Как стать автором
Обновить

Нужна колония на Луне и Марсе, но с минимумом «посылок» с Земли? Ученые NASA надеются на роботов-строителей

Время на прочтение3 мин
Количество просмотров3.1K
Всего голосов 10: ↑9 и ↓1+14
Комментарии34

Комментарии 34

А можно начать с постройки шаурмячной на любом необитаемом острове? Просто как демонстратор что оно хотя бы в максимально благоприятных условиях работает. Металл в листах и подобное чего на острове нет можно привезти.

Не мешайте людям пилить бюджеты.

Продолжайте, товарищи, что вы там про рой строительных роботов говорили?

Ну ещё в 90-х годах я встречал алюминиевые девайсы типа "шар-труба". Из них собирали достаточно большие конструкции, вроде "подставка под рекламный баннер 3 на 10 метров". Силами 2-3 не шибко профессиональных рабочих это делалось достаточно быстро. Конструкция получалась достаточно прочной, выдерживала несколько хулиганистых мальчишек, даже с учётом земной гравитации.

Так что концепция есть, концепция готова, концепция испытана.

Отлично. На каком острове шаурмячная будет построена роботами?

Интересно, а кто-нибудь всерьез занимался глобальной аналитикой производственных связей?
Взять какую-нибудь простую вещь: болт с гайкой. Какая минимальная цепочка производств нужна чтобы его произвести в дикой марсианской природе?
А микросхему типа STM32?
А смартфон?
А космический корабль?
А минимально возможную самовоспроизводящую промышленную систему?

Мне кажется только имея более-менее полный граф таких связей можно браться за оптимизацию таких цепочек, что в конце концов может позволить что-то автономно производить на других планетах с минимальным "подвозом" ресурсов и инструментов.

Я когда слышу про выплавку из полезных ископаемых непосредственно на Марсе, у меня рука тянется к пистолету. Ну конечно, на Земле дОбыча руды ведется не экскаваторами с пятикубовым ковшом и проходческими щитами с полуметровыми сменными фрезами, а роем роботов со сверлом-шестеркой, которые потом трансформируются в летающий бункер для отвала породы. Но это ладно.

Вот вы говорите, болт с гайкой произвести? А я еще немного назад отмотаю, а давайте вы для начала придумаете сальник или подшипник со смазкой, которая не вскипит при 0,6 кПа? И не, не дорогущий штучный, как в колесах марсоходов, которые раз в день пару метров едут, а которые будут непрерывно крутиться на каком-нибудь конвейере прокатного стана или в тельфере? А подскажите мне, при цене 2,4 лимона за кг, сколько будет отправить на Марс цельнолитую бабу гидравлического молота для обработки добытых там металлов в чушки? А-а, никаких прокатных станов и кузней, на модном принтере напечатаете? А порошковый металл шаровой мельницей будете делать (вспоминаем цену за кг) или электрохимией (ну тогда удваивайте число РИТЭГов, которые повезете туда. Интересно, штатные астронавты МАГАТЭ появятся?). А изделия из порошковой металлопечати выдерживают среднюю климатическую норму около - 50 С (беглое гугление показывает, что даже у традиционно выплавляемых легированных сталей с хладноломкостью в - 60 уже все плохо)?

Тут, короче, не о графе логистики производства болта речь, а даже об иной конструкции простейших деталей завода для этого болта.

При цене доставки грузов 2,4 миллиона долларов за килограмм никто ничего на Луне и Марсе строить не собирается. Идут рассуждения о том, что можно построить в случае, если SpaceX удастся снизить стоимость доставки килограмма на Марс до 100 долларов или около того, как заявлял Маск. И никто не собирается производить там электричество для производства при помощи РИТЭГов. Для этого собираются строить солнечные электростанции. Никто не собирается добывать руду роем роботов со сверлом-шестеркой - собираются пропускать реголит через магниты достаточно большими мобильными машинами с роторными ковшами для отделения неокисленных железо-никелевых метеоритов, которые на Луне рассыпаются при ударе о поверхность. Возможно, на Марсе это тоже удастся. Всё доступное железо на Земле, Луне и Марсе - метеоритного происхождения, но на Земле оно сразу окисляется и засыпается осадочными породами, а на Луне этого не происходит. На Марсе окисления тоже почти нет, а образование осадочных пород происходит гораздо медленнее.

Если прокатные станы и кузни на Луне и Марсе будут построены - они будут намного меньшего размера и производительности, чем наиболее обычные на Земле. И работать они, как и другое металлообрабатывающее оборудование, будут в помещениях под давлением. А для оборудования, работающего снаружи, можно использовать графитовую смазку подшипников.

