Декілька міркувань до проблем логістики використання кораблів класу Starship

Сприймайте матеріал не як детальний глибокий аналіз якоїсь грані марсіанського проекту, а як ескізні нариси можливостей. Не сприймайте його крізь призму жорсткого таймлайну. На всі питання «А коли конкретно буде оце чи оце?» в мене одна відповідь: не за баром.

На цей момент я не зустрічав детальної концепції логістики в рамках проекту колонізації Марса. Не бачив також обґрунтованих ідей щодо базування, експлуатації і «міжвіконного» використання марсіанської армади Starship-ів. Практично всі уявлення про це обмежуються доволі туманною картиною — на орбіту піднімуться кораблі з колоністами та вантажами, їх швиденько заправлять кораблі-заправники, і вся армада рушить до Марсу.

Але так не буде, скоріш за все. Заправка на ННО одного марсіанського корабля потребуватиме 10…12 рейсів кораблів-танкерів. А це означає, 10…12 циклів стикування. І, якщо заправлення безпілотних ваговозів цілком можливо вести тривалий час, то пасажирський корабель бажано буде заправити якомога скоріше, хоча б з міркувань економії ресурсів життєзабезпечення екіпажу. До того ж 10 стиковок збільшують ймовірність виникнення нештатних ситуацій в 10 раз. А коли на борту екіпаж, багаторазова прокачка сотень тон пального не додає йому відчуття спокою і впевненості.

Трохи кращим виглядає варіант, при якому танкери поступово заправляють безпілотний вантажний корабель з марсіанської армади, потім до вантажівки причалює пасажирський лайнер, забирає з неї одразу все пальне і швиденько вирушає на Марс. А вантажівку знову починають заправляти танкерами. І лише потім вантажівка зможе вирушити в рейс. Якщо зненацька не прилетить ще один лайнер, і не «відіжме» знову все пальне.

Примітно, що в цьому варіанті, умовний вантажний корабель фактично виступатиме в ролі орбітального складу пального. Постає питання, а навіщо взагалі використовувати проміжний корабель, якщо можна створити спеціалізовану структуру?

Орбітальна інфраструктура — склад

Головним призначенням подібної структури має стати постійне тривале накопичення компонентів пального на Низькій Навколоземній Орбіті для швидкого заправлення одного або всіх кораблів марсіанської армади. Адже небесна механіка нам забезпечує «вікно» для оптимального перельоту на Марс лише раз на 2 роки, і відкрите те вікно трохи більше місяця. Ви уявляєте, яка тиснява і безлад пануватимуть в навколоземному просторі, якщо з півдюжини рейсових лайнерів треба буде відправляти одночасно, а заправляти їх доведеться флотом танкерів в дуже стислі терміни?

Орбітальний склад пального стає незамінним елементом всього проекту. Його можна буде наповнювати без поспіху і колотнечі впродовж двох років між «вікнами». Наповнювати не лише пальним, а всіма іншими вантажами, які знадобляться колоністам. На такому складі можна тримати запас резервних агрегатів, наприклад, двигунів, систем життєзабезпечення, керування та зв’язку. На випадок, якщо під час виходу на орбіту Землі зіпсуються один або декілька Рапторів пасажирського марсіанського лайнера. Або радар. Або очищувач повітря. Запаси води та їжі, наукове приладдя, будівельна техніка, сировина і матеріали — все це також можна в спокійному режимі піднімати 2 роки на орбітальний склад, щоби потім за кілька днів перемістити потрібний крам в рейсовий корабель (або кораблі) і відлетіти у «вікно». Один з варіантів створення орбітального складу я показав на прикладі Гексагонів.

Попутні перевезення під гарантованим повним завантаженням

«Але і це ще не все! За ті самі гроші ви прямо зараз можете отримати вдвічі більше цього унікального товару і підставки під пивні стакани в подарунок!»

