Концепция освоения Марса через базу астероидной индустрии на его орбите

Марс ближайший аналог земли в солнечной системе и его освоение одна из сверхзадач современной космонавтики. Технически, полеты на Марс и создание баз на этой планете возможны, но слабое место всех известных марсианских проектов, в отсутствие практически целесообразных видов деятельности для марсианских баз.

Концепция освоения Марса, за счет размещения на его орбите, индустриальной базы, для переработки астероидных ресурсов, дает возможность с выгодой осваивать марсианскую орбиту и снизить затраты на программы научных баз на марсианской поверхности. А в более отдаленной перспективе, наличие около марсианской индустриальной системы, сделает возможной и выгодной, колонизацию людьми самой планеты.

Марс, потенциальная «Вторая земля» в солнечной системе

Марс, по условиям на своей поверхности, самая близкая к земле планета в солнечной системе. Марс, меньше земли, на нем холоднее, его атмосфера сильно разреженная и не пригодна для дыхания. Но по сравнению с Луной, Меркурием, или спутниками планет гигантов, марсианские условия вполне комфортные для людей и обитаемых станций.

Создание постоянных поселений на Марсе, одна из главных сверхзадач современной космонавтики. Вместе с колонизацией Марса, человечество получит новый обитаемый мир в солнечной системе после земли. А это, один из крупнейших шагов, на пути преобразования современной, земной цивилизации, в космическую,  имеющую несравненно более высокий уровень развития.

Полеты на Марс технически возможны, хотя, они более долгосрочные и дорогие чем полеты на луну. Но каких-то принципиальных сдерживающих факторов для создания первых обитаемых баз на Марсе нет.

Для научной программы, обитаемая марсианская база, пожалуй, будет дороговата, она обойдется как минимум в десятки, или сотни миллиардов долларов, поэтому Марс исследуют автоматическими зондами. Но сейчас, идет активное переформатирование стратегии развития космонавтики. На смену научно пропагандистским целям времен "Гонки за рекордами", и проектов, реализуемых за счет государственных космических агентств, в космос приходят частные группы, ставящие задачи практического освоения внеземного пространства. С которыми связаны надежды на переход от разовых посещений космоса, к развитию в космическом пространстве постоянной деятельности, которая будет привлекать новые инвестиции, и расширяться со временем, пока не перейдет в стадию его полномасштабной колонизации.

Основные направления освоения космоса

Три основных направления освоения космоса, связанны с освоением Луны, освоением Марса, и освоением астероидов. У каждого из этих направлений есть свои слабые и сильные стороны.

Освоение Луны, наиболее доступно, и луна самый близкий к земле источник космических ресурсов, таких как конструкционные материалы и топливо для космической группировки. Одним из перспективных видов деятельности, считается, добыча на Луне радиоактивного сырья для термоядерной энергетики будущего. Освоение Луны, может стать хорошим началом колонизации солнечной системы, но это только первый этап.

Освоение астероидных ресурсов, тоже может быть выгодно и доступно по уровню затрат. В отличие от Луны, за ними придется дальше летать. Но на астероидах почти нулевая гравитация, а значит для перевозки сырьевых ресурсов с астероидов, к ним достаточно подгонять орбитальные буксиры с экономичными "Электрореактивными" двигателями, которые используются для полетов на межпланетных расстояниях. Малая гравитация на астероидах, делает ненужным применение ракет, или дорогих инфраструктурных транспортных систем, таких как электромагнитные пушки или тросовые катапульты, которые планируется использовать на Луне. Астероиды, содержат множество самых разнообразных минеральных ресурсов, керамические материалы, конструкционные металлы, драгоценные металлы и редкоземельные элементы, воду и органические вещества. Учитывая их доступность для перспективных транспортных систем, это самый дешевый и изобильный источник разнообразного сырья для космической индустрии будущего. Основной недостаток астероидного направления, в том, что астероиды могут быть хорошим источником сырья для космической промышленности, но вряд ли станут хорошим местом обитания для людей.

Освоение Марса, направление, более многообещающее с обще цивилизационной точки зрения. Марс это потенциальная "Вторая земля" в солнечной системе. Но слабое место марсианского направления, в отсутствии каких либо практически целесообразных видов деятельности. Возить с Марса минеральное сырье или компоненты топлива, как с Луны, слишком дорого и по сравнению с Луной, на Марс слишком далеко летать. Каких-то особенно ценных минеральных ресурсов, таких как драгоценные металлы или редкоземельные элементы на Марсе нет. Нет там и потенциального радиоактивного сырья, каким считается изотоп "Гелий - 3", встречающийся на луне. А, кроме того, развитие марсианских программ, значительно осложняет сильная гравитация и присутствие атмосферы на этой планете, которые осложняют обратные полеты с нее, требуя наличия мощных ракет, доставлять которые на Марс чрезвычайно дорого.