можно использовать графитовую смазку подшипников

А как произвести на Марсе графитовую смазку для подшипников?

Её не нужно производить на Марсе, дешевле привезти с Земли. Полный производственный цикл всего необходимого для жизни на Марсе сейчас и в ближайшем будущем (~20 лет) невозможен.

Разумеется. Поняв как и из чего производится обычный подшипник, придется решить аналогичную задачу и для пригодного к Марсу подшипника (которые конечно уже существуют на марсоходах). Просто сейчас это выглядит так, что для производства этого подшипника нужна буквально вся промышленная база планеты Земля, перенесенная на Марс.
Я говорю о том, что надо разобрать это цепочку, и понять, какой самый короткий путь к этому подшипнику. Сейчас этого понимания просто нет видимо ни у кого.

Говорят, что на одной шестой суши не смогли решить проблему производства подшипников, а вы про марс грезите...

Интересно, насколько реально в марсианских-лунных условиях собирать габионовые конструкции? Ну когда формируется только окружающая сетка с достаточно мелкими ячейками, а внутренности наполняются местным грунтом.

Сетка не такая тяжёлая, как итоговый результат; роботу проще работать с сеткой, чем с готовым блоком. Плюс в будущем сетку можно попробовать скрафтить из местных грунтов.

Погодите, погодите. Сальники, смазка, сетка из чего-то... это вы тоже сильно далеко смотрите. Давайте отмотаем ещё дальше к началу. Нашли мы камень на Марсе, там есть ресурс (допустим ставшие уже местными марсоходы разведали). Иии... его ещё извлечь надо. Только один "извлекатель с переплавкой" даже малого размера весит... а о получении нужной марки и придании формы речь ещё не шла... ну не будем портить иллюзию с этой стороны. Чем питать будем? КПД солнечной панели на Марсе только 60% от Земного в очень хороший день, а от пыли их кто будет чистить? И это не Земная пыль, там она перетёрта вплоть до фракции цемента. Нет света, стоит наше техночудо до пылевой бури. Может сдует, может больше занесёт. Вес РИТЭГа на нужные мегаватты не говорим, а то мечтатели застрелятся.

Никаких "извлекателей с переплавкой" - отдельно мобильная добывающая машина, отдельно стационарная перерабатывающая. Плавить можно с нагревом в солнечной печи, возможно в комбинации с электродуговой печью. Низкое давление способствует получению высокой температуры - нет теплопотерь на воздушное охлаждение, или они низкие. Зеркала солнечной печи могут быть очень легкими, из тонкого металла с активной коррекцией формы. Лёгкость зеркал и низкая гравитация позволяют и несущую их конструкцию сделать лёгкой, а следящий за Солнцем привод - не очень мощным.

Меньшая освещённость солнечных панелей на Марсе легко компенсируется отражателем большой площади из зеркальной плёнки, растянутой между двумя трубками, направляющим на солнечную панель сколько угодно дополнительного света. Удельный вес такого отражателя может быть меньше веса даже тонкой рулонной солнечной панели с десяток раз.

Очистка от пыли - проблема? Вы серьёзно? С этим справится простой робот ездящий вдоль панелей по раз и навсегда установленному маршруту с рукой, которая может сдувать пыль струёй сжатого воздуха, или отделять её вращающейся щеткой, а потом сдувать сжатым воздухом. Один робот на квадратный километр панелей, плюс базовая станция для производства сжатого воздуха, одна на всех роботов. А во время пылевой бури панели можно укрыть теми же плёночными отражателями - это событие хорошо прогнозируемое, производство в это время должно быть остановлено.

извлекатель с переплавкой

Речь видимо про металлы, надо еще не забывать, что руду не просто плавят. Это химическая реакция восстановления металла из оксида. Для которой нужен или углерод или водород - если речь про железную руду.

Перво-наперво нужно решить проблему энергоснабжения.

Будет энергия- можно роботов запускать, можно воду из грунта добывать, можно... все можно. А без источника энергии все остальное смысла не имеет.

А с этим пока проблемы. И этот вопрос обсуждался на разных ресурсах. И самым оптимальным признается ядерный реактор (два, для надежности). Все остальное неэффективно/ненадежно/дорого.

Два ядерных реактора нужны - они хороши своей надёжностью, стабильностью работы, и готовностью к работе сразу после доставки. Но солнечные электростанции дешевле в доставке и производстве (учитывая необходимость в лёгкой конструкции), и могут быть частично построены из местных ресурсов - особенно электростанция концентрирующего типа на Луне

Таки да. Но есть нюанс...

