Сколько массы нам нужно отправить на Луну, чтобы построить там полезную фабрику?

В свете того, что SpaceX недавно выиграла контракт на полет на Луну для НАСА, я начал думать ( снова ) о том, какие возможности для отправки ракеты такого размера могут открыться в ближайшем будущем. Итак, для короткого рассказа, который я пишу, я строю первую базу на Луне.

довольно большой

Транспортное средство SpaceX (нужно ли мне это говорить) находится слева. Да, эта штука большая, десятиэтажное здание, и с (несколько раундов) дозаправкой в ​​космосе и одноразовыми пусковыми установками (используйте их для постройки ваших первых жилых домов на Луне), мы можем отправить на Луну около 100 тонн каждая . время . SpaceX издает звуки (через своего генерального директора), которые предполагают, что предельные затраты на строительство/запуск (то есть без учета первоначальных исследований и разработок) составляют около 5-10 миллионов долларов США . Это все еще не «дешево», заметьте, но за такую ​​цену НАСА, SpaceX или кто-то еще, кто их нанимает для этого, могут позволить себе отправить много массы. (Для масштаба огромной экономики США оборонный бюджет США в 2021 году составлял 733 миллиарда долларов США, поэтому флот из 100 звездолетов по указанной выше цене будет составлять менее 0,2% от этой суммы) .

Теперь, чтобы построить мою первую плавильню/фабрику, сколько массы мне понадобится? Давайте установим очень низкую планку и скажем, что она должна обрабатывать 1 тонну материала в день. Для сравнения, довольно примитивный рудоплавильный завод с технологией конца 1800-х годов мог перерабатывать 20 000 тонн в день. Но вы знаете, мы в космосе. Материал немного сложнее, там нужна цитата . Так что сделаем скидку, сократив добычу в несколько тысяч раз. Тем не менее, если подумать, даже если вы сможете производить 1 тонну материала, скажем, алюминиевых стержней или железных стержней, в день, это значительно снизит затраты на строительство жилья на Луне, поскольку каждая тонна, которую вы производите на месте, — это тонна, которую вы не производите. приходится дорого таскаться с Земли, а особенно за сыпучими материалами,

Итак, насколько малой может быть такая установка с точки зрения массы?

100 т более чем достаточно для запуска производства на Луне, это тесно связано с проблемой начальной загрузки. Но проблема в том, чтобы сделать это правильно, потому что есть более одного способа сделать это, и типичный не то, что умный подход может стоить больше, чем военный бюджет, и не дать ничего существенного. Думать о центрах на этом раннем этапе, по сути, означает отказаться от любого хорошего варианта до того, как он созреет, дождаться производства электроэнергии в 1 ГВт, прежде чем двигаться в этом направлении, переключиться на автоматизированное дистанционное управление, прежде чем вы достигнете этого 1 ГВт в производстве энергии, что может стать основой для запуска некоторых хабы и прочее.
О, чувак, ты даже используешь здесь точные науки, ты слишком много спрашиваешь, работ на эту тему не так много в целом, горстка, и большинство из них старые, а свежая - как 5 лет, и она устарела в тот момент, когда она была нет, и это не так уж сложно считать хорошей наукой, мой совет понизил ее, wb вряд ли даже может дать обычный ответ на вашу тему, не говоря уже о hs. // также он снова связан с eroei, как и с вашей проблемой Dyson Swarm, вы не получили там хорошего ответа, и эта проблема еще сложнее.
переключился на научный тег
Разве большинство материалов уже не на Луне? Таким образом, вам нужно только оборудование для добычи / копания и достаточно еды / воды, чтобы продержаться до следующего пополнения запасов / смены экипажа (?). Затем все растет в геометрической прогрессии.
@Len - традиционно «техника для добычи полезных ископаемых» требует больших затрат. Как плавится. А тепло для деятельности, связанной с добычей полезных ископаемых, на Луне немного сложнее получить. Кроме того, нужно пройти много реголита, прежде чем вы доберетесь до полезных минералов. Кроме того, хотя материалы могут быть там, они разбросаны по всей Луне, как и на Земле.
@jdunlop: тепло бесплатно в течение половины месяца, если у вас достаточно зеркал. Отсутствие конвекции означает, что ваша большая проблема заключается в охлаждении!!
@jdunlop, но необратимо. Оборудование будет подниматься поэтапно, и они смогут использовать спутниковые изображения и геохимические исследования, чтобы заранее определить местонахождение самых высоких концентраций полезных ископаемых.
@JoeBloggs Машины с химической системой охлаждения?
@Len - это моя точка зрения, правда. «Тебе нужно только» занижает тоннаж и объем требуемой операции. Кроме того, химическая охлаждающая жидкость не поможет, если у вас нет где-то поглотителя тепла.
По иронии судьбы, я подозреваю, что сама SpaceX могла бы ответить на этот вопрос...
Я думаю, что первым заводом, который нужно установить, будут солнечные батареи для обеспечения электроэнергией. Затем заводы добывают и перерабатывают подходящее топливо для ваших многоразовых ракет. Это увеличит их полезную нагрузку, поскольку им не нужно будет брать с собой топливо, чтобы покинуть Луну и достичь околоземной орбиты. Затем вы можете расширяться в любом направлении, которое более экономически целесообразно. (Гелий 3, вот и мы!)
Вопрос скорее в том, какая масса. 100 Т только случайных вещей не так хороши, как машина на 10 Т, которая может создавать случайные вещи из лунного реголита.
@DuncanDrake Солнечная энергия даже на Луне не будет производить достаточно энергии для тяжелой промышленности. Разделить воду, чтобы получить кислород? Нагрев скрубберов CO2 для их регенерации? Переплавка руды в сталь и алюминий? Вы можете получить около 300 ватт на квадратный метр от солнечных батарей на Луне, лишь немногим больше, чем на Земле. Лучшим плавильням на Земле требуется 13 киловатт-часов для производства 1 кг алюминия. Итак, чтобы сделать один алюминиевый стержень, вам понадобится около 43 квадратных метров панелей. Лунные поселенцы очень быстро обнаружат, что ищут ядерный реактор.
@stix Я не согласен. Солнечная энергия была бы лучшим выбором по сравнению с ядерной. Учтите, что для работы атомной реакторной установки потребуется большое количество дополнительного оборудования, а не только сам ядерный реактор. На Земле электростанции находятся рядом с источниками воды, им нужно много воды. Вы не хотите приносить всю эту воду (и все остальное) с Земли. Вы могли бы использовать воду на Луне, если бы она была в изобилии найдена под землей. Но тогда вам понадобится сила, чтобы извлечь и обработать его. Солнечные батареи в первую очередь. Потом можно расширяться.
@DuncanDrake 1/2 На Земле современные атомные станции должны быть рядом с источниками воды, потому что они спроектированы таким образом и основаны на конструкциях реакторов древних подводных лодок. Вполне возможно сконструировать ядерный реактор, который не должен находиться рядом с большим водоемом. Солнечная просто не будет сокращать это с обратной стороны расчета салфетки. Ваша плотность энергии слишком низка. Вам понадобятся тонны и тонны алюминия, стали, титана, чтобы поддерживать самодостаточную лунную колонию. Теперь посчитайте и рассчитайте вес и, что более важно, площадь поверхности, необходимую для солнечных панелей.
@DuncanDrake 2/2 А на Земле все тепло реактора тратится впустую, сбрасывая его в воду, поскольку вас интересует только выработка электроэнергии. На Луне вы почти наверняка улавливаете и используете его в качестве технологического тепла, которое для плавки и химического машиностроения будет более важным, чем электричество.
@stix Может быть, поместите эту салфетку в ответ, чтобы, выступая за ядерную энергетику на Луне, по крайней мере, она предъявляла некоторые минимальные требования к массе, как мы знаем, в некоторых случаях, сколько массы находится в реакторе, и со 100 тоннами на корабль это может быть вариантом, будет он или нет, зависит от того, что мы хотим получить в качестве конечного результата. Но удобство атомной энергетики как стабильного и востребованного источника энергии несомненно. Также одной из вещей, которой вам не хватает на Луне, является пространство, 43 квадратных километра солнечной энергии для производства алюминия, а - почему бы и нет, там ничего нет, пустошь.

Ответы (2)

Давайте посмотрим, что нужно для выплавки любого количества руды. Во-первых, что вы плавите? Различные предметы плавятся при разных температурах (железо IE составляет 1500 ° C, а алюминий - около 650 ° C - https://www.metalsupermarkets.com/melting-points-of-metals/ ). Вам нужен контейнер для плавки предметов, в котором можно выдержать требуемую температуру плавления. Для многих необходимых материалов вы можете фактически выдолбить чашу в реголите и использовать ее для плавления, если это будет жизнеспособный источник тепла и средство для стравливания металлов. Он плавится при температуре от 1350 до 1600 Кельвинов, что составляет примерно 1000-1300 градусов по Цельсию.

Что касается источника тепла, существует множество разновидностей реакторов на расплаве солей, которые относительно легкие и могут производить необходимое количество тепла ( http://fhr.nuc.berkeley.edu/wp-content/uploads/2014/09/AHTR.Nuclear. Technology.Article.May20.2003.pdf ) при условии, что вы сможете стравить лишнее тепло.

Далее вам понадобится необходимое оборудование для майнинга. Большой экскаватор весит около 50 метрических тонн ( https://www.gregorypoole.com/new-equipment/machines/excavators/352f-l-hydraulic-excavator/ ), а необходимые аккумуляторы будут весить еще 2-3 метрических тонны. Для начала достаточно одного. Вместе с копанием вам понадобится тягач. Поскольку это должен быть внедорожник, 42-тонная тонна весит примерно 8 тонн ( https://www.gregorypoole.com/new-equipment/machines/off-highway-trucks/770g-off-highway-truck/ ). Опять смотришь еще 2-3 тонны на аккумуляторы.

Далее вам нужна зарядная инфраструктура. Для этого потребуются средства преобразования тепла реактора в электричество. Видя, как пар не является эффективной средой в среде с нулевым давлением, вы, вероятно, смотрите на термогальванику. Многие, если не все, космические миссии США использовали этот метод для питания своих ракет-носителей ( https://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator ). Это легкое решение (Potonium дает около 140 Вт/г) для подзарядки аккумуляторов, а также для обеспечения питания, необходимого для рабочих на месте.

Наконец-то есть жилье для рабочих. Bigelor Aerospace в настоящее время планирует свой лунный модуль B330 со стартовой массой 23 тонны и имеет площадь 113 квадратных метров, общий объем 330 кубических метров. 2 или 3 из них обеспечат достаточно места для рабочих.

Итак, для полных весов имеем

  • 170т (солевой реактор)
  • 50т (экскаватор)
  • 8т (самосвал)
  • 10т (ионно-литиевые батареи - щедрая оценка)
  • 23т (жилой)
  • 1т (мощность)
  • 20т (кислород, вода, азот(грузовые шины) и др. мелочи)

Я думаю, что это все, что вам нужно, если вы можете заставить реголит работать - керамика может работать, чтобы удерживать тепло внутри реголита, чтобы избежать плавления от избыточного тепла - добавьте для этого еще 10-20 тонн.

Таким образом, мы получаем примерно 302 метрических тонны. Предполагая грузоподъемность в 16,8 т (тяжелая грузоподъемность Falcon на трансмарсианскую полезную нагрузку для посадки на Луну и возвращения), мы оцениваем приблизительно 18 подъемных сил. Если мы назовем это 20 подъемами для гибкости, вы рассчитываете на 100–200 млн долларов США, чтобы начать процесс.

Для дальнейшего рассмотрения вы также захотите посмотреть, какие материалы потребуются на вашей базе, поскольку она строится для защиты от радиации, а также для предотвращения утечки воздуха, поскольку многие из расплавленных материалов будут несколько пористыми по своей природе. Вам, скорее всего, понадобится какая-то пластиковая или керамическая облицовка, которую можно распылить внутри, а также многочисленные шлюзы на случай взлома (астероиды будут гораздо более распространены, чем на Земле). Возможно, будет разумнее использовать ваше горнодобывающее оборудование, чтобы выдолбить туннели на глубине нескольких сотен футов под землей в качестве защитного слоя и выложить их расплавленным реголитом. Но это только мои мысли по этому поводу :)

Удачи в этом.

Не могли бы вы использовать зеркала (либо на солнечной стороне, либо на орбите), чтобы избежать соляного реактора?
Разве вы не хотели бы по-прежнему использовать пар или какое-то рабочее тело в закрытой системе, а не термовольтаику, которая очень неэффективна? Причина термовольтаики РИТЭГов в космических зондах - отсутствие движущихся частей для долговечности, но в результате они получают от них только около 100 Вт. Похоже, что обитаемому объекту потребуется гораздо больше энергии, и это может оправдать дополнительное техническое обслуживание компактного мощного реактора.
@SerbanTanasa Слишком велика вероятность того, что зеркала будут повреждены или покрыты пылью. Микрометеориты со временем будут наносить ущерб отражательной способности, если не целостности зеркал, а пыль, вызванная добычей полезных ископаемых, не будет оседать так быстро, как на земле, а также продолжит движение примерно в том же направлении, в котором начала двигаться (низкая гравитация, отсутствие атмосферы). ). Существует также соображение веса: сколько зеркал необходимо? Какая инфраструктура для поддержки этих зеркал? Какая защита при прямом использовании солнечного света?
@Brianorca Проблема с паром в том, что он используется для вращения турбины для выработки энергии. Это означает, что все должно быть заключено в герметичный контейнер. Поскольку пар получается из воды, у вас теперь есть вес воды, турбины и корпуса. Поскольку вода кипит при более низкой температуре в соответствии с давлением воздуха, какое влияние окажет давление на Луну? Следовательно, вам понадобится герметичный контейнер под давлением. Мы смотрим на существенную разницу в весе.
@Brianorca Извините, места не хватило :) Как я показал выше, хотя РИТЭГи маломощны, они также чрезвычайно легкие (140 Вт / г топлива), что позволяет значительно регулировать мощность по мере необходимости. Также чрезвычайно важна избыточность. 1 турбина. 1000 РИТЭГов. Потеря одной турбины — катастрофа для всех рабочих. Потерять 100 РИТЭГов — неприятность. Опять же, мы смотрим на общую картину эффективности, веса, безопасности и эффективности. Турбина идеальна с точки зрения эффективности и результативности, но, к сожалению, в других категориях ей немного не хватает.

Всего несколько килограммов!

Концепция конвергентной сборки ( http://www.zyvex.com/nanotech/convergent.html ) существует уже несколько десятилетий, но долгое время считалась решением проблемы. На мой взгляд, космическая колонизация станет его убийственным приложением.

Короче говоря, наше современное представление о том, что такое фабрика и как она выглядит, является пережитком масштаба технологий до 20-го века. Кроме того, в земных отраслях, где время — деньги, существует понятное стремление минимизировать время производства желаемых товаров, по существу обменивая энергию и массу на время. Когда дело доходит до колонизации космоса, это уравнение меняется на противоположное. Энергия и масса становятся очень ценными, в то время как время для всех практических целей не ограничено.

Имея это в виду, нам не нужно отправлять полномасштабные заводы в другие миры, чтобы начать процесс индустриализации. Вместо этого мы могли бы отправить кластеры автоматизированных фабрик в миллимасштабе (1/1000), которые будут независимо сотрудничать на месте, чтобы производить фабрики и инструменты в сотовом масштабе. Затем они сотрудничают, чтобы производить децимасштабные фабрики и инструменты, и все они в конечном итоге объединяются для производства полномасштабных фабрик и инструментов. Потребности в ресурсах и энергии будут расти постепенно и пропорционально масштабу, что поможет максимизировать эффективность с течением времени. Каждое поколение масштаба также будет иметь возможность перерабатывать предыдущее поколение обратно в сырье.

Интересно, что для его начальной загрузки потребуется период обратного процесса. Нам пришлось бы использовать полномасштабные фабрики и инструменты, чтобы производить фабрики и инструменты децимасштаба, чтобы производить фабрики и инструменты стомасштаба и т. д. Этот процесс потребует изобретений и технологий, которые могли бы иметь множество других рыночных применений, поэтому он также мог бы финансово повысить свою эффективность.

Концептуально это достижимо с помощью современных технологий. Это просто потребует много чего, что люди ненавидят уступать: времени.

У нас нет децитонных производственных мощностей, а в некоторых случаях и их нижнего предела. Deci означает что-то ниже 10 см, так как 10-100 у нас есть кое-что, но это масса не несколько килограммов. Но хорошая концепция ответа.
Сколько массы нам нужно отправить на Луну, чтобы построить там полезную фабрику?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v