Роскон 2017. Атомный панк: война в космосе (СИ)

То есть, вот совсем.

Лунный алюминий составляет от 10 до 18 процентов состава реголита. Для сравнения, лунный титан встречается далеко не везде, исключительно в составе титановых базальтов, а его высокой концентрацией считаются 6-8%

Самый простой лунный добывающий комплекс из примерно 30 тонн оборудования может производить в готовые к использованию лунные материалы буквально тоннами. Речь идёт о трёх многофункциональных колёсных машинах массой около тонны каждая, трёх наборах сырьевой разведки и паре трёхтонных экскаваторов. Неподвижную часть комплекса составят центральная электростанция на 60 киловатт, шесть солнечных печей площадью в 90 квадратных метров каждая, электрическое хозяйство, рудный сепаратор, криогенная установка сжижения кислорода, пресс, теплорадиаторы и набор из 4000 поставленных с Земли готовых вентилей для кислородных баллонов.

Расчётная деятельность одного такого комплекса принесёт около 2400 тонн материалов в год. 848 кубометров жидкого кислорода в штампованных на месте алюминиевых баках, 128 кубометров водяного льда в местных же алюминиевых контейнерах, 527 тонн металла сверх необходимого для изготовления тары (железо, алюминий, титан...), 480 тонн кремния, неизвестное (как повезёт) количество азота, редких металлов и летучих веществ и порядка 217 тонн шлака. Не исключено, что уже сразу в форме блоков.

Ну и наконец, стоит упомянуть лунный крип. Породу из калия, редкоземельных элементов и фосфора. Калий и фосфор - основа гидропоники, редкоземельные элементы - основа сложных высокотехнологичных материалов, а также хорошо знакомый любителям советской фантастики рубидий и лантаноиды.

Это, конечно, не значит, что проблем с добычей ресурсов не будет. Вовсе нет. Только вот и представлять Луну как бесполезную пустыню тоже не следует. Это крайне богатый и весьма удобно расположенный плацдарм, как для местного ресурсного снабжения ближнего космоса, так и для прыжка за дешёвыми космическими летучими веществами к Фобосу и Деймосу.

Космические углеводороды - это не только метан-кислородное ракетное топливо, но и дешёвый космический пластик. Один из самых востребованных современным человечеством материалов.

Цена перелёта с орбиты Луны на орбиту Марса при этом не сильно превышает цену перелёта в системе орбит Земли и Луны. Различается только время полёта.

Но отложим пока межпланетные вылеты. Давайте вернёмся к тому, что ещё сулит масштабное промышленное освоение Луны.

Примитивное орбиталище с имитацией бортовой силы тяжести вращением предлагали ещё в рамках "проекта Горизонт". Более сложные концепции достигли своего логического пика в середине 1970ых, когда Джерард О'Нил проработал основы конструкций долговременных орбитальных станций, пригодных для полноценной жизни двух тысяч человек, десяти тысяч, а потом и в несколько раз большего их количества.

Примечательны эти проекты в первую очередь тем, что в их основе реальные технологии своей эпохи без единого магического конструкционного материала. Любой проект О'Нила упирается преимущественно в транспортную проблему и минимальный размер лунной инфраструктуры необходимой для его строительства.

Заброс на Луну трёхсот квалифицированных строителей при технике и нескольких атомных энергостанциях позволял строительство преимущественно на местных ресурсах даже настоящей мега-структуры.

Для понимания масштаба - бублик диаметром в 200 метров и толщиной в 100 при массе около полумиллиона тонн может вместить тридцать тысяч жителей при 100 кубометрах на человека. При сокращении их численности втрое, жизнь на борту окажется примерно такой же комфортной, что и в хорошем "зелёном" пригороде. Скорость вращения при этом составит достаточно комфортные 3 оборота в минуту. При увеличении диаметра её можно понизить ещё сильнее, но это увеличит требования к размерам и массе радиационного щита. Для двухсотметровой станции масса защиты от космической радиации составит ещё порядка 375 тысяч тонн.

Кажется, что это всё очень много и очень сложно. Но если сравнить такое орбиталище, например, с мостом до Крыма, то внезапно окажется, что мост заметно больше и сложнее.

Если урезать размеры вдвое, до 100 метров диаметра на 50 метров толщины, в орбиталище смогут комфортно жить полторы тысячи человек, и до четырёх тысяч на пределе. Его масса составит 60 тысяч тонн, вместе с полной защитой - 180 тысяч тонн.

А теперь вернёмся к цифрам добычи одной лунной ресурсной станции массой около 26 тонн. 2400 тонн в год, из них 527 тонн - металл. Невероятно древняя, 1959 года разработки, лунная программа уже предусматривала более 300 тонн полезной нагрузки за считанные годы. Только при сохранении этого масштаба строительства, без его неминуемого роста, можно с удивлением заметить, что лунный проект способен в теории построить одну такую станцию за счёт преимущественно лунных ресурсов в пределах десятилетия.

С хорошим таким запасом способен.

Наращивание темпов строительства при этом упирается в основном в численность населения космоса. Да, изначальный транспортный порог высок и преодоление его дорого. Но затем жизнь в космосе начинает стремительно дешеветь.

Что же до методов решения транспортной проблемы...

Век большого Атома, таки да, имел сказать двох умных слов за транспортную проблэму!

III. Наш друг Атом: ядерные двигатели высокого удельного импульса и атомные импульсные взрыволёты. NERVA. Orion. Фактические результаты наземных испытаний. Доступные полётные задания и сроки перелётов. Прикладные аспекты жизни на борту и ходового ремонта силами экипажа.

Время перелёта на постоянном ускорении крайне мало. Два корня квадратных из дистанции поделенной на ускорение. Дельта V таких высокоэнергетических орбит измеряется во многих тысячах километров в секунду, и заметно сокращает время любого межпланетного перелёта.

Для 1g постоянного ускорения время полёта Земля-Марс составляет меньше пяти суток - если тот на другой стороне от Земли, разделённый с ней Солнцем. На среднем расстоянии в 225 миллионов километров полёт займёт полнедели. В июле 2018 года минимальное расстояние Земля-Марс составит жалкие 57,6 миллионов километров - и полёт на 1g постоянного ускорения не займёт и пары дней. Для расстояния Земля-Луна такой полёт уложится меньше чем в четыре часа. До Юпитера - около недели.

Одна маленькая проблема.

Нет у человечества таких двигателей, и в обозримое время не будет.

Для химического двигателя теоретический предел достижимого удельного импульса на отсутствующих в природе идеальных материалах и решениях - 500 секунд. Для сравнения - у ранее помянутого лунного двигателя на алюминии - 285 секунд. РД-253 - 316 секунд. У кислород-водородного двигателя RL-10 ракеты "Сатурн" - крайне эффективные 450-465 секунд.

Заметных улучшений здесь можно достичь лишь за счёт высокой скорости истечения рабочего тела. Добиться его можно только переходом с химической энергетики на заведомо лучшую атомную.

За этим в шестидесятые дело не стало.

Оба перспективных атомных двигателя эпохи, импульсный высокой тяги (Orion) и газовый термальный (NERVA), были достаточно подробно обсчитаны, частично построены в металле, и активно испытывались.

Могли они при этом очень и очень многое.

Технический предел удельного импульса газового термального двигателя типа NERVA составляет 850-900 секунд. Теоретический - до 1200, но таких конструкционных материалов у человечества не было в прошлом тысячелетии, и они не особо торопились появиться раньше нынешнего. Выдержать поток раскалённого до звёздных температур (3500-4000 К) водорода не так-то просто.

Тот газовый атомный двигатель, что построили в металле и опробовали на полигоне в любых режимах, включая критические до стадии физического расплавления и теплового взрыва, обладал удельным импульсом не менее 825 секунд.

В таком двигателе через раскалённую атомной реакцией активную зону пропускается криоводород. Так он получает очень большую энергию и стремительно покидает ракету.