Современные проекты обитаемых марсианских баз

Сейчас, есть несколько проектов создания на Марсе обитаемых баз. Это проекты крупнейших государственных, аэрокосмических агентств, таких как «НАСА», «Роскосмос», «Европейское космическое агентство», и «Китайская национальная космическая администрация». Проекты независимых аналитиков, таких как «Роберт Зубрин», предлагающий получать топливо для возвращения экипажей на землю из атмосферы Марса, что позволяет многократно снизить стоимость программы. И проекты инициативных групп, самая известная из которых "Марс один", "Mars One", развивающих идею полетов на Марс "В один конец", без возвращения, с использованием телевизионной трансляции со станции в качестве коммерческого реалити шоу, прибыль от которого, должна окупить затраты на проект. Что делает этот проект одним из самых дешевых, но сомнительным, как с морально этической, так и с практической точки зрения.

Перспективная концепция освоения Марса за счет развития на его орбите индустриальной системы связанной с освоением астероидных ресурсов.

В предлагаемой мной концепции освоения Марса, освоение этой планеты должно начинаться с создания коммерческой индустриальной базы, на одном из марсианских спутников, служащей одним из основных центров индустрии освоения астероидных ресурсов. Что свяжет марсианское и астероидное направления в одной крупной программе, которая будет коммерческой, экономически обоснованной, и сможет послужить переходным этапом к освоению марса людьми, значительно упрощающим и ускоряющим эту задачу.

Задачи и устройство «Около марсианской индустриальной базы»

Основная функция «Около марсианской» индустриальной базы, служить форпостом для развития разнообразной деятельности, связанной с производством. И обслуживанием транспортных кораблей и станций по добычи астероидных ресурсов. Перелеты с околоземной орбиты в пояс астероидов, длительные и дорогие, так же как, полеты с земной орбиты на марсианскую.  Но марсианская орбита, расположена на подступах к поясу астероидов, поэтому, размещение на ней производственной и обслуживающей базы, для перспективной индустрии по освоению астероидных ресурсов, поможет до предела сократить поставки с земли. Благодаря чему, деятельность около марсианской индустриальной базы, будет снижать затраты на развитие астероидной индустриальной системы, и будет способствовать ускорению ее роста. Что делает ее экономически выгодной и способствующей ускорению индустриализации солнечной системы в целом.

Индустриальная база, должна быть укомплектована оборудованием, позволяющим производить из грунта спутников Марса и доставляемых на нее астероидных материалов, различные несущие конструкции и механизмы добычи и переработки грунта. Для расширения самой базы и оснащения экспедиций к астероидам, за промышленным сырьем. База, должна служить центром по переработке астероидных ресурсов, добычи из астероидного грунта редких и ценных металлов, перед их отправкой на землю, что будет способствовать снижению транспортных расходов. И центром производства различных изделий и расходных материалов, из астероидного сырья, для потребления космической индустриальной системой. Ракетного топлива, разного рода конструкций, деталей и механизмов.

Первый этап развития, строительство при помощи «Базы прототипа»

На первых этапах, строительство около марсианской базы, должно идти в беспилотном, полностью автоматизированном варианте. С использованием миниатюризованного оборудования, имеющего малые размеры и малый вес, но по функциональным возможностям, аналогичного оборудованию, для полноразмерной обитаемой базы. Миниатюрными, многоцелевыми роботами. Электронного командного центра, оснащенного мощным компьютером, для дистанционного управления роботами. Аппаратами для дробления и переработки грунта. Станками для производства из керамики несущих конструкций и корпусов обитаемых модулей. И «Технологического», ремонтного, эксплуатационного модуля, со встроенными манипуляторами, способными выполнять тонкую и сложную работу, служащего центром для ремонта и эксплуатации роботов и другого оборудования.

Миниатюризованная база, первого этапа, должна подготовить полость в глубине одного из спутников Марса. Построить внутри этой полости несколько полноразмерных обитаемых и технологических модулей. Построить на поверхности спутника переходный модуль, сеть направляющих для движения роботов при малой гравитации, посадочные площадки, стыковочные модули для космических кораблей, несущие фермы для солнечных электростанций, и другие конструкции.

Миниатюризованные роботы, могут иметь вес, порядка, нескольких десятков килограмм. Вес портативных модулей, должен быть, около нескольких сотен килограмм. Благодаря чему, общий вес экспедиции первого этапа, не должен превышать нескольких тонн. Затраты на этом этапе, должны быть в пределах десяти, или максимум, нескольких десятков миллиардов долларов. Что делает проект базы, относительно не дорогим.

Благодаря миниатюризации, и использованию технологий и подходов индустриализации космического пространства, полноразмерная около марсианская база может быть построена ее миниатюрным прототипом. Что позволит значительно снизить цену создания первой опорной точки перспективной около марсианской индустриальной системы. Делая эту задачу сравнимой по уровню затрат и срокам реализации с рядовой космической программой, доступной как для государственных агентств, так и для частных инвесторов.

Возможностей базы прототипа вполне достаточно для выполнения практических функций, таких как пробные, опытные, работы по переработке астероидных ресурсов. Которые, несмотря на малый масштаб, могут использоваться в практических целях. Например, для обеспечения ракетным топливом или водой, самой базы и экспедиций к астероидам, что снизит затраты на снабжение базы и повысит ее уровень автономности. А так же, возможно, для снабжения околоземных орбитальных станций. Как топливом и водой, так и керамическими материалами, или легкими металлами, которые могут использоваться для строительства модулей и несущих ферм и производства различных изделий на 3D принтерах, стоящих дешевле аналогов доставляемых с земли. Так как перевозка грузов орбитальными буксирами, будет во много раз дешевле, чем выведение на орбиту ракетами.

На около марсианской базе первого этапа, могут строиться модули и конструкции для научных обитаемых баз на марсианской поверхности. Могут производиться химические реагенты, для производства ракетного топлива из марсианской атмосферы. На поверхность Марса, так же можно перебросить миниатюризированное оборудование около марсианской базы первого этапа, когда начнется ее комплектование полноразмерным оборудованием и прототипы станут не нужны. В этом случае, прототипы, могут построить базу на марсе из местного грунта, так же как и на марсианском спутнике. Если производить модули и топливо на месте, можно значительно снизить стоимость создания первых обитаемых баз на Марсе, так как на модули и топливо приходится основная доля груза в любой экспедиции. Проекты пилотируемых баз на поверхности Марса не коммерческие, научные и демонстрационные, но на них тоже есть определенный запрос, и снижение их стоимости сделает их реализацию более доступной.

Этап обитаемой базы, функционирования и развития

На следующем этапе развития, около марсианской базы, когда будут построены основные конструкции, обеспечивающие ее жизнедеятельность, начнется этап ее комплектования и роста. На этом этапе, база будет комплектоваться более тяжелым, производительным и многоцелевым оборудованием, позволяющим перерабатывать большие объемы астероидных материалов и строить корпуса обитаемых баз, орбитальных буксиров и космических кораблей. Начнется расширение и достраивание обитаемых и технических отсеков. База сможет принимать человеческие экипажи. Люди смогут обеспечить более качественное управление роботами, чем автоматические командные центры и делать более тонкую и разнообразную работу, чем управляемые компьютерами манипуляторы. Человеческие экипажи, так же смогут управлять роботами на марсианской поверхности, без задержек, связанных с запаздыванием радиосигнала по пути от Марса до земли и обратно. Изучение Марса с помощью роботов, управляемых с орбитальных станций, дешевле, чем создание обитаемых баз на поверхности, и может быть востребовано на ранних стадиях.

Основными продуктами, которые астероидная индустрия должна поставлять на землю, будут драгоценные металлы и редкоземельные элементы. Эти материалы имеют высокую цену, и они необходимы в производстве электроники и других высокотехнологичных отраслях. В будущем, спрос на них будет постоянно и устойчиво расти, что вызовет приток инвестиций в астероидное направление. Это соответственно, приведет к разрастанию астероидной и около марсианской группировок до уровня, как минимум, сравнимого со спутниковой индустрией современности. Десятки или сотни небольших добывающих баз на астероидах, группировка орбитальных буксиров, постоянно летающих в поясе астероидов и курсирующих между Марсом и Землей, крупная база на марсианской орбите, годовой оборот от нескольких сотен миллиардов, до триллиона долларов. Таких масштабов, астероидная индустрия может достигнуть через три, четыре, десятилетия, если ее развитие начнется в ближайшем десятилетии, и будет проходить достаточно быстрыми темпами.

Переход от индустриализации марсианской орбиты к колонизации Марса

Вместе с ростом марсианской базы, на Марсе, начнется и создание постоянной, инфраструктурной транспортной системы класса поверхность – орбита, состоящей из мощных электромагнитных пушек, или тросовых катапульт, работающих по принципу пращи. Так же возможно, создание марсианского космического лифта, трос которого будет протянут от противовеса на орбите, к поверхности планеты, или от ближайшего к Марсу спутника – «Фобоса», к верхней границе марсианской атмосферы. Низкая гравитация и низкая орбитальная скорость на Марсе, упрощают задачу создания транспортной системы поверхность – орбита. Появление такой транспортной инфраструктуры, даст возможность дешевого и массового транспортного сообщения между поверхностью Марса и индустриальной системой на его орбите. Вахты экипажей на около марсианские орбитальные базы будут длительными, с учетом времени полета к марсу, около 7 месяцев, они будут длиться не меньше нескольких лет. И после появления дешевого транспортного сообщения между орбитой и поверхностью Марса, станет удобным размещать на марсианской поверхности жилые поселения для обслуживающего персонала около марсианской индустрии.  

Строительство на Марсе жилых помещений и зон отдыха, даст старт его дальнейшему, заселению. Которое, начнет развиваться с появления нескольких баз поселений, с фермами для культивации продуктов питания и вспомогательной индустриальной системой, для строительства, производства разного рода машин и расходных материалов жизнеобеспечения. После чего на Марсе начнет развиваться практическая деятельность, связанная скорее всего с культивацией пищевых продуктов, так как поверхность планеты подходит для этого намного лучше чем космические базы. Из вспомогательной, обслуживающей индустриальной системы первых марсианских поселений, начнет развиваться собственная марсианская промышленность. И далее, начнется постепенный рост марсианской индустрии, и заселение планеты, в русле развития марсианской экономики. Которое, в конечном счете, приведет к появлению на Марсе самостоятельного островка человеческой цивилизации.

Таким образом, проект опорной базы астероидной индустрии, на марсианской орбите, позволяет объединить астероидное и марсианское направления, в единую крупномасштабную программу. Которая, позволит начать практическое освоение около марсианской орбиты, а так же облегчит, как освоение астероидов, так и развитие марсианских научных программ. А на более поздних стадиях, когда около марсианская индустриальная система вырастет до крупно масштабной, позволит перейти от индустриализации марсианской орбиты к колонизации марсианской поверхности.

Возможное влияние концепции «Около марсианской, астероидной, индустриальной системы» на дальнейшие планы освоения Марса.

Традиционные подходы к освоению Марса, представляют собой мега проекты, запредельно высокой стоимости, без прямых экономических обоснований. В них есть моральные мотивации и обще цивилизационные задачи, но нет практических целей, без которых, развитие любых экспансионистских программ глобального масштаба практически неосуществимо.

Программа освоения Марса, через развитие на его орбите индустриальной системы, обслуживающей перспективную астероидную промышленность, позволяет включить марсианское направление в план глобальной индустриализации солнечной системы. И может служить экономически целесообразной и доступной по уровню затрат «Дорожной картой» к освоению этой планеты.

Относительно низкая стоимость входящих в концепцию проектов, позволяет быстрее вести работу над их осуществлением и ускорить движение в марсианском и астероидном направлениях. Объединение астероидного и марсианского направлений, дает возможность привлечь к программе, как частных, так и государственных участников, на взаимовыгодных условиях. Аэрокосмические агентства с бюджетными программами по исследованию Марса, в ней, получат возможность снизить стоимость своих проектов. Частники, получат возможность привлечь государственное финансирование или инвестиции, а так же возможность, использовать для своих целей, мощнейшие, государственные научно производственные системы. Объединение основных космических игроков в программе освоения Марса через около марсианскую индустриальную базу, будет способствовать формированию «Мирового марсианского консорциума». Деятельность которого, сможет привлечь к марсианскому направлению необходимые ресурсы и обеспечить практическую реализацию новых марсианских проектов.

Предложенная концепция, может превратить предстоящую колонизацию Марса из абстрактных футуристических прогнозов, в реальное направление развития космонавтики.

Сейчас концепция опубликована на страницах русского отделения марсианского общества возглавляемого Робертом Зубриным. Идет ее общая теоретическая проработка и привлечение потенциальных участников.

Николай Агапов.

• Сколько времени занимает полет до Луны?
• Древние горячие воды на Марсе указывают на его обитаемое прошлое
• Магнитные вихри на полюсах Юпитера
• Уникальный диск вокруг Веги: что раскрыли телескопы Hubble и Webb
• Учёные готовятся к амбициозному исследованию тёмной материи и энергии
• Объяснено происхождение рентгеновского излучения от черных дыр
• Космический корабль DART NASA навсегда изменил форму и орбиту лунного астероида
• Учёные выявили человеческое влияние на рост озона в верхней тропосфере