Сколько стоит лунный туризм — Энди Уир, автор «Марсианина»

Примечание редактора: 14 ноября 2017 года Энди Уир, автор «Марсианина», презентовал свою новую книгу: «Артемида». Её действие разворачивается в одноимённом лунном поселении в 2080-е годы. Как и в случае с новеллой о робинзоне XXI века, автор довольно серьёзно подошёл к вопросу технической и экономической достоверности истории. Он написал целую колонку для Businessinsider, в которой объяснил базовую экономику космических перелётов в своей новой вселенной.

Вы задаёте вопросы вроде «Почему Федерация использует космические корабли, если она может просто телепортировать людей на сотни световых лет?» или «Почему Империя и повстанцы не производят дроидов-пилотов, которые позволят им не рисковать жизнями в космических баталиях?» Вы — маленький дотошный зануда?

Поздравляю. Я тоже.

События «Артемиды» разворачиваются на Луне. В научной фантастике о Луне обычно есть один существенный прокол. Экономика. Конечно, никто не будет читать фантастический роман, словно это учебник по экономике, но его продуманность по крайней мере имеет смысл.

Эта статья — об Артемиде, о том, как она работает. Здесь не будет спойлеров, так что можете смело погружаться: материал отлично подходит в качестве предыстории.

Почему этого нет в книге?

Потому что это скучно. Чёрт побери, если «Скрытая угроза» нас чему-то и научила, так это тому, что не стоит начинать научно-фантастическое повествование с детализации экономических отношений.

Вполне возможно, что вам будет неинтересно читать эту статью. В таком случае, просто забейте. Она не должна развлекать и увлекать, она написана для того одного процента людей, для которых условности и недосказанность в истории — словно ком в горле. А так как я ощущаю себя одним из таких людей, этот текст для меня обретает смысл.

Обложка новой книги Уира, «Артемида»

Стоимость

Будь у вас возможность отправиться в отпуск на Луну за $70 000, вы бы согласились? Многие люди — да. Блин, да они бы брали вторую ипотеку, чтобы иметь возможность оплатить путешествие! На этом и строится экономика Артемиды. Всё здесь работает на туризм, а мы исходим из предположения, что стоимость подобного отпуска упала до того уровня, на котором его могут позволить себе простые люди.

Дороговизна космических путешествий является следствием высокой стоимости доставки любого груза за пределы Земли. Невероятно дорого запустить что-либо на низкую околоземную орбиту (НОО). А в случае полёта на Луну вашему огромному космическому грузовику не миновать НОО. Он должен полететь ещё дальше. Если препятствие в виде стоимости будет устранено (или значительно сокращено), космический туризм начнёт процветать.

Я уверен, что мы уже находимся на пути к этой цели, прокладываемом коммерческими космическими компаниями.

О каких именно деньгах идёт речь?

Я провёл небольшое исследование, основанное на данных 2015 года. Так что все суммы в статье относятся к американскому доллару 2015 года.

Сегодняшняя стоимость НОО

Прежде чем делать прогнозы, давайте посмотрим на сегодняшнюю ситуацию. Сколько стоит доставить что-либо на НОО?

Во-первых, я исхожу из того, что выгодная система должна сама себя окупать. Она не должна опираться на государственное финансирование и на субсидии. Так что мы сходу отбрасываем государственные космические системы. Перед ними не стоит цель заработать, так что если они и доставляют что-то на орбиту по невысоким ценам, этот вариант мы опустим. Такая система не может масштабироваться, она не сможет себя окупить.

Международная космическая станция. К ней регулярно отправляют грузы и космонавтов с Земли.

Самый дешёвый (на момент написания материала) способ доставить что-то на НОО — воспользоваться услугами SpaceX. Запуск их РН Falcon 9 обойдётся в $61.2 млн, что позволит доставить на низкую околоземную орбиту примерно 13 150 кг. Следовательно, стоимость доставки одного килограмма груза на орбиту составляет $4 653.

Теперь у нас появился какой-то контекст: мы можем сравнивать реальный мир с тем воображаемым, который я собираюсь вам представить.

Моё фиговенькое предположение

Мне нечем подкрепить своё предположение, помимо внутренней уверенности. Но на нём строится весь мир «Артемиды».

Предположение: коммерческая космическая промышленность, за счёт конкуренции и инженерного прогресса, достигнет того же соотношения топлива и накладных расходов, что и современная авиационная промышленность.

Что я имею в виду? Откуда я взял авиакомпании?

Реактивный двигатель Boeing-777

Авиационная отрасль — хорошая параллель для космической. Обе связаны с перевозкой людей и грузов. Обе требуют использования чрезвычайно дорогих, сложных средств, которые к тому же трудно обслуживать. Обеим необходимо топливо.

Так что, верно это или нет — мы не знаем, я предполагаю, что коммерческая космическая отрасль рано или поздно будет очень похожа на коммерческую авиационную отрасль. Давайте изучим последнюю детальнее.

Соотношение топлива и накладных расходов

Falcon 9 стартует со стартового стола

Авиакомпании нуждаются в персонале, чтобы летать и обслуживать свои самолеты. Им необходимо платить соответствующие налоги и комиссионные сборы. Им нужно покупать новые самолеты, ремонтировать изношенные детали, управлять пенсионным планом своих компаний, в общем, делать всё, что нужно сделать в сфере услуг. Но, безусловно, самая большая часть их бюджета без учёта заработной платы идет на топливо. Оно составляет большую часть стоимости любого рейса.

Поэтому вопрос заключается в следующем: какой процент от общего дохода авиакомпании в конечном итоге идет на покупку топлива? Это то, что нам нужно посчитать в первую очередь.

Я не особо разбираюсь в авиационной промышленности. Я просто воспользовался интернетом, взял цены на билеты, цены на топливо. Я могу ошибаться, но в качестве отправной точки мы используем именно эти данные.

Для начала, мне нужно было выбрать самолёт. Я выбрал Boeing 777-300ER. Это один из самых популярных самолетов в мире, обслуживающих дальние рейсы, его используют все крупные авиакомпании. Он сочетает в себе эффективность, он экономичен в плане расхода топлива, он очень безопасен.

Немного статистики по Boeing 777-300ER:

Следующее, что я сделал — изучил существующие дальние маршруты авиаперевозок. Я хотел получить усреднённое значение, так что выбрал три разных рейса различных авиакомпаний различной длины. Более аргументированное исследование, конечно, потребовало бы гораздо большей выборки. Но я собираюсь писать научно-фантастическую книгу, а не выступать перед инвесторами, так что для меня этого было достаточно.

Итак, с этой целью я просмотрел рейсы United Airlines из Нью-Йорка в Лондон, Air France из Парижа в Токио и рейс Qantas из Лос-Анджелеса в Сидней. Каждый из этих полётов происходит на самолётах 777-300ER, а цены на билеты взяты за один день в конце 2015 года. Примечание: цены на рейсы в Соединённом Королевстве являются приблизительными средними значениями по образцам разных ставок — на их сайте в то время цена постоянно «прыгала».

Для каждого рейса я записал стоимость билета во всех классах, а затем высчитал доход — сумму, которую авиакомпания получит в случае продажи всех мест в самолёте. Объемы топлива посчитаны, исходя из дистанции и расхода самолёта. Стоимость базируется на рыночной цене авиационного топлива в тот же день — $0.475 за килограмм. (Фактически, цена составляла 38 центов за литр, но я хотел перевести её в килограммы, а реактивное топливо имеет плотность 0.8 кг/л).

Я понял, что все компании закладывают одинаковую стоимость топлива в цену билета. Похоже, моя сумасшедшая теории подтверждалась!

Конечно, у меня было недостаточно данных, но пофиг — в среднем у меня получилось примерно 16.5% затрат на топливо от общего дохода. Так что в этой статье мы исходим из предположения, что 16.5% полученных от продажи билетов денег авиакомпании тратят на топливо.

Коммерческий космический корабль

Так, теперь у меня была доля авиационного топлива в расходах авиакомпании. И что? Как это приблизило меня к космическим кораблям? Как они будут выглядеть? Сколько будут весить? Сколько людей способны будут перевозить? Какое топливо будет использоваться и сколько его понадобится?

Конечно, у меня не было ответов на эти вопросы. Так что я позволил себе вытащить из собственной задницы ещё парочку предположений.

Предположение: пассажирский космический корабль будет иметь примерно такую же массу, что и авиалайнер, рассчитанный на то же количество человек.

Ладно-ладно. Это серьёзное допущение. Но, чтобы немножко прояснить ситуацию, я имею в виду сухую массу, не учитывая топливо. Самолёты во многом похожи на космические корабли. Баки под большим давлением, система жизнеобеспечения (чтоб ваши пассажиры оставались в живых), пилоты, тяжёлые двигатели. Так что будем отталкиваться от этой схожести.

Конечно же, для сравнения я использую всё тот же Boeing 777-300ER. Я также предполагаю, что наш корабль будет лишь доставлять людей на космическую станцию или на другой, транспортировочный, корабль. Он не должен быть для пассажиров комфортабельным домом, его задачей будет только довезти их на орбиту. Так что на этом этапе мы отбрасываем бизнес-класс: в 12-минутном полёте на НОО он просто не нужен. Вместо привычной конфигурации корабля мы задаём высокую плотность, что позволяет вместить в тот же объем 550 человек.

А теперь к последней догадке:

Предположение: коммерческая космическая промышленность будет использовать кислородно-водородные двигатели.

Я не хочу нагружать вас физикой, так что просто поверьте на слово: самая важная характеристика любой ракеты — удельный импульс её двигателей. Здесь есть прямая зависимость и от топлива: чем больший удельный импульс оно способно обеспечить, тем лучше. И именно кислород в сочетании с водородом являются сегодня самым эффективным вариантом. Кроме того, их смесь образует воду, что гораздо безопаснее других видов топлива. Наконец, кислород и водород очень дёшевы в производстве.

Энди Уир рассматривает лунные камни, доставленные экипажем одного из «Аполлонов»

В настоящее время существуют технические ограничения на использование водородно-кислородного топлива. Главная проблема — оно создаёт очень высокую температуру, большую, чем любой двигатель на альтернативном топливе. Но, опять же, я предполагаю, что все эти проблемы будут исследованы и решены, вплоть до появления коммерчески выгодных двигателей.

Последней частью головоломки является стоимость водорода и кислорода. Эти данные было сложнее всего найти. Я смог найти надёжные данные о цене на оптовый водород от 2002 года, поэтому я скорректировал стоимость относительно долларов 2002 и 2015 года и получил $0.93/кг. Что касается кислорода, я использовал общедоступные данные о том, что NASA платило за него ~$0.16/кг в 2015 году. Для реакции требуется одна часть водорода и восемь частей кислорода (по массе), поэтому общая стоимость топлива составляет $ 0.245/кг.

Это всё, что необходимо нам для дальнейших расчётов.

Стоимость доставки человека в космос

Итак, у нас есть корабль массой 165 500 кг, и мы собираемся перевезти на нём 550 пассажиров. Мы посчитаем по 100 кг на каждого из них — масса тела и багажа. Это даёт общую массу в 215 500 кг.

Удельный импульс водородно-кислородного топлива составляет 389 с. Чтобы добраться до НОО, вам нужно ускориться на 9 800 м/с. НОО на самом деле требует только 7 800 м/с, но вы теряете около 2000 м/с во время подъема из-за сопротивления воздуха и ввиду неидеальности реальной системы.

Опять же, я пропускаю физику (уравнение Циолковского, если вам интересно), но эти цифры означают, что нам понадобится 12.04 кг топлива за каждые 1 кг, которые мы хотим доставить на НОО. Мы хотим отправить на орбиту 215 000 кг, поэтому нам понадобится 2 594 620 кг топлива.

При нашей расчётной стоимости топлива ($0.245/кг) это означает, что общая стоимость топлива для запуска составляет 637 200 долларов США.

Теперь вернёмся к авиационным данным, помните, 16.5% за топливо от общей стоимости? Предположим, что космическая промышленность будет использовать то же соотношение. Таким образом, $637109 составляют 16.5% от суммарной стоимости билетов пассажиров. И это означает, что наш общий взнос составляет $3 861 266.

Наш корабль перевозит 550 пассажиров, что означает, что каждый пассажир должен будет заплатить

$7 020.48

Простите, что засунул это число в драматическую чёрную рамочку, но чёрт побери, разве вы отказались бы слетать на низкую околоземную орбиту всего за 7 кусков баксов? Миллионы людей согласились бы!

Что насчёт грузов?

Тут всё просто: я опять провёл аналогию с авиационной промышленностью и выяснил, что в среднем за те же деньги, за которые вы можете отправить самолётом одного человека, авиаперевозчик согласится перевезти 200 килограмм неживого груза. Грубо говоря, человек обходится в два раза дороже, чем груз: последнему не нужны сиденья, бесплатный арахис или базовые удобства. Плюс фактор безопасности — взрыв ракеты с полуфабрикатами значит лишь то, что нам потребуется отправить ещё одну ракету.

Так что я использовал то же соотношение цен, что и авиационная промышленность, и получил стоимость доставки на орбиту обычного груза:

$35.10 за килограмм!

Опять же, простите за драматизацию, но чёрт побери, это несравнимо с сегодняшними $4 653/кг!

Являются ли такие числа разумными? Ну, «Артемида» происходит в 2080-е, то есть более чем через 60 лет с момента написания этой статьи. Рассмотрим достижения в авиационной промышленности с её начала, с 1930-х, до 1990-х годов. Да, это возможно. Когда появляются деньги, которые можно заработать, что угодно становится возможным.

Как попасть на Луну с НОО?

Ну вот, у нас есть люди, есть груз — но пока что на околоземной орбите.  А мы хотим видеть их на Луне. Что ж, здесь есть два варианта.

Мы можем построить космические отели, которые будут циркулировать между Землёй и Луной по баллистической орбите — то есть их движение не потребует топлива. Такие орбиты существуют, это вполне реально. И это позволит добраться до спутника всего за 7 дней. Да, нам предстоит каждый раз «догонять» отель на орбите, чтобы доставить туда людей, но по крайней мере никому не придётся заправлять сами отели.

Трудно сказать, сколько это будет стоить. Но со стоимостью $35.10/кг для НОО, отель не был бы слишком большой финансовой нагрузкой для компании, которая будет способна его построить. Я признаю, что не продумал экономику космической гостиницы, не посчитал, сколько будет стоить ваше пребывание. Но учитывая, насколько удешевилась доставка груза в космос, я уверен, что доля пребывания в отеле будет небольшой относительно стоимости всего перелёта. На уровне обычного сегодняшнего земного отеля (что, блин, неудивительно!)

Но вам все равно придётся ускорять людей, чтобы догнать отель, а затем — затормозить их, чтобы совершить посадку на Луну.

Согласно моим подсчётам, вам потребуется ускориться ещё на 5 930 м/с, чтобы достичь нашего спутника. А это значит, что каждый килограмм условного груза превращается в 4.73 кг. Потому что на этот каждый килограмм потребуется дополнительно 3.73 килограмма топлива.

Итого, сколько денег потребуется на доставку килограмма с Земли на Луну? В 4.73 раза дороже, чем уже известная нам цифра в $35.10, то есть $166.02.

Так сколько же стоит полёт на Луну?

Повторим ещё раз: вам нужно доставить своё тело на низкую околоземную орбиту ($7 020), и потом совершить мягкую посадку на поверхности Луны, так что это всё ещё в 4.73 раза дороже, чем полёт на НОО. Итоговая стоимость перелёта:

$33 206.87

Да, я снова засунул число в драматическую рамку. Вызывайте полицию, мне пофиг. Люди жаждали бы таких дешёвых полётов на Луну.

Что насчёт обратного путешествия? Это будет гораздо дешевле, потому что вам нужно преодолеть лунную гравитацию, а не земную, что намного проще. Для торможения у Земли вам не нужно будет использовать топливо — вы затормозите об атмосферу. Кроме того, теоретически, на Луне можно добывать однокомпонентное топливо, которого может быть достаточно для перелёта на Землю.

Слишком много неизвестных, чтобы подсчитать стоимость обратного путешествия, но давайте очень грубо прикинем, что она будет в два раза ниже, чем полёт к Луне.

А во сколько обойдётся проживание на Луне?

Так выглядит схема лунной базы Артемида в новом романе Уира

Вам необходимо чем-то питаться. Можете употреблять Ганк — продукт из водорослей, который производится непосредственно на Артемиде. Он неплохо сбалансирован, питателен, и (благодаря тому, что выращивается на Луне) дёшев. Но если вы предпочитаете настоящую пищу, придётся есть импортированную с Земли. Обычный человек потребляет примерно килограмм сухой еды в сутки. Стоимость доставки килограмма груза на Луну мы подсчитывали, так что лунным туристам предстоит ежедневно платить от 80 до 160 баксов за питание. Для столь экзотического места не особо и дорого.

Суммарная стоимость

Итак, цены на проживание и питание будут сопоставимы с ценами в отелях высокого класса на Земле. То есть примерно $500 за номер, $160 за еду. Учтём ещё дополнительные туристические расходы и получим $800/сутки.

Прикиньте, сколько дней вы хотите находиться непосредственно на поверхности Луны, докиньте 14 суток на перелёт туда-обратно и умножьте всё это на $800. Это будут ваши общие расходы в полёте. Сам же полёт обойдётся, как мы уже посчитали, в $45 000. Так что двухнедельное пребывание на Луне будет стоить для космического туриста 2080-х примерно $70 000.

Так что позвольте спросить ещё раз: будь у вас возможность отправиться в отпуск на Луну за $70 000, вы бы согласились?

Copyright 2017 by Andy Weir.
Перевод: Павел Поцелуев, редактура: Ирина Ларина, изображения: Дмитрий Соколов

Поддержать выход подобных материалов в дальнейшем: