В ожидании золотой лихорадки: почему человечество стремится в космос

18:17 14/03/2018
👁 114

астероид завод

Без настоящего, но, скорее всего, кратковременного безумия, которое вольет огромные финансовые ресурсы, предпринимательскую энергию и инженерные таланты, сделать человечество космической расой не получится.

Споры о легальности будущего освоения внеземных ресурсов перешли в активную фазу после возражений со стороны России на принятые в США и Люксембурге законы, регулирующие добычу минералов на астероидах и других небесных телах. Этот спор примечателен не тем, что собственно эти законы не содержат ничего противоречащего основополагающему международному соглашению о космосе — Outer Space Treaty, а тем, что это ознаменует начало новой эры — освоения ресурсов за пределами Земли.

Вся история человечества — это история борьбы с пространством и временем. Осваивая новые горизонты, продвигаясь дальше, ведомый стремлением к лучшей жизни, стремлением к наживе, любопытством, страхом, человек находил все более быстрые, легкие, дешевые и безопасные способы покорять пространства. Когда в начале 19 века Томас Джефферсон купил Луизиану у Наполеона, фактически увеличив территорию США того времени в два раза, он считал, что потребуются тысячи лет, чтобы освоить эти безграничные пространства в центре континента.

Но через несколько десятков лет открытие золота в Калифорнии и последовавшая золотая лихорадка привела в движение огромные массы людей, создала стимулы для капитала, затребовала новые технологии, и вслед за бесчисленными повозками переселенцев, протянулись нитки железных дорог, возникли города и поселения, и то, на что Джефферсон отводил сотни лет, случилось за одну человеческую жизнь.

В ожидании бума

Planetary Resources  астероид

Последние годы вся космическая индустрия живет в ожидании и поиске того, что будет золотой лихорадкой в космосе. Можно много говорить о важности космоса для человечества, как это помогает решить проблемы на Земле: космическая съемка, погода, телевидение, связь. Но без настоящей «космической лихорадки», без того, скорее всего, кратковременного безумия, которое вольет огромные финансовые ресурсы, предпринимательскую энергию и инженерные таланты, сделать человечество космической расой не получится.

Сейчас вся космическая экономика, включая ракеты, связь, съемку, спутники, пилотируемые полеты, не превышает $100 млрд, что составляет меньше 0,1% от мировой экономики.

Для сравнения: во времена пузыря доткомов в конце 90-х совокупная капитализация компания этого сектора составляла больше 5% от мирового ВВП. А влияние золотой лихорадки в 1850-х годах в Калифорнии было настолько значительным, что изменило всю экономику США, по сути создав новый экономический центр на Западном побережье.

В течении двадцати месяцев после открытия Саттером золота в Калифорнии 100 000 человек переехали на территории, где на тот момент проживало не больше 7000 людей неиндейского происхождения!

Текущий размер космической экономики явно не достаточен для того, чтобы вызвать по-настоящему тектонические сдвиги в мировой экономике. Какие у нас есть кандидаты на это место в XXI веке? Мы все являемся свидетелями разворачивания мега-группировок низкоорбитальных спутников для телекоммуникационных нужд.

Компания OneWeb, поддерживаемая самым богатым японцем — основателем Softbank Масаеси Сон, планирует вывести почти 1000 спутников на орбиту для обеспечения интернетом всей Земли. Интересно, что OneWeb фактически стал крупнейшим покупателем российских ракет-носителей на ближайшие несколько лет.

SpaceX с финансовой поддержкой Google планирует развернуть более 4000 спутников на околоземной орбите для скоростного интернета и недавно запустила прототипы аппаратов. Канадский Helios Wire запускает первые спутники для интернета вещей и планирует развернуть первый этап группировки уже в 2019-2020 годах.

Но достаточно ли этого рынка, чтобы создать настоящую «золотую лихорадку»? Размер мирового рынка телекоммуникаций составляет внушительные $1,5 трлн (или почти 1,5% от мировой экономики). В случае совпадения ряда факторов — резкого роста потребления мультимедийного контента пассажирами беспилотных автомобилей, быстрого роста сегмента интернета вещей — спутниковые телекоммуникационные сервисы могут вырасти в среднесрочной перспективе до $1 трлн и более. Тогда есть основания предполагать, что этот сегмент может быть драйвером роста космической экономики. Это конечно не 5% как в случае с доткомами, но уже внушительный 1%.

Другой будущий кандидат на космическую лихорадку — это генерация энергии в космосе. Размер сегмента — примерно 2-3% мирового ВВП. Генерация в космосе имеет ряд фантастических преимуществ. Это круглосуточное производство электроэнергии с использования большого термоядерного реактора — Солнца. Не нужно запасать энергию на ночь и плохую погоду. Один квадратным метр солнечной панели дает в течении суток в 5-10 раз больше электроэнергии, чем тот же метр на земле.

Еще один кандидат — добыча редкоземельных металлов. Они распределены в чрезвычайно малых концентрациях в земной коре, почти вся добыча сосредоточена в Китае. При этом эти металлы играют чрезвычайно важную роль в полупроводниковой индустрии. В силу характера эволюции Солнечной системы у нас достаточно высокие шансы обнаружить астероиды с высоким содержанием редкоземельных элементов.

Освоение новых территорий невозможно представить себе без транспорта. Развитие новых видов транспортировки людей и грузов — железные дороги, авиация, контейнерные перевозки — создали ту мировую экономику, которую мы знаем. Освоение космоса не исключение. Но физическая суть этой транспортировки создает огромные сложности.

Мы находимся на дне огромной воронки — гравитационного поля, созданного Землей. Чтобы вывести груз на орбиту и преодолеть земное притяжение, нужно разогнаться до 8 километров в секунду. Меньше 5% массы запускаемой ракеты достигают орбиты. Даже при достижении многоразового использования, которое обещают космические герои нового времени Илон Маск и Джефф Безос, вряд ли стоимость выводимого груза в ближайшее время опустится ниже $1 млн за тонну, а в отдаленном будущем — ниже $100 000-200 000.

И мы говорим о самом ближнем космосе — околоземных орбитах. Если стоят задачи лететь выше, если нужно выводить и поддерживать огромные группировки телекоммуникационных спутников или космических электростанций или лететь к астероидам за редкоземельными металлами, то нужно топливо. Много топлива. Очень много топлива — того, которое на Земле стоит $1000 за тонну, а в космосе — $1 млн.

Мокрое место

Астероид

К счастью, у нас есть подарок, данный процессом эволюции Солнечной системы: мы имеем обширный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. На заре формирования Солнечной системы гравитационная мощь Юпитера не дала сформироваться планете, раскидав осколки в виде миллиардов астероидов. То же воздействие Юпитера периодические «выкидывает» астероиды во внутреннюю часть Солнечной системы, формируя группу околоземных астероидов: они обращаются вокруг Солнца на орбитах, близких к орбите Земли.

К слову, именно эта группа астероидов и представляет опасность в случае столкновения с Землей. Сейчас известны десятки тысяч околоземных астероидов, из которых почти тысяча диаметром более 1 км. Скорее всего «недалеко от нас» вращаются сотни тысяч объектов диаметром от нескольких десятков метров до километров.

Заметная часть астероидов содержит воду — идеальное ракетное топливо будущего. А с точки зрения небесной механики, со многих из них доставить груз намного проще, чем с Земли. Для сравнения: ракета Falcon 9 начальной массой в 550 тонн и с тягой в 8 000 000 Ньютонов может доставить на низкую орбиту 20 тонн, а на геостационарную орбиту всего 5 тонн. Тогда как с околоземных астероидов те же 20 тонн груза могут быть доставлены буксиром с общей начальной массой, включая груз меньше 30 тонн, и с тягой двигателей меньше 10 Ньютонов. Разница фантастическая. Причина очень проста: при старте с Земли нужно развить скорость более 8 км/с, побороть земное притяжение и сопротивление воздуха. В случае с астероидами, эта цифра во многих случаях может быть меньше 1-2 км/с.

Вода — нефть будущего

Астероид

Вода — универсальная субстанция, которой мы обязаны жизнью на Земле, будет основой освоения космоса в будущем. Помимо того, что вода присутствует на заметной доле астероидов, ее достаточно легко добывать. Она может выделяться из гидратов, в форме которых она находится, — просто под действием нагрева концентрированным солнечным светом. При этом вода удобное топливо для разных типов двигателя. Она может использоваться без предварительной обработки как в электротермических (ионных) двигателях, так и для получения водорода и кислорода — компонентов ракетного топлива.

Вода легко хранится, не требует высокого давления и низких температур. Ее плотность в десяток раз выше, например, плотности жидкого водорода. Помимо этого, вода почти идеальная защита от космической радиации, в силу наличия атомов водорода. Неудивительно, что многие эксперты считают воду самым важным и первым минералом для добычи на астероидах. Прежде всего, как топливо для космических аппаратов, спутников, межорбитальных буксиров.

Если мы посмотрим на историю авиации, то мы можем увидеть, как важные вехи в развитии авиации увеличивали спрос на топливо. Тысячи известных и безвестных пионеров, исследователей, инженеров за несколько десятков лет выработали инженерные и конструкторские подходы, которые сделали путешествия по воздуху дешевле и безопаснее, чем по земле, при этом в десятки раз быстрее.

Потребление авиационного топлива гражданской авиацией началось с самолетов братьев Райт, а уже через десять лет, к 1920 году с появлением первых коммерческих поршневых самолетов оно достигло тысяч тонн, через еще десять лет, с появление DC-3 это уже были десятки тысяч тонн. А появление первых реактивным самолетов и начало эксплуатации Boeing 707 подняло эту планку до миллиона тонн, которая увеличилась до десятка миллионов тонн с появлением широкофюзеляжных самолетов, и сейчас уже превышает 100 млн тонн.

Подобная динамика ожидает и потребление воды для космических применений. Пока это тонны в год для экипажа космической станции. Со временем, через 5-10 лет, когда разовьются технологии использования воды как топлива для маневрирования космическими аппаратами потребление уже будет насчитывать несколько сотен тонн в год.

С дальнейшей экспансией человека в космос, пилотируемыми полетами на Луну и Марс, возникновение более-менее долговременного космического туризма увеличит годовое потребление до тысяч, возможно, десятков тысяч тонн в год. Дальнейший рост будет вызван переносом тяжелой индустрии в космос, и приведет к росту потребления до миллионов и больше тонн.


Источник

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *