Почему космические зонды не запускаются партиями?

Экономия средств от массового производства не является линейной. Вы увидите экономию в одних областях, но не в других.

• Космические зонды и даже коммерческие спутники (которые в определенной степени стандартизированы) изготавливаются вручную. Таким образом, если вы строите 2 (или 20), стоимость рабочей силы возрастает более или менее линейно. Только когда вы строите гораздо большие количества (тысячи), становится интересно инвестировать в производственные инструменты в обмен на более низкую стоимость рабочей силы.

• То же самое касается компонентов, которые вы будете использовать. 100 зондов — это далеко не тот масштаб, который необходим для получения прибыли от массового производства.

• Возможности не растут линейно с размером. Если у вас есть выбор между 1 большим зондом и 100 маленькими зондами, большой зонд может содержать гораздо более продвинутые научные инструменты, чем 100 маленьких. Миссии на внешние планеты нуждаются в РИТЭГах, а они настолько редки, что построить 100 из них на данный момент невозможно. Небольшой зонд не сможет передавать напрямую, например, с Марса на Землю, у него нет бюджета мощности передатчика.

• Есть случаи, когда вы хотели бы иметь несколько измерений в разных местах. Для удобства орбитальный космический корабль в конечном итоге посетит каждое место на планете (в зависимости от выбранной орбиты). НАСА планирует несколько миссий , которые будут содержать несколько кубсатов в дополнение к основному космическому аппарату, чтобы проводить измерения сразу в нескольких местах . Основное судно будет выполнять роль ретранслятора.

• Запуски в дальний космос сложны. Для миссий на внешние планеты нынешние зонды приближаются к предельной стартовой массе ракет, которые у нас есть. Таким образом, для отправки 100 «Вояджеров» потребовалось бы 100 запусков. Отправка 100 космических аппаратов за один запуск означала бы создание кубсатов, что стало возможным совсем недавно.

Думаю, я думаю, что если компания потратит все свои ресурсы на разработку инновационного нового продукта, она не просто захочет его создать. Они захотят создать много, потому что каждая произведенная ими единица снизит общие затраты на единицу.

На данный момент зонды для дальнего космоса обычно разрабатываются и строятся космическими агентствами и/или университетами, а не коммерческими компаниями. Им плевать на массовое производство.

Группа зондов, направляющихся к одному и тому же месту назначения, в данный момент нерентабельна. Каждому зонду потребуется собственный двигатель, средства связи (если не будет одного «родителя» с антенной дальнего действия), система наведения и другая электроника. Это добавило бы веса.

Также для общих наблюдений один датчик может просто делать все измерения/фотографии и отправлять их обратно.

Однако некоторые группы наблюдали за целым роем микрозондов. Например, может быть полезно доставить их к месту назначения на одном посадочном модуле, а затем выпустить на поверхность для исследования. Другой пример, который был приведен, касается многократных входов зондов для изучения атмосферы Юпитера...

Я думаю, что общий принцип, о котором вы думаете, верен лишь частично. Вот как я резюмирую:

Массовое производство невозможно без фабрики. Заводы могут стоить миллиарды. Но мы повторно используем дизайн зондов, особенно первых зондов в нашей истории.

Исследования, проектирование и разработка имеют свои собственные затраты. Так что я думаю, что есть важная часть вашего принципа, которая говорит, зачем разрабатывать новый зонд? Мы могли бы просто сделать несколько копий и отправить их куда угодно.

Ну, это верно для первых космических зондов. Зонд, предназначенный для полета к Юпитеру, собирал бы те же данные с Сатурна, Урана и Нептуна.

И это действительно так, как это было сделано сначала. «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были практически идентичны, и я почти уверен, что то же самое можно сказать и о «Пионер-10» и «11» и зондах «Маринер». Кроме того, многие действительно ранние зонды к Луне, Марсу и Венере были копиями друг друга. Серия Ranger, например, выходит как минимум на Ranger 8.

Это не значит, что мы производим их массово. Зонды 8 Ranger — это не оправдание для того, чтобы тратить миллиарды на фабрику, когда их можно просто собрать вручную.

Но наступает момент, когда тот же зонд просто не будет собирать новые данные, потому что мы это уже сделали! Пришло время разработать новый зонд, собирающий новые данные.

Вам также могут быть интересны миры, которые вы еще не посещали или недавно посетили, используя совершенно новые зонды. Зачем строить «Новые горизонты» для полета к Плутону, когда мы можем, например, просто повторно использовать конструкцию «Вояджера»? Зачем тратить деньги на новую разработку (и рисковать новыми неудачами), когда у нас уже есть действующий дизайн, доказавший свою эффективность? Проблема здесь в том, что бюджет запуска не был выделен на зонд массой 720 кг (масса "Вояджера"). Вместо этого нам нужен был зонд массой 480 кг (масса New Horizons), чтобы мы могли очень быстро отправить его на расстояние до Плутона. Кроме того, в наши дни проектирование нового космического зонда НЕ так сложно, как раньше (к счастью).

Помимо аргументов об эффективности, зонды — это специально разработанные объекты, в которых много дискуссий о конкретных полезных нагрузках.

В сценарии серийного запуска вы можете включить свое понимание объекта из первых зондов в дизайн более поздних зондов. В сценарии массового запуска вы должны выбрать все полезные нагрузки с вашими текущими знаниями о цели. Это было бы похоже на игру «20 вопросов», но вы должны задавать все свои вопросы в начале игры, а не развивать их со временем.

Согласно ракетному уравнению, вам потребуется топливо пропорционально массе вашего полезного груза и экспоненциально по отношению к массовой скорости выхлопа. Действительно, при серийных пусках затраты на техническое обслуживание будут меньше, однако вам придется использовать больше топлива, что имеет свои последствия при подготовке к пуску. Кроме того, современные пусковые установки не предназначены для объединения в произвольные конфигурации, т. е. вы не можете разместить пять верхних ступеней над тридцатью основными ступенями.

Есть определенная экономия средств при запуске нескольких спутников. Компания, с которой я знаком, запустила много спутников связи. Использование общей конструкции позволило сэкономить на инженерных затратах, некоторой рабочей силе (со временем все становилось быстрее и меньше времени простоя для экспертов), программном обеспечении и даже на тестировании (некоторые спутники подвергались более тщательным испытаниям, что снижало стоимость). Вы абсолютно правы, больше зондов будет дешевле. Однако есть некоторые недостатки.

1. Количество научных знаний, полученных от нового зонда, уменьшается вместе с количеством космических кораблей. Например, у MRO есть камера, которая сфотографировала всю поверхность Марса с довольно высоким разрешением. Прямо сейчас он может только фотографировать поверхность, чтобы увидеть, как что-то меняется. Его научно-практическая ценность резко упала.
2. Связь с группой спутников становится затруднительной. Один из самых сложных аспектов управления многими космическими миссиями — когда все они находятся в одной и той же части неба в одно и то же время. Это снижает доступность коммуникационных окон, что в целом затрудняет получение данных от этих зондов. Так много в одном месте было бы очень сложно.
3. Такое количество миссий одновременно значительно сократит эффективный бюджет НАСА, что затруднит запуск новых миссий в будущем. Это привело бы к меньшему количеству науки, поскольку постоянно появляются новые лучшие инструменты.

Создание дубликата инструмента может быть полезным. Например, два зонда "Вояджер" являются клонами, как и два посадочных модуля "Викинг". Этот уровень избыточности может быть полезным и не стоит значительно дороже.

Возможно, вам будет интересно узнать, что в планах есть миссия, очень похожая на вашу. Планетарные ресурсы планируют спутники для экспедиции, чтобы идентифицировать спутники для добычи полезных ископаемых. По сути, потребуется дублировать спутник и отправить его на множество различных потенциальных целей. Это имеет смысл использовать недорогие копии зондов для изучения многих целей в Солнечной системе, узнавая как можно больше.