, грубо говоря, если на НОО Протон массой 705 тонн выводит 23,7 тонны нагрузки, то на окололунную низкую орбиту он выведет 526 тонн, то есть отношение массы носителя к нагрузке 0,75. Конечно, для топлива из алюминия и воды, может плюс кислород, эффективность наверняка будет поменьше, но порядок понятен. Допустим, на 1 кг массы на лунной орбите 2 или 3 кг топлива. Да это вообще даром) А там спутник будет подхвачен буксиром, и буксир утащит его на нужную орбиту.
Вода на Луне есть, об этом мы говорили. Тонну-другую можно на это дело пустить.
Кислородом, кстати, можно дышать) Можно заправить им буксир как рабочим телом.
Теперь про создание спутников. Если будет работать ремонтная база, то следующим логичным шагом будет начать делать какие-то детали для них на месте, на Луне. Ну например, те же солнечные панели, тем более что они пригодятся и для нужд самой лунной базы. Со временем панели деградируют, то есть при ремонте спутника неплохо бы их заменить. Кремний опять же в лунных породах есть в изобилии.
И даже может оказаться оправданной отверточная сборка спутников из доставленных спутникокомплектов. Почему? Их можно делать без сверхзавышенных требований к надежности, которые собственно и удорожают космическую технику, как мы читали. Обыкновенные автомобильные стандарты подойдут, ну может, с небольшой коррекцией. Ну хорошо, с большой) но всё равно, не нужно будет закладываться на 100% срабатывание спутника после болезненной процедуры выведения в космос с Земли. Спутник проверят сразу в вакууме, со сразу раскрытыми панелями солнечных батарей и антеннами. Их можно делать почти любого размера. Механизм раскрытия вообще не нужен. Он нужен для того, чтобы можно было спрятать спутник со сложенными антеннами и панелями солнечных батарей под обтекатель, который имеет диаметр ракеты, ну или чуть больше. Обтекатель сам по себе дорогой, помните, Маск даже хотел ловить обтекатели с помощью специального судна с сетью, а обтекатель спускался на парашюте. Но потом бросил эту затею. А тут он вообще не нужен. И размеры спутника в общем не ограничены, можно его проектировать совсем по-другому, не жаться в ограниченный объем.
То есть собрали такой спутник из сравнительно недорогих деталей, проверили, если что не так - заменили тут же деталь, нежно отправили на окололунную орбиту, там буксир, опять же прямо в растопыренном виде с раскрытыми антеннами переместили спутник на рабочую орбиту и вуаля. Всё это гораздо дешевле сборки и запуска спутника со 100% гарантией того, что он заработает, с Земли.
Следующий шаг - постепенный перенос производства всё большего числа компонентов на Луну, и наконец полный перенос спутниковой индустрии туда.
Тут еще один интересный момент. Маск и другие деятели придумали запускать спутники не по одному или по десятку, а по тысячам и десяткам тысяч. Ну, может, десятка тысяч у него запустить не получится по разным причинам, но первые тысячи он уже запустил. Это не считая мусора на орбите, который тоже копится. Есть какие-то робкие попытки начать бороться с этим мусором, но я боюсь, что сначала космос основательно загадят, а уже потом начнут думать, что с этим делать.
Тогда на низкую орбиту будет просто трудно пробиться) все места, то есть доступные орбиты, будут заняты. И опять настанет ренессанс высокоорбитальных мощных спутников, тем более они и сейчас не сдают своих позиций. Их лимитирует как раз высокая стоимость. А с Луны всегда будет доступ к высоким орбитам, то есть тут намечается просто стратегическая необходимость осваивать изготовление и запуск спутников прямо на Луне.
Но что мешает делать это всё роботам, почему нужен именно человек в космосе? Это мы разберем в следующий раз.