Как Илон Маск планирует колонизировать Марс

"Тот, кто следует за свободой, пусть покинет свою родину и рискует своей жизнью", – Адам Мицкевич, польский поэт, 1832

На прошлой неделе мы с женой Хоуп отправились в Бока-Чику, штат Техас, чтобы встретиться с Илоном Маском. Пока мы разговаривали в штаб-квартире SpaceX, снаружи играла группа мариачи. Они развлекали людей, стоящих в длинной очереди на подачу заявки на работу в различных категориях по строительству космического корабля, способного доставить людей на Марс. Сотни уже наняты и работают в комплексе, но скоро будут тысячи.

Маск называет свой проект "Starship". Это двухступенчатая ракета из нержавеющей стали, работающая на метане и кислороде, с полезной нагрузкой. Она равна по мощности ракете-носителю Сатурн V, которая отправила астронавтов Аполлона на Луну. Сатурн V был одноразовым, то есть каждая единица была уничтожена в течение одного использования. Starship же будет использоваться повторно, как авиалайнер, и, следовательно, обещает радикальное снижение затрат на доставку полезных грузов.

Starship еще предстоит продемонстрировать. И все же вот он Маск, который строит не первый экспериментальный корабль, подтверждающий эту концепцию, а (как мы видели на следующий день, осматривая это место) верфь и флот. Он сумасшедший? Согласно общепринятому мышлению в аэрокосмической отрасли, определенно да. Но есть объяснение его безумию.

Я знаю Маска уже около двух десятилетий. В 2001 году я был одним из тех, кто убедил его сделать Марс своим призванием. Его план в значительной степени основан на моей собственной работе "Mars Direct" 1990 года. Подробно она изложена в 1996 году в моей книге "Курс на Марс" (The case for Mars). Это радикально отличается от предыдущих представлений NASA о том, как можно осуществить пилотируемые полеты на Марс. Но план Маска Starship гораздо более радикальный.

За исключением периода в 1990-х годах, когда NASA под руководством Майка Гриффина, младшего администратора по исследованиям, приняло расширенную версию плана Mars Direct, космическое агентство придерживалось парадигмы, изложенной Вернером фон Брауном между 1948 и 1969 годами.

Согласно этим идеям, сначала должны быть построены орбитальные станции, обеспечивающие платформы для создания на орбите гигантских межпланетных космических кораблей, использующих современные двигательные установки, которые будут двигаться с орбиты Земли (или в настоящее время, что более нелепо, с орбиты Луны) на орбиту Марса. Выйдя из этих орбитальных кораблей, небольшой десантный корабль мог бы доставить экипажи на поверхность Марса, чтобы установить флаг, оставить несколько следов на марсианском песке и затем вернуться на орбиту после непродолжительного пребывания.

Но в плане Mars Direct и Starship – полеты с орбиты Земли к поверхности Марса с возвратом обратно на Землю. Для этого предполагается использовать ракетное топливо метан/кислород, изготовленное на красной планете из местных ресурсов. Оба плана избегают любой потребности в орбитальной инфраструктуре, орбитальном строительстве, межпланетных кораблях, специализированных малых десантных кораблях или усовершенствованных силовых установках. Оба предполагают длительное пребывание на Марсе с самой первой миссии. Для обоих главная цель миссии – не полететь на Марс, а совершить там что-то серьезное.

Но есть разница. В плане "Mars Direct" скромный возвращаемый транспортный корабль и жилой модуль экипажа отделяются от ракеты-носителя, который доставляет их на орбиту, приземляются на красную планету с общей массой полезной нагрузки около 40 тонн. По замыслу Маска, Starship доставят на орбиту, а затем заправят шестью кораблями-заправщиками, после чего весь корабль полетит на Марс, доставляя полезную нагрузку массой до 200 тонн. Таким образом, план Mars Direct может отправлять экипажи из 4−6 астронавтов одновременно на красную планету, а Starship может вместить более 50 человек.

План Маска предлагает больше возможностей для миссий, чем Mars Direct, но эта возможность имеет свою цену. В частности, если экипаж должен вернуться, необходимо заправить звездолет, которому требуется около 1000 тонн топлива. В плане Mars Direct гораздо более скромному возвращаемому на Землю транспортному кораблю, согласно которому заранее экипаж отправляется на Красную планету, требуется всего 100 тонн. Мощность для подъема с поверхности Марса и другие базовые требования, необходимые для поддержки операций Starship, в десять раз выше, чем для реализации Mars Direct.

Поэтому необходимо заранее построить большую базу: несколько Starship отправят в один конец на Марс и загрузят большим количеством базового оборудования, солнечными панелями на десять футбольных полей и роботами для их установки. Только после того, как все это будет на месте, может прибыть первый Starship с экипажем. Это делает систему неоптимальной для исследования. Но исследования – это не то, что Маск хочет.

Если Mars Direct можно сравнить с развивающейся версией программы Аполлон, план Маска подобен D-Day (дню начала военной операции). Ему нужен флот. Поэтому он создает верфь для строительства флота. Но зачем строить флот, если еще не был протестирован ни один корабль? Во-первых, Маск хочет быть готовым к потерям. К тому времени, когда первый космический корабль будет готов к первому испытательному полету, у него уже будет три или четыре построенных и находящихся на "палубе", готовых к модификации, чтобы исправить то, что вызвало неудачу первого.

Запускайте, вылетайте, исправляйте и повторяйте до тех пор, пока это не заработает. Затем полет за полетом продолжайте запуск, улучшая полезную нагрузку и сокращая время оборота, повышая производительность.

Но есть и другая причина построить флот: это удешевит Starship. NASA построило пять космических кораблей за 12 лет, каждый из которых стоил несколько миллиардов долларов. Маск создает верфь, предназначенную для массового производства звездолетов со скоростью 50 и более штук в год. Это может звучать безумно, но это не невозможно. В 1944 году Соединенные Штаты производили эскортные авианосцы из расчета один раз в неделю.

Множество отдельных команд работали одновременно, каждый над своей частью корабля в течение нескольких дней, прежде чем передать работу следующей команде. Если Маск установит аналогичную линию с рабочей силой в 3 тыс. человек, это будет означать затраты на рабочую силу порядка 6 миллионов долларов за корабль или от $15 млн до $20 млн за каждый, включая материалы и авионику.

Если Маск сможет добиться таких низких затрат, то, когда база на Марсе заработает, с растущими промышленными и сельскохозяйственными мощностями (используя теплицы/оранжереи), Starship, перевозящий по 100 пассажиров каждый, сможет полететь на Марс и при необходимости остаться там, чтобы обеспечить людей жильем. Стоимость оборудования на одного пассажира будет стоить менее $200 тыс.

Если цена билета составит $300 тыс. –  эта сумма равна собственному капиталу типичного домовладельца или около семи лет оплаты для среднего американца. В колониальные времена рабочие заказывали проезд в Америку в обмен на семилетнюю работу. Это цена, которую многие люди могут заплатить, когда они действительно хотят перемен. Все, что нужно (кроме статуи Свободы) – это приветствовать иммигрантов, благодаря творчеству которых поселение будет процветать.

С этим последним пунктом Маска я согласен. Внеземное поселение вряд ли сможет приносить прибыль за счет экспорта любого материального товара на Землю. Транспортные расходы слишком велики, и поэтому цифры в бизнес-планах, основанных на таких концепциях, просто не складываются. Но интеллектуальная собственность –это совсем другое дело, поскольку она может передаваться на межпланетные расстояния почти бесплатно.

Колония Марса будет состоять из технически грамотного населения и находиться в среде, где они будут свободны для инноваций и вынуждены будут их внедрять. Это похоже на Америку XIX века.

Как отметил историк Фредерик Джексон Тернер в своем знаменитом эссе "Значение границ в американской истории" ("The Significance of the Frontier in American History" (1893 г.), аналогичная ситуация сделала молодую Америку самой изобретательной культурой, когда "Изобретательность янки" принесла миру блага электричества, пароходы, телеграфы, трудосберегающую автоматизированную технику, запись звука, лампочки, телефоны, централизованно вырабатываемую электроэнергию, а вскоре после этого – самолеты и автомобили массового производства.

Можно ожидать, что жесткая и свободная от бюрократии марсианская изобретательность приведет к революционным достижениям в области робототехники, искусственного интеллекта, генетически модифицированных организмов, синтетической биологии и многого другого. Эти изобретения, созданные для удовлетворения потребностей Марса, могут быть лицензированы в качестве патентов на Земле.

И они могут приносить доход, необходимый для финансирования импорта сложных систем, которые, в отличие от объемных материалов, таких как продукты питания, ткани, топливо, сталь, алюминий, стекло и пластик, может быть слишком сложно сделать на Марсе в течение некоторого времени.

Прямо сейчас Маск сосредоточен на создании своей верфи, и он считает, что эта задача гораздо важнее, чем просто усовершенствовать Starship. Но есть еще много проблем, которые Маск должен будет решить, чтобы заставить все это работать. Заправка на орбите резервуаров с криогенным топливом еще не продемонстрирована, и технология производства топлива на Марсе, хотя и хорошо изучена, всё ещё не готова к использованию.

Starship, возвращающиеся с Марса, столкнутся с гораздо большими тепловыми нагрузками, чем транспортные средства, которые прилетают с орбиты Земли. Легкая тепловая защита, которая достаточна для одного, может не сработать для другого. Ракетные выхлопные газы массивных Starship могут создавать опасные кратеры во время приземления, что заставляет Маска адаптировать план, похожий на Mars Direct, где будут меньшие транспортные средства, возможно, мини-Starship.

Я полагаю, что это соображение в совокупности с очень большой потребляемой мощностью для заправки полноразмерного Starship на красной планете может в конечном итоге вынудить его разработать миниатюрную версию Starship. Такой "мини" корабль может быть поднят на орбиту Земли кораблем Starship, а затем запущен с него, чтобы завершить миссию в стиле "Mars Direct", позволяя большому космическому кораблю вернуться на Землю и снова вылететь на орбиту в течение нескольких дней.

"Мини" также может быть запущен независимо: как многоразовая верхняя ступень для уже работающего Falcon 9 SpaceX, что также дает компании возможность многоразового запуска на средних высотах. Маск предпочитает делать все в едином проекте. Посмотрим, сможет ли он это осуществить.

Операционный бюджет NASA более чем в десять раз больше, чем у компании Маска SpaceX, которая, однако, быстро обходит космическое агентство. Довольно запоздалая разработка ракеты-носителя большой грузоподъемности космического агентства SLS была разумной конструкцией для краткосрочных миссий челноков в 1988 году.

Но она опоздала на поколение, у нее меньшая масса полезной нагрузки, чем у Starship, а стоимость полета примерно в 50 раз выше. NASA говорит, что оно делает все возможное для высадки астронавтов на Луну к 2024 году, но маловероятно, что это произойдет. Агентство придумало сверхсложный план, который предусматривает сначала строительство космической станции на орбите Луны, а затем использование четырех запусков, пяти летных элементов и шести операций сближения за миссию.

Хотя этот подход дает политические преимущества в плане предоставления возможности участия в проекте наибольшему количеству стран, но его действенность весьма сомнительна.

Проект по освоению Марса от NASA еще хуже. Он включает в себя базирование на космической станции на лунной орбите огромного космического корабля (Deep Space Transport) с ионным приводом, а затем его полет на другую космическую станцию, которую, как утверждает агентство, необходимо построить на орбите вокруг Марса.

Время перехода от лунной орбиты к орбите Марса для этой футуристической системы составляет 300 дней в каждую сторону – это почти вдвое больше, чем нужно было роверам Spirit и Opportunity для преодоления пути от Земли к красной планете, начиная с 2003 года. Более того, в отличие от Spirit и Opportunity, лунный корабль (Deep Space Transport) не будет приземляться на поверхность планеты.

Если вы хотите исследовать или заселить Марс, вам нужно приземлиться на красную планету. Однако цель плана Deep Space Transport – ни разведка, ни расчет, это лишь расходы. Вместо того, чтобы предлагать самый простой и эффективный путь к красной планете, архитектура Deep Space Transport предлагает наиболее сложный способ, чтобы обеспечить "обоснование" (прим. – не причины) для как можно большего количества новых программ развития технологий.

Подход Маска противоположен. Программа NASA ориентирована на поставщиков. Маск ориентирован на цель. Его не интересует обоснование расходов на "потенциально полезные" технологии. Он хочет, чтобы его программа была выполнена с наименьшим количеством новых разработок. Его позиция такова: "Покажи, зачем мне это нужно".

Он может зайти слишком далеко. Как уже отмечалось, я полагаю, что было бы разумно разработать мини-звездолет, чтобы снизить требования к мощности для производства топлива на Марсе. Он не согласен. "Покажи мне", – говорит он. Наши выводы по этому вопросу расходятся, но мне очень нравится, как он думает.

Именно такое мышление может привести нас к Марсу.