-мало солнечного света ( марс дальше от солнца)

-из-за невысокого КПД + п.1 -> нужны большие конструкции. На планете места пока хватает, но см. дальше

-пыльные бури на несколько месяцев (нужны мощные накопители энергии)

-быстрая деградация элементов

-отсутствие атмосферы- разрушение метеоритами

Из-за пыльных бурь на Марсе и долгой ночи на Луне жизнеобеспечение по минимуму должно обеспечиваться ядерными реакторами. Но вот то, что не нужно обеспечивать энергией непрерывно - добыча чего угодно, в том числе воды, производство кислорода, производство конструкций может обеспечиваться солнечной энергией напрямую, и большие накопители для этого не нужны - дешевле остановить на время процесс. На Луне можно строить солнечные электростанции концентрирующего типа с накопителями тепла - это позволит не только обеспечить их непрерывную работу, но и уменьшить размеры охладителя.

Быстрая деградация элементов - из-за чего? На МКС вроде бы солнечные панели служат долго, и не разрушаются особо ни радиацией ни метеоритами.

Но вот то, что не нужно обеспечивать энергией непрерывно - добыча чего угодно, в том числе воды, производство кислорода, производство конструкций может обеспечиваться солнечной энергией напрямую, и большие накопители для этого не нужны - дешевле остановить на время процес

Это так не работает. Предприятия непрерывного цикла это не шутка какая-то. Нельзя просто выключить завод и рассчитывать что он потом просто включится. Вероятно что включится, но потребует какого-то ремонта.

Это зависит от того, что этот завод делает, и рассчитаны ли техпроцессы на периодическую остановку.

Ну успехов сделать обогатительный комбинат и довольно продвинутый сталелитейный завод по другому. Или вам придется стальные подшипники которые вы смазали графитовой смазкой (обсуждаемой чуть выше) с Земли тоже привозить с Земли.

Подшипники тоже стоит привозить с Земли - при цене доставки 100..300 долларов за килограмм организация их производства на Луне и Марсе себя не оправдает.

Откуда вы такую сумму вообще взяли? Максимально-нереальный успех Старшипа даст удешевление в реалистичные 10 или нереалистичные 100 раз от текущих цен. Это 20 тысяч долларов за килограмм даже в самом невероятно успешном случае. В ценах этого года.

Стоит отталкиваться от цифры в 20 тысяч как хотя бы достижимой хоть как-то с огромными натяжками. Если хочется пореалистичнее, то от 200 тысяч за кило можно отталкиваться. Это тоже огромный успех Старшипа который уже может произойти с вероятностью заметно отличающейся от эпсилон.

Нет, картинок с рекламных роликов со стадами Старшипов летящих к Марсу не будет. Увы, реальность жестока.

Цена за килограмм на Марс из презентации ITS - <$140

Сейчас Маск оценивает целевую стоимость запуска килограмма на НОО на Starship в $100, или $20млн. за запуск. Для отлёта к Марсу потребуется 7 запусков или $140млн. Сколько груза сможет доставить Starship на Марс - пока неясно, но исходя из прежних заявлений Маска - 50 тонн. Выходит $2800/кг + стоимость заправки для обратного полёта + стоимость полёта по межпланетной траектории. Это, конечно существенно больше первоначально объявленной стоимости, но всё ещё далеко от $20000/кг. Конечно, Space - монополист, и может выставить любую цену выше себестоимости, но если исходить из того, что они действительно хотят построить колонию на Марсе, цена не должна быть намного выше.

И подшипники со смазкой выгодно возить с Земли и при такой цене за кг.

Мда.... Всего-то надо решить проблему где на Марсе взять топливо на десяток запусков Старшипа для заправки на обратный путь. Это примерно дофига, сами посчитаете. Ну и организовать шатл туда-сюда на марсианскую орбиту. Топливо хранится плохо, если что. Жидкий кислород это не то что можно хранить месяцами и годами. Метан в лабораторных количествах на Марксе уже сделали, но вам нужен завод на тысячи тонн производства.

После этого останутся небольшие проблемы вроде теплозащиты для возвращения с орбиты. На Шаттле их успешно решили. Не бесплатно конечно решили.

Долететь туда как-то, а обратно на самом маленьком допустимом для выживания в пути корабле это супер успех и план максимум на ближайшие лет 100. Если прям супер повезет мы доживем, но не факт. А вот эти заводы оставьте нашим правнукам.

Starship не нуждается в дозаправке на орбите Марса для отлёта к Земле, если он будет полностью заправлен на Марсе. Хотя дозаправка привезенным с Земли топливом на орбите Марса позволит заправлять его на Марсе только примерно наполовину, если он летит назад пустым, но SpaceX не планирует использовать такую схему.

Жидкий кислород плохо хранится без теплоизоляции. Но можно теплоизолировать один или несколько Старшипов на Марсе, превратив их в топливохранилища, и заправлять из них корабли перед запуском. Этому способствует низкая теплопроводность разреженной атмосферы Марса.

Вам все еще нужен завод на тысячи тонн производства. Топливо с Земли формула Циолковского вам возить запрещает. 20 километров в секунду дельтав надо. Это за гранью разумного.

Не спасет там теплоизоляция. Точнее спасет, но примерно как на Земле. Можно сделать так что потери будут разумными за срок заправки и подготовки к отлету. Солнышко греет. Поверхность корабля днем на Марсе до 0 легко прогреется. -182 это серьезно.

Просто забудьте в общем. Это научная фантастика, но все равно фантастика. Реальный план это в пределах пары десятилетий привезти камушков с Марса и в пределах 100 лет чтобы человек туда-обратно слетал. Все остальное невозможно.

И даже этот план требует Старшипа и желательно межпланетного корабля от НАСА. Причем и то и другое должно работать идеально. Вопросики пока есть по обоим пунктам.

Вообще, я думаю, что отправлять обратно на Землю все Старшипы порожняком - не лучшая идея. Отправлять назад имеет смысл пассажирские Старшипы с людьми, и небольшую часть грузовых Старшипов, загруженных снятыми с остальных грузовых Старшипов двигателями, и образцами пород с Марса для углублённого анализа на Земле. А большую часть корпусов грузовых Старшипов использовать для строительства базы и в качестве материалов для производства любых конструкций на Марсе.

Что касается нагрева Солнцем - Старшип уже имеет неплохую теплоизоляцию с одной стороны. Достаточно дополнить её отражающей солнечный свет металлизированой плёнкой, повернуть теплоизоляцией к Солнцу - и этого, возможно, уже будет достаточно. То есть если немного теплоизолировать Старшип - топливо можно будет хранить прямо в заправляемом корабле, а не в специальном хранилище.

Заводы для производства топлива могут быть доставлены на Марс в уже собранном внутри Старшипа виде. Достаточно подвести воду и электричество. Для обратной отправки одного корабля через 2 года нужно производить 15кг жидкого метана и 55 кг жидкого кислорода в час, это не так много.

Для теплоизоляции можно либо зонтик сделать, либо подвесить цистерну в точке Лагранжа в тени за планетой (наверное)

По обновлённой информации из выступления Маска в апреле о перспективах Starship, стоимость одного запуска Starship v3 должна составить 2..3 миллиона долларов, для отлёта к Марсу Starship потребуется дозаправка от 5 танкеров, один Starship будет доставлять на Марс 200 тонн. То есть стоимость вывода на НОО марсианского Starship с грузом и топлива для его отлёта к Марсу составит 12..18 миллионов долларов, или 60..90 долларов за килограмм.

Возвращать пустые Starship-ы теперь не планируется, грузовые Starship-ы теперь собираются использовать как модули марсианской базы и резать на металл на Марсе. С одной стороны, это увеличивает стоимость доставки грузов на Марс за счёт стоимости одноразовых кораблей. При стоимости корпуса и автоматики Starship-а в серийном производстве 10..15 миллионов долларов, и себестоимости двигателей 250 тысяч за штуку и 2250 тысяч за 9 штук это добавит 61..86 долларов за килограмм. Но с другой стороны, это дополнительно более 100 тонн нержавейки, которая на Марсе будет нелишней. А двигатели и навигационное оборудование можно будет снимать и отправлять на Землю на пассажирских кораблях вместе с возвращающимися людьми для повторного использования.

Бегло погуглив не нашел информации, сколько весят существующие компактные ядерные реакторы. Полагаю, следует ориентироваться на реакторы АПЛ. Думаю речь про десятки тонн минимум. И его проблематично привезти по частям.

Мобильный Памир-630Д на 630 кВт с запасом топлива на 5 лет весил в сборе порядка 150 тонн. 65 тонн весил основной блок реактора, примерно столько же турбина с электрогенератором и остаток на систему управления и вспомогательные дизель-генераторы. Использовался замкнутый газожидкостный цикл на тетраоксиде диазота N₂O₄.

Один запуск Старшипа. И это с учетом, что основной вес реактора - защита от радиации. От которой в космосе специально защищаться бессмысленно, поскольку там своей хватает. На поверхности Марса космическая радиация тоже большая (нет магнитного поля плюс тонкая атмосфера), поэтому радиация от реактора сильно не добавит. Так что масса тут не главный ограничивающий фактор. Нужны принципиально другие конструкции.

Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий