Использование материальных и энергетических ресурсов космоса может кардинально изменить ход космических полетов. Так почему же мы никогда этого не делали?
Будущая промышленная деятельность на Луне - научная фантастика? (Работа Пэта Роулингса)
Космические миссии обычно считаются вершиной «высоких технологий». В конце концов, ракеты взлетают в дикую синеву, разгоняют свои полезные грузы до гиперзвуковой и орбитальной скоростей, а затем работают в невесомости в ледяном черном небе космоса. Чтобы осуществить это современное чудо, требуются наши лучшие технологии, и даже в этом случае что-то может пойти не так. С чего бы кому-то верить в то, что с высокими технологиями иногда меньше может быть лучше, что мы упускаем ставку, не используя современные технологии. Подобно интеллектуальному перетягиванию каната между человеком и машиной, существует также перетягивание каната между проверенными технологиями и высокими технологиями. Создание этих барьеров и различий бессмысленно. Нам нужно все это. И мы можем получить все это.
Вопрос - использование ресурсов in situ (ISRU), общий термин, обозначающий концепцию обучения использованию материалов и энергии, которые мы находим в космосе. Идея научиться «жить за счет земли» в космосе существует уже давно. Было написано бесчисленное количество статей, обсуждающих теорию и практику этого операционного подхода. Тем не менее, на сегодняшний день единственный ресурс, который мы фактически использовали в космосе, - это преобразование солнечного света в электричество с помощью массивов фотоэлектрических элементов. Такое производство энергии явно «зрело» с технической точки зрения, но оно должно было быть продемонстрировано в реальном космическом полете, прежде чем оно стало считаться таковым (самые ранние спутники питались от батарей).
Причина, по которой мы не использовали ISRU, заключается в том, что мы провели последние 30 лет на низкой околоземной орбите, не имея доступа к материальным ресурсам космоса. Было предложено много идей по использованию материальных ресурсов Луны. Большим преимуществом этого является то, что с Земли необходимо транспортировать гораздо меньшую массу. Топливо, необходимое для транспортировки единицы массы с Земли на Луну, заставляет нас ковылять перед тиранией ракетного уравнения - постоянным препятствием на пути к прогрессу. Если для запуска одного фунта на околоземную орбиту требуется несколько тысяч долларов, умножьте эту сумму на десять, чтобы получить стоимость размещения фунта массы на Луне.
В космическом бизнесе на новые технологии обычно смотрят предвзято. Аэрокосмические инженеры, в частности, обычно очень консервативны, когда дело доходит до интеграции новых технологий в космические корабли и проекты миссий, в основном на том основании, что, если мы не будем осторожны, миссии могут потерпеть неудачу с ужасающим эффектом. Чтобы определить, готова ли технология к использованию в прайм-тайм, НАСА разработало шкалу уровня технологической готовности (TRL) - список из девяти шагов критериев, которые менеджеры используют для оценки и классификации степени зрелости технической концепции и готовности новой технологии к выполнению миссии..
Использование ресурсов имеет очень низкий уровень TRL - обычно TRL 4 или ниже. Таким образом, многие инженеры не считают ISRU жизнеспособной техникой для реальной миссии. Это кажется слишком «далеким» (больше научной фантастики, чем науки). Вера в то, что технология слишком незрела для использования, может стать самоисполняющимся пророчеством, «Уловкой-22» для космических полетов: технология слишком незрела для полета, потому что она никогда не летала, и никогда не летала, потому что она слишком незрелая. Это предубеждение широко распространено среди многих «стариков» в космическом бизнесе, которые довольно эффективно владеют TRL, чтобы держать новые и инновационные идеи в шкафу и вне полетных манифестов.
По правде говоря, идея о том, что переработка и использование внепланетных ресурсов является «высокой технологией», прямо противоположна - большинство идей, предложенных для ISRU, являются одними из самых простых и старых технологий, известных человеку.. Одна из первых идей, выдвинутых для использования ресурсов на Луне, заключалась в создании вещей из объемного реголита (горных пород и почвы лунной поверхности). Это, конечно, не высокие технологии; использование строительного заполнителя восходит к древним временам, достигнув высокого уровня сложности при римлянах, которые более 2000 лет назад построили то, что до сих пор является самым большим свободно поддерживаемым бетонным куполом в мире (Пантеон). Колизей был сделан из бетона, облицованного мрамором. Римляне также построили сложную сеть дорог, некоторые из которых используются по сей день; мощение и выравнивание - одна из самых старых и самых простых известных технологий. Как ни странно, строительный материал из песка и гравия является крупнейшим источником богатства из земных ресурсов - самого большого экономического материального ресурса на Земле.
В последнее время внимание сосредоточено на сборе и использовании воды, обнаруженной в виде ледяных отложений на полюсах Луны. Выкапывание покрытой льдом почвы и нагревание ее для извлечения воды - очень старая практика, восходящая, по крайней мере, к доисторическим временам. Эта вода может содержать другие вещества, в том числе, возможно, токсичные количества некоторых экзотических элементов, таких как серебро и ртуть. Нет проблем - мы понимаем фракционную дистилляцию, средневековый метод разделения, основанный на разных температурах кипения различных веществ. Опять же, эта концепция не особо высокотехнологична, так как нужен только нагреватель и охлаждающая колонна (в основном конфигурация нефтеперерабатывающего завода). Некоторые исследователи предположили, что лунный реголит можно добывать для получения металлов, которые затем можно использовать для производства как крупных строительных конструкций, так и сложного оборудования. Извлечение металла из горных пород и минералов также очень старо, оно было разработано древними и просто со временем стало более эффективным. Такие процессы, как карботермическое восстановление, использовались сотни лет. Реакции и выходы хорошо известны, а оборудование, необходимое для создания технологического потока, простое и легкое в эксплуатации.
Короче говоря, средства, необходимые для извлечения и использования материальных богатств Луны и других внеземных тел, - это технологии, которым уже несколько столетий. Даже продвинутая химическая обработка была в значительной степени полностью развита к 19th веку как в Европе, так и в Америке. «Новые» аспекты технологии ISRU вращаются вокруг использования компьютеров для контроля и регулирования потока обработки. Такой контроль уже используется во многих отраслях промышленности на Земле, включая новую и потенциально революционную технику трехмерной печати. Ключевой аспект старой идеи «Быстрее-Дешевле-Лучше» (которую НАСА так и не приняло) заключался в том, чтобы раздвинуть границы, полагаясь больше на «нестандартные» идеи, в соответствии с которыми большее количество инноваций в большем количестве полетов приведет к увеличению возможностей. через некоторое время.
Ничто из того, что мы планируем делать на Луне, не связано с магией, алхимией или чрезвычайно высокими технологиями. Как и в большинстве новых областей деятельности, мы можем начать с малого и со временем наращивать потенциал. Концепция TRL была разработана в качестве руководства. Он не был задуман как оружие, исключающее из рассмотрения методы, которые могут изменить правила игры, или для выделения территорий для финансирования. Отношение к TRL должно измениться на всех уровнях, от простой подсистемы до полного сквозного архитектурного плана. Важнейшим первым шагом к истинному использованию космоса, а также к пониманию и управлению нашей судьбой является признание и использование в своих интересах рычагов, получаемых от использования лунных (а со временем и планетарных) ресурсов.