Цей доволі смішний слоган теле-продавців може стати щасливою реальністю Марсіанського проекту якщо на орбіті Землі буде створено орбітальний склад. Адже тоді буквально кожен комерційний запуск Starship зможе бути завантаженим на 100% проектної вантажопідйомності, навіть якщо маса законтрактованого до виведення вантажу складатиме незначну долю вантажопідйомності. Решту вільного місця можна буде заповнювати пальним, водою та іншими вантажами для накопичення їх на орбітальному складі.

Дійсно, собівартість запуску повністю завантаженого корабля мало відрізняється від собівартості запуску напівпорожнього. Лише на вартість різниці пального. Знаю-знаю, можна збирати «збірні вантажі» від багатьох замовників а потім їх гамузом виводити у космос. Але навіщо втрачати час в очікуванні повного заповнення корабля? Краще взяти в замовника гроші, розмістити на борту його вантаж, а решту маси до 100 тон просто долити пальним або водою.

В найпростішому випадку, після виходу на орбіту Землі Starship вивільняє комерційне навантаження (сторонні супутники), а сам іде на свій орбітальний склад. Там він зливає надлишки пального і вивантажує чергову порцію припасів для марсіанської армади.

Супутній бонус. Така схема відкриває нове вікно можливостей для виведення надважких вантажів на надвисокі (аж до геостаціонара) орбіти. Наприклад, 130…150-тоний об’єкт може бути завантажений в корабель і виведений на ННО. Корабель випалить все пальне, досуха. Навіть не залишаючи запасу для повернення на Землю. Але він дістанеться складу, де зможе заправитися і потягти свій надважкий вантаж на геостаціонар. Що це може бути за 130…150-тонний об’єкт на геостаціонарі — пофантазуйте. Мені сходу спало на думку щось на зразок довготривалої станції технічного обслуговування супутників Блискучого Поясу Геостаціонару.

Модульність

Наблизимось до реальності і ускладнимо задачу.

Дано: Орбітальний склад, Starship і купа дуже різнорідного вантажу від різних замовників послуги виведення а також різноманітні припаси для марсіанської армади. Причому, частина навантаження — традиційні супутники з дуже різними орбітами призначення

Віднайти: Спосіб вивести увесь вантаж в космос, супутники розкидати по цільовим орбітам, а припаси вивантажити на орбітальному складі. Причому, пальне і окиснювач окремо, їжу на камбуз, бульдозери в ангар, контрабандні цигарки між переборками.

Очевидно, що супутники мають летіти в окремому відсіку, а припаси для армади — в іншому. Тому що ці вантажі потребуватимуть різних фізичних умов перебування. Паливо, можливо буде просто перелити з баків корабля в складські ємності, а можливо й не просто. І тоді доведеться заводити у вантажному просторі корабля ще відсік для кріогенних рідин. І ще один відсік для води. І для компонентів повітря.

Чи можна створити такий набір відсіків у кораблі? Звісно, що можна. Але яким робити співвідношення об’ємів відсіків? Адже на кожний новий рейс пропорції різних категорій вантажу будуть змінюватися. Сьогодні потрібно везти 3 однакових великих супутника і пару марсіанських екскаваторів, а завтра — 7 супутників різного калібру, запаси води та їжі і, по максимуму, пального. Деякі відсіки виявляться напівпорожніми, деякі — ледь наповненими.

Якщо ми хочемо ефективно використовувати можливості корабля, у нас не лишається варіантів, окрім гнучкої організації внутрішнього простору вантажного ангару.

Перше, що мені спадає на думку, це конструкція у вигляді багатьох шайб-циліндрів однакового діаметру (9 метрів) і різної висоти. По суті, транспортних контейнерів, кожен з яких спеціалізований під конкретний різновид вантажу.

Завантажуватися вони можуть будь-де, складатимуться один на одного вже на стартовому майданчику.

Після підходу вантажного корабля з набором контейнерів до орбітального складу, він може швидко скинути всі транспортні контейнери для подальшого розбору канадармами чи астронавтами. Контейнери або поставлять під розвантаження, або пристикують до складу, нарощуючи тим самим його об’єм. В них вантажі залишатимуться на своїх полицях, поки не знадобляться армаді.

Корабель може почекати, поки розвантажують контейнери, а може й не чекати. Він може одразу піти за новою порцією вантажних контейнерів. А може дозаправитись і потягти якийсь супутник на планову орбіту, і лише потім повернутися на Землю. Наступним рейсом вантажний корабель знов скине жменю контейнерів біля складу і забере із собою порожні контейнери, з минулих рейсів.

Конструкція модулів-контейнерів може бути будь-якою, головне, аби вони добре поєднувалися один з одним не лише геометрією, але й роз’ємами інженерних мереж. Тобто, дозволяли легко і швидко збирати з них «намиста», пласкі та об’ємні компактні стільникові структури. Наприклад денця всіх без винятку контейнерів мають бути попарно-однаковими. Як от гніздо і штекер USB-роз’єму. А висота (відстань між денцями) має бути з ряду ступені двійки:

L= А•2^x

Де      L — довжина контейнеру

          А — модуль довжини (наприклад, 1 метр)

          Х — натуральні числа

Тобто, якщо прийнятий модуль довжини в 1 метр, контейнери матимуть довжину з такого ряду: 1/2/4/8/16 метрів. Це дозволить складати з різних контейнерів, як з елементів LEGO, єдину суцільну споруду, з розмірами, кратними прийнятому модулю.

Максимальна уніфікація транспортних контейнерів надасть ще одну цікаву опцію — складання з них великих міжпланетних транспортних систем. Адже на орбіті вже нема повітря, тож аеродинаміка не перешкоджатиме створенню будь-яких конструкцій. І, якщо потім причепити до тої «складанки» декілька вакуумних двигунів від Starship-ів, ми отримаємо супертанкер-суперконтейнеровоз. Який за один рейс зможе привезти на орбіту Марса стільки припасів, скільки б його притягли десятки, а то і сотні звичайних Starship-ів. До речі, розклад рейсів таких ваговозів може бути не прив’язаним до «польотних вікон». Вони можуть йти значно довше, ніж пасажирські лайнери, їм взагалі не треба ловити «вікно»

Космопорт, Промзона і Сортувальна станція

Наявність орбітального складу природним чином спонукатиме до розширення його можливостей і перетворення на багатофункціональний об’єкт космічної індустрії. Велетенські і постійно поновлювані запаси пального дозволять надати притулок і забезпечити функціонування «каботажного флоту» — апаратів класу Dragon-XL.

Являючись по суті простими тягачами з можливістю використання «навісного обладнання», вони можуть стати основою навколоземних місій широкого спектру:

1. Виведення на остаточні орбіти супутників, яких гамузом підніматимуть із Землі на орбітальний склад вантажні Starships
2. Порятунок (або абордаж з викраденням) найбільш цінних супутників, з можливістю їх транспортування до орбітального складу для подальшого ремонту чи демонтажу.
3. Підбирання орбітального сміття. Цей промисел може стати дуже привабливим з огляду на можливість утилізації та/чи повторного використання компонентів і матеріалів, з яких те сміття складається. Матеріальні ресурси, що можуть знадобитися в діяльності орбітального складу та в марсіанському проекті вже не потрібно буде підіймати з поверхні Землі. Бо вони вже на орбіті
4. Дозаправлення пальним супутників. Дозаправлення рідким гелієм космічних телескопів. Зокрема, щоби NEOWISE знов повернувся до режиму WISE
5. Масштабні інженерно-такелажні роботи, перш за все — розширене будівництво або зміна конфігурації і топології самого орбітального складу
6. Каботаж вантажів між орбітальним складом та іншими орбітальними структурами — орбітальними станціями, готелями і тому подібними об’єктами
7. Рятувальні операції

Чи обов’язково саме апарати класу Dragon XL використовувати в якості тих «робочих конячок»? Не думаю. Конвеєрний випуск Starship-ів диктуватиме їх максимальну уніфікацію саме зі Starship-ами.

Задачі за п.п. 2 та 3 потребуватимуть спеціалізованих приміщень-майстерень з переробки здобичі. Звісно, максимально оснащених роботизованими системами. Але навряд чи Boston Dynamics встигне створити роботизовані рої,

тож доведеться там тримати людську обслугу. Крім того, посильна допомога астронавтів у відкритому космосі стане в нагоді і в операціях за п.5

Наявність екіпажу, майстерень, каботажних доків, можливо ангарів, перетворить з часом тривіальні діжки для пального в повноцінний орбітальний космопорт. Своєрідну перевалочно-сортувальну станцію з прилеглою Промзоною.

На першу пору, до Промзони має увійти, окрім супутникових майстерень, електролізний завод. Це дозволить вивільняти кисень і водень з привозної води прямо на орбіті і створювати їх товарні запаси.

• По-перше, кисень потрібний всім і завжди
• По-друге, орієнтація багатьох колег на водневі двигуни дозволить зробити їм пропозицію, від якої важко відмовитися. Дозаправку киснем/воднем на ННО
• По-третє, і я в цьому глибоко переконаний, сам Маск повернеться до водневої теми. Адже, в космосі, хоча б для того ж міжпланетного супер-ваговоза, всі обмеження маса/об’єм/кріогеніка втрачають сенс через відсутність атмосфери. Водень можна зберігати буквально в надуваних кульках на зовнішніх поверхнях вантажівки, або в танкерних контейнерах, в газоподібному стані, під невеликим тиском. І це дозволить максимально використати перевагу водневих двигунів — великий питомий імпульс в поєднанні з гарною тягою. Бо саме ці параметри є ключовими в міжпланетних перельотах.

Наступним розвитком Промзони стануть Hi-End виробництва, як то надчисті речовини і сполуки, сплави, кристали, базова мікроелектроніка, біоматеріали і всяке таке, де ключовими факторами можуть стати вакуум, чиста енергія, невагомість, змінна гравітація. Окреме створення таких позаземних заводів, саме по собі — дуже морочлива і затратна річ. Але, в умовах дешевої інфраструктури Орбітальної Промзони і надійної логістики, подібні виробництва можуть отримати шанс.

Як швидко цей Космопорт розів’ється до бублика і закрутить гравітацію — не берусь гадати. Але закрутить обов’язково. Особливо коли там з’являться житлові сектори для накопичення, навчання і адаптації майбутніх марсіан.

Адже ви не думаєте, що масована Марсіанська Конкіста відбуватиметься прямими рейсами Бока Чіка — поверхня Марсу? І не думайте, бо так не буде.

Обіг двигунів

Коротенька думка: двигуни Starship-ів добре було б теж вписати в стандартизовані за геометрією та інженерними з’єднаннями, модулі. Це дозволить гратися двигунами, як заманеться. Миттєво замінювати поламані справними, формувати батареї двигунів потрібної потужності і конфігурації при створенні міжпланетних супер-ваговозів. Це дозволить повертати надлишки двигунів на Землю. Дивне твердження? Уявіть собі, що супер-ваговоз складатиметься не лише з контейнерів, а ще з одного або кількох Starship-ів, що відлітали своє в якості танкерів-ваговозів, а тепер використовуються в якості ємностей для перевезення великих об’ємів пального в систему Марса. Чи потрібні їм будуть всі Раптори? Ні, якщо ці ємності залишаться в якості Марсіанського орбітального складу. А якщо сідатимуть на Марс, їм вистачить парочки двигунів замість 6. Викидати ці надлишкові 4 двигуни? Чи тягати мертвим вантажем між Марсом і Землею? Авжеж, що ні.

Підсумок

Концепція Марсіанської Армади, що складається з сотень, а то і тисячі кораблів, неминуче видозміниться. І першим сигналом про серйозне осмислення Маском логістики марсіанського проекту, будуть розмови про необхідність створення орбітального складу пального.

До речі, цікаве питання постало, але мені його ліньки думати. Уявіть собі, що все, що я тут згадав, таки здійснилося і втілилося в орбітальний метал та уніфіковані контейнери. Скільки знадобиться Starship-ів (танкерів, лайнерів, вантажівок), аби реалізувати мрію Маска? Точно, що не 1000. А 200 вистачить? Чи сотні? А може й три десятки впораються?