Как перестать бояться и полюбить формулу Циолковского

Предисловие

У космонавтики сложная судьба, особенно на территории страны запустившей первый спутник и Гагарина. Изначальный период безудержного оптимизма сменился не менее безудержным пессимизмом в результате застоя в пилотируемой космонавтике, начавшегося после окончания "Лунной Гонки". Сейчас ситуация начинает медленно и печально выправляться, но именно медленно и печально. Что и стало побудительным мотивом написать эту книгу. Одним из.

Так получилось что я с детства интересовался длинными твердыми штуками - ракетами космического назначения. Были у меня дома добытые еще отцом при историческом материализме книги "Заботы космического архитектора" (детская!), "Электрические межпланетные корабли" Гильзина и прочие Варваров с Фертреттами. Книги хорошие, понятные, но устаревшие. Во-первых производство топлива из местных ресурсов в них практически не рассматривалась, а очень похоже что именно эта технология станет локомотивом человеческой экспансии в космос. Во-вторых не рассматривался вопрос что именно можно добыть в этом самом космосе полезного и как там жить на постоянной основе. Равно как и вопрос войны в космосе небезынтересный современной публике и полностью игнорировавшийся в научпопе 60-70х годов.

При чем тут вынесенная в заглавие формула Циолковского? Напомню, она выглядит так:

M0 = M*exp(dV/W)

Где dV - желаемое приращение скорости, W - скорость истечения газов, M - конечная масса ракеты, M0 - начальная масса. Согласно этой формуле масса ракеты растет экспоненциально от требуемого приращения скорости. Именно этот рост массы гипнотизировал людей 60х годов вынуждая искать способы борьбы с ним. Причем путь для этого виделся только один - повышение скорости истечения. Что вело к мечтам о ядерных, электрических и анамезонных двигателях.

Но экспонента - штука обоюдная. Даже небольшое снижение dV/W ведет к непропорциональному уменьшению M0. Кроме того, в ряде случаев есть возможность не только повысить W, но и снизить dV. В работах "шестидесятников" по умолчанию подразумевалось что пилотируемый межпланетный корабль везет топливо на путь в оба конца что увеличивало dV грубо вдвое, что крайне неприятно для жидкостных двигателей. Однако большую часть топлива жидкостного ракетного двигателя составляет кислород, который в связанном виде присутствует на любом небесном теле. Чуть реже, но тоже достаточно часто в космосе присутствует вода которую можно разлагать на кислород и водород - хорошее годное ракетное топливо, еще дедушка Циолковский рекомендовал. И мы видим что если нам нужно просто долететь до Марса и вернуться обратно по энергоэффективным траекториям - ЖРД (жидкостный ракетный двигатель) не так уж и плох. А ЖРД уже давно есть и нужно просто сделать ракету по-больше и желательно по-многоразовей.

Но чтобы смело идти туда где не ступала нога человека с опорой на топливо из местных ресурсов нужны были исследования Солнечной автоматическими зондами, давшие информацию о наличии воды. И развитие кибернетики достаточное для развертывания топливного завода в автоматическом режиме. Так и не взлетевшие ядерные межпланетные корабли судя по всему будут заменены роботами-бурильщиками добывающими воду для "старомодных химических ракет". Ядерным же технологиям предстоит сказать свое слово в космонавтике позже и вполне возможно уже с приставкой "термо".

Путь наверх. А чего так дорого?

А собственно насколько дорого? Вот таблица составленная мной при помощи энциклопедии astronautix.com для американских ракет от программы «Аполлон», до наших дней. Почему именно американских? Потому что советский рубль в современные деньги нормально не конвертируется, хотя на том же astronautix.com есть неведомо как полученные долларовые цены на советские ракеты.

Как видно из таблицы, «дорогой» Шаттл в реальности возил даже дешевле современного ему Титана-4В с аналогичной полезной нагрузкой. Из носителей того периода Шаттл обходит по цене только Титан-3С, но он сильно уступает в ПН, а значит многие спутники на нем просто не вывести и придется либо платить дороже, либо не лететь вообще.

Прорывом стал Фалькон-9 "жулика Маска«(ТМ) запускающий в пересчете на тонну почти вчетверо дешевле Титана-3С, при том что везет больше. Шаттлу он уступает по ПН на НОО, вот только нужно обычно дальше НОО, а у Шаттла с этим было все плохо — ступень доразгона была только твердотопливная из-за чего на геопереходную вылезало только 5 тонн против 5.5 у Фалькона-9 с возвратом.

Да, у российских ракет близкие расценки были давно. Согласно таблице (https://habr.com/ru/post/411709/) в 2018 у Союза цена (для своих) за тонну ПН идентична Фалькону, а на Протоне так даже и ниже — 2 миллиона против 3,4.

Внутренние цены на российских ракетах-носителях. По данным хабрастатьи https://habr.com/ru/post/411709/

Но сравниваем зарплаты. Про нулевые, когда Протон и Морской Старт зажигали на рынке запусков, можно почитать и ужаснуться тут (https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?PHPSESSID=ncbich9qnvtb656ej9db4l9es6&topic=697.0). Сейчас стало по-лучше, но не сильно

работающие на «SpaceX» инженеры жалуются на низкие зарплаты: всего-то 94 тыс. долларов в год (520 тыс. рублей в месяц).

А вот ГКНПЦ им. Хруничева, который занимается разработкой и производством ракет-носителей, не стесняется выкладывать вакансии с подробным описанием. Оператор станков ЧПУ, производящих высокоточные детали, получает 80 000 — 130 000 тыс. рублей, токарь-универсал 60 000 — 90 000 рублей, а заместитель начальника цеха по производству, на котором будет лежать ответственность за изготовленную продукцию — 60 000 рублей.

(«Известия» «Реальные зарплаты на заводах Роскосмоса — „хлебные крошки“ со стола топ-менеджеров » 16.08.2019)

Маск платит своим работникам как минимум в 5 раз больше чем Рогозин. В космической технике практически вся стоимость создается на производстве — металл стоит копейки по сравнению с ценой запуска (тем более что Роскосмос использует АМг6). Тут настоящий патриот должен заметить что, согласно даже названию статьи в «Известиях», у Роскосмоса себестоимость состоит в основном из зарплат и премий топменеджеров. Но у Маска много внутренних НИОКР от многоразовости Фалькона до Раптора со Старшипом — они тоже денег стоят.

Можно зайти с другой стороны. Сколько килограмм ПН может купить простой Иван город Тверь и простой Джон штат Техас у отечественного производителя? Росстат утверждает что среднемесячный доход россиянина 35 тыс. рублей. При курсе доллара 75 рублей это 466 долларов США. Для запуска килограмма полезного груза на «Протоне» среднестатистический россиянин должен во всем себе отказывать 4.3 месяца. Правда «Протон» уже не производится и все запуски расписаны, так что придется копить на «Союз» порядка 7-8 месяцев.

Теперь Джон из Техаса. Англовика утверждает что медианный персональный доход американца в 2019 году составлял чуть менее 36 тыс долларов в год. Я в курсе чем медианный отличается от среднего, но в западной статистике проще найти именно медианные значения, в то время как Росстат любит средние. Как видно из таблицы, если этот американец копит на Атлас-5 во всем себе отказывая то будет копить как русский на Союз 7 месяцев на килограмм. Вот только если вместо Атласа-5 взять Фалькон-9 на один килограмм нужно будет чуть больше месяца медианного американского дохода.

И тут мы видим что с одной стороны космос — это дорого, но не прям неподъемно. Запустить наноспутник имени себя гражданину США вполне реально вот прямо сейчас, за 10 лет он может скопить на вывод своего бренного тела в космос на Фальконе-9, правда без всяких там систем жизнеобеспечения и прочего корабля. Но все равно пока еще для регулярных полетов простого Джона из Техаса, либо даже эмиграции того Джона цены слишком велики. Почему?

Первая мысль «ну ракета тратит много топлива» не верна. Как видно из рисунка

Топливо составляет от силы процент стоимости ступени. У того же Союза его 300 тонн, большая часть приходится на жидкий кислород, который можно купить за 10-15 рублей/кг — 1.3 миллиарда ни как не набирается.

Как видно из диаграммы, большая часть стоимости ракеты приходится на ее конструкцию: двигатель, баки, трубопроводы, авионику. В случае все того же Союза сухая масса ракеты 25 тонн что дает нам 52 миллиона рублей на производство тонны ракеты. Что-то как-то много. Ну хорошо около половины этих 52 миллионов приходится на ракетный двигатель. Сложный высокотехнологичный агрегат... Для начала 1960х годов когда ракета «Союз» и была создана. Да, ракета и двигатель с тех пор проходили модернизацию, но даже та самая, еще при живом Королеве полетевшая ракета, сейчас имела бы вполне востребованную полезную нагрузку в 6-7 тонн. Тут либо модернизация такая злокозненная чтобы цену не уменьшать либо одно из двух.

А ведь другая половина идет на топливный бак, трубы, приводы, авионику. Все это, повторюсь, массово производили еще в 1960е. Более того — в 1945, узники концлагерей под бомбами строгали Фау-2 сотнями в месяц. У них, конечно, аварийность была жуткая, но во-первых узники концлагерей, во-вторых там были проблемы с конструкцией первого в мире мощного ЖРД. Да, Фау-2 не могла в космос, но это про любую одноступенчатую РН можно сказать, а как пример массового производства ступеней Фау-2 вполне годятся. Все дело в недостаточной серийности современных ракет.

Пусть у нас есть некая корпорация КосмосЪ которая осуществляет полный цикл от производства до запуска и занимается только производством и запусками. У нее есть расходы в 1 миллиард долларов в год и за тот же год она запускает 10 ракет. Естественным образом получаем себестоимость запуска в $ 100 миллионов. Чтобы стало стоить дешевле можно найти и уволить всех дармоедов занимающихся ИБД и таким образом снизить издержки. Либо увеличить производственные мощности таким образом чтобы издержки росли медленнее прироста производительности. Первый путь опасен и не всегда возможен ибо вместе и вместо дармоедов можно уволить и ценные кадры. В отличие от второго, который многократно успешно применялся в производстве.

Производство ракеты и ее запуск — многостадийный процесс. И значит можно применить конвеерный метод (что и делается). Разбиваем производство на как можно большее количество этапов и на каждом этапе не ждем когда изделие серийный номер N уедет на старт а принимаемся за N+1 как только передали N дальше по цепочке. Но тут есть проблемы:

1. Операции занимают разное время и не все их можно разбить на части. Лечится распараллеливанием слишком длинных неразбиваемых операций — ставим несколько станков для нее.

2. С точки зрения рабочих увеличение темпа производства есть увеличение нормы выработки за которое они ожидают повышения зарплаты. Лечится привлечением новых, не развращенных, рабочих либо автоматизацией.

3. Если не будет заказа на дополнительную продукцию расходы на расширение производства войдут в себестоимость запусков при текущем количестве.

Если первые две проблемы можно решить в рамках производства, то третья — внешняя и перечеркивает все усилия на оптимизацию с автоматизацией. Если спрос есть только на 10 ракет в год — инфраструктура на производство 100 ракет в год упадет камнем на себестоимость заказанных 10 ракет. Либо прямо, либо косвенно за счет того что производство изначально малосерийное и потому имеет производительность труда уровня ремесленников XVII века. И возникает замкнутый круг: чтобы сделать ракету дешевле — нужно заказывать больше ракет. А чтобы заказывать больше ракет денег не дают ибо все калькуляции неизбежно идут от текущих цен с существующей серийностью.

На самом деле выход из этого круга человечеству давно известен — конкуренция называется. Но до недавнего времени внутри государств ее не было. Либо на всю страну один производитель ракет как в Китае, Японии и ЕС, либо они в картельном сговоре как в США, либо удачно расселись по диапазонам ПН и не конкурируют как в РФ. Конкуренция в космосе между СССР и США не предполагала удешевления полезной нагрузки — военным требовалось выводить дорогие даже по сравнению с ценой вывода Титаном или Шаттлом спутники с секретной электроникой и оптикой.

Так что с мертвой точки ситуация со средствами выведения сдвинулась только при появлении Жулика Маска(ТМ) которому больше всех надо и который начал отжимать у грандов отрасли поляну понижая цену. Но тот же Маск держит цену для внешнего потребителя достаточно высокой чтобы иметь максимальную прибыль при текущем спросе и конвертирует эту прибыль в развертывание Старлинка. Ибо многочисленных внешних заказов оправдывающих снижение цены продажи Фалькона-9 ниже $ 50 миллионов за летавшую ступень пока не просматривается. В чем не в последнюю очередь виноват сам Маск с планами на Старшип — любой космический стартап планирующий опираться на Фальконы должен держать в уме то что скоро появится Старшип и придется все переделывать под новые реалии. Зато здесь и сейчас доходы с продажи услуг спутниковой связи в десятки раз выше чем с пусковых услуг. Согласно FAA общая выручка от космической деятельности составляет $ 340 миллиардов в год из который пусковые услуги — лишь $ 5-6 миллиардов.

Конечным продуктом в пусковых услугах является собственно пусковая услуга — вывод спутника на орбиту. Та самая многоразовость тут лишь средство увеличения темпов производства конечного продукта — спутников на орбите. В принципе одноразовые ракеты могут конкурировать с многоразовыми довольно долго, при условии что над снижением себестоимости производства реально работают. Но на пути дешевой одноразовости гораздо больше узких мест которые многоразовость закрывает заменой производства на межполетное обслуживание. То самое межполетное обслуживание со времен «Шаттлов» многие считают чем-то настолько страшно дорогим что дешевле произвести новое. Вот только это не так. Во-первых, как было показано выше, «Шаттл» был дешевле современного ему Титана-4 с аналогичной ПН. Во-вторых что такое межполетное обслуживание? Это:

1. Тестирование ракеты.

2. Замена износившихся деталей.

Думаете для новой ракеты этого всего не нужно? Агащазблин — всегда есть опасность того что сборщик Петрович придет на работы не выспамшись, с бодуна и поссорившись с женой. Так что предполетное тестирование обязательно и для новой ракеты. Как и исправление выявленных на том тестировании дефектов. Зато если ракета садилась на своем же двигателе — программу тестирования можно и сократить. Двигатели только что подтвердили свою работоспособность в реальном полете, а во время посадки и тем более транспортировки с платформы в ангар и на старт с ними ни чего плохого случиться не могло. Могли ли двигатели исчерпать свой ресурс во время полета? теоретически да, но практически еще древний J2 создававшийся как одноразовый двигатель проработал на стенде 103 запуска общей продолжительностью 6.5 часов без признаков разрушения (https://history.nasa.gov/SP-4221/ch6.htm). Специально делать перенапряженный двигатель с ресурсом на 1.5 полета (ради хоть какого-то запаса прочности) ни кто не заставляет. Преимущества такого перенапряженного двигателя будут не на столько велики чтобы ради них отказываться от многоразовости. Дело в том что кривая усталостной выносливости очень пологая

И утяжеление детали на 10 % ради уменьшения нагрузки на те же 10 % приведет к увеличению ее живучести в 10 раз. Ну и нафига мельчить спрашивается? Вообще в технике принято считать запас прочности именно по нагрузке, а не живучести и он составляет от 30 до 50 % от разрушающего напряжения для аэрокосмической техники.

Допустим мы построили полностью-многоразовую ракету способную делать тысячу полетов без капиталки и обеспечили ее достаточным количеством заказов чтобы себестоимость стала стремиться к цене топлива. Или уоптимизировали производство одноразовых так что ракета теперь имеет стоимость одного порядка с металлом использованным при производстве. Какая у нас будет стоимость вывода полезной нагрузки?

В случае многоразовости — те самые проценты от современных цен. Вместо $ 3.4 миллионов за тонну на Фальконе-9 сейчас имеем $ 34 тысячи — тот самый среднестатистический американец на свой среднегодовой доход купит уже тонну ПН. Сам Маск, кстати, называл цифру по-более — $ 100 тыс за тонну. В случае дешевой одноразовости... Да примерно так же. «Старшип» будет выводить вдвое меньше чем мог бы в одноразовом варианте. Но одноразовой ракете не получится пропустить предстартовый прожиг если мы не хотим закончить как Н-1, так что на топливе тут не сэкономить. Но можно сэкономить на баках и двигателях — у нас же ту же массу выводит вдвое более легкая ракета. У Старшипа на конструкцию приходится порядка 10 % стартовой массы, большая часть конструкции выполнена из дешевой стали за 1-2 бакса килограмм. Итого при том же количестве топлива у нас + 10/2 = 5 % массы за 4 доллара/кг (добавляем +100 % на производство). Топливо стоит в районе 20 центов за килограмм, одноразовой конструкции 50 граммов на килограмм топлива что дает +40 центов к каждому килограмму топлива. Расходы выше в разы, но не на порядки. Но выше. И «одноразовый путь», повторюсь, дольше. Да и кладбища ступеней как-то не комильфо.

Другое дело что при переходе на освоение космоса по-крупному скорее всего станет выгодно не спускать вторую ступень на Землю что дико ест ПН (у Фалькона-9 с одноразовой второй ступенью возврат первой снижает ПН лишь на 25-30 %), а оставлять на орбите для переработки во что-нибудь полезное.

И так, без новой физики, космических лифтов и даже ядерных двигателей стоимость вывода килограмма на НОО может быть не более 100 долларов США — физика дает нижний предел равный стоимости расходников (топлива и возможно металла), все остальное уже вопрос организации производства. Которое человечество очень хорошо умеет организовывать, но только для крупносерийных изделий. А эту крупную серию кто-то должен заказать. Именно отсутствие спроса на массовый вывод груза в космос и тормозило развитие космонавтики после «Лунной Гонки», а вовсе не отсутствие нужных технологий.

За чей счет банкет?

Обычно когда говорят о промышленном освоении космоса смотрят либо на цену вывода килограмма ПН на НОО, либо на затраты энергии на то же самое и приходят к выводу «да ну невозможно». Вот только этот вывод не верен ибо базируется на характерной для Земли изотропии пространства — если билет из города А в Б дорог, то и обратно не дешевле. Но в космосе это далеко не так. Если для полета Земля-Луна с мягкой посадкой требуется Дельта-Вэ 15.5 км/с (с учетом гравипотерь и аэродинамических потерь), то для обратной операции с использованием аэроторможения достаточно уже 2.5 км/с. С учетом экспоненты в формуле Циолковского разница еще больше. Если использовать самое эффективное освоенное химическое топливо (кислород-водород, УИ = 4.4 км/с) для перевозки одной тонны с Земли на Луну потребуется 32.9 тонн топлива при условии что баки невесомые. Для обратного направления - 0.77 тонн при том же условии. У жидкостных ракет отношение "полная/пустая" обычно не ниже 10 так что в случае обратного направления вполне укладываемся в "тонна на тонну". Кроме того, на Луне гораздо проще организовать безракетный запуск вроде лифта или катапульты из-за той же низкой второй космической скорости.

Стоимость продукта, произведенного в космической колонии будет выражаться простой формулой:

С(N) = (Cf+Cm*T)/N

Где C(N) - себестомиость как функция от количества товара, N — количество произведенного товара за весь отчетный период, Cf — стоимость строительства колонии, Cm - годовые затраты на снабжение и информационное обеспечение колонии, T — время работы производства в годах. Из формулы видно что мы можем построить саомдостаточную колонию (Cm = 0) и просто ждать когда N станет достаточно большим для нужной нам себестоимости. Но срок окупаемости при этом может исчисляться тысячелетиями, а самое главное — исчезает мотивация «лунян» для экспорта на Землю. Гораздо выгоднее строить НЕ самодостаточную колонию, но способную производить то что невыгодно завозить с Земли: топливо, механнизмы, пищу. А вот микропроцессоры, особенно радиационно-стойкие, от перевозки ракетой не сильно подорожают даже сегодня.

В формуле стоимости продукта от стоимости полета на Луну нет ни одной буквы зависящей только от стоимости доставки груза по плечу "Земля-Луна". Например во времена Армстронга быстро перенести на Луну смогли бы только производство кислорода, воды и пищи. Чтобы строить на Луне луноходы-бульдозеры и разгонные блоки пришлось бы отправлять туда плавильню, прокатный стан, парк фрезерных, токарных, сверлильных и прочих станков, персонал для этого всего. То есть уменьшить Cm было возможно только за счет сильного увеличения Cf. Но сейчас можно завести один 3D-принтер и напечатать на месте все "тупые" но тяжелые вещи: силовые каркасы и даже ракетные двигатели. Да их уже печатают. Некоторые только частично как SpaceX некоторые полностью как Relativity Space. К вопросу о "ручной подгонке деталей". Из чего печатать? Элементарно - на Луне в ударных кратерах валяется нападавшее за 4.5 миллиардов лет метеоритное железо. В том числе уже в виде мелкодисперсного порошка ибо при соударении на большой скорости "расплескалось" и застыло. Проблем с энергией на Луне нет - Солнце светит по расписанию. Если обосноваться на полюсах, где есть подтвержденные залежи льда, то и круглосуточно - придется только поднять батарею на мачте на возвышенности. Стоимость завоза критична только на этапе первоначального развертывания колонии когда нужно завезти некое "семя" - минимальный комплект оборудования который дальше сможет разворачиваться самостоятельно. Но эту проблему копают как со стороны уменьшения массы "семени" так и со стороны уменьшения стоимости завоза.

Что возить? Обычно в проектах освоения Луны, периодически разрабатываемых вполне серьезными конторами, предполагается что из лунных ресурсов будут строится солнечные электростанции на геостационаре. Но тут есть некая инерция мышления. Если мы построим электростанцию на геостационаре то с высокой вероятностью ее энергия будет использования для выплавки алюминия, стали, титана на Земле. Логичней завозить энергию сразу в виде металла минуя несколько стадий преобразования. Как было сказано выше, железо на Луне валяется восстановленное (хотя есть и в форме оксидов), алюминий и титан нужно восстанавливать, но с энергией на этот процесс проблем нет. Конструкция баллистической капсулы тоже может и должна продаваться на Земле хотя-бы как металлолом

Чем это лучше постройки шахт и ГОКа в условной Африке? Лучше хотя-бы тем что капиталовложения остаются в стране, резидентом которой является колонизатор. Ибо капиталовложения тут — запуски РН с оборудованием для колонии и производство этого оборудования. Т.е. деньги остаются в экономике страны-колонизатора. И угроза потерять контроль над производством возникнет только после смены поколений колонистов, а не когда в банании диктатор поменяется. Ну и Гретта довольна :)

Жизнь в колониях будет... Сурова, но не в том смысле о котором обычно пишут фантасты. В частности не будет ни каких талонов на воздух. Дело в том что оптимальное соотношение водорода к кислороду для ракетного двигателя - 1 к 6. А из воды они производятся в соотношении 1 к 8. То есть даже без замкнутой системы жизнеобеспечения топливный завод будет производить по две тонны "лишнего" кислорода на каждые 7 тонн собственно топлива. А человек в день потребляет только килограмм кислорода. Что касается ставшего уже стереотипом воздействия низкой гравитации то тут наука... на самом деле не в курсе дела. Ну не было опытов сколько-нибудь длительного проживания людей именно на Луне, а не в невесомости. В случае выявления проблем до их решения препаратами, киборгизацией или генной инженерией придется работать вахтовым методом. Повод для оптимизма дает то что те самая киборгизация уже на пороге. А Мотоко Кусанаги остеопороза точно не боится.

Ну так вот "Луна жестко стелет" и необходимость становиться киборгом - потенциальные, но не обязательные проблемы. А вот что точно будет так это то самое неравенство стоимости привезенного с Земли и отправленного на Землю. Чтобы колония имела экономический смысл она должна посылать на Землю металла на сумму большую чем требует сложной техники. Считая для надежности что все отправленное на Землю продается по цене металлолома имеем порядка 0.3 долларов за сталь и 1.2 доллара за алюминий. Возьмем 0.5 долларов/кг. Теперь смотрим на один из слайдов презентации ULA:

Оценку стоимости килограмма на Луне при использовании лунного топлива в 10-12 тыс долларов/кг можно считать консервативной - она получена исходя из стоимости вывода новой ракеты "Вулкан" с очень куцей многоразовостью, уступающей уже летающему Фалькону от конкурирующей организации. Но опять для надежности возьмем ее. И так чтобы заказать на Земле 1 кг электроники нам нужно отгрузить на колыбель человечества 20, а лучше все 30 тонн металла. И тут мы понимаем что айфон порой и правда важнее ракет. Это сейчас мы можем впихнуть в килограмм десяток однопалатников либо тех же смартфонов - на Аполло бортовой компьютер представлял собой гроб весом 32 кг. По возможностям эти 32 кг соответствовали самому дешманскому современному микроконтроллеру и то с натяжной.

Лунянам в любом случае нужно как-то отвозить металл к Земле. Если они это делают с помощью многоразовых челноков - забирать земную электронику смогут уже на НОО за 3-4 тыс долларов/кг по современным ценам. Такой вариант более выгоден для лунян ибо требует отгрузки на Землю всего 10 тонн металла на килограмм закупаемой микроэлектроники. И все это даже без "Старшипа" - на уже современной космической технике при современных же ценах.

Почему до сих пор нет лунных ГОКов? Главная причина названа выше - не было нужных не-ракетных технологий: достаточно легких "мозгов" и 3D-принтеров. Менее важная причина - отсутствие ракет-носителей с ценой килограмма как у Фалькона-9 которые можно было бы запускать десятками в год.

Вы забыли о космической радиации!

С космической (и любой другой) радиацией как с вирусом иммунодефицита человека. Бояться не нужно - нужно знать.

Радиация в космосе бывает трех с половиной типов:

1. Радиационные пояса планет (не всех).

2. Солнечные космические лучи (СКЛ).

3. Галактические космические лучи (ГКЛ) и их подвид - тяжелые заряженные частицы (ТЗЧ), которые считаются за половину.

Так вот только радиационные пояса и СКЛ могут обеспечить кратковременную дозу в единицы Зиверт. ГКЛ дает около 600 миллизиверт в год при условии что защита отсутствует как класс. ТЗЧ - около процента от дозы ГКЛ в Греях, а вот с Зивертами тут все хитро.

Зиверты, Греи, немцы какие-то. Грей - доза излучения при которой в каждом килограмме облученного вещества поглотится один Джоуль. Зиверт - доза с учетом различий в биологическом действии. Дело в том что разные типы радиации могут поглощаться тушкой равномерно, либо не очень и делать плохо клеткам там где поглотились. А поскольку организму все клетки нужны. Так что приходится измеренную прибором поглощенную дозу в греях умножать на коэффициент качества взятый для данных лучей из таблицы. Коэффициенты качества постоянно уточняются, дозиметрия развивается давно и белых пятен в ней мало. Один зиверт набранный единовременно (грубо говоря в течении суток) дает вам легкую лучевую болезнь. Есть данные о том что если набрать Зиверт в течении года получим хроническую лучевую болезнь - повышенную утомляемость, ухудшение когнитивных качеств.

Так вот, для доз более Зиверта и набранных за часы-сутки последствия понятны - от той самой тошноты из фильмов, до опять рвоты и смерти от выхода из строя пищеварительной системы при 7 + Зиверт. Так вот, как уже говорилось выше, дозу достаточную для лучевой болезни космическая радиация даст только при вспышке на Солнце или в радиационном поясе причем без всякой защиты.

График взят из презентации НАСА по адресу https://www.youtube.com/watch?v=GIYdF7YlX3o&t=1142s

Как видно из правого графика хотя солнечное протонное событие августа 1972 и дало бы космонавту в одних трусах живительные 2 Зиверта, но голого космонавта в открытом космосе такие мелочи в любом случае не волнуют - он либо мертвый, либо трансчеловек, возможно киборг и к опасностям космоса приспособлен. Если же космонавт у нас носит скафандр то уже при поверхностной плотности 5 г/см2 (40 кг/м2) вместо 2 Зиверт будет 1. В противорадиационном убежище со стенками толщиной 20 см полиэтилена или воды (20 г/см2, 200 кг/м2) получим только 20 мЗв за событие. Причем сантиметры полиэтилена достаточно ставить лишь со стороны Солнца. А поскольку СКЛ прилетает в основном во время кратковременных вспышек - бронировать не весь жилой отсек, а только специальные убежища в которых во время вспышки будут сидеть экипаж и пассажиры.

А вот на ГКЛ согласно графику из презентации проще вовсе забить - защита толщиной 200 кг/м2 убавит дозу с 1.6 мЗв/сутки лишь до 1.1 мЗв. Причем ГКЛ светит со всех сторон и всегда. Впрочем по другому источнику - книге Шафиркина и Григорьева "Межпланетные и орбитальные полеты: радиационный риск для космонавтов" круговая защита в пределах 50 кг/м2 все же имеет смысл снижая годовую дозу с почти Зиверта до 600 мЗв (см таблицу)

Но книга издана в 2009, а расчеты дозы ГКЛ были сделаны еще раньше. В то время как видео НАСА 2015 года. Данные собранные при перелете марсохода "Куриосити" так же говорят о том что доза у Шафиркина и Григорьева завышена

Как видно из графика, доза за 6 месяцев полета к Марсу в спускаемом аппарате того Куриосити - 300 мЗв, что дает те самые 600 мЗв в год. Важно что дозы от солнечных вспышек не суммируются с дозами от ГКЛ ибо они даны для периода спокойного Солнца. В период активного Солнца доза ГКЛ снижается.

И так, у нас есть солнечные вспышки по нескольку Зиверт каждая, от которых мы можем легко защититься и 600 мЗв в год космического излучения защититься от которого уже не так уж и просто. Как видно из графика от НАСА, даже метр полиэтилена/воды срежет суточную дозу лишь до 0.7 мЗв. Может быть использовать магнитное поле?

На графике с "Куриосити" доза на МКС за 6 месяцев 80 мЗв в то время как в межпланетном пространстве за то же время 300 мЗв. Вот только большую часть разницы в дозе сделало не пресловутое геомагнитное поле, а сама Земля закрывающая собой половину небесной сферы на МКС что автоматически вычитает 150 мЗв. И уже эту дозу уполовинивает магнитное поле целой Земли. Иными словами магнитный щит эффективно держит только СКЛ, с которым и так особых проблем нет. Разве что сверхпроводящий магнит можно использовать как магнитный парус, но он теоретически может сломаться - потерять сверхпроводимость из-за повреждения теплозащиты. А вот пассивный щит не ломается в принципе.

На самом деле вопрос нужно ставить иначе. Нужно вообще защищаться от настолько малых доз?

Про дозы менее Зиверта современная наука может с уверенностью сказать только одно - в ближайшей перспективе они безвредны. Когда-нибудь потом такие дозы могут привести к раку и мутациям у потомства, но это не точно. Провести нормальный двойной слепой эксперимент на людях не получится из-за закрытия Освенцима, а все прочее с точки зрения современной науки не слишком кошерно.

Благодаря иранскому городу Рамсару можно с уверенностью сказать что человек способен жить при годовой дозе 72 мЗв начиная с рождения - именно столько получает средний рамсарец из-за радоновых источников. Это все равно заметно меньше дозы за метром полиэтилена.

В статье коллектива авторов "Смертность ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС: анализ дозовой зависимости" (есть на киберленинке) исследована смертность ликвидаторов аварии на ЧАЭС за период 1992-2002 гг, получивших дозу от 100 до 200 мГр. Доза в Греях потому что измерялась индивидуальными дозиметрами ловившими в основном рентген-гамму с коэффициентом качества 1. При этом делалось сильное допущение о том что от попадания альфа и бетаизлучающих изотопов на кожу и слизистые ликвидаторы были защищены. Результаты исследования шаблонорвущие. Так основной причиной смертности ликвидаторов был вовсе даже не рак, а болезни системы кровообращения - 1636 случаев на 29 тыс человек. На втором месте травмы и отравления - 1234 случая. И наконец на третьем рак со всего 651 случаем. Вот только рак может вызвать не только радиация, а сверхсмертность составила... 125 случая. Но это еще не все. Благодаря тому что было достаточно много людей с дозой как 100 так и 200 мГр(мЗв) удалось поискать зависимость частоты заболеваемости раком от дозы. И обнаружить что статистически-значимого тренда нет.

И так, для чернобыльцев риск умереть от рака ниже и сильно чем от болезней сердечно-сосудистой системы, гопника, гопника за рулем и паленки. Доказательств что при дозе не 200, а 600 мЗв будет существенно хуже нетЪ. Более того, эти самые 600 мЗв в Рамсаре набирают каждые 13 лет и ни чего - живут. От куда тогда берутся нормативы для работников АЭС в 20-30 мЗв/год? Из перестраховки о чем вопиют рамсарские 72 мЗв каждый год.

Одним словом по имеющимся данным ГКЛ можно игнорировать как минимум при перелете на Марс. Если мы колонисты и летим в один конец - получим в худшем случае 300 мЗв если наш "Старшип" заправили не полностью. Если заправили достаточно для 100-дневной траектории - получим около 160 мЗв. На Марсе уже можно закопаться в грунт и иметь радиационный фон примерно как на Земле. Если хотим вернуться на Землю - получим 160-300 мЗв во время полета туда и еще столько же когда полетим обратно через два года. У колонистов при этом сверхсмертность от рака составит менее процента от общей численности тех колонистов. При условии что с профилактикой и лечением того рака как в России 90х то есть чуть более чем никак. Ну а в будущем победившего киберпанка и биопанка умирать от рака уже просто неприлично - эффективные методы лечения идут бонусом к типичным для современным НФ биотехнологиям: выращиванию органов и тканей, генетическим модификациям человека.

Ряд животных демонстрирует чрезвычайную устойчивость к онкологическим заболеваниям: хрящевые рыбы, некоторые грызуны, слоны. Последние весьма интересны ибо при наличии гораздо большего числа клеток чем у человека и сравнимой продолжительности жизни страдают от рака намного реже, хотя теоретически должно быть наоборот. Чем больше клеток — тем больше вероятность перерождения одной из них в раковую. Выяснилось что у слонов имеется 20 копий гена-супрессора опухоли TP53, в то время как у людей он только один. Дело в том что перерождаются в злокачественные те клетки что потеряли в результате мутации систему защиты (самоликвидацией) от такого перерождения. Ну а 20 генов одновременно сломаться могут очень вряд ли. Очевидно что «слоновий метод» легко можно применить для создания онкоустойчивого человека — нужно лишь добавить ему копий ТР53. Что технически возможно вот прямо сейчас - ГМ-китаянки уже родились. Проблемы только в этических заморочках.

Остается та самая половина - ТЗЧ в ГКЛ. Это ядра атомов тяжелее чем водород, вплоть до железа. Для них обнаружено непропорциональное дозе негативное действие на мозг крыс в наземных экспериментах. Вот только доля частиц тяжелее ядра гелия в ГКЛ менее процента. Кроме того потери энергии частицы в веществе пропорциональны ее заряду, так что у ТЗЧ все печально с проникающей способностью. В статье [1] изучали влияние ионов железа на крыс... Влив в них от 0.25 до 0.5 Греев (Греев, Карл!) единовременно для чего бедных грызунов пришлось иммобилизовывать в "хорошо-вентилируемых трубах" - облучать вольеры постоянно имитируя космическое излучение не получилось бы из-за низкой проникающей способности. Да, крысы от такой дозы несколько отупели, правда даже 0.25 Грей именно ионами железа в космосе наберется за "люди столько не живут", а тут дозой приложили единовременно.

Одним словом, бояться не нужно - нужно знать. "Неуловимая" доза ГКЛ сократит жизнь марсианского колониста полетевшего на "Старшипе" в 2030е годы на величину статистически не значимую - в колонии вообще жить вредно. Более поздний космонавт или колонист наверняка будет немного ГМО и переживет полет хоть до Юпитера.

1. Cahoon D. S. et al. Effects of partial-or whole-body exposures to 56Fe particles on brain function and cognitive performance in rats //Life Sciences in Space Research. – 2020. – Т. 27. – С. 56-63. https://mdsoar.org/bitstream/handle/11603/19466/1-s2.0-S2214552420300626-main.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Гравитация

Если радиацией все понятно при дозах свыше дозе Зиверта и не слишком понятно при меньших (кроме того что вот прямо сейчас не помрешь) то с гравитацией абсолютно точно установлено что полная невесомость = полная задница, а вот что именно будет при пониженной гравитации наука пока не в курсе дела. Но совершенно точно можно сказать что любая сила тяжести в пределах 9.8 м/с2 лучше ее полного отсутствия.

Главная проблема даже не вымывание кальция и дистрофия мышц, а... банальное дыхание. Конвекции без силы тяжести нет и выдыхаемый человеком углекислый газ скапливается вокруг него пузырем. Чтобы космонавты не задохнулись приходится ставить в жилом объеме систему принудительной циркуляции воздуха и тщательно ее рассчитывать чтобы ни где не было мертвых зон. А ведь вентиляторы имеют свойство ломаться, а менять их приходится в условиях когда можно задохнуться в своем же выдохе. Следом идут гигиена и туалет. Отходы жизнедеятельности не желают оставаться в горшке сами и приходится эмулировать гравитацию потоком воздуха. И если с мочой все более-менее нормально - ее можно откачать вместе с воздухом, то вот с калом...

Исторически было три туалетных системы:

1. Советская. Моча откачивается, кал прижимается потоком воздуха к перфорированному пакету. Пакет потом помещается на хранение космонавтом. Очевидно что прижим не идеален и некоторая часть гуана периодически будет улетать.

2. Ранняя американская. Пакет герметичный - только с дыркой для входа. И кармашками для пальцев чтобы отпихивать отходы по-глубже. Надежно, но как-то противно.

3. Шаттловская. Американцы попытались организовать эвакуацию каловых масс подальше от астронавта в автоматическом режиме. Получилось творение сумрачного гения для использования которым нужно было тренироваться на специальном симуляторе и которое постоянно ломалось раскидывая по жилому объему совсем не "некоторую часть". Был один астронавт-тролль разыгравший экипаж с помощью сосиски. Которую астронавты приняли за кое что другое - прецеденты были.

Схожие проблемы с помыться. На "Салюте" и "Мире" был космический душ с пневматической эмуляцией гравитации, но выяснилось что капельки грязной воды все равно разлетаются по станции. Обтираться влажными салфетками оказалось надежней.

Ну и наконец то самое вымывание кальция с мышечной дистрофией и перераспределением жидкости. С этим всем научились бороться, но ценой регулярных и продолжительных занятий в тренажерке и сидения в штанах "Чибиса".

И все эти развлечения можно забыть как страшный сон если раскрутить кабину экипажа до хотя-бы 0.1 g центробежной гравитации. Но тут есть проблемы из-за которых так пока что не делают. Центростремительное ускорение равно квадрату угловой скорости умноженному на радиус вращения. И потому если у вас корабль недостаточно большой - поле такой силы тяжести будет сильно неоднородным. Так при радиусе десять метров у стоящего двухметрового меня на голову будет действовать сила на 20 % меньшая действующей на ноги. На выпуклый глаз это уже должно быть терпимо - не пробовал жить в таком поле сил инерции. Но вот радиус пять метров и 40 % разницы уже явно перебор. Но для вирджин Союзов, Атласов и Фальконов и 4 метра диаметра много. Даже у чэд Старшипа всего 9 метров. Другая проблема вращательной гравитации - эффект Кориолиса. Он пропорционален угловой скорости и в результате опять падает с увеличением радиуса.

В проекте Constellation для полета на Марс планировался такой вот корабль с ядерным двигателем.

Во время межпланетного перелета его планировалось раскрутить вокруг поперечной оси для получения вращательной гравитации в жилом отсеке. В принципе та же методика годится и для 50-метрового Старшипа, только пол и потолок будут меняться местами.

В проекте Mars Direct Роберта Зубрина (возможно первом в котором было предложено использовать добычу топлива из местных ресурсов) планировалось создавать гравитацию связывая жилой модуль и разгонную ступень тросом. Если корабль у нас не разборный как все тот же Старшип - можно запускать парами и связывать тросом. Теперь пол у нас всегда там где надо.

Загруженный Старшип весит 200 тонн. Старшипов у нас два. Трос возьмем 200-метровый. Допустим мы хотим марсианские 3 м/с2 на верхушке корабля. На корме с Рапторами будет уже 4.5 м/с2. Возьмем среднее ускорение 4 м/с2. Каждый Старшип тянет канат с силой 800 кН. Массой каната пока пренебрегаем. При сечении троса 10 мм2 будем иметь нагрузку на разрыв 160 МПа - много меньше прочности на разрыв большинства сталей, алюминиевых и титановых сплавов. Объем троса 200*10^-5 = 0.002 кубометра. Даже если делать трос из стали его масса будет всего 16 килограмм.

Угловая скорость тросовой системы всего 0.17 радиан/секунда, период вращения 37 секунд, средняя линейная скорость вращения - около 21 м/с. Раскручивать связку придется за счет двигателей, но 22 м/с дельты потребуют пренебрежимо малый процент топлива.

Гравитация с помощью троса проще всего для реализации но имеет и ряд минусов. С ней не получится (точнее очень сложно) организовать доразгон двигателями малой тяги. Убежище от солнечных вспышек придется делать с круговой защитой ибо из-за эффекта Джанибекова у связки постоянно дрейфует ост вращения и подставлять Солнцу только одну сторону не получится. Чтобы убрать эффект Джанибекова нужно минимизировать момент инерции. Проще говоря крутить ракету вокруг продольной, а не поперечной оси. Но для этого нам нужен еще более крупный корабль чем Старшип. В чем нет ни чего невозможного даже с ЖРД (но лучше бы построить лунную промышленность), но это скорее всего будет уже число космический корабль без опции взлета-посадки на планеты.

На диаграмме показана "зона комфорта" вращательной гравитации. От себя добавлю что даже неудобства от Корриолиса и неравномерности силы тяжести при радиусе в десятки метров скорее всего лучше чем веселуха с туалетом, душем и прочим.

Но вот мы долетели до Марса с его третью земной гравитации. Что там будет с человеком? Наука пока не в курсе дела. Как пойдет на марсе эволюция человека? Вопрос для ретрофантастики - человек уже сейчас может управлять своей эволюцией и в долгосрочной перспективе вопрос приспособления к низкой гравитации можно считать решенным. Другое дело что истинное приспособление это не превращение в слендермена который на Земле малоподвижен, а сохранение нормальных земных пропорций. Не факт что они оптимальны для марсианской гравитации, но простое утоньшение скелета точно не является таковым - человек не памятник и нагрузки у него бывают еще и динамические. А к динамическим будет лучше приспособлено именно "земное" тело. Проще говоря землянин сохранивший свою физическую форму на Марсе населенном слендерменами будет как Джон Картер.

Парадокс ISRU

ISRU - In situ resource utilization. То самое производство топлива и прочего из местных ресурсов.

Представьте что вы впали в кому на 100 лет и очнулись в 2120 году. Пройдя акклиматизацию, вы выяснили что человечество освоило Внутренние планеты, но ни чего более продвинутого чем ЖРД и ТфЯРД пока не создало. А еще (мечтать так мечтать) на ваше имя был открыт банковский счет на котором как раз накопилась сумма достаточная для покупки частного космолета. Вы решаете податься в Вольные Торговцы (предварительно проверив в гуглексе что они существуют и в целом неплохо зарабатывают) и идете в Солнет покупать корабль.

Среди кораблей есть кислород-метановый «Starrider model Y», кислород-водородный «New Bezos» и, наконец, ядерный и российский «Lada Gamma Rey» (нет, это не опечатка) выгодно отличающийся от прочих вариантов удельным импульсом и ценой. Вы долго думали в чем же тут подвох, но решили что дело просто в производителе, а гуглить и разбираться в интернет-сленге XXII века было лень. «Купить».

Потом был полет на околоземную станцию на серебристом лайнере «Илон Маск», блуждания по коридорам центрифуги, мимолетное знакомство с японочкой искавшей свое место работы — службу космического мусора и, наконец, вы находите ячейку дока в котором стоит ваше приобретение.

Вы осматриваетесь в кабине, покупаете товары на которые вроде как должен быть спрос на окололунной станции «Лагранж-1». Дождавшись погрузки, вводите в автопилот пункт назначения, всю дорогу слушаете Аргонова и смотрите римейк «Игры Престолов».

Сбыв товары в «Лагранже-1» вы ищете заправку…

В продаже имеются: водород — 7 тыс кредитов за тонну; пара водород-кислород — 1 тыс кредитов за тонну, пара метан-кислород: 800 кредитов за тонну.

Вы чувствуете себя… лопухом, только слово короче и обидней.

Как так получилось?

Дело в том что водород был произведен на Луне из полярного льда и при этом на каждую тонну водорода было добыто 8 тонн кислорода, который надо бы куда-то девать. На потребности лунных поселений хватает 2 тонн разницы между стехиометрическим соотношением водорода и кислорода в воде и оптимальным для ракетного двигателя. Ибо проще посадить растения чем выковыривать CO2 из атмосферы физико-химическими методами. Метан же производится из того же водорода и углерода нападавших на Луну за миллиарды лет хондритов. И все это доставляется в «Лагранжа» лифтом либо массдрайвером с малыми издержками. А заправку не волнует что очередному Хану Соло нужен только водород — Luna Fuel нужно пристроить эти самые 6 тонн кислорода и если Хан Соло так любит ЯРД и из-за него приходится сливать кислород в космос — пусть платит за этот кислород. Суровые законы рынка.

Да, у вас удельный импульс 9 км/с против 4.5 км/с у лучших ЖРД. Вот только на скоростях достаточных для грузовоза разница в необходимой массе топлива не оправдывает разницу в цене топлива. Тогда вы решаете повозить людей и устраиваетесь в сервис Uber Taxi в премиум сегмент. Перевозка срочных пассажиров которых ни как не устраивают стандартная трехсуточная экономичная траектория уже прибыльна в смысле того что отплата за полет превышает затраты на топливо и ТО. Вот только таких пассажиров мало и вы к своему стыду обнаруживаете что та самая японка-мусорщица в месяц зарабатывает больше.

На графике синие столбцы соответствуют конечным массам для четырех ракет с характеристической скоростью (aka дельта вэ) 5 км/с и запасами топлива эквивалентными по затратам энергии синтезу 1100 тонн метан-кислорода. Желтые столбцы — полезная нагрузка за вычетом массы ракеты при условии, что у каждой технологии на тонну топлива приходится 0.1 тонна конструкции. Оранжевые — полезная нагрузка с учетом плотности топлива (у метан-кислорода 20 тонн на тонну ракеты, у метана — 15 тонн, у водород-кислорода — 10 тонн, у ядра — 5 тонн). Дельта в 5 км/с взята, потому что это вторая космическая скорость Марса. В случае же с Луной и ее 2.5 км/с преимущество химических ракет будет еще более выражено.

И тут японка подсказывает вам что в околомарсианском пространстве топливо добывается только на Марсе и при этом лифтов там нет и вывод тонны топлива тратится 4 тонны метокса либо 3 тонны гидрокса (с учетом массы танкера). Это уже меняет дело: для мисси с дельтой 4 км/с нужно 1.4 тонн гидрокса на тонну корабля и всего 0.56 тонн водорода на ту же тонну — разница почти в три раза. Вы сильно подозреваете что японка таким способом хочет вас отшить, но Марс зовет. Добомбив до окна запуска к Марсу и купив модуль гибернации вы перелетаете на Марс. Ваши дела идут в гору: вы возите пассажиров и грузы между Фобосом и Деймосом иногда получаете контракты на перевозку в Пояс или к Земле. И тут хитрые марсиане наладили добычу гидрокса в Троянцах Марса с доставкой огромными автоматическими танкерами по двухлетней, но весьма экономичной траектории.

Вы были готовы продать свою «Ладу» и купить наконец нормальный корабль с ЖРД, но тут наткнулись на объявление «Перевожу ЯРД на воду. Дешево. Гарантия 1 сол». Как оказалось ваш ядерный двигатель можно научить работать на воде. Правда из-за большой молярной массы рабочего тела удельный импульс проседает до смешных 3 км/с. Зато воду, если знать места, можно покупать по совсем смешным ценам — добыть и даже очистить воду на порядки проще чем разложить ее электролизом и сконденсировать получившееся.

Вы еще не знали что вода при рабочей температуре ядерного реактора частично диссоциируется образуя очень агрессивный атомарный кислород. И вам повезло что система диагностики обнаружила подвох раньше чем случилось разрушение активной зоны во время полета.

Мораль: перед покупкой космического корабля узнайте цены на топливо и рабочее тело. Не лишним будет поинтересоваться и ресурсом двигателя со стоимостью капитального ремонта.

Да здравствует трансгуманизм - светлое будущее всего постчеловечества!

Как и зачем летать как минимум по-началу более менее разобрались. К этой неисчерпаемой теме мы еще вернемся, а сейчас надо бы разобрать вопрос где и как жить. На самом деле вариантов тут всего два: искусственная среда обитания и небесное тело как оно есть.

Под искусственной средой обитания обычно понимают всякие купола, тоннельные поселения и орбитальные колонии О'Нила. Но если мы терраформируем планету - это тоже будет искусственная среда обитания. В старой фантастике любили (да и в новой не забывают) фантдоп о наличии большого (ну хоть достаточного) количества землеподобных планет на которых человек смог бы жить без скафандра и прочих герметических помещений. Сейчас мы знаем что в нашей системе таких точно нет. В других системах кандидаты на роль двойника Земли находятся, но когда-то в их числе была и Венера. А самое главное - с чего мы взяли что их биосфера совместима с нашей? А замещение биосферы на земную - опять терраформирование.

Но все-таки у человечества, правда в широком смысле, есть возможность жить вне Земли без искусственной среды обитания (пусть дальше она ИСО будет). Она называется трансгуманизм. Это вовсе не про гуманизм к трансам, а учение о том что человеческое тело можно и нужно улучшать за счет достижений научно-технического прогресса. Любопытно что на самой заре теоретическая космонавтика была тесно связана с «прототрансгуманизмом» через русских космистов, к которым принадлежал и К.Э.Циолковский.

У трансгуманизма есть три источника три составные части:

1. Бионженерия. Мы все еще остаемся в рамках «мяса», но адаптируем его к условиям космического пространства методами генной инженерии.

2. Киборгизация. Заменяем слабую плоть на железо.

3. Загрузка разума/сознания. Попытка сделать человека «мультиплатформеным» скопировав его алгоритм обработки информации известный как «сознание».

Самым освоенным направлением является биоинженерия. Как ни странно все мы, кроме ярых антипрививочников, немного биоинженерные транслюди - нам искусственно привит иммунитет против опасных инфекционных заболеваний. А совсем недавно добрый китайский доктор Хэ Цзянкуй провел генетическую модификацию генома человека на устойчивость к ВИЧ. В принципе особо революционного в этой работе на самом деле нет - с животными аналогичную манипуляцию уже давно проводили. Но теперь провели и на человеке. К сожалению или к счастью биоинженерия плохо подходит для адаптации человека к жизни в вакууме или иных экстремальных условий вроде Марса. Пока что мы не можем создавать белки и их гены "под ключ" - проблема с предсказанием свойств белка по первичной структуре белка (впрочем ее очень активно копают и вскоре тут все может измениться). Так что в генной инженерии мы сейчас ограничены пересадкой уже имеющихся генов. А генов для жизни в вакууме взять не где за отсутствием таких организмов - это очень грубое упрощение, но зато понятное. Но биоинженерия наверняка пригодится для жизни в ИСО, о которых будет следующая глава, да и в целом она полезна.

А может тогда просто взять и заменить слабую плоть на нечто более прочное?

https://youtu.be/2Dscl5-0pag

Затык в отсутствии нейроинтерфейса сравнимого по пропускной способности со спинным мозгом. Те самые бионические протезы пока что управляются биотоками мышц культи, а не непосредственно моторными нервами. Но над проблемой интенсивно работают, в том числе одно из детищ опять Илона Маска.

Вы продаете нейролинков? Нет, только показываем.

Наиболее интересной для нужд космонавтики является полная киборгизация при которой от слабой плоти остается только головной мозг. К счастью мозг достаточно автономен — ту же глюкозу способен всасывать без этого вашего инсулина (и диабетиков можно лечить превращением в Мотоко Кусанаги :) ). Нервная ткань очень устойчива к радиации, причем кратковременному интенсивному облучению — можно смело лететь в радиационные пояса Юпитера. Потребление кислорода головным мозгом составляет 20-25 % от потребления человеком в состоянии покоя. Потребность в пище у мозга примерно на том же уровне. Т.е. полному киборгу требуется гораздо меньший объем запасов в СЖО. Но при этом в запасах должен быть питательный раствор для внутривенного питания. А еще ему понадобится и запас гормонов чтобы не превратиться в Синдзи.

- У тебя что яиц нет!?

- Да как бы да, Мисато-сан...

Гормоны можно синтезировать специально-обученными ГМ-бактериями — диабетики так получают свой инсулин. Но наладить их производство в космосе сложно — это вам не фитотрон с пшеницей. Таким образом, киборги будут хороши для дальних исследовательских миссий подолгу обходясь запасами умеренной массы, но не для колонизации. Они помимо всего прочего не смогут размножаться естественным путем. Если только не сохранить кроме мозга еще и половые органы, что частично решает и проблему гормонов. Вот только если Мотоко Кусанаги оставить матку, родив с ее помощью ребенка она обнаружит что тому ребенку нужна ИСО. В принципе проблема решаема даже организационными мерами - разделением человечества на размножающуюся в ИСО молодежь и преисполнившихся в своем познании киборгизированных стариков. Именно так работает Адептус Механникус из Вархаммер 40000.

Наконец мое любимое. Загрузка. Может показаться логичным продолжением киборгизации, но строго говоря возможен и вариант с прошивкой органического мозга. Кроме того если на ветке киборгизации нам нужно заморачиваться СЖО биочасти и техобслуживанием технической то у Загруженных о слабой плоти забываем как о страшном сне - только чистый кремний (или на чем там в будущем электроника работает). Может показаться самым фантастическим, но парадокс в том что она может быть освоена и при жизни текущего поколения (да, я в курсе о древнем меме «нынешнее поколение советских людей будет жить при коммунизме»).

С одной стороны 86 миллиардов нейронов из которых «всего» 16 миллиардов — в коре больших полушарий демотивируют. В проекте Blue Brain суперкомпьютер модерирует всего одну колонку нейронов коры из 10 тыс нейронов. Ну хорошо, в Блю Брэине моделируют много физиологических нюансов не относящихся напрямую к обработке информации. Но искусственные нейросети, в которых моделируется лишь обработка информации, пока что не превышают нескольких миллионов нейронов — разрыв на четыре порядка. А ведь для загрузки нам нужно считать коннектом — структуру синаптических связей хотя-бы 16 миллиардов нейронов больших полушарий. А ведь есть еще и память которая, судя по всему, хранится не в коннектоме, а во внутринейронных белках. А еще коннектом не имеет смысла без знания того какие именно медиаторы и рецепторы были на химических синапсах - опять лезть на молекулярный уровень.

Но допустим мы ПРЕВОЗМОГЛИ и создали идеальную электронную копию мозга с памятью оригинала. И тут является человек с кафедры философии и заявляет что это никакой не перенос, а всего-лишь копирование с уничтожением оригинала. Обидно, да?

Парадокс в том что «проблема копирования» позволяет разом решить все вышеописанные технические проблемы загрузки. Если не видно разницы зачем платить больше? В смысле зачем создавать структурный аналог мозга если все равно кто-нибудь докопается что это не перенос, когда можно создать функциональный аналог с гораздо более простой структурой, но ведущий себя как оригинал? По аналогии с «мягким ИИ» будем называть такой подход к загрузке «мягкой загрузкой».

Почему есть основания ожидать более простой структуры от функционального аналога? Банально потому что виртуальная нейросеть свободна от анатомических ограничений — ну не получится протянуть реальный дендрит от затылка ко лбу — нужны «нейроны-прокладки». Насколько велик вклад нейронов-прокладок вопрос отдельный, и именно по-этому появление мягкой загрузки в ближайшем будущем возможно, но не обязательно. Но есть косвенные свидетельства в пользу того что 16 миллиардов нейронов избыточны:

Один из вариантов Теста Тюринга уже пройден [1] и явно не 16 миллиардами нейронов.Те самые искусственные нейросети уже достаточно хорошо решают задачи распознания изображений и играют в игры вроде Го и Dota2 при том что по числу нейронов они на уровне… насекомого.

Вместо сканирования коннектома и памяти в случае «мягкой загрузки» будет мониторинг жизни и деятельности загружаемого. На полученных больших данных производится обучение нейросети или еще какой-нибудь модели машинного обучения. При этом кусок данных не показывается при обучении и используется для проверки качества обучения. Нет, то что показано в «Мире Дикого Запада» с дословным воспроизведением диалога — ересь. На наше поведение влияет слишком много стохастических факторов, так что воспроизведение может быть только статистическим.

Остается все та же «проблема копирования». Которая, скорее всего, не имеет рационального решения ибо сам страх перед разрушением оригинального мозга иррационален. Концепция личности как упорядоченного набора чисел слишком революционна, а инстинкты строго отождествляют «я» с телом — те кто считал иначе не выживали в славные времена палеолита. Но c появлением технической возможности мягкой загрузки в полный рост встает проблема конкуренции с ИскИном. Бессмертным и способным перемещаться на флешках и по радиосвязи. Исход немного предсказуем. И у Человечества будет лишь один шанс уцелеть в виде отличном от музейного экспоната — сделать ИскИнов считающими себя загруженными людьми.

Коммандеры YoRHa, ну что вам мешало просто сказать подчиненным что они являются загруженными людьми, вместо этой бадяги с Луной?

1. https://habr.com/ru/post/225599/

Попробуй бессмертным стать и не торопясь летать

Данная глава повторяет одноименную запись в моем блоге - кто ее застал может смело скипать.

И завершая тему космического трансгуманизма - одно важное улучшение человеческого тела, важное хоть при использовании ИСО, хоть при адаптации к условиям космоса. До звезд, как известно, далеко. И потому лететь к ним долго. Проблему можно решить двумя способами: научится летать быстро и научиться жить долго. Сейчас будет про второй способ.

https://youtu.be/G7uQteSWT5k

У нашего корабля может быть скорость от 30 км/с до 15 тыс. км/с. Границы приблизительные. Нижняя обусловлена скоростью относительного движения звезд, верхняя – продолжительностью жизни современного человека и расстоянием до ближайшей звезды. С точки зрения ракетной техники нижняя граница нам доступна уже сейчас. Нужная скорость достигается либо на ионном двигателе, либо гравитационным маневром у Юпитера. Проблема в том, что до Альфы Центавра нам так лететь 40 тысяч лет. Лично я слабо себе представляю аппаратуру способную функционировать после столь длительного полета. Банально материалы взаимно диффундируют. Корабль должен представлять собой полноценный автомат Фон Неймана и воспроизводить все свои составные части из простых веществ. А для этого ему нужна энергия, которую в межзвездном полете можно взять только из ядерного или термоядерного реактора. Которому требуется топливо на 40 тыс. лет работы.

Допустим наш зонд фон Неймана представляет собой колонию О’Нила с собственным источником энергии в котором живут космические эльфы со всем необходимым для поддержания колонии в течении тысячелетий. Массовая толщина стенок цилиндра 10 тонн на метр квадратный – чтобы обеспечить защиту от радиации близкую к защите земной атмосферы на уровне моря. Необходимые для полета системы включены в массу стенок. Масса рабочего тела не входит в 10 тонн.

На экваторе Земля получает от Солнца около 300 Вт/м2 в среднем за сутки. В году 30 миллионов секунд. Итого на каждый метр освещенной площади нужно 9 ГДж в год. Для удобства округлим до 10 ГДж. Годов у нас 40 тыс. итого получаем 400 ТДж/м2. Снижение нормы потребления света приведет к тому, что в корабле поколений нечего будет есть. Либо снижение погоды не сделает – сэкономить удастся в 2-3 раза ценой сильного ухудшения качества жизни экипажа.

Теперь посчитаем сколько будет потрачено на разгон и торможение при условии, что разгонялись ионником со скоростью истечения 60 км/с и КПД 100 % (у ионников он уже около 90 %). На каждую тонну массы конечной потребуется 1.7 тонн рабочего тела или 17 тонн на наш квадратный метр. Кинетическая энергия рабочего тела составит 30 ТДж – в 10 раз меньше, чем нужно на освещение. Увеличение скорости истечения не выгодно из-за квадрата в кинетической энергии, уменьшение – из-за экспоненты в формуле Циолковского.

И так, нам нужно 400 ТДж на квадратный метр для освещения и 30 – для разгона. Эта неожиданная диспропорция говорит нам что можно повысить скорость за счет уменьшения расхода энергии на освещение. Увеличение скорости вдвое даст 4*30 = 120 ТДж на двигатели и 200 ТДж на СЖО. Мы даже выиграли в энергии – нам теперь нужно 320 ТДж на квадратный метр, а не 430. Но уже при учетверении скорости имеем 480 ТДж уже на двигатели, но всего 100 ТДж на СЖО. В принципе разница между 430 и 580 не существенна, в отличие от 10 тыс. лет вместо 40 тыс.

Сэкономить энергию можно либо на жизнеобеспечении сделав «полуспящий» корабль в котором экипаж пробуждается скажем раз в 100 лет чтобы починить сломавшееся, либо на массе стенок заявив, что экипаж и системы не боятся радиации. Тогда в варианте полета за 40 тыс лет будем иметь 4 ТДж/м2 на жизнеобеспечение и 34 ТДж/м2 на все остальное.

От куда брать столько тераджоулей? Теоретически хватит уже освоенных ядерных реакций деления, вот только топлива понадобится (в «неспящем» варианте) около 6-8 кг на тот же квадратный метр даже без учета КПД. Да, на фоне 10 тонн конструкции это «ниочем», но у нас сотни квадратных километров и топлива соответственно нужно сотни тысяч, если не миллионы, тонн. В принципе ничего невозможного, но желательно заморочиться с использованием урана-238 в БН-реакторах, либо гибридных на реакции Джекила-Хайда. Термояд куда более перспективный источник энергии для звездолета. Для начала топлива для него нужно раз в 100 меньше. А еще он ест гораздо более распространенные легкие изотопы. Осталась сущая мелочь – научится строить термоядерные реакторы с положительным выходом энергии.

Есть, однако, и более изящное решение проблемы энергоснабжения в полете. Космос между звездами совсем не пустой. В нем летают межзвездные кометы с астероидами и даже бесхозные планетоиды. Из них совершенно точно можно добыть дейтерий и скорее всего можно найти уран, только искать придется дольше. Дело в том, что тяжелые элементы образуются при взрывах сверхновых звезд и потому весь наш уран когда-то прилетел извне. В астероидах нет гравитационной диссипации и не придется искать места выхода магмы, в которую провалились тяжелые элементы. Так что сотни тысяч тонн ядерного топлива можно добывать в течении всего полета с мимокрокодящих астероидов. Возникает лишь вопрос зачем вообще нам Альфа Центавра, если мы уже приспособились жить в межзвездном пространстве? Да, это одно из решений «парадокса Ферми» - возможно разумные существа став «космическими эльфами» не стремятся колонизировать зоны жидкой воды. Примитивные околозвездные цивилизации ценнее как есть в качестве поставщиков контента, для чего в их развитие вмешиваться не нужно.

Нюансы бессмертия

Как и в случае корабля, у космоэльфа есть только один способ сохранять функциональность в течении тысяч лет – постоянно производить запчасти. Хорошая новость – в живом организме и так регулярно производится замена клеток, нужно только отрегулировать этот процесс чтобы не скатывался в рак и не прекращался. Неоднозначная новость – клетки мозга тоже придется менять. И к цели доберется фактически копия улетевшего эльфа-астронавта. Таким образом, если вы не верите в загрузку сознания (да, опять), то вечной жизни вам не грозит в любом случае. Но практика показывает, что люди ради надежды на жизнь после смерти и не в такое верят. А вера в загрузку дает очевидные преимущества – кроме бессмертия еще и возможность телепортации по линиям связи.

В результате имеем что-то очень напоминающее некоторые «сверхсветовые» космооперы: систему быстрых гейтов которые перемещаются более медленным транспортом. И тем более похоже на Галанет из романа «Роза и Червь», но там его основная функция немного иная (а зря). В отличие от эльфов-пуристов, не загружающихся принципиально, загруженные сознания могут обслуживать ползущий к другой звезде гейт вахтовым методом что снижает требования к запасам энергии на носителе гейта. Осталось изобрести межзвездное радио. Идея связи через гравитационные линзы звезд из все той же «Розы и Червя» интересна, но этот метод имеет ряд трудноразрешимых проблем. Большинство звезд – красные карлики. Но красный карлик не подходит для узла связи – слишком легкий. Не подходят и двойные звезды из-за того, что фокус гравитационной линзы у них сильно гуляет.

Солнце в качестве гравитационной линзы фактически является антенной диаметром порядка двух миллионов километров. Сам диаметр Солнца 1.4 миллиона, но учтем, что линзирование будет не только на поверхности. Правда само Солнце непрозрачно и антенна будет с дыркой диаметром 1.4 миллиона километров. В романе заявлялось что гравитационная линза позволяет обходится мощностями в единицы Ватт. Проверять все это, как и искать точный внешний диаметр гравитационной линзы Солнца я не хочу и потому зайду с другой стороны.

Антенна геостационарного спутника с апертурой порядка метра позволяет раздавать телевизор и интернет на антенны размером порядка того же метра на расстоянии 0.1 световой секунды. Отмасштабируем эту систему на межзвездные расстояния. Диаметр сечения главного лепестка прямо пропорционален расстоянию от антенны и обратно пропорционален диаметру антенны. Квадрату диаметра главного лепестка на расстоянии L пропорциональна уже плотность энергии сигнала на приемнике. Но падение плотности энергии можно компенсировать увеличением приемной антенны, чья площадь растет опять пропорционально диаметру антенны. Конечно, эта математика работает пока антенна приемника меньше ширины главного лепестка.

Увеличив диаметры антенн передатчика и приемника до 10 километров получим рабочую дистанцию в десять миллионов световых секунд – всего в три раза меньше светового года. Повысив мощность на передатчике с 10 кВт до 10 МВт получим дистанцию уже в 10 световых лет – даже большую минимальной дистанции между двумя звездами в окрестностях Солнца. В поясе жидкой воды квадратный километр солнечных батарей обеспечивает порядка 300 МВт при современных батареях. А ведь у нас площадь антенны порядка 100 квадратных километров и надо всего 10 МВт. Увеличив площадь солнечных батарей в 100 раз мы можем разместить наш ретранслятор в ~30 астрономических единицах от Солнца – в поясе Койпера. Причем ставить такие ретрансляторы можно у любых звезд, а не только у желтых карликов. Простор для конспирологии вокруг «парадокса Ферми» тоже остается – объектов диаметром порядка 10 километров в поясе Койпера очень много, а сигнал мы не услышим пока не попадем строго в главный лепесток, причем с антенной диаметром 10 километров. Причем довольно ожидаема шумоподобность сигнала из-за использования кодового разделения каналов – физика у всех общая, а такое разделение позволяет использовать спектр наилучшим образом.

Предположение о том, что разумная жизнь в Галактике приходит к загрузке сознания опять же позволяет объяснить «парадокс Ферми» (его вообще много чего объясняет). После загрузки можно комфортно жить на любом небесном теле – была бы свободная энергия и не слишком часто долбили заряженные частицы с пылью. Водные планеты представляют только научный и туристический интерес, но никак не промышленный. Ученым условная Земля интересней как она есть, туристам скорее всего тоже, и те и другие могут находиться на условной Земле в ворованных, клонированных или искусственно-смоделированных телах не привлекая внимания, перемещаться с тайных баз в глуши через остронаправленные антенны до внутрисистемного ретранслятора, замаскированного под астероид. Приятной крипоты.

Где и как строить среду обитания?

Трансгуманизм конечно штука прикольная, но киборгизация еще не вполне готова и не снимает необходимости где-то выращивать "личинок", а загрузка не известно когда будет и вообще штука страшная. Остается строить искусственную среду обитания для человека прокачанного максимум генной инженерией.

Перед тем как сесть писать главу я выгулял собаку одев ради этого теплосберегающий скафандр "пуховик". Ибо на дворе декабрь и на улице в моих краях голой обезьяне не комфортно (в отличие от представителей семейства псовых). А комфортно в искусственной среде обитания (ИСО) "дом" в которой поддерживается комфортный для голой обезьяны температурный режим. В космосе от ИСО требуется поддерживать еще и пригодную для дыхания атмосферу и, крайне желательно, выращивать еду для колонистов из их отходов жизнедеятельности.

Выращивание растений требует больших площадей. Поддержание пригодной для дыхания атмосферы проще осуществлять в большом объеме. Например во время работ по программе БИОС выяснилось что если не пропускать воздух через горячий катализатор - будут накапливаться малоприятные вещи вроде кишечных газов. Из-за ограниченных объемов во все том же БИОС нельзя просто так взять и посадить растения в экзометаболиты как делал Марк Уотни - просто представьте что вы сидите в замкнутом и ограниченном объеме с кучей г-на. Советско-российская наука конечно нашла выход - технологию мокрого сжигания электрохимически окисляющую экзометаболиты до неорганики. Но если бы объем ИСО был достаточно большим - можно было бы обойтись естественным окислением на воздухе и разложением бактериями.

И так, ИСО здорового человека должна быть большой. А еще в ней обязательно наличие гравитации - так лучше растут высшие растения и заколебаешься перемешивать атмосферу вентиляторами в кубокилометре объема. Но вот именно земная гравитация скорее всего не обязательна - достаточно чтобы семена могли определить верх и низ, тяжелый углекислый газ отделялся от более легкого кислорода силой тяжести, а костно-мышечная и кровеносная системы человека не деградировали хотя-бы после генетических модификаций.

Большие размеры ИСО делают некорректным сравнение с жизнью в условиях крайнего севера где "термостатические ИСО" маленькие ибо от них не требуется поддерживать пригодную для дыхания атмосферу. Возникает лишь вопрос не дорого ли это будет построить такую громадину?

К счастью на первое время на Луне и Марсе есть практически готовые ИСО. Это лавовые трубы - пещеры вулканического происхождения в условиях низкой лунной и марсианской гравитации имеющие огромные по земным меркам размеры. На Луне ожидается диаметр до сотен метров. На Марсе кроме вулканических пещер могут быть эрозионные и даже карстовые - жидкая вода там была в прошлом. Остается лишь герметизировать выход из трубы и наполнить ее атмосферой. Кислород, как мы помним, является побочным продуктом производства топлива для ЖРД или рабочего тела для ЯРД. В атмосфере чистого кислорода на самом деле нет ни чего такого уж плохого - пожар Аполлона-1 случился при давлении чистого кислорода выше атмосферного. Настоящая проблема в том что без азота в атмосфере азотфиксирующим бактериям в нашей биологической СЖО не чего будет фиксировать. Конечно азот будет производится при разложении органики, но так его концентрация будет заведомо ниже привычной нашим бактериям. Проблему можно решить замкнув круговорот азота не через атмосферу, а через специально-обученные физико-химические либо биотехнологические реакторы. Либо таки где-то намайнить азот. Потенциальные источники - потухшие и не очень кометы, возможно замерзшие в лавовых трубах газы. В случае с Марсом все еще проще - в его атмосфере почти 3 процента азота. Его можно добыть охладив атмосферу до температуры замерзания углекислого газа (который пойдет в реактор Сабатье на синтез метана для кораблей), после чего останется азотно-аргоновая смесь с примесями вроде кислорода.

Для лунных поселений источником азота может быть земная атмосфера. Конечно возить прям с поверхности дорого, но на низких околоземных орбитах остаточная атмосфера еще присутствует и может быть собрана спутником со специальной драгой и плазменными двигателями компенсирующими торможение.

Даже если у нас нет подходящей пещеры, отсутствие атмосферы, либо ее низкое давление, дают неожиданные возможности в строительстве - использование атмосферы как несущей конструкции. Нормальное атмосферное давление - 10 тонн на квадратный метр. В случае кислородной атмосферы парциальное давление кислорода - 2 тонны на квадратный метр. Можно просто надуть оболочку атмосферой и засыпать ее сверху грунтом весом не превышающим внутреннее давление. В случае с Луной даже кислородная атмосфера может держать до 12 тонн массы - для защиты от метеоритов и страшной космической радиации вполне достаточно. Ну а на Марсе атмосфера в куполе скорее всего будет азотно-кислородной. Может показаться что атмосферное давление будет падать вместе с силой тяжести, но это не так работает - давление газа на стенки емкости определяется термодинамикой и от силы тяжести не зависит.

Единственным небесным телом внутренней Солнечной Системы имеющим силу тяжести близкую к Земной является Венера. Из-за того что ее атмосфера состоит в основном из углекислого газа, воздушный шар надутый земным воздухом сможет в ней летать. На высоте примерно 50 километров от поверхности давление и температура как раз примерно соответствуют земным. Там можно строить летающие острова... Вот только зачем? Вывозить с Венеры получится только что-нибудь очень ценное - стартовать с нее не сильно проще чем с Земли. Добывать минералы для строительства придется батискафами с поверхности планеты с ее чудесным сочетанием температуры за 450 по Цельсию и давлением в 100 атмосфер.

Кроме того мы можем найти земную гравитацию на правильной высоте в атмосфере Гигантов. По ряду моделей Нептун имеет ледяную кору с силой тяжести как раз соответствующей Земной. Но взлет с Гигантов еще сложнее чем с Венеры причем ну очень сильно сложнее. А атмосфера у них из легких газов, так что так просто лапуту не построить.

Диалектика освоения космоса в том что если уж вам так нужна земная гравитация - ее проще создать искусственно в открытом космосе. Для этого нам нужна большая вращающаяся ИСО. От нее требуется держать давление атмосферы, обеспечивать колонистов силой тяжести похожей на земную и защищать их от космической радиации (учитываем что в ИСО мы живем постоянно, так что нормы корабля тут уже не подходят). Если давление у нас нормальное атмосферное, поверхностная плотность стенок 10 тонн на квадратный метр и центробежная сила тяжести земная - имеем давление на несущую конструкцию колонии в 2 атмосферы. Допустим что наша колония является цилиндром и возьмем два произвольно-заданных диаметрально-противоположных сечения его несущей стенки. Сила с которой внутреннее давление будет раздирать половинки цилиндра равна

F=2*L*r*0.2(МПа)*Int(sin(fi),o,pi)dfi

Где L - длинна цилиндра, r - его радиус. Проинтегрировав получим:

F=4*L*r*0.2(МН)

Очевидно что чем толще несущая стенка - тем лучше она держит нагрузку. Исключения бывают, но не в нашем случае самонесущей оболочки нагруженной внутренним давлением. И потому нужно поделить полученную силу на площадь стенки 2*L*s где s - толщина стенки (а стенок 2). При соотношениях радиуса цилиндра к толщине стенки порядка 1000 линейное приближение должно работать (да просто обязано).

P = 2*r*0.2/s МПа

Мы получили нагрузку на растяжение в мегапаскалях. Она не должна превышать предел прочности материала стенки. Допустим толщина стенки 1 метр, а радиус цилиндра 3 км - как и было у О'Нила. Тогда имеем нагрузку в 1.2 ГПа. В принципе такое способна выдержать и хорошая сталь. Но впритык. И самое главное - стальная стенка "съест" 8 из 10 тонн на м2 поверхностной плотности стенки нашей колонии. Это означает что захотев организовать на нашей колонии озеро мы обнаружим что глубина его не может быть более 2 метров. Маловато будет. Да и "впритычность" напрягает - мало ли что может случиться со стенкой. Можно уменьшить давление атмосферы, как собственно было у О'Нила. Скорее всего можно пожертвовать силой тяжести. Но лучше применить более подходящие материалы:

Как видно из таблицы, арамидные и полиэтиленовые волокна при метровой толщине стенки обеспечивают 3-5 кратный запас прочности, занимая лишь 10-15 % поверхностной плотности стенок. Строительство космической колонии скорее всего будет выглядеть как как наматывание кевларовых, полиэтиленовых, паутинных, нанотрубочных, графеновых тросов на каркас с последующей герметизацией, заполнением кислородом и раскруткой. В случае с "Островом-3" скорость вращения стенок при земной силе тяжести равна 171 м/с - можно не заморачиваться и использовать для раскрутки много ракетных двигателей. Топлива потребуется много, но в абсолютных, а не относительных цифрах.

Традиционно орбитальные ИСО предполагалось строить в системе точек Лагранжа Земля-Луна. Но в принципе их можно ставить практически везде где нам удобно. Например возле астероида, который мы и использовали для строительства колонии. Точки Лагранжа удобны лишь доступностью других точек, Земли и Луны в любое время года, а не в стартовые окна.

До сих пор существует стереотип о том что все астероиды только в поясе этих самых астероидов. Однако в последнее время найдено множество околоземных астероидов. Площадь "Острова-3" округленно 600 км2, что при поверхностной плотности стенок 10 т/м2 таст нам 6 гигатонн массы. Астероид километрового диаметра весит ~2 гигатонны. Нам нужно три таких, несколько тысяч стометровых или один 2-километровый (тут еще сверху останется). Помним что на несущую конструкцию приходится только 10 % и она из полимеров, либо углеволокна и нам вполне годятся астероиды С-класса. Если вместо Острова-3 взять Сферу Бернала двухкилометрового диаметра - получим 12 км2 общей площади (правда на тропиках только 6 км, пичаль-тоска). Весить она будет уже "всего" 120 миллионов тонн. Астероид стометрового диаметра имеет массу грубо двадцать миллионов тонн. Нам нужно шесть таких, либо опять астероид по-больше.

И так, пространство между орбитами Марса и Венеры содержит тысячи потенциальных "микропланет" доступных даже на современных двигателях, которые при достаточно развитых технологиях космического строительства можно превратить в "села планетовки" - типичную космооперную "планету" из одной-двух локаций в шаговой доступности.

Жизнь в ИСО и около

Главное что стоит понять про ИСО - это полностью контролируемая среда. В ней не будет зимы, дождя и урагана если только мы сами того не захотим. А потому все земные строительные нормы и правила внутри ИСО можно смело забыть. Почему вообще нам нужно какое-то жилье внутри фактически гигантского гермообъема? Только по психологическим причинам - людям иногда надо уединяться. Интерьер космической колонии будет представлять собой сельскую пастораль из окруженных огородами СЖО садовых домиков. Все это живет в условиях бесконечного лета и потому засаживать огороды можно и нужно конвеерным способом - не все в одну посевную чтобы потом собрать в уборочную, а высаживать новые растения по мере поедания подросших. Отсутствие авралов посевной и уборочной делает практически не нужной технику - один раз в день выкопать два-три куста условной картошки и посадить на их место клубни не проблема и руками.

Скорее всего не будет нужна профессия фермера как таковая - каждый колонист будет выращивать еду сам. Будут требоваться агрономы чтобы решать нестандартные проблемы вроде заболеваний растений. Кроме того, человеку нужна еще и животная пища и если по тем или иным причинам проблема не решена с помощью ГМО - будет профессия (скорее всего) птицевода и рыбовода. Не у всех будет время и желание присматривать за курями.

Основным транспортом в ИСО будут ноги - только гиганты вроде "Острова 3" длинной 30 километров потребуют аналог автотранспорта. Так что машины у колониста не будет и на автобус с метро ему тратиться не надо. Воду колонист получает за счет конденсации влаги из воздуха, установка может быть как в его личном пользовании, так и общественная с раздачей воды на несколько участков. Свет заводится солнечный извне, электроэнергия добывается в основном из того же солнечного света.

Со светом и энергией у Луны есть свой локальный нюанс. Это лунная ночь на 14 суток. Проблема решается либо житием на полюсах со строительством светособирающих мачт до зоны вечного дня, либо запуском системы зеркал на окололунную орбиту для освещения колонии. Альтернативный подход - использовать ядерный источник энергии, но ему придется освещать поля СЖО, что требует довольно-таки больших мощностей. С другой стороны у колонии на достаточно высокой орбите Солнце светит практически всегда - еще один довод за строительство орбитальных ИСО.

Наконец проблема лунной ночи может быть решена выведением растений приспособленных к 28-дневным лунным суткам. Скорее всего это будут вариации на тему тропических деревьев, но это не точно. За время дня наши яблони плодоносят и удаляют углекислый газ, ночью ни чего не фотосинтезирует и углекислый газ копится, но атмосфера в ИСО большая и накопиться до опасных концентраций не успевает. Ну а утром растения радостно сжирают углекислый газ.

С некоторой точки зрения колонист невероятно беден. Живет в бунгало, еду сам себе выращивает, зарплаты только на коммуналку и Солнет хватает. Правда у него круглый год субтропическое лето, чего на Земле нет ни где - в субтропиках есть и "зима" с понижением температуры, в тропиках жарко.

Какая такая зарплата и почему ее хватает только на коммуналку с Солнетом? Ну ладно, не будем сгущать краски: еще на медполис и немного сверху. Потому что деньги нужны для самоорганизации системы разделения труда и денег должно быть столько чтобы среднестатистический человек мог купить все необходимое. Если в системе из огородников и животноводов прокатит бартер, то в более сложной уже нет. На Земле сейчас сельским хозяйством занимаются малочисленные фермеры которым для этого нужна техника, а производят технику на заводах которым нужно много всякого, производящегося на других заводах и на всем этом работают люди. Тут вместо фермера труд самого потребителя еды, приемлемый благодаря бесконечному лету. Деньги нужны только чтобы добыть то что не можешь сделать либо обменять на еду. Это электроэнергия, Солнет со средством доступа, медицина с образованием и еще не помешало бы стиралку или хоть общественную прачечную. Одежды у колонистов мало, но руками стирать в развитых странах уже сейчас отвыкли. На Земле к списку добавляются транспорт, еда и ипотека, но транспорт и еда у колониалов свои, а ипотека имеет смысл только сразу на все ИСО и на несколько поколений - индивидуальное жилье внутри очень дешево и может быть возведено даже самим колонистом.

Электричество. Мы можем завести с Земли солнечные панели, поставить их на Солнце и забыть на 15 лет. Да и потом можно не вспоминать, но мощность упадет на 80 % и продолжит. Теоретически мы можем производить панели сами, но на Земле это долгое время было весьма трудозатратным. Но в вакууме будут хорошо работать машинные преобразователи - двигатели Стирлинга, возможно даже без концентраторов. Такой стимпанк колонисты довольно быстро смогут произвести сами из местных ресурсов, а работать стирлинг может годами не ломаясь. Стирлинг может работать и с ядерным реактором. В таком случае с Земли достаточно завезти только ядро реактора. Например у реактора Kilopower установку с электрической мощностью мощностью до 10 кВт греют 50 кг высокообогащенного урана, и реакция в нем будет поддерживаться как минимум 50 лет - до выгорания в 1 %. После уран можно очистить и снова использовать в реакторе.

В квадратном метре солнечной панели на трудновоспроизводимые в условиях космоса фотоэлементы приходится лишь около 400 граммов. При уже достигнутом КПД 30 % имеем 1 кВт/кг в условиях идеального освещения. На высоких орбитах и точках Лагранжа как раз такое. На Луне есть зоны вечного дня находящиеся как раз рядом с зонами вечной ночи, в которых имеется вода из которой можно делать ракетное топливо электролизом. За год при постоянном освещении киловаттная солнечная панель при постоянном освещении добудет 8760 кВт*ч. При стоимости доставки 4 тысячи долларов за килограмм амортизация доставки станет равна 10 центам за 5 лет, 5 центам - за 10 лет. Таким образом уже при условно-современных ценах запуска стоимость солнечной энергии в космосе стремится к таковой на Земле. При условии что везем с Земли только фотоэлементы, а каркас печатаем из реголита на месте.

У ядерного реактора невоспроизводимым на Луне является его ядро. 5 килограмм на киловатт, правда греет минимум 50 лет и где угодно. Реактору нужно менять износившиеся стирлинги, которые можно произвести на Луне. Проблема в том что если уж мы произвели на Луне двигатель Стирлинг - мы сможем добывать с его помощью солнечную энергию вообще ни чего не завозя с Земли. Просто за счет разности температур на Солнце и в тени. Остается проблема ночи, но на поверхности небесного тела ее можно решить аккумулируя тепло нагреванием базальта.

Электроника. Продукция длинного производственного цикла, вот просто так взять и вывезти этот цикл в космос не получится. Только покупать на Земле. А чтобы купить что-нибудь нужное нужно продать что-нибудь нужное. Я предлагаю продавать металл. Восстановление металла из руды требует много энергии, что на Земле означает трогательные сложности с экологией. В космосе отсутствующей как класс. Кроме того добыча энергии в космосе менее трудозатратна чем на Земле ибо функционированием нагревателя тепловой машины там занимается лично Б-г, ели вы верующий.

Капитальное строительство. ИСО нужно строить и иногда ремонтировать. К счастью в вакууме мы всегда можем сделать конструкцию работающей исключительно на разрыв, что сильно упрощает строительство. Фактически нам требуется наладить производство прочного троса из которого будем наматывать несущую конструкцию. В случае же лунной колонии все затраты сводятся к герметизации лавовой трубы и наполнению ее кислородом.

Лекарства. Сейчас они являются достаточно высокотехнологичной продукцией, но еще более легкие чем микрочипы. Если смотреть именно действующее вещество, а не "балласт". Так упаковка Лактинета (кто не в курсе, противозачаточное) содержит 2 грамма действующего вещества, а хватает ее на месяц. Даже при стоимости вывода на НОО (от туда колонисты уже сами заберут) 4 000 долларов за кг прибавка для месячной дозы будет 4 доллара. Долгое время будет проще завозить с Земли.

Одежда. Варианты от собственного производства до опять завоза - колонистам нужна только для прикрытия наготы. Скафандр проходит уже как спецоборудование и требуется очень не всем.

И так, у нас есть товары которые мы можем получить только с Земли: микрочипы, лекарства возможно одежда. Чтобы раскачать землян на производство этого для нас и вывод на орбиту придется что-то им предложить. Как уже говорилось в главе 3, благодаря анизотропии космического транспорта обратно везти можем хоть стальной прокат. Штука для современного человека весьма контринтуитивная, хотя в доиндустриальные времена аналогичная ситуация была на реках. Вниз течение несло само, а вот в обратном направлении требовались гребцы, либо бурлаки что резко увеличивало транспортные издержки. В нашем случае у истоков "реки" находится окололунное пространство в то время как Земля находится в "устье".

Как будет выглядеть окололунный транспорт? Во-первых нам требуется баллистическая капсула которая спустит колониальные товары на Землю. Пока стоимость вывода на НОО превышает стоимость доставляемого товара в десять и более раз - капсулу придется делать одноразовой и после посадки сдавать в металлолом. Потому что иначе стоимость вывода капсулы на НОО войдет в стоимость товара на Земле.

Скорее всего капсула будет представлять собой нечто вроде стального волана внутри которого находится груз. Если спускать просто металл, волану не потребуется даже парашют или иная система обеспечения мягкой посадки. В концепции "космического металла" волан сам является полезной нагрузкой и ракетостроительные нормы при его проектировании совсем не обязательны. Максимальная температура при торможении атмосферой тем меньше, чем меньше отношение массы к площади. Вполне возможно удастся обойтись без дополнительной теплозащиты. А если нет - силикаты и алюминаты для производства керамики на Луне имеются. Капсула падает на специальный полигон от куда ее вывозят трактором. При КВО современных боеголовок в сотню метров (и это без использования GPS) размер полигона будет не больше чем у свалки.

Капсуле нужен буксир. Экономически-эффективным может быть либо буксир одноразовый производимый на месте, либо "импортный" многоразовый с высокой частотой полетов. При условии продажи на Землю индустриальных металлов (сталь, алюминий) нужно выйти на себестоимость доставки одной капсулы порядка 1 доллара за килограмм. Добыча более дорогих металлов имеет подводные в виде малой емкости рынка, хотя и не для всех металлов. Производство более сложных изделий повышает требования к мягкости посадки капсулы.

Электромагнитная катапульта или орбитальный лифт тоже являются вариантами космического буксира, но не могут проважать капсулу до вода в атмосферу корректируя ее траекторию. В случае их использования потребуется либо дешевый одноразовый модуль коррекции на капсуле, либо многоразовый причаливающий к лифту.

Самым дешевым в смысле капитальных затрат является многоразовый челнок с Земли. Крайне желательно чтобы он сам долетал до Луны после вывода на НОО. Разгонный блок Центавр сможет это сделать с 4 тоннами полезной нагрузки сверх своих 2 тонн сухой массы. При этом данный разгонник работает как раз на водороде с кислородом и имеет весьма живучий двигатель RL-10. Вот только выводить 26 тонн на НОО из которых 20 тонн - топливо является плохой практикой как только мы освоили добычу топлива на Луне. Хорошей практикой является завоз топлива с Луны на НОО и заправка им нашего пустого буксира. При этом можно заметить что буксир вообще-то является второй ступенью ракеты Атлас-5, Дельта-4 или Вулкан которая уже вывела на орбиту что-то полезное и по-хорошему стоит примерно ничего ибо ее старт уже оплачен. Да, для посадки на Луну к ней надо приделать ноги... Да, вы догадались, ноги будут делать на Луне.

На самом деле Центавр как он есть на роль лунного буксира не годится. Но будет при условии перехода с наддува баков гелием на наддув парами компонент, планировавшегося в проекте ACES. Тогда буксиру не потребуется заправка еще и газом наддува. Вот только Атлас и Дельта уже фактически умерли, а будущее Вулкана туманно - двигатели до сих пор не вполне готовы. Можно ориентироваться сразу на Старшип, если пишем не альтернативную историю. Так и сделаем. Метан вместо водорода потребует более сложного цикла производства, но жидкий метан проще хранить. Углерод на Луне есть из тех же метеоритов что занесли воду. Для перелета с НОО на Луну Старшипу сухой массой 100 тонн без груза потребуется 500 тонн топлива. Хочется с грузом для лунян - доливайте топливо благо есть куда (вместимость как минимум 1200 тонн).

Для большего консерватизму будем считать что топливо с Луны на НОО везется в два этапа: Луна-Лагранж-1 и Лагранж-1-НОО. Старшипу для возврата с НОО в Лагранж потребуется 180 тонн топлива. Хорошо бы спуститься с Л1 на НОО аэроторможением, но могут быть проблемы с "нагрузкой на крыло" и нагревом топлива, так что для консерватизму оценки пусть тормозит двигателем. При стартовой массе 1300 тонн из которых 1200 - топливо получилось довезти 360 тонн топлива. Как раз "на себя и на того парня" - забрать до Лагранжа запущенный с Земли новый Старшип. Если тот новый Старшип планируется использовать на Луне - доливаем его топливом уже на Лагранж-1. Танкеру маршрута Луна-Л1 нужно иметь резерв на возврат 100 тонн. При взлете с Луны остаток топлива будет 550 тонн из которых 450 остается на заправку танкеров до Земли.

Вывоз лунных богатств проще осуществлять прямым полетом. Набрав чуть больше чем надо до Л-1 мы пролетим Л-1 и начнем падать на Землю. Выведя груз на траекторию падения на Землю мы можем просто чуть поднять орбиту, развернуться в гравитационном поле Земли и вернуться обратно к Луне. Такой маневр возможен - гуглите Lunar Cycler. Или сразу ищите "лунную карусель" в книге "Заботы космического архитектора". Другой вариант - сбросить контейнеры в районе точки Лагранжа и развернуться уже там. Является фактически аналогом пушки/лифта, требует от контейнеров более развитого самонаведения.

Проблема Старшипа в том что у него при стандартной загрузке слишком большая дельта. У меня в калькуляторе получилось улететь с Луны нагрузив на бедный корабль 700 тоннами чугуния и еще осталось 200 тонн топлива. Как тебе такое, Илон Маск? Хотя подождите, он видимо и сам в курсе. Семисоттонная баллистическая капсула явно будет иметь проблемы со входом в атмосферу. Точно входили в атмосферу стотонные Шаттлы. Старшип пустой весит те же 100 тонн. И по задумке Генерального и его ОКБ должен садиться с 200 тоннами как минимум на Марс. Но у Старшипа есть реально огромные баки создающие парусность и знаменитые "плавники". Капсула с габаритами Старшипа нас явно не устраивает, а ведь она всего-то 200-тонная. Решение я вижу создании отдельных модулей наведения которые будут сталкивать капсулы массой от 10 до 100 тонн с Л1 на Землю. Можно делать модули многоразовыми отстежными. Работать они будут на тех же метане с кислородом, но с двигателями вытеснительной подачи, либо вообще на газообразных компонентах. Унификация со Старшипом достигается за счет того что это двигатели причаливания и ориентации Старшипа. А в случае с лунной версией еще и двигатели мягкой посадки Старшипа на Луну.

Старшип выводит в перевалочный пункт в Л1 чушки (а может и руду) и возвращается назад. Так достигается максимальная частота использования того Старшипа. А теперь шок-контент. Лунный Старшип выводит в Л1 в 7 раз больше полезной нагрузки чем наземный на НОО. При этом лунный не требует Супер Хэви который весит как 4 Старшипа. Итого на Луне мы тратим на тонну в 7*5=35 раз меньше всего: топлива, человеко-часов обслуживания, амортизации оборудования. Это без учета того что лунному Старшипу не требуется теплозащита с расходами на ее контроль и профилактику. И то что для старта с Луны даже при массе 2000 тонн достаточно тяги двух Рапторов вместо 6 у "земной" версии. Со стороны Земли можно возразить что обслуживать придется в вакууме, вот только это ровно до тех пор пока не построят "сухой док" в Л1 (проще затаскивать чем на Луне). Зато на Луне не бывает нелетной погоды что может стать причиной простоев на Земле. Одним словом соотношение 1 к 35 проще принять как верное в первом приближении.

Сам Маск оценивал стоимость запуска Старшипа в 2 миллиона, в отдаленной перспективе и 1.5. На Луне мы тратим в 5 раз меньше - 400 тыс долларов. А выводим 700 тонн груза стоимостью 700 тыс долларов. Профит! На самом деле профит будет даже если достичь 2 миллионов за запуск с Земли не удастся. Лунному Старшипу не нужны крылья и теплозащита так что даже если с ними возникнут сложности (ракетная посадка первой ступени-то отработана, вопрос в масштабировании, но от Фалькона до Старшипа оно уже произошло) - на программу это повлияет лишь на этапе развертывания лунной инфраструктуры которое придется проводить с дозаправкой Старшипов одноразовыми танкерами. Но если не нужно садиться на Землю то Старшип многоразовый даже без крыльев. Кроме того, персонал космических верфей и плавилен получает зарплату на Луне и в Л1 и тратит в основном там же. Еда электричество и жилье производятся на месте. То что земные товары будут дороже чем на Земле, ну так на то у Земли и монополия на их производство. Но опять-таки на сколько дороже? Ксяоми 5 весит чуть более 100 граммов и стоит 150 долларов. Даже при текущей цене запуска на НОО в несколько тысяч за килограмм прибавка на смартфон составит лишь несколько сотен. Неприятно, но вполне подъемно, учитывая что у колониста нет многих "земных" расходов начиная с транспорта.

С точки зрения земного инвестора имеет значение лишь соотношение стоимости производства и запуска Старшипа и модулей наведения (если есть) и цены возвращенного им металла. За один рейс мы привозим 0.7 миллионов итого при стоимости производства 60 миллионов нам нужно сделать 100 рейсов для выхода на 10 миллионов прибыли. Правда пока без учета прочих расходов. Но зачем делать только 100 рейсов? Техобслуживание Старшипа лежит на колонистах, Старшип летает до Л1 и оборачивается примерно сутки, так что за 3-4 года вполне реально сделать 1000 полетов вместе с техобслуживанием. Это уже 700 миллионов дохода. Старшип наследует композитному ITS для которой были опубликованы оценки стоимости производства танкера в $ 130 миллионов и 200 - пилотируемого корабля. Лунный грузовоз ближе к танкеру, кроме того он не из углепластика, а гораздо более дешевой в том числе и в обработке стали. Стоимость того что летает в Бока Чике оценивали в районе 10 миллионов по зарплатам сварщиков и стоимости двигателей в 1 миллион за штуку. Так что 60 миллионов за все-таки космическую систему - вполне адекватная цена.

В принципе тот же метод переноса расходов в космос можно провернуть и без Старшипа. Но степень угнетения колонистов будет выше. Для уменьшения угнетения можно заменить Луну околоземными астероидами. В следующих серии будет рассмотрен вопрос не испортят ли все капитальные затраты и что там с астероидами. Плюс а обсуждениях поднимался очевидный вопрос о том не устроят ли угнетенные колонисты землянам "маневр Хайлайна". Я планировал перейти к теме войны в космосе после рассмотрения всех мирных аспектов, но возможно забегу вперед.

Как поворачиваются стрелочки космического угнетения

Малая лунная гравитация дает разницу между запуском Старшипа с Луны с грузом баллистических капсул для Земли и Старшипа с Земли с грузом процессоров для НОО всего в 35 раз: везет в 7 раз больше и не требует Суперхэви. По словам самого Маска Старшип будет взлетать с Земли за 2 миллиона что дает 20 долларов на килограмм ПН (при 100 тоннах ПН). Блумберг более консервативен и оценивает стоимость запуска Старшипа в 5 миллионов что дает нам 50 долларов на килограмм. Коэффициент 35 для Луны дает нам 0.57 доллара за килограмм если делить на него цену по Маску. А ведь нам надо еще баллистические капсулы построить, добыть металл, построить ИСО и оплата лунных рабочих скорее всего выше. А цена продажи килограмма содержимого капсулы по условию около доллара - везем индустриальные металлы чтобы ненароком рынок не обрушить и на том погореть.

Можно конечно перейти на более дорогие и при этом пользующиеся спросом элементы вроде тех же редкоземов. Но их еще найти и добыть надо. В романе "Роза и Червь" утверждается что минеральные концентраты есть только на Земле где были миллиарды лет выветривания, однако KREEP на Луне с этим не согласны. А места падения метеоритов по концентрации тех самых редкоземов находят. Но это опять же не значит что метеорит состоит исключительно из редкоземов.

Надо понижать цену доставки дальше. Нет ли у нас небесных тел с дельтой до Лагранжа-1 еще меньшей чем с поверхности Луны? Есть. Это околоземные астероиды. Их много и от них до Лагранжа от 0.5 до 2 км/с. Засада лишь в том что металл есть на астероидах класса M и S а вот потенциальное топливо - на С. Но даже начав снабжать станцию Лагранж-1 топливом с астероидов а не с Луны мы можем неслабо выиграть в доставке ресурсов с Луны. Теперь наш Старшип не должен тащить топливо на обратную дорогу и в его можно нагрузить 1100 тонн. "Багажник" у Старшипа до 1000 кубов так что сталь с алюминием влезут, кому не лень можете посчитать в какой пропорции. Это уже коэффициент 55 вместо 35 - такова суть экспоненты в формуле Циолковского.

Перейдя к разработке не Луны, а астероидов выиграем еще больше. С них металл проще скидывать сразу в гравиколодец Земли минуя Л-1 поскольку у Аполлонов и Атонов орбиты пересекают земную и в результате они регулярно сближаются с Землей - достаточно лишь немного подправить траекторию. И бояться тут не чего ибо по странному совпадению среди Аполлонов и Атонов небесных тел сравнимых с "убийцей динозавров" просто нет. Тем более что сводим с орбиты не целый астероид, а те же капсулы с металлом.

Но есть и другая возможность сделать добычу ресурсов на Луне и в окололунном пространстве выгодной. И лежит она в области экономики. Многие "технари" (и я когда-то тоже) считают что в экономике главное - производство. На самом деле производство лишь задает граничные условия, а вот сама динамика системы идет на уровне обмена. Грубо говоря в XIX веке ты не сможешь купить айфон ни за какие деньги, а вот в XXI возможны варианты.

Проще всего понят как это работает если представить Луну и окрестности колонией в викторианском смысле. Селениты покупают продукт своего труда за тугрики, а вот земные товары - за доллары. Чем ниже курс тугрика к доллару - тем выше "лунный коэффициент" на обслуживание челноков и промышленности в космосе. А он будет низким ибо это Земля при желании может плавить металл сама, а вот Луна современную электронику и лекарства производить не может. На самом деле тут даже лунный тугрик лишний. С тем же успехом на Луне могут быть в ходу земные деньги, но монополия Земли на хайтек позволит ей требовать с лунян столько сколько нужно чтобы окупить запуск хайтека в космос.

Возникает закономерный вопрос как загнать на Луну колонистов если их там будут реально угнетать? И если загнать палкой не отомстят ли они Земле?

Да сама идея железодобывающей колонии дает лунянам устроить Земле "маневр Хайлайна". Вот только у Земли есть атмосфера и метеориты долетят до ее поверхности сильно заторможенными. Но допустим долетают на второй космической ибо луняне ради такого дела могут и сильнее разогнать. Кинетическая энергия килограмма чего угодно на 11 км/с равна 60,5 МДж. Кажется много, вот только это 15 кг тротила. То есть чтобы сделать мегатонный ядерный взрыв вам понадобится кинетическая бомба массой... 67 килотонн.

Другая проблема лунных повстанцев - расстояние. До луны более 300 000 км, а в сутках 86 400 секунд. Без двигателя Эпштейна доставить с Луны или Лагранжа бомбу на Землю быстрее чем за 10-12 часов не получится ну ни как. При этом скорость и траектория бомб будут настолько атипичные для грузовых поставок что сомнений в их предназначении у земных ВКС не будет. А вот времени для отражения атаки будет предостаточно. Поскольку радиоактивного заражения не предвидится для Земли достаточно чтобы камни упали мелкими кусками и по-дальше от крупных городов.

Мировое производство стали 1900 миллионов тонн в год. Поставки идут равномерно в течение года просто из соображений удобства что дает нам порядка 5 миллионов тонн в сутки и столько же на первый удар. При условии что Луна производит как вся Земля сейчас да. Это 78 мегатонн - меньше так называемого "предела Макнамары" в 100 мегатонн которые тот Макнамара считал достаточными для победы над США в 1960 годах. При том что ущерб от кинетической бомбардировки ниже и у ПРО время реакции больше чем против СССР. С другой стороны если Луна производит стали как сейчас вся Земля то ей выгоднее будет просто НЕ отправлять сталь на Землю. Устроить торговую войну, короче говоря.

И так для колонистов намного перспективней не кидаться камнями, а выиграть мир став монополистами уже для Земли. Причем если Земля отправляет в космос верх производственной цепочки жить без которого сложно, но можно то вот Космос на Землю - базовое сырье для любой промышленности. Зачем это теперь уже Земле? А кто ее спрашивал - единого органа выражающего "интересы землян" нет, а акционеры лунной промышленности в накладе по-любому не останутся.

Но можно сказать что интерес Земли тут в выводе с нее не самых чистых и энергозатратных производств что улучшит экологию. И разумеется будут личности рассказывающие что экологию придумал Мировой Капитал чтобы поднять цены, как же без них.

Любопытно что в "Гандаме" Федерация воюет не со всеми колониями гуртом, а с одним Зеоном который из-за штрейкбрехеров со всяких Луумов выиграть мир не может и вынужден воевать в том числе скидывая на Землю колонии. И там же показана проблема такой тактики - колонию нужно до самой Земли сопровождать не давая отклонить от курса.

В принципе система будет работать даже без выделения колоний как отдельного субъекта торговых отношений. Работники космического филиала условной RDA (отсылка на "Аватара", кто не понял) должны где-то есть-пить и вообще отдыхать хоть иногда. Если все это обеспечивает сама RDA (пусть даже производя в космосе же) - к ней вернется большая часть зарплаты "космических" сотрудников. Особенно если те сотрудники живут на постоянке вместе с семьями, а не вахтовики. В уже почти ретрофантастическом сценарии освоения Луны на Фальконах RDA кровно заинтересована в том чтобы сотрудники на месте еще и размножались ибо запуск нового сотрудника с Земли обходится в десятки миллионов зеленью.

Обязательно ли загонять колонистов в космос насильно? Напомню угнетение выражается в наценке на земные товары. Условный 100-граммовый смартфон при блумберовской оценке стоимости запуска Старшипа в 50 баксов за кг прибавит... 5 баксов. Надбавка на жадность Земли может быть хоть 500 баксов за кг груза - разница будет не принципиальна. Ранее было показано что цена будет подъемна даже при современных ценах на запуск. Дело в том что современный хайтек и так дорог в пересчете на килограмм, но мы его можем купить потому что он легкий.

В обсуждении было сказано что проблемой будет обеспечение верхних уровней пирамиды Маслова в условиях колоний. Чтобы кататься на горных лыжах нужно ехать на Землю. С другой стороны невесомость и просто пониженная гравитация в шаговой доступности позволяют развлекаться и по-интересней. Но самое главное, в колонии точно нужны специалисты с зарплатами выше средней? Программист как раз может работать удаленно с Земли. Человек в лунных колониях нужен в качестве телеманипулятора с развитой мелкой моторикой и сильным естественным интеллектом. Работать руками, короче. И если роботизация рабочих специальностей таки выстрелит, на Земле появится множество людей согласных ехать хоть к черту на рога лишь бы не пытаться переучиться или жить на пособие. Хотя можно спорить является ли это разновидностью "палки".

В космосе с развернутыми ИСО человек может конкурировать с автоматикой за счет времени работы - минимум 40 лет с 20 до 60 и гораздо более простого "производственного цикла". Если писать левацкую агитку про плохой капитализм то даже развитая медицина излишество и можно давить читателю на слезные железы рожающими в муках без шансов на анестезию и кесарево и с 2 % риском помереть в процессе колонистками. Но в более реалистичных сеттингах проще не экономить на спичках и все-таки построить в колонии больницу.

Особенности космической навигации

С околоземным и окололунным пространством более-менее разобрались. Пора лететь дальше. А дальше у нас уже упомянутые околоземные астероиды, Венера, Марс. Последний предпочтительней ибо с Венеры сложно взлетать. Внутренние планеты и астероиды вращаются вокруг Солнца со скоростями в десятки километров в секунду. У Земли около 30 км/с, у Марса - 24 км/с. Из-за чего существуют так называемые "окна запуска" - периоды когда одна планета догоняет другую и их скорости частично уравниваются. В такие периоды летать проще.

Какие приращения скорости могут себе позволить наши космолеты? При использовании одной ступени предел разумного - две скорости истечения двигателя. С подвесными баками можно догнать до трех скоростей истечения. И так, у бедных ЖРД всего 7-10 км/с для кислород-метана и 9-12 км/с для кислород-водорода.

Есть одна хитрость. Если заправиться топливом находясь в точке Лагранжа (куда его проще везти с Луны и астероидов) либо на очень вытянутой эллиптической орбите (на которую можно перейти из точки Лагранжа буквально пинком), то разогнавшись в перигелии вытянутой эллиптической орбиты будем иметь скорость после выхода из сферы Хилла Земли (или гиперболический избыток скорости) равную корню из разности квадратов набранной в перигелии скорости и второй космической в том перигелии - это называется эффектом Оберта. Итого имея 7 км/с приращения мы можем набрать 14 км/с относительно Земли выйдя на межпланетные просторы. У Марса прибавка будет увы меньше поскольку у него меньше и вторая космическая - всего 5 км/с. Но 11 км/с гиперболического избытка скорости при чистом приращении скорости 7 км/с там получить можно.

Чтобы перелететь с Земли на Марс и обратно по минимально-достаточной траектории требуется гиперболический избыток скорости 2.6 км/с. Бесят "умники" шутящие про картину "Папа на Марсе" об адюльтере жены космонавта. Даже по самой ленивой траектории Гомана лететь 8.6 месяцев. Но на практике даже зонды летают по 6-месячной траектории ибо она позволяет сесть на Марс в момент наибольшего сближения с Землей. По затратам топлива такая траектория не сильно хуже гомановской - всего на 0.4 км/с чистого приращения скорости. Так что, учитывая размер живота мамы на картине, папа вполне мог успеть заделать ребенка, узнать что жена беременна, пройти предполетную подготовку с карантином, высадиться на Марсе.

Настоящая проблема "ленивых" траекторий полета к Марсу в том что по момент прилета к Марсу окно на Землю уже закрылось. Но вернуться за одну "навигацию" можно успеть если чуть меньше жмотиться (https://twitter.com/CJHandmer/status/980536332786196480?s=20)

На рисунке из твиттера Casey Handmer, PhD, показаны добавки ко второй космической необходимые для полета в заданную дату за заданное время (цветные пятна) и возможная траектория Земля-Марс-Земля длительностью около одного земного года. Отлет с Марса чуть сложнее чем может позволить себе Старшип (помним что нужно добавлять 5 км/с второй космической Марса), что сам Хандмер предлагает решить прокачав корабль солнечно-электрическим двигателем. Однако того же результата можно добиться дозаправив Старшип на околомарсианской орбите танкерами с Марса.

Свобода от окон гарантированно настанет когда мы будем располагать приращением порядка 60 км/с - удвоенной орбитальной скоростью Земли. Из имеющегося на сегодня подходящим удельным импульсом обладают только электроракетные двигатели. Их беда в малой тяге. Казалось бы ну и чего - гравитации нет и разгоняйся не хочу. Но в году всего 30 миллионов секунд и при достигнутом сегодняшними электролетами (зонды и спутники связи) ускорении 0.0001 м/с2 за год можно разогнаться... на 3 км/с. В принципе даже с таким ускорением можно летать, но за время аналогичное экономическим траекториям. Профит тут в том что тратим мало рабочего тела, вопрос только надо ли оно если воду можно намайнить почти везде? Но если все-таки взяться за колонизацию Венеры и ее окрестностей - будет надо.

Чтобы сделать ускорение выше нужно повысить удельную мощность энергоустановки. Сейчас используются солнечные батареи и они близки к пределу. При КПД двигателя 50 % и скорости истечения 30 км/с нам нужно 30 кВт на Ньютон тяги или 300 килограмм солнечных батарей. Ньютон на тонну даст нам ускорение уже 0.001 м/с2 и разгон за год на 30 км/с. Правда при таком приращении скорости и скорости истечения 630 кг из тонны придется на реактивную массу.

Электроракетные двигатели бывают плазменные - разгоняют ионизированный нагревом газ магнитным полем и ионные - разгоняют ионизированный электрическим полем газ опять электрическим полем. У ионных выше КПД но нужно высокое напряжение. У всех КПД растет с ростом удельного импульса - меньше вклад потерь на ионизацию. Так что, как ни парадоксально, при удельном импульса 60 км/с потребляемая мощность может быть не сильно выше чем при 30 км/с за счет увеличившегося КПД. Практически всем двигателям в качестве рабочего тела нужен ксенон или криптон. У ионных это уменьшает требования к ионизирующему потенциалу (и так не маленькому) у плазменных эта самая плазма контактирует с материалом двигателя. Но не всегда. Есть плазменный двигатель в котором плазма не касается двигателя и потому он всеяден - это пульсирующий индукционный двигатель. В отличие от классического плазменного в котором газ ионизируется разрядом, тут ионизация происходит за счет переменного магнитного поля. Такой двигатель может есть все, но в современной космонавтике такое свойство пока не сильно нужно, в отличие от космонавтики будущего.

Добившись ускорения электролета в 0.01 м/с2 мы сможем набрать 30 км/с за месяц. Подняв скорость истечения до 60 км/с сможем летать вне окон. Благостную картину омрачает только то что нам потребуется увеличить удельную мощность более чем в 100 раз. Солнечные панели для этого придется превратить в плденку толщиной в десятки микрон. В принципе графен такое позволяет, но мощность быстро падает с удалением от звезды. Этой проблемы нет у ядерной энергии. Проблема в том что сейчас она отстает по удельной мощности от солнечной в пределах орбиты Марса. И даже тот самый ядерный буксир "Зевс" еще будет отставать, хотя уже и дышать в затылок - 500 кВт на 20 тонн.

Теоретически у ядерной энергетической установки удельная мощность должна расти с ростом размеров, что собственно и хотят получить у "Зевса" прыгнув от тонны у "Топаза" к двадцати. Дело в том что чем больше у нас ЯЭУ тем меньше вклад в массу радиационной защиты, масса которой растет медленней тепловой мощности реактора поскольку защита прикрывает площадь, а вот тепло выделяется в объеме. И нет защита от радиации нужна не только нежным космонавтам - электроника и многие грузы ее тоже не любят. Кроме того, большая балка с радиатором сама по себе является защитой отдаляя реактор от модуля полезной нагрузки. В пределе больших мощностей масса ядерной энергетической установки стремиться к массе радиаторов требующихся для ее охлаждения.

Эффективность радиатора растет вместе с температурой. Но эффективность преобразования тепла в электричество зависит уже от разности температур радиатора и нагревателя, а температура нагревателя ограничена тепловой выносливостью реактора и условной турбины. Так что тут большое поле для минимаксинга. Для определенности будем считать температуру радиатора 1000 К и КПД 20 %. Тогда с квадратного метра поверхности излучится 100-114 кВт тепла. Величина вдвое больше чем по формуле Стефана-Больцмана потому что у радиатора две стороны. При нашем КПД на 100 кВт паразитного тепла приходится 25 кВт полезной работы. Если удастся сделать радиатор удельной массой в 2.5 кг/м2 - будем иметь 10 кВт/кг - в 100 раз больше чем у солнечной батареи. Взяв удельный импульс равный 60 км/с и на всякий случай оставив КПД 50 % получим желаемое ускорение 0.01 м/с2 при массе электростанции 60 кг на тонну корабля. Все замечательно влезает даже с учетом того что большая часть такого корабля придется на запас рабочего тела.

Но на пути к созданию скоростного ядерного планетолета стоит ряд пока не разрешенных проблем. Тепло генерируется в объеме реактора, но вот передается оно рабочему телу через площадь. Проблема решается активной прокачкой рабочего вещества через реактор, но это насос которому нужно работать минимум два месяца. Как и турбине, которая должна обладать трудносочетаемыми свойствами: работать при высокой температуре, работать долго и быть легкой. Разумеется все проблемы решаемы, но чтобы их вообще начать решать - нужно начать строить космические ядерные установки уже на сотни мегаватт чтобы выиграть удельную мощность за счет эффекта масштаба.

Электролет с описанными выше параметрами позволяет комфортно летать по внутренней системе и менее комфортно - во внешней. В случае последней профит будет не столько в уменьшении времени полета, сколько в отвязке от окон, которые между внешними планетами случаются раз в десятилетия. Но уже до Сатурна все равно лететь больше года.

Лично автор считает что, достижение ускорения 0.01 м/с2 при удельном импульсе 60+ км/с более вероятно с использованием уже термоядерного двигателя. В нем плазма из термоядерного реактора стравливается в космос через магнитное сопло в результате чего тепло термоядерной реакции превращается сразу в кинетическую энергию, минуя преобразование в электричество. Причем если сливать только термоядерную плазму скорость истечения будет несколько тысяч километров в секунду, но за счет малой тяги на тонну реактора. Однако можно напустить в сопло балластное вещество и получить прирост тяги за счет падения избыточного удельного импульса. Улучшая характеристики термоядерного реактора можно повышать удельный импульс не жертвуя тягой. Теоретически на термояде можно получить аналог двигателя Эпштейна из "Экспансии" (которую зачем-то переводят на русский как "Пространство") но без режима полета на "соке" - только спокойное ускорение даже не 1 g а 1-2 м/с2. Зато в течении всего полета и потому мы можем не заморачиваться с искусственной гравитацией как и в той же "Экспансии". Полет на "соке" будет возможен только за счет сильного проседания удельного импульса, а не когда сюжету нужна драмма как в книгах и сериале.

И так мы имеем четыре технологических уровня межпланетных перелетов:

1. Маскопанк или кербалпанк. Современные ракетные двигатели, но прокачанные многоразовостью и обеспеченные внеземными заправками. Межпланетный полет довольно долгий и привязан к окнам запуска.

2. "Космическая шпана" - могут развить приращение скорости 60 км/с и выше за пару месяцев, летают не в окна, а когда надо. Революция сравнимая с появлением паровых машин на море.

3. "Реальные пацаны" или "Экспансия" - эти прокачали термояд до упора и гоняют по всей системе как люди по Земле в XIX веке причем скорее второй его половине.

4. Все что выше - антиматерия, варп и прочие крутые и потому сложнопрогнозируемые технологии.

В принципе заселить Солнечную можно и на первом уровне просто колонизировать Пояс будут больше не с Земли, а с Марса, Юпитер - с Пояса и так далее. Если ваша цивилизация прокачивает ветку трансгуманизма-иммортализма то на этом уровне можно и оставаться пока вас не потянуло к звездам - вечным спешить не куда. Тогда понадобится уже уровень как минимум "космической шпаны", а лучше "реальных пацанов". Другим поводом развивать ракетные технологии у бессмертных будет старая добрая война - уровень 2 имеет очевидные логистические преимущества над 1. Для однодневок основным поводом вкладываться в технологии будет опять же стремление к военной и экономической экспансии. В маскопанке из-за пунктирной логистики планеты достаточно автономны ибо в случае чего федеральный центр пришлет колониальным войскам помощь не раньше следующего окна, но вот у "реальных пацанов" земные крейсера придут на помощь независимо от расположения планет. Но до звезд не достать если ты не способен ждать - идущим по ветке ИСО и не сумевшим в иммортализм придется довольствоваться своей системой где-то до уровня 4. Исключение - нахождение в системе природной или искусственной червоточины. Конечно однодневки могут попробовать улететь на корабле поколений до уровня 4 или нахождения червоточины, но это будет бегство отдельной группы фанатиков на свой страх и риск. Мормоны из все той же "Экспансии".

PS Названия технологических уровней потырены из ЖЖ Никиты Погорелова https://nik-pog.livejournal.com/41278.html

Дантист не убивал Пушкина или о сверхсвете

Как ни странно в современной науке нет запрета на сверхсветовые перемещения. В этом легко убедиться просто зайдя в scholar.google.com и набрав что-нибудь вроде "warp drive" или "wormhole". Основное свойства пространства-времени в общей теории относительности Эйнштейна - способность деформироваться под действием содержащейся в нем материи. В результате можно сделать метр короче или секунду длиннее и слетать до желаемой звезды за время по земным часам меньшее расстояния до той звезды в световых годах.

Да большинство "сверхсветовых метрик" требуют наличия отрицательной плотности энергии. Но во-первых уже не все, во-вторых физика знает такие состояния вещества: вакуум Казимира и Темная Энергия в космологической модели lambda-CDM. Осталось придумать как раскормить первый до нужных количеств либо поймать второй. И в любом случае есть обходной путь в виде решения Ленца в котором отрицательная масса не требуется.

Проблема большой массы пузыря действительно актуальна, но в случае с "традиционным" пузырем на отрицательной энергии его реальная масса вообще-то равна нулю - масса вселенной в решении Алькубьерре получалась после сложения по модулю. Т.е. если при производстве отрицательной энергии генерируется положительная (а чего бы и нет) - затраты на формирование пузыря будут нулевыми с точностью до КПД. Кроме того, было показано что массу по модулю пузыря Алькубьерре можно значительно уменьшить за счет более хитрых конфигураций, чем использованные в расчетах доказательства концепции.

Одним словом, наука говорит "можно" и даже примерно как именно можно, но техническая реализация явно очень не скоро. Теперь рассмотрим возможные с точки зрения современной науки варианты:

1. Перейти в некое "гиперпространство" в котором или физика другая или расстояния короче, а потом вернуться обратно. В принципе наука и такое не запрещает, но наличие гиперпространства и прочего ваховского варпа - гипотеза, а вот деформируемость пространства - экспериментальный факт.

2. Червоточина - пространственная аномалия по которой расстояние короче. Первая открытая сверхсветовая метрика, но после открытия пузыря Альбукерке она немного в загоне. Возможно зря.

3. Варп-двигатель. Задумывался как способ свободного перемещения, но после выяснилось что имеется проблема тахионного (т.е. реально сверхсветового, а не срезания углов по пространству) движения стенок пузыря, которую пока решили только ТРИЗовским "то что нельзя сделать сейчас - можно сделать заранее" - придется прокладывать "рельсы" на досветовой скорости. Ну или выяснится что экзотическая материя может в тахионное движение. Или откроют еще какой способ.

4. Всякая экзотика вроде труб Красникова.

Наименее затратным с точки зрения уровня научно-технического прогресса является червоточина - может быть хоть естественного происхождения, хоть остаться от предтеч. Теоретически через них галактическую экспансию могут начать хоть маскопанки, но для этого червоточины должны располагаться достаточно близко к звездам чтобы быть достижимыми на таком ламповом уровне за разумное время. К космической шпане это тоже относится, хотя и в меньшей степени. Наконец реальные пацаны могут спокойно использовать червоточины хоть в облаке Оорта.

Искусственный сверхсвет соблазнителен тем что с его помощью можно прокачать маскопанков сразу в реальных пацанов позволив им летать между планетами на варпе. Именно так поступили создатели сериала "Вавилон-5". Проблема лишь в том что его создание искусственного сверхсвета интуитивно кажется хайтеком уровня реальных пацанов и выше. Опять же в "Вавилоне-5" проблема отчасти решена тем что многие цивилизации находят зоны перехода Изначальных, а не изобретают их самостоятельно.

Злачные места Солнечной: Внутренняя система

Под Внутренней Системой тут понимаются Меркурий-Венера-Земля-Марс и околоземные астероиды. Кроме того есть такие занятные штуки как точки Лагранжа. В них пока что пусто, но это поправимо.

Начнем от Земли и с собственно Земли. Над Колыбелью Человечества дамокловым мечем висит проблема перенаселения. Нет, не надо рассказывать что уже скорее недонаселения - не все так просто. В 1972 году вышло исследование "Пределы роста" на основании математического моделирования были получены следующие сценарии:

1. Ни чего не делать. То-есть совсем ничего. Население Земли в целом растет, а потом начинается глобальный голод и бесконтрольное падение численности с резким спадом уровня жизни поскольку сельское хозяйство не справится с производством продовольствия на загрязненной Земле с растущим населением. Еще раз, в этом сценарии считается что технологии сельхоза и прочего по сравнению с 1972 не развивались вообще.

2. Удвоение запасов полезных ископаемых. То же самое что и в пункте 1 ибо нефть по условию есть нельзя.

3. Неограниченный источник энергии. Тут опять пик и бесконтрольный спад населения и уровня жизни но уже из-за загрязнения окружающей среды.

4. Неограниченный источник энергии и контроль загрязнений. Пик с последующей стабилизацией населения на низком уровне потребления. Именно этот сценарий на самом деле базовый - учитывающий развитие технологий. Вроде бы не предсказывает ни чего такого, но низкий уровень потребления тут с точки зрения 1972, так что айфона не будет как класса. А буквально миска риса в день и без кошкожены - уровень начала XX века.

5. Неограниченный источник энергии для синтеза продовольствия. Опять пик и бесконтрольный спад населения и уровня жизни но уже из-за загрязнения окружающей среды.

6. Неограниченный источник энергии, контроль загрязнений, контроль рождаемости. Пик с последующей стабилизацией населения на среднем уровне потребления.

7. Неограниченный источник энергии для синтеза продовольствия, контроль рождаемости. Временная стабилизация с последующим бесконтрольным сокращением населения и резким спадом уровня жизни. Ограничение по загрязнению окружающей среды.

8. Активное ограничение рождаемости на уровне естественной убыли 1975 года. Немедленная стабилизация населения на среднем уровне потребления.

9. Активное ограничение рождаемости на уровне естественной убыли 1975 года, ограничение капитальных инвестиций. Немедленная стабилизация населения на среднем уровне потребления.

10. Активное ограничение рождаемости на уровне естественной убыли 1975 года, ограничение капитальных инвестиций, контроль загрязнений. Немедленная стабилизация населения с последующим достижением высокого уровня потребления. Наиболее благоприятный сценарий. Который мы уже упустили.

11. «Мягкое» ограничение рождаемости, ограничение капитальных инвестиций, контроль загрязнений. Плавная стабилизация населения с последующим достижением средне-высокого уровня потребления. Наиболее реализуемый сценарий.

12. Сценарий 10, но проведение мероприятий отложено до 2000 года. Пик населения с последующей плавной стабилизацией при среднем уровне потребления.

И так, наиболее благоприятные сценарии мы уже пропустили - контроля рождаемости по всей Земле ни кто не вводил. Наиболее благоприятный сценарий без контроля рождаемости ведет к "поздневековью" - низкому уровню потребления по меркам даже 70х годов. Да, рождаемость в развитых странах уже ниже воспроизводства, но самопроизвольное снижение рождаемости ожидалось и учитывалось авторами "Пределов роста" - иначе не было бы стабилизации численности. Ограничение рождаемости проводилось только в Китае и уже практически отменено. При этом потребление китайцами только увеличивается. А все сценарии не включающие ограничение рождаемости, причем еще в XX веке и по всей планете приводят в лучшем случае к сценарию 4 в котором для простого Иван город Тверь ни чего хорошего нет.

Поскольку мы уже благополучно проскочили время для благоприятных сценариев "пределов" остается только искать куда деть население. Варианта два: в могилу или в космос. И в результате помимо уже расписанного прямого экономического интереса к освоению космоса у Земли есть и демографический. Причем даже в случае въезда в сценарий 4 он останется, только станет социальным - уезжать будет не лишнее население и не то кто хотел бы размножаться, а несогласные с политикой великий председатель Джо сталь удар. За счет чего уменьшается количество потенциальных и не очень революционеров. отличие тут будет только во времени и темпах колонизации и в уровне любви колонистов к метрополии.

Может показаться что массовый вывод людей в космос убъет экологию. На самом деле нет. Из всего выхлопа современных и перспективных многоразовых ракет проблемы экологии может создать только парниковых газ CO2 образующийся при сгорании метана. Один запуск Старшипа вместе с Суперхэви требует 1300 тонн метана (без кислорода). Запускается в космос при этом как минимум 100 человек что дает нам 13 тонн на человека в за запуск если дозаправка для дальнейшего полета осуществляется космическим топливом. Сгорание 13 тонн метана дает 36 тонн CO2. По данным на 2015 год углеродный след среднего землянина 5 тонн в год, гражданина США - 16 тонн в год. И та и другая цифра делают выгодным один раз отправить "следителя" по-дальше особенно если он молод и еще не размножился. Можно конечно не верить в глобальное потепление и считать что от повышения концентрации CO2 (научный факт, кстати - Мануа-Лоа не даст соврать) одна только польза. Но тогда тем более сомнений в экологичности Старшипа нет, а вот мусорить колонисты будут уже на Луне с Марсом.

Первым очевидным фронтиром у нас идет Луна. Она хороша тем что до нее лететь с Земли максимум четыре дня и без окон запуска, на ней есть водяной лед, руды металлов включая титан и многочисленные пещеры, которые можно переделывать в ИСО. А вот гелий-3 - ерунда полнейшая. То что его больше чем в земной атмосфере означает лишь "чуть больше чем ничего". При этом существует способ производства гелия-3 путем получения трития облучением лития быстрыми нейтронами и выдержки трития до бета-распада в гелий-3. А самое главное если нам нужна энергия и у нас есть база на Луне - проще построить солнечную электростанцию на геостационарной орбите. А еще проще вывести уже потребителей той энергии в космос где Солнце строго по расписанию либо даже 24/7.

А плохо на Луне 14 суток ночи и, возможно, низкая гравитация. Причем если с гравитацией наверняка что-нибудь можно порешать на уровне медицины, то ночь убивает главное преимущество околоземного космоса - дешевую свободную энергию. На полюсах Луны предположительно есть пики вечного дня, но их мало. Придется жить на полюсах строя светособирающие мачты, передавать энергию с орбиты, аккумулировать ее за время дня или ставить ядерные реакторы.

Если мы живем рядом с топливным заводом то у нас уже есть готовый аккумулятор энергии. Это произведенное заводом топливо. 16 МДж с килограмма водорода и кислорода, в электрохимической топливной можно превратить в электричество как минимум 12 МДж, а скорее и 15 - у нее высокий КПД. Ночь у нас длится 1.2 миллиона секунд итого при потреблении биоСЖО в экономном режиме 10 кВт на человека имеем 12 ГДж на человека. Цифра выглядит страшно, но это всего тонна водород-кислорода.

Наконец последняя проблема Луны - лунная пыль. Она оказалась не квазижидкостью как в повести А.Кларка, а мелкодисперсным порошком из очень острых частичек, да еще и немного электропроводным из-за того самого неокисляемого лунного железа. Пыль оказалась крайне неприятной штукой для людей так что при создании лунных придется избегать ее попадания внутрь. Хорошая новость - в лавовых трубах пыли быть не должно.

Вокруг Земли и Луны есть местная система точек Лагранжа. Пока что там пусто, но это поправимо - в них дешево завозить стройматериалы хоть с Луны хоть с околоземных астероидов. Почему бы не жить просто в астероидах? Потому что хуже транспортная связность с чем бы то ни было. По системе точек Лагранжа Земля-Луна даже на химии можно летать за считанные дни и независимо от окон запуска. А околоземный астероид даже если сближается с Землей, делает это раз в несколько лет и в неправильные далы полет с него на Землю долог и затратен.

Из точек Лагранжа особо выделяются троянские или Л4 с Л5 - относительной устойчивостью. Это увы не означает что на удержание в точке не нужно тратить энергию, но ее нужно мало. Коллинеарные точки Л1, Л2 и Л3 неустойчивы - находящиеся на орбите вокруг них тела будут дрейфовать вдоль линии соединения Земли и Луны. Но на поддержание орбиты нужно не более 20 метров в секунду за год. Да, вокруг точек Лагранжа все же летают по орбитам, хотя и специфическим, а не стоят в них столбом.

От просто орбитальных станций станции вокруг точек Лагранжа выгодно отличаются квазиусточивостью орбиты Станция на обычной окололунной орбите будет тормозиться из-за неоднородностей гравитационного поля Луны. сверхвысокая орбита вокруг Земли будет возмущаться действием Луны. Кроме того с круговой околоземной орбиты радиусом скажем 100 тыс км сложнее улететь покорять Солнечную чем из точки Лагранжа - выше круговая скорость, которую придется сбрасывать для перехода на высокую эллиптическую и использования эффекта Оберта. А вот в точке Л1 скорость даже ниже круговой за счет действия гравитации Луны.

Точки Л1 и Л2 замечательны еще и тем что с Луны до них можно построить космический лифт причем из существующих материалов. Трос лифта поможет удержать на месте окололунные колонии и при этом позволит поднимать всякое с Луны еще дешевле чем ракетами. А еще по тросу лифта можно снабжать Лунные поселения энергией на ночь, если нас по какой-то причине не устраивает беспроводная передача.

Переходим к околоземным астероидам. Их делят на 4 типа по характеристикам орбиты:

1. Амуры. Орбиты целиком дальше от Солнца чем орбита Земли.

2. Аполлоны. Пересекают орбиту Земли и улетают в сторону Марса.

3. Атоны. Пересекают орбиту Земли и улетают в сторону Венеры

4. Атиры. Орбита целиком внутри земной.

Для многих астероидов характерен высокий наклон к эклиптике. При старте из точек Лагранжа это поправимо за счет баллистики - наклонение эллипса с которого будем разгоняться формируется какое надо в начале падения на Землю. Потратив в перицентре эллипса 2 км/с имеем гиперболический избыток скорости около 7 км/с - это вектор который мы направляем куда хотим в момент старта из Л1. При угле нашего вектора гиперболического избытка скорости 45 градусов к эклиптике мы изменим наклонение на 9.5 градусов и при этом будем иметь еще целых 5 км/с проекции вектора скорости на эклиптику чтобы догнать наш целевой астероид. А вот меняй мы наклонение орбиты в открытом космосе пришлось бы потратить 5 км/с дельты только на изменение наклонения. То есть в типичном случае прямой перелет между двумя околоземными астероидами крайне энергозатратен.

По составу астероиды разделяют на три класса:

1. Класс C - углеродные астероиды. Является самой многочисленной группой астероидов - 75 %. Самые легкие, скорее всего на них можно найти водяной или даже метановый лед. Основание тому - крайне низкая наблюдаемая плотность и схожесть с ядрами потухших комет вплоть до переклассификации одного в другое. То что комета потухла совсем не значит что вся вода с нее испарилась - при размерах свыше 100 метров более вероятным является образование сухой корки защищающей внутренности кометы от тепла Солнца. Ну а ближе к центру - мокрая грязь из которой можно добыть летучие вещества нагревом.

2. Класс S - силикатные или каменные астероиды. Скорее всего просто те самые стереотипные астероиды-булыжники. Ценность разве что в добыче кремния для полупроводниковой промышленности.

3. Класс М - на них достаточно металла чтобы это было видно в телескоп. Некоторые, но далеко не все, из железа с никелем и состоят практически полностью.

Некоторые считают что в астероидах нужно жить либо хоть прятаться от страшной космической радиации во время межпланетного полета. Но опасность радиации сильно преувеличена, если только вы не занимаетесь извращениями "слетай к Марсу на Союзе" а жизнь в/на астероиде - рай для хикканов и только их. Путь к другим астероидам либо долгий через планеты, либо энергозатратный и тоже не быстрый. Пусть к планетам открывается раз в несколько лет. Так что лучше все-таки по классикам фантастики - пилить и вывозить в более удобные места, благо дельта до Лангранжа бывает даже 0.5 километров в секунду и летать можно даже не на химии, а солнечно-электрических.

Разделкой астероидов будут заниматься высокоавтоматизированные мобильные заводы. Вряд ли полностью автоматические - оно конечно хорошо бы, но цена форс-мажора который мог бы исправить персонал на месте, но не телеоператоры через удаленку слишком высока. Для уменьшения времени "зимовок" имеет смысл создавать промежуточные хабы на Марсе и в троянских точках - в типичном случае окно к ним будет раньше чем к Земле. При этом сами добытые ресурсы в случае с Марсом будут оставаться на высокой орбите в ожидании окна к Земле.

Но возможен и альтернативный подход - мобильная почти-самодостаточная ИСО с населением небольшого городка летает из точек Лагранжа за астероидами и возвращается назад за условными айфонами раз в несколько лет создавая все условия для комфортной работы астероидным шахтерам.

Еще одно интересное место Солнечной - троянские точки Лагранжа Солнца-Венера, Солнце-Земля и Солнце-Марс. Благодаря высокой разности масс Солнца и планет они уже устойчивы без всяких оговорок. И у Марса в них достоверно имеются скопления астероидов. У Земли пока нашелся только один. Увы в точках Лагранжа не стоят столбом. В них движутся по своим орбитам и если смотреть относительно Солнца - орбита не будет ни чем отличаться от обычной. Кроме того что вероятность столкновения с планетой породившей точку крайне мала. Так что проблемы с наклонением у троянских астероидов очень даже могут быть - у большинства обнаруженных троянских спутников Земли и Марса оно весьма не маленькое. Зато окно к троянцам открыто всегда. И если мы все-таки построим в троянской точке (ну на орбите вокруг нее) базу - минимальная дельта перехода от нее к Земле или Марсу будет менее километра в секунду. Правда время будет не очень, особенно у Марса - около местного года. Потому что для перелета с Земли в Л-5 нужно перейти на орбиту с периодом 14 месяцев и перицентром на земной орбите - как раз за один оборот вместо Земли в перицентре окажется троянская точка. Из Л5 к Земле лететь правда быстрее - 10 месяцев. У Марса это будут 7/6 и 5/6 марсианского года соответственно, зато дельта еще ниже.

Марс. Кроме астероидобойных станций его ценность в потенциальной возможности терраформирования и "другом глобусе" куда могут переехать несогласные с политикой условной Земной Федерации. При этом сложности с межпланетной логистикой на этапе маскопанка приводят к тому что ни метрополия может не бояться мести колонистов и при этом не может их учить жить. От Луны Марс выгодно отличается большей гравитацией, более похожей на земной песок пылью (атмосфера обточила песчинки) и сутками чуть больше земных. Последнее означает что в марсианской ИСО можно освещать растения прямым заведением солнечного света и не выводить сорта адаптированные к 14-суточной ночи. В плане терраформирования идут дебаты на тему нужно ли восстанавливать марсианское магнитное поле и если да то как. Скорее всего нет ибо сдувание атмосферы солнечным ветром будет длится несколько тысячелетиями и его можно компенсировать пополняя атмосферу за счет комет.

Воды на Марсе много и не только на полюсах но и по всей планете в виде залежей мерзлоты на глубине порядка 10 метров. Точнее это нечто содержащее водород, но будет странным если там окажется скажем плавиковая кислота. Так что для успешного терраформирования осталось накачать атмосферу парниковыми газами и засадить растениями. На выходе лет через 1000 имеем "малую Землю" с втрое меньшей гравитацией, кислородной атмосферой и океанами.

Венера. Тут даже гравитация почти земная, но для терраформирования придется не греть, а остужать (пыль в точке Солнце-Венера-1 поможет), удалять серную кислоту (хотя может и сама свяжется с тем что на поверхности осталось) и завозить воду сбрасывая кометы.

Меркурий. Внезапно один из потенциальных источников воды для околовенерианских колоний - вода там в тех же полярных кратерах. Преимущество почти полного отсутствия атмосферы - в тени температура намного ниже чем на солнце. Атмосфера у Меркурия все-таки присутствует, но естественно очень разряженная - 50 пикоатмосфер. В принципе даже такое давление позволяет собирать атмосферу спутникам на низкой орбите. А собирать есть что. Больше всего в меркурианской атмосфере... Кислорода. 42 процента - больше чем у земной атмосферы! Следом идет натрий - 29 %, затем водород - целых 22 %, больше чем в воде. На четвертом месте гелий и далее по мелочи. Меркурианская атмосфера - единственный известный источник свободного водорода Солнечной, кроме земных газовых месторождений. Правда при концентрации и охлаждении водород попытается прореагировать с кислородом, но соотношение далеко от стехиометрического и за кислород с водородом конкурирует еще и натрий. Вся проблема в том что возможность эффективного сбора меркурианской атмосферы лишь мое предположение и для всех кроме венерианцев Меркурий труднодоступен по дельте.

Чистый термояд: двигатель Эпштейна в реальности

Сила тяги ракетного двигателя которая равна удвоенному частному потребляемой мощности двигателя и скорости истечения умноженному на КПД двигателя:

F = 2*КПД*P/W

Больше скорость истечения — больше конечная скорость. Но больше и мощность двигателя на Ньютон тяги. Ускорение это Ньютоны деленные на килограммы, а с ростом мощности масса, как правило, только растет. Нам надо чтобы не росла и для этого есть разные ухищрения, но их возможности не безграничны. Каковы их пределы?

Допустим мы хотим разгоняться с постоянным ускорением 2 м/с2 в течении десяти суток и столько же тормозить. Нами будет пройдено 1,5 миллиарда километров. Этого с запасом хватит долететь до Сатурна. За двадцать суток до Сатурна, Карл! При этом на корабле почти весь полет (кроме поворота) будет гравитация чуть выше лунной без всяких вращающихся секций. Проблема в том что приращение скорости за такой полет будет 3500 км/с. Нам нужна скорость истечения как минимум столько же, а лучше больше а это либо термоядерные реакции либо что-то еще более экзотическое. Но главная проблема в том что без учета КПД на каждый килограмм корабля включая рабочее тело приходится 1.75 МВт мощности двигателя. А поскольку при таком отношении дельты к скорости истечения корабль состоит в основном из топлива в бедном двигателе будут десятки или сотни мегаватт на килограмм.

Лучший способ удержать эти мегаватты от расплавления корабля — вынести реактор из корабля. Это можно сделать при помощи лазерного термоядерного синтеза. Расширение плазмы преобразует в тягу магнитное поле созданное специальным сверхпроводящим соленоидом на корме. Правда у самой простой термоядерной реакции дейтерия с тритием основная энергия реакции приходится на нейтроны, так что она тут отпадает. Следующие кандидаты: дейтерий с гелием-3 и дейтерий с дейтерием. В первом случае нейтроны образуются только в половине реакций, во втором нейтроны не образуются в принципе.

На самом деле немного нейтронов будет даже в реакции дейтетий-гелий-3 из-за паразитной реакции дейтерий-дейтерий, но ее вклад можно минимизировать через температуру реакции до 1 %. Еще 16 % энергии, если верить этому посту в блоге toughsf (http://toughsf.blogspot.com/2019/10/the-expanses-epstein-drive.html) придется на рентген. Всего 1/5 энергии не отражается магнитом — уже что-то. В том же посте говорится что попытка буквально воспроизвести характеристики двигателя «Росинанта» приводят к тому что место подрыва требуется относить от корпуса на 300 метров что порождает массу проблем начиная от напряженности магнитного поля отражающего плазму. Но мы-то воспроизводим не буквально.

Пусть масса корабля 1000 тонн. Мощность нашего чудо-двигателя 3.5 Тераватт. Это как если бы каждую секунду за кормой взрывался ядерный боеприпас мощностью чуть меньше килотонны. Но мы этот ад смело расположим в 30 метрах от кормы и попробуем со всем этим взлететь. Расстояние превращает 3.5 ТВт в 0.3 ГВт/м2 или 300 МВт/м2. Из них 4/5 берет на себя магнитное поле и мы остаемся с 60 МВт/м2. Графит начинает испаряться при 15 МВт/м2. Проблему можно решить по-разному: заострить корму для увеличения эффективной площади, активно охлаждать корму сбрасывая излишки в радиатор, активно охлаждать используя тепло в тепловой машине. Я решил выбрать последнее тем более что для лазеров поджога все равно нужна энергия.

14 МВт/м2 пусть излучаются с самой кормы. Остается 46 МВт/м2, из которых в полезную работу пошла допустим половина. Что вполне возможно с использованием МГД-генератора. Температура нагревателя у нас 4000 К, КПД 50 %, температуру холодильника имеем право взять не более 2000 К. Сбросить нужно 23 МВт Недрогнувшей рукой поставив температуру 1000 К получим 230 м2 на квадратный метр кормы. Допустим корма у нас имеет площадь 100 квадратных метров (т.е. корабль шириной 10 метров) и получаем 23000 м2 площади радиаторов. Это 4 панели 50 на 115 метров расположенные крестом. Немного не то что было в сериале, конечно, но на мой взгляд тоже красиво. Сияющие крылья радиаторов и ни каких перегрузок на «соке» в том числе чтобы крылья радиаторов не обломать.

Скорость истечения плазмы 3500 км/с далека от максимальной для термояда — 20 000 км/с. Это достигается за счет добавления балласта. Благо в лазерном термояде капсуле с топливом все равно нужен «домик» для равномерного обжатия.

И так, двигатель «реальных пацанов» возможен физически и его контуры просматриваются уже сейчас. Но возможности у него сильно урезаны по сравнению с сериалом и в лучшую для экипажей сторону — о непереносимых перегрузках можно забыть, яхта «Рэйзорбэк» летает на аж целом 1 g максимального ускорения и у Авасаралы нет проблем с перегрузками бои по динамике скорее похожи на морские (впрочем там и так на «соке» летают редко).

Злачные места Солнечной: внешняя система

Вода, вода, кругом вода... Это про Солнечную систему за Поясом Астероидов. Собственно пояс по-хорошему надо было рассмотреть в главе про внутреннюю систему. В целом те же астероиды что болтаются около Земли, но в среднем крупнее так что ради их распила вполне можно построить рядом с булыжником долговременную ИСО.

Кроме астероидов есть в поясе целая малая планета - Церера. Разница кажется терминологической, но нет. Ускорение свободного падения на экваторе Цереры 0.27 м/с2, первая космическая - 360 м/с - это значит что корабли с двигателями малой тяги, которые к мелким астероидам скорее причаливали, на Цереру сесть может и смогут, но вот взлететь уже не очень. Другой особенностью Цереры является гравитационная дифференциация на ледяную мантию под тонким слоем пыли (обычно на астероидах отсутствует) и каменное ядро. Вполне возможно что в ядре есть и более глубокая дифференциация.

Описанный в "Экспансии" способ колонизации Цереры путем ее раскрутки для достаточно высокой центробежной силы и копания тоннелей странен. Так мы вращаем слишком много балласта. "Нищебродский" способ с созданием кольцевых тоннелей с гравипоездами нищебродский и на самом деле не эффективный - придется постоянно тратить энергию на вращение. Правильный способ - строить возле Цереры сферу Бернала или иную орбитальную ИСО, можно несколько.

Следом за Поясом идет Юпитер. Как известно, он собрал целую толпу спутников, правда в основном астероидообразных. Еще больше у него так называемых троянских спутников - скоплений астероидов в троянских точках Лагранжа системы Солнце-Юпитер. Обычные троянцы как и у Марса, с высоким наклонением к эклиптике. Вот только орбитальная скорость у них около 10-12 км/с так что смена наклонения уже не столь сложна как во внутренней системе.

Дельта между спутниками порядка нескольких километров в секунду, время перелета между ближайшими в пределах недели. Все близко и удобно даже для маскопанка, вопрос только зачем в маскопанке лезть на Юпитер. Он в 5 раз дальше от Солнца чем Земля и это означает что площадь хоть солнечных батарей хоть светособирающих зеркал будет в двадцать пять раз больше чем на орбите Земли. А есть ли там какие-то уникальные минеральные ресурсы мы пока просто не знаем. Точно есть вода, которая в таких количествах пригодиться разве что для терраформирования Венеры.

Сам Юпитер в месте с прочими газовыми гигантами подозревается на содержание огромных запасов гелия-3 - ценного термоядерного топлива будущего. Так что у "реальных пацанов" и возможно даже "космической шпаны" появится повод колонизировать системы планет-гигантов как и средства делать это удобно.

Нельзя не упомянуть Ио - спутник без воды, но с активным вулканизмом и Европу на которой подозревают воду и жизнь. На самом деле жидкая вода может быть и на Ганимеде с Каллисто, но на Европе ее признаки наиболее очевидны. Жизнь в подледных океанах, если найдется, будет иметь научную ценность, а вот с промысловой скорее всего нет - слишком разная биохимия. Если и будет, то на лекарства, но очень вряд ли ибо уже при современных биотехнологиях мы можем синтезировать любой пептид специально-обученной бактерией. А нуклеотид вообще при помощи ПЦР.

Сатурн. Тот же Юпитер, но по-меньше и по-дальше и с кольцами. Без Ио, но с как минимум одним аналогом Европы - Энцеладом. А еще тут есть Титан со всякой интересной органикой и уникальным внеземным жидким и не подледным морем.

Уран и Нептун. Ни чего интересного кроме гейзеров Тритона и относительно приемлемой скорости убегания самих гигантов позволяющей удобно гелий-3.

Пояс Койпера. Увеличенный и холодный пояс астероидов. Тут есть сразу несколько карликовых планет включая многострадальный Плутон. Жить тут без освоения термояда либо загрузочного трансгуманизма слишком холодно, а с загрузочным трансгуманизмом без термояда - медленно. С ними можно но только из соображений "свалить от внутряков по-дальше чтобы не мешали строит коммунизм/анкап/джамахирию".

Облако Оорта. Тут висят кометы между пролетами у Солнца. Край того что мы можем считать Солнечной системой. Радиус этого края около светового года. Теоретически тут тоже могут быть карликовые или даже не очень планеты. Опять-таки без дешевой ядерной энергии тут делать не чего вообще, да и с ней смысл не слишком понятен.

Война в космосе: введение

Нет про мирные аспекты космической фантастики я еще буду писать, просто выкладывать главы перед этой. Сергей Кун в концептуально-близком «Военном деле для чайников» так делает, а я чем хуже? Тем более что в главах про лунных сталеваров все равно пришлось затронуть вопрос о «маневре Хайлайна».

Тема войны в космосе сложная и потому интересная и обросшая интернет-аналитикой на тему «как надо». А вот я здесь даже не буду предсказывать как именно звездные войны будут выглядеть точно ибо не вижу в этом ни какого практического смысла. До тех войн даже в сценарии «у Маска все-все получилось» лет 50 минимум, а скорее все 100 — это срок на развитие колоний до состояния позволяющего воевать в космосе хотя-бы с другими колониями. Вместо этого я решил взяться за более актуальную задачу «как описать космическую войну интересно и реалистично?». В этой половине книги вы узнаете почему космические истребители нужны, как построить космический линкор и почему «Гандам» таки твердая НФ с ненулевой вероятностью воплощения в реальности.

А оно надо. Ибо в фантастике либо просто перетягивают морские сражения в космос особо не заморачиваясь, либо изобретают «абсолютно реалистичную» боевку, по странному совпадению крайне унылую. Причем во втором случае вполне есть к чему придраться.

Если в области хозяйственного освоения космоса мы должны противодействовать среде, свойства которой в целом уже известны и неизменны и потому можно попробовать пованговать «контуры будущего», чем я и занимался в прошлых главах, то на войне есть противник. Он как правило не глупее и хочет жить, и побеждать. И потому бесполезно пытаться из начала XXI найти единственно-верную систему вооружений конца XXI. Вполне возможно что ее вообще не будет, а будет так называемое равновесие Нэша в смешанных стратегиях, когда на каждый хитрый болт можно найти хитрую гайку. И военная история Земли говорит нам что такая гайка и правда обычно находится.

На мой взгляд проблемой многих попыток создания «твердой» космической боевки является некоторое пренебрежение опытом реальной военной истории. Мол космос — новая среда и бла-бла-бла. Вот только люди уже успели повоевать на суше, на воде и в небе. Все три среды различались радикально что дает нам уникальную возможность поискать что в бою не зависит от типа среды. А главное — как именно зависит от среды то что от нее зависит.

На земле в небесах и на море практически во все эпохи можно увидеть разделение боевых единиц на оптимизированные непосредственно на бой с себе подобными и на подрыв экономики противника по возможности избегая столкновений с противником. Далее будем называть первых основными боевыми единицами или ОБЕ, а противоэкономические — крейсерами.

Казалось бы ОБЕ могут охранять экономику. Вот только если ваши владения сколько-нибудь протяженные попытка такого использования ОБЕ приведет к их размазыванию в результате чего противник сможет бить вашу армию/флот по частям. Так казалось бы более слабый крейсер может нейтрализовать более сильный ОБЕ заставив его караулить транспорты и берега. Так что лучшим средством против крейсера является все-таки другой крейсер. Часто используются и специализированные средства защиты экономики от крейсеров у которых пожертвовали мобильностью ради цены или боевых качеств. Это стационарные укрепления и эскортные суда. Их проблема именно в стационарности либо малоподвижности из-за которой они могут быть эффективными только в защите небольшого числа особо-ценных объектов.

Минимальный крейсер выглядит как вооруженный самой дешевой пушкой транспортник и им же является. Заодно Кэп намекает нам что такой крейсер может мимикрировать под мирный корабль опровергая измышления об отсутствии стелса в космосе. Но это уже слишком большая тема заслуживающая отдельной главы. Облик ОБЕ зависит от имеющихся технологий и среды. Например на море долгое время было можно пользоваться одним кораблем и для крейсерсва и для эскадренных сражений, но с освоением линейной тактики началось разделение на большие, живучие и кусачие корабли линии и относительно дешевые фрегаты. Продолжилось оно и в эпоху пара и брони. А вот в авиации попытки применить морскую логику долгое время оканчивались фиаско — маленькие маневренные истребители в бою оказывались предпочтительней. Так что в воздухе «крейсер» назывался «бомбардировщик» и был как правило сильно крупнее ОБЕ чтобы довезти противнику больше добра и сделать это по-дальше. Затем задачи бомбрардировщиков фактически перешли на истребители 4-го поколения, но вскоре появился новый «воздушный крейсер» в виде дрона.

Почему толпа малых крейсеров то может запинать большой корабль, то не очень? Для этого нам понадобиться познакомиться с одной из классических моделей боевых действий — моделью Фиске. Она описывает бой как дискретный процесс в котором корабли (танки, пехота, самолеты) обмениваются «залпами». Каждый залп уменьшает количество боевых единиц противника на количество атакующих деленное на коэффициент K. Поскольку K, очевидно, зависит и от оружия атакующего и от средств защиты обороняющегося позволю себе ввести вместо одного коэффициента два: атаки (A) и защиты (D). Уравнения имеют вид:

X1n+1 = X1n — X2n*A2/D1

X2n+1 = X2n — X1n*A1/D2

Где X1,2n — численности сторон в начале «хода», X1,2n+1 — в конце. Но немного исправив модель можно симулировать и вариант нанесения одной из сторон первого удара. Выяснится что пока A много меньше D — особых преимуществ тот первый удар не даст ибо не сможет существенно повлиять на соотношение численностей. С другой стороны в ряде случаев, включая интересующий нас космос, ракеты и снаряды будут лететь достаточно долго чтобы успеть дать ответный залп до прилета собственно «подарков» противника.

Повысить A или D мы можем только уменьшив N поскольку более вооруженные и лучше защищенные боевые единицы дороже. Но что лучше прокачивать? Допустим у нас два «флота». В одном X1 = 10 кораблей с атакой 1, в другом X2 = 5 с атакой 2. Вроде бы атакующий потенциал идентичен. Защиту всем поставим 10. Погнали моделировать:

1. X1 = 9, X2 = 4

2. X1 = 8.2, X2 = 3.1

3. X1 = 7,6 X2 = 2.3

4. X1 = 7,1 X2 = 1.5

5. X1 = 6,8 X2 = 0.8

Будем считать что на пятом ходу 0.8 последнего корабля сбежали. Вместо дробного числа кораблей округлять в том числе выбирая направление округления случайным образом — суть не изменится. Вкачавший атаку за счет численности проиграет. А теперь увеличим защиту оставив равными атаки:

1. X1 = 9.5, X2 = 4.5

2. X1 = 9.05, X2 = 4.03

3. X1 = 8.7, X2=3.6

4. X1 = 8.3, X2 = 3.1

5. X1 = 8, X2 = 2.7

6. X1 = 7.7, X2 = 2.3

Уже лучше тем что более малочисленная сторона медленней теряет юниты и имеет больше времени на свалинг или подход подкреплений. Но выигрывают в итоге все равно более многочисленные. Почему тогда в военной истории толпа «зергов» работала далеко не всегда? Да просто потому что численности не менялась на атаку и защиту 1 к 1. Если у флота из 5 кораблей атака тоже 5 при защитах 10 — он победит на шестом ходу имея в строю 1.9 живых кораблей.

Капитан корабля, офицеры и пилоты — редкие специалисты количество которых ограничено. Часто то же самое и с солдатами-матросами. Так что упершись в мобпотенциал человеков повышать боеспособность можем только за счет железа. В век пара наличие хоть какой-то брони на корабле поднимало его стоимость не принципиально, а вот живучесть росла радикально. Дело в том что броня отсекала возможность разобрать корабль из бомбических орудий буквально за пару залпов. А если у вас корабль с хорошей броней — все не имеющее достаточно представительной артиллерии он отправляет на дно без напряга, если только под торпеды не подставится по дурости.

В авиации же до недавнего времени прирост пассивной защиты и атаки с ростом размеров не компенсировал проседание защиты маневром так что в качестве ОБЕ там были маленькие маневренные самолеты-истребители. Но с развитием ракетного оружия ситуация похоже стала меняться, но из-за специфики современного боевого применения авиации это пока не точно.

Наверняка уже кто-то вопиет мол какой коэффициент защиты 10 в космосе где управляемые ракеты и ядерное оружие? Ну во-первых даже с ними не все так однозначно, а во вторых пусть будет защита 1. И тут мы видим что разменять численность на атаку уже выгодно. Флот с атакой 1 из 10 кораблей убьет флот с атакой 2 из 5 кораблей за один залп но при этом сам будет полностью уничтожен. Вроде ничья, но тот у кого 5 кораблей потерял вдвое меньше капитанов и экипажей. Если же одному из флотов удастся добиться первого удара — он выиграет без потерь. Теперь не только количество не бьет качество, но и важнее численности и ребром становится вопрос скрытности.

Альтернативной флоту «хрустальных кувалд» и борьбе за первый залп является развитие систем ПРО и РЭБ с целью вернуть классическую ситуацию A<D.

О боевой устойчивости

Боевая устойчивость - способность нашего флота не погибать под первым же залпом. Как, надеюсь, стало понятно из предыдущей главы она очень важна. Даже важнее чем жизни черных. Пути обеспечения боевой устойчивости могут быть разные, их можно использовать совместно, хотя и не все, каждый накладывает свои требования на ТТХ и дает разные возможности флотоводцам.

Прежде чем перейти к конкретным типам защит улучшим нашу модель космического боя из предыдущей главы, слишком уж простую и многое не учитывающую. Запишем уравнение для одного флота поскольку у второго будет идентично с точностью до обозначений:

X1n+1 = X1n - X2n*(max(0,N2*S1-I1)*min(1, a2/d1)

N2 - число выстрелов в залпе, a2 - урон с каждого выстрела, S1 - вероятность попадания по цели с учетом ее уклонения и маскировки, I1 - количество перехватываемых ракет или снарядов, d1 - количество урона поглощаемого щитами, броней и конструкционной живучестью. Теперь в нашей модели не получится накрыть больше кораблей чем было сделано выстрелов (считается что капитаны не идиоты и не кучкуются) и возможность промахов и перехватов. Посмотрим что мы можем прокачать у нашего корабля чтобы уменьшить потери:

1. Увеличить количество за счет уменьшения живучести (и значит цены отдельного юнита). Мы - это Рой и у Императора много. Особенно когда это дроны. Но если в нашем флоте нет "слонов" с высокой живучестью противник может спокойно поменять оружие на оптимальное против мелочи.

2. Увеличить живучесть за счет резервирования, компоновки и брони с силовыми щитами (если они есть). Поскольку в космосе легко поймать просто кинетическую болванку с энергией нескольких главных калибров "Ямато" (хоть и морского, а не анимешно-космического) должна сочетаться с еще какой-нибудь защитой.

3. Сбить снаряд или ракету. Требует либо продвинутую систему наведения (но что мы забыли в космосе без нее?), либо засыпать все опасные направления заранее.

4. Спрятаться. Про это подробней в следующей главе.

5. Увернуться. Не работает против ракет, помогает от лазеров только если система наведения не способна отследить наше виляние. Зато идет дополнением к двигателю, который на космическом корабле в любом случае стоит.

Как видно из уравнения, перехвату, маскировке и уклонению плевать на урон от отдельных выстрелов - они работают против количества выстрелов. Но "больше дакка-дакка" плохо совмещаются с уроном от отдельного выстрела. От лазера плохо помогают перехват (если только заранее поставить плотную пылевую завесу) и уклонение (если только "размазать" луч по корпусу), но маскировка тащит и тут.

Пробовать на прочность нашу защиту будет одно из трех средств. Причем свои варианты будут в любом сеттинге, что-либо не укладывающееся в схему я еще не видел:

1. Ракета. Кажется первым кандидатом на роль "главного калибра". Самоходная, самонаводящаяся пытается нас протаранить или сжечь ядерной боеголовкой. Первое обычно эффективней экономически ибо ракета в типичном случае не попадает, либо сбивается.

2. Кинетика. Тот самый пулемет который мы только что ставили на ракету. Может быть как на порохе что дает скорость снаряда до 2 км/с, так и на магнии в воде что позволяет запульнуть снаряд на 5-7 км/с относительно пушки. Наконец различные рельсовые, гауссовы и электростатические пушки. Последние эффективны в случае очень легких пулек из графена, которые они могут разгонять до околорелятивистких скоростей переходя в епархию скорее лазеров. Космооперные стрелялки разноцветными черточками и шариками сюда же ибо поражающий фактор летит неспешно.

3. Лазер и примкнувшие к нему ускорительные пушки. Атакует светом или околосветовыми протонами что делает затруднительным уклонение, но плотность энергии в луче падает обратно пропорционально квадрату расстояния.

Если в сеттинг не завезли эффективных лазеров с большими фокусирующими зеркалами есть соблазн строить боевую устойчивость флота на триаде перехват-маневренность-живучесть не заморачиваясь маскировкой. Дело в том что противоракетные орудия могут стрелять и по кораблям, двигатель все равно нужен чтобы оперативно ввязаться в драку, базовая живучесть обеспечивается на уровне компоновки размещением малоценных отсеков над более ценными. Именно по такой логике живут в "Экспансии". Но с эффективными лазерами маневр нас может защитить только в том смысле что позволит не приближаться на расстояние где лазер жжет слишком уж сильно, либо наоборот быстро сблизиться на расстояние действенного огня кинетикой. Но что-бы самому сделать что-то осмысленного с такого расстояния нужно дальнобойное оружие, а это либо ракеты, либо другой лазер.

Космическое ниндзюцу

На самом деле спрятаться в космосе очень даже можно и способы пряток мало отличаются на наших трех техуровнях Дело в том что средства наблюдения за космическим пространством уже не смогут радикально измениться без открытия новой физики, дающей уже техуровень 4. По той же причине я тут не рассматриваю тривиальный вариант стелса "прилететь на варпе".

Базовой стелс-технологией является простая маскировочная сеть на каркасе вокруг корабля. Представляет собой буквально металлическую сетку либо, для параноиков, металлизированную пленку с дырками для пролета снарядов и наблюдения. На самом деле хватит и сетки поскольку из-за дифракции в телескоп который язык поворачивается назвать реалистичным она будет выглядеть как сплошная поверхность на сколько-нибудь космических дистанциях. Так в видимом диапазоне на 1000 километров при десятиметровом зеркале предельное разрешение будет в среднем 5 сантиметров и сеть с сантиметровой ячейкой будет сплошной поверхностью.

Сеть не дает противнику разглядывать наши формы и мешает выбивать пушки и сенсоры прицельно. Благодаря маскировочной сети извне о корабле можно узнать только тип двигателя по каталогу излучений и ускорение под тягой. Очень примерно можно оценить тягу двигателя и массу корабля. Оружие и даже хорошая броня стоят намного дороже чем топливо для двигателей. На картинках представлены три корабля собранных мной в редакторе игры Children of a Dead Earth

Штурмовой корабль. Самый дорогой и прочный.

Эсминец. Меньше брони, но больше скорости.

Разведчик. От брони одно название, оружие только пороховое, зато дешевый и с большой дельтой.

У всех кораблей идентичная масса и двигательная установка, но разные стоимости производства. Причем разные они по упрощенной модели CoaDE в которой учитывается только распространенность элементов и затраты энергии на синтез соединений, но не сложность собственно конструкции. Разведчик получается втрое дешевле эсминца и вчетверо - штурмовика. У разведчика сильно слабее электростанция, но до вступления в бой этого не понять. Под маскировочной сетью разведчик может имитировать штурмовик пока не потратит дельты больше чем у штурмовика. Дельты у штурмовика вполне хватит на межпланетный перелет при старте с высокой орбиты или точки Лагранжа.

Разведчик при своей цене создает видимость наличия в заданной локации эсминца или штурмовика так что свою цену он более чем оправдывает отвлекая на себя силы достаточные для противодействия нормальному боевому кораблю. При этом он далеко не смертник - у него достаточно дельты чтобы убегать если что-то пошло не так.

Да это маскопанк. Но пока двигатели "космической шпаны" или "реальных пацанов" настолько дороги что нет разницы везут они оружие или камни... они будут использоваться крайне ограничено в том числе и на войне. Автомобиль в начале перестал быть экзотикой на гражданке и только потом заменил лошадь в сухопутных войсках, ядерные реакторы в военном флоте пока еще применяются весьма ограничено.

Создание ложных целей не является стелсом в обычном понимании, но в случае маскопанка с его стартовыми окнами разница совсем небольшая. Мы и так знаем когда стартовое окно и если условный Марсианский Союз каждое окно гоняет ложные флоты из разведчиков и танкеров окно в которое вместо разведчиков полетят штурмовики останется тайной покрытой мраком.

На время баллистического дрейфа можно и нужно запускать надувные ложные цели чтобы предотвратить атаку гаммалазерной миной из романа "Роза и Червь". Да и в собственно бою лишним не будет, особенно если наше оружие менее дальнобойное чем у противника.

Но можно ли спрятаться по-настоящему? Можно. Во-первых в сторону противника можно вообще не излучать прикрывшись пленочным экраном вроде стоящего на телескопе "Джеймс Уебб". Но это сработает только там где противник не может подсмотреть сбоку. Зато можно прятать даже излучение двигателей. В принципе если заморочиться можно улететь во внешнюю систему за периметр сенсорных станций, там сделать невидимую коррекцию траектории под пленкой и прилететь с неожиданного направления. Очевидно что этот способ больше подходит для "реальных пацанов". А еще в случае войны сенсорные посты - законные цели, которые крайне сложно оборонять из-за их распределенности. Так что при продолжительной системной войны сенсорная сеть станет дырявой.

Как далеко видно наш корабль при полете по баллистической? На сайте проекта "атомные ракеты" с которых и пошло по интернетам "нет стелса в космосе" приводят такую формулу:

Rd = 13.4 * sqrt(A) * T^2

где А - видимая в телескоп площадь тела, T - температура в Кельвинах. Такая формула по определению работает лишь в узком диапазоне температур. Потому что из нее растут уши закона Стефана-Больцмана и совершенно не учитывается закон Вина согласно которому чем холоднее тело - тем длинноволновее спектр. А для длинных волн во-первых нужны другие детекторы, а во-вторых их сложнее фиксировать. Так что ее нужно рассматривать только как способ понять на какой дистанции точно не увидят.

А еще эти ребята заявили что температура внешней стенки должна быть равна температуре внутри корабля. Слов нет, одни маты - читателя держат за лоха ни разу в жизни не видевшего термоса. На самом деле вопрос не в том какая температура, а какую мощность надо рассеять. Космический корабль получает тепло от внутренних систем и от Солнца. Это тепло он должен излучить в окружающее пространство... Когда-нибудь. Но случай теплового аккумулятора рассмотрим позже.

В принципе если корабль близок по форме к шару, либо цилиндру повернутому к Солнцу боком, покрашен в черный и находится в зоне жидкой воды - температура его стенок действительно будет близка к комнатной ибо термодинамическое равновесие так работает. Корабль с демонстрируемой площадью 100 м2 и температурой стенки 290 К будет заметен с 11 миллионов километров. В принципе для маскопанка заметить стелс-флот в 11 миллионах километрах, в дополнение к мимикрировавшему под регулярные полеты разведчиков - уже "мы идем, встречайте нас". Силы условного Королевства Афродита в точке Лагранжа СЗ-5 не успеют получить подкрепления с Венеры и прочих венерианских владений. Но будем снижать заметность дальше.

Излучать тепло совсем не обязательно в момент его получения. О чем сами атомные ракеты пишут, но как-то скороговоркой мол теплового аккумулятора хватит не на долго. Посчитаем на сколько же хватит взяв в качестве аккумулятора твердый водород - потом еще и для двигателя пригодится. Расплавившись и нагревшись до температуры кипения водород поймает 143 МДж на тонну. Это меньше чем было у воды нагретой до кипения, но температура кипящего водорода достаточно мала чтобы для реалистичного телескопа корабль был невидимым. Но если мы зачем-то полезли во внешнюю систему и теплом от Солнца можно пренебречь - подойдет и вода. Либо даже во внутренней если рискнем отражать солнечный свет зеркалом, а не поглощать его. СЖО на запасах достаточно 300 Вт на человека, замкнутая в стелс-режиме точно не вариант - ей нужны десятки киловатт. Сам человек выделяет 100 Вт. Электричество будем брать из аккумулятора. У современных достигнута емкость 700 кДж/кг, у теплового аккумуляторе на воде будет столько же если мы не хотим под конец их работы летать в сауне. Итого 3 килограмма тех и других аккумуляторов на мегаджоуль. За сутки один человеко потребит и рассеит 35 МДж итого 35 килограммов на человека в сутки - запасы еды и даже кислорода на фоне аккумуляторов теряются. Экипажу из 10 человек на месяц хватит 10,5 тонн. Все тот же Старшип с его 100 тоннами ПН вполне способен долететь в режиме скрытности от Земли до Марса но только с сокращенным экипажем. И стелс не вполне идеален ибо свет Солнца отражаем хоть и относительно узким лучом. Для идеального стелса потребуется поглощать солнечный свет и сбрасывать тепло в водород чтобы равновесная температура была близка к минимально-возможной температуре телескопа и детектора противника.

Во все той же "Экспансии" стелс-корабли были видимы при полете на основном двигателе, но работу маневровых сенсоры не видели. На сколько это реально? Ракетный двигатель переводит тепло в движение за счет расширения и, соответственно, чем больше степень расширения сопла - тем ниже температура выхлопа и выше скорость истечения. А скорость истечения надо делать высокой. Кроме того разряженный газ совсем не обязан излучать с эффективностью абсолютно-черного тела, которым он по очевидным причинам не является. Все та же модель ядерного ракетного двигателя из игры Children of a Dead Earth говорит нам что температура выхлопа может быть криогенной:

Для достижения холодного выхлопа пришлось снижать температуру в реакторе. В случае с ЖРД это достигается обеднением смеси окислителем. Упадет удельный импульс, но за все надо платить.

Альтернативой большому соплу являются холодно-газовые двигатели (https://en.wikipedia.org/wiki/Cold_gas_thruster). Менее эффективно, зато очень просто. Любая ракета имеет систему наддува баков инертным газом либо (предпочтительнее) парами топлива. Как видно из таблицы по ссылке, у газообразного водорода вполне приличный для маскопанка УИ в 272 секунд. Проблема только в том что баллоны с ним тяжелые, но у нас по условию есть пустой бак "обычного" двигателя уже наддутый водородным паром. Причем если в баке есть остатки топлива в жидкой фазе его отбор для холодно-газовых двигателей приведет к падению давления и испарению части жидкого топлива. Правда при этом упадет и температура оставшейся жидкости, но поставив в бак нагреватель (в том числе теплообменник с жилым отсеком) сможем хранить рабочее тело для холодногазовых двигателей в жидком виде.

Однако следует помнить что хотя в маскопанке возможен полноценный стелс совсем не обязательно что его будут применять в такой-то войне будущего. Военная история знает массу примеров того как технология в принципе была доступна, но не использовалась по причине "нам и так хорошо". Так дымовые завесы в морской войне впервые начали применяться в ПМВ, хотя потенциально их могли бы использовать и в Русско-Японской и ранее. Кинетика при стрельбе по маневрирующему кораблю на ЖРД и так не дальнобойна, на стратегическом уровне скрытность вполне обеспечивают ложные флоты, так что до тех пор пока противник вдруг не начнет нас сильно аутрейнджить и мы не можем ответить симметрично смысл заморачиваться? Зато в сеттинге с червоточинами открывается множество возможностей слить формально более развитую но мало воевавшую цивилизацию о "дикарей" у которых боевой опыт больше.

Но если стелс-корабли завезли то как же их контрить? Во-первых если "подлодка" захочет уравнять скорость с целью ей придется тормозить обычным двигателем. Во-вторых у активной локации эффективность зависит от дистанции в четвертой степени. Это значит что отследив по траекториям снарядов направление с которого стреляли и запустив по нему некоторое количество радаров мы сможем найти нашу "подлодку". Если радар способен обнаружить цель с ЭПР 1 квадратный метр на расстоянии 100 км, что доступно РЛС современных истребителей, то на 10 километрах тот же радар найдет уже цель с ЭПР 1 квадратный сантиметр. И хорошо бы чтобы радар еще и пострелять мог.

И плавно переходим к теме космического истребителя, который согласно все тем же "атомным ракетам" не нужен. Ну как видим наличие полноценного стелса делает их кандидатами в ОБЕ. Кроме того, в случае боя от маневра кинетических кораблей оптимальной конфигурацией будет корабль вокруг самой лучшей имеющейся пушки с минимумом лишнего - так получится наилучшее сочетание брони и маневра. К лишнему относится и отсек экипажа так что наш пушечный корабль либо дрон, либо максимум двухместный с автономностью в несколько суток если пушка достаточно большая чтобы вклад кабины пилотов был пренебрежимо мал. Кроме того наличие экипажа может быть и преимуществом поскольку позволяет оперировать на большом расстоянии от носителя - уже на 36 тыс километрах задержка сигнала телеуправления сопоставима с временем рефлекторной реакции человека.

Часто встречаются рассуждения о том что мол экипаж ограничивает ускорение истребителя. Итс э буллшит(с)Бричпанк. Ускорение ограничивает второй закон Ньютона и формула Циолковского с законом Стефана-Больцмана. В космосе ускорение может быть только в результате работы двигателя. 10 g тренированный пилот еще потерпит, а такое ускорение съедает 100 м/с дельты в секунду. 3.6 км/с дельты которых хватило бы на целый час уворотов с ускорением 1 м/с2 будут потрачены за 36 секунд. При этом конструкция корабля может ломаться от перегрузок не хуже конструкции человека. Максимальные эксплуатационные перегрузки самолетов истребителей - это именно про алюминий, а не пилотов.

В случае стелс реалізованого через ложные цели напрашивается применение истребителя либо дрона для отстрела ложных целей без раскрытия более ценного крупного корабля. В случае завес их полезно простреливать с нескольких сторон чтобы попадать не только в носовой бронещит.

Первая космическая: где и за что?

Войны всегда ведутся ради чего-то. Принято считать что исключительно из-за бабок, хотя есть мнение что и по идеологическим причинам бывает. Но как уже писалось ранее, даже в маскопанке космос имеет хозяйственную ценность и вариант "из-за бабок" у нас есть в любом случае. Напрашивается классический сюжет с восстанием лунных шахтеров и бомбардировкой Земли баржами со щебенкой. Он уже рассматривался в этой книге и был сделан вывод о том что пока космическая металлургия только начинает развиваться последствия "маневра Хайлайна" будут на уровне 11 сентября 2001 года, а когда космические колонии займут значительную долю рынка им выгодней как раз НЕ поставлять металл вынуждая Землю идти на уступки торговыми методами. Так что получается воевать не за что?

На самом деле нет. Земля не глупее паровоза и понимают что развитие космической промышленности приведет к зависимости от этой промышленности. Решение известно и называется диверсификация. Так тот самый вывод производств в Юговосточную Азию был выводом далеко не в один Китай, но и в Тайвань с Южной Кореей и Сингапуром. Сговор "азиатских тигров" с целью выкручивания рук Европе и США невозможен по политическим причинам, а взбрык одного из поставщиков привел бы просто к переориентации на другого.

И так у нас есть несколько независимых друг от друга лунных и астероидных колоний. Они основаны в разное время и имеют разные возможности по полному импортозамещению земной продукции. Но импортозамещение не выгодно Земле в том числе потому что другие колонии могут переключится на поставки с импортозаместившей колонии. Решение опять-таки известно - разделять и властвовать. А еще мешать развитию "лишних" производств в колониях административными мерами. Как в североамериканских колониях Англии, да. Да, там все закончилось Декларацией Независимости, но Британии наводить коронный порядок активно мешала Франция - велась вполне активная морская война в которой Франция неожиданно тащила. А потом случилась Французская Буржуазная, но это совсем другая история.

И так, самый первый возможный сценарий космической войны - лунная/астероидная колония хочет независимости от, к примеру США и ей в этом помогает Китай. Может начаться даже без возможности выхода колонии на самообеспечение ибо целью будет появление альтернативного поставщика с Земли, а причиной - жадность США и корпорации SpaceY. Война будет вестись в пределах системы Земля-Луна со всеми вытекающими: малое время перелета между локациями, маленькие дельты для всего кроме спуска-подъема в гравиколодец Земли. Правда из-за того что обе державы ядерные война будет скорее холодной. А может и нет ибо освоение космоса автоматом дает работающую СОИ.

Смежный сценарий - проксивойна условных США и Китая в космических колониях. Да, это совсем "Экспансия" просто Земля и Марс на одной планете.

Но допустим на Земле у нас общепланетная Федерация либо тот самый однополярный мир которым любили пугать российские СМИ в 90е. Тогда Первая Космическая случится как только наиболее развитая колония решит что может обойтись без Колыбели. Про это японцы давным-давно сняли аниме "Мобильный доспех Гандам" (без уточнений, либо с цифрой 79). По вкусу можно убрать ОБЧР, ньютайпов и метание в Землю цилиндров О'Нила - суть не изменится.

И так, базовый сценарий войны в маскопанке - война в околоземном пространстве. Вне его будут лишь крейсерские операции против астероидокопающих станций противников. Возможна ли именно межпланетная война? Да, но только когда Марс или (а вдруг?) Венера хорошенько отъестся и захочет политической независимости. При этом марсиане вполне могут начать рейдить земные астероидные станции для набивания усталости от войны что делает войну именно межпланетной, а не околопланетной. В случае же конкуренции независимого Марса и Земли за околоземные астероиды основной стратегией будет захват и оборона астероидов. Возможны и рейды к планетам-метрополиям, но в основном с целью пострелять и улететь благо небесная механика такое позволяет (глава "Особенности космической навигации"). Но может быть и попытка высадки в метрополию противника с целью принуждения его к миру.

Мультипланетарное государство в условиях маскопанка будет с высокой степенью автономности планет. А может и не только маскопанка - помимо логистических сложностей есть и банальная сложность управления большим количеством субъектов федерации. У нас пока что и простого циркумпланетарного государства не построено. Так что попытка именно завоевательной войны будет сводится к принуждению атакуемой стороны сделать три раза "Ку". Попытка вырезать аборигенов с повторной реколонизацией приведет к тому что через несколько поколений они ощутят себя новой нацией. Как англичане в Америке, да.

В многажды упомянутой "Экспансии" была концепция холодной межпланетной войны и доктрины взаимного гарантированного уничтожения Земли и Марса. Проблема такой стратегии в том что без двигателей Эпштейна ракетам лететь долго и муторно. Даже на уровне "реальных пацанов" вместо драматичной сцены с прорывом одной боеголовки будет нудятина с перехватом стелс-боеголовок. И без протомолекулы не будет "достаточно и одной". Один-два ядерных гриба - неприятно, но не смертельно, особенно для еще не терраформированного Марса на котором все живут в противоядерных убежищах.

Если же типичной ИСО будет орбитальное сооружение одна ядерная боеголовка сможет уничтожить максимум одну ИСО, причем одна прорвавшаяся через ПРО боеголовка. Сейчас на Земле у проектов глобальной ПРО проблема в малом подлетном времени, ограниченной массе орбитальной компоненты и невозможности повесить орбитальную компоненту вокруг прикрываемого континента. У космической ПРО подлетное время ракет измеряется в худшем случае сутками, масса защитных систем по современным меркам не ограничена и они могут быть локализованы вокруг прикрываемых объектов, а не летать вокруг всего шарика. Так что у доктрины взаимного гарантированного уничтожения в космосе большие проблемы. Что для сюжетов научной фантастики скорее хорошо.

Космическое оружие: пушки

Был в журнале "Мир Фантастики" юмористический мини-комикс на тему космического оружия. Мол достаточно камни кидать силами экипажа - остальное сделают космические скорости кораблей. Что ж метод "скинуть болванки на курсе столкновения" имеет право на существование, но в основном против не маневрирующих целей. В противном случае лучше бы иметь возможность обстрелять цель до выхода на курс столкновения, для чего наша стрелялка должна сообщать снарядам достаточно большую скорость относительно корабля. Конечно, увернуться можно попробовать и тут, но это придется делать в тот момент когда снаряды уже летят, а не когда их носитель выходит на пересекающийся курс. Кроме того дополнительное ускорение будет очень не лишним ибо уменьшит вероятность уклонения.

Способность к уклонению от одиночного снаряда зависит от относительной скорости снаряда относительно цели (скорость пушки учитывается), расстояния до цели в момент начала маневра, размера цели:

R = a*L*L/(2*V*V)

где R - смещение корабля, L - расстояние до цели в момент начала уклонения, a - ускорение, V - скорость снаряда. Смещение хорошо бы сделать в ширину корабля. Как видно из формулы, узкий корабль не менее ценен чем ускорение, а расстояние на уклонение - еще ценнее ибо оно в квадрате. Атакующему хорошо бы иметь скорость снаряда по-выше, обороняющемуся - наоборот. Отношение L/V называется подлетным временем. Запишем формулу в более привычном виде:

R = a*t*t/2

И заметим что a*t - это вообще-то потраченная на маневр уклонения дельта вэ:

R = dV*t/2

И так, чем дольше летит снаряд и чем меньше цель - тем меньше топлива нам нужно на уклонение от снаряда:

dV = 2*R/t

Я рассматриваю случай одиночного снаряда, но с очередью или картечным залпом будет в целом та же математика только требуемое смещение R теперь ширина не корабля, а дробового снопа плюс ширина корабля. Хорошо бы уже нашему кораблю обзавестись какой-нибудь броней чтобы уворачиваться только от опасных снарядов. И опять важно иметь как можно меньшую площадь демонстрируемой врагу поверхности чтобы прикрыть ее как можно более толстой броней.

Но перейдем уже к конкретным цифрам. Для начала по уклонениям. Тут у нас есть два варианта: на высоких и низких относительных скоростях. Во втором случае мы специально уравняли скорости перед битвой и разницы между техническими уровнями в плане скорости сближения нет. Так что начнем с этого случая как более общего и простого.

Для чего вообще потребовалось тормозить? Для того чтобы что-то захватить, либо гарантированно уничтожить или обратить в бегство вражеский флот - в случае пролета на высокой скорости у нас может просто не хватить времени на достаточное огневое воздействие. И так, мы конечно не стоим (в космосе это невозможно), но сближаемся на очень малой скорости - десятки, максимум сотни метров в секунду. Практически вся скорость у наших снарядов от пушки:

1. Пороховая. Максимум 2 км/с, скорее даже 1.5 км/с. Ограничение по скорости расширения пороховых газов

2. Водномагниевая. В ходе реакции активного металла и воды образуется горячий водород что позволяет пульнуть снаряд на скорости до 4 км/с. Если добавить энергию за счет силы разряда поджигаюшего магний в воде - можно и быстрее. До 7 км/с пожалуй.

3. Электромагнитная. Скорость зависит от массы снарядов, длинны пушки, силы тока на рельсах и обмотках. Считается достижимой скорость 10 км/с для легких снарядов, выше уже сложнее. В принципе для погонного орудия крейсера или линкора длинной 100-200 метров можно добиться и 100 км/с, но это похоже уже предел.

4. Электростатическая. Стреляет совсем маленькими снарядиками, практически пылью. Из алмаза, углеволокна или графена. За счет очень малой массы снаряда достигаются скорости в 1000 км/с и выше. Но на сегодня технология находится в зачаточном состоянии. Достаточно сказать что при достигнутых в лабораториях напряжениях снаряду будет сообщаться 4.5 Джоулей на метр ускорителя максимум.

5. Плазменная пушка. Я ее считаю разновидностью кинетической ибо меры противодействия абсолютно идентичные. Частый гость в научной фантастике благодаря зрелищности. В реальности представляет собой ту же рельсовую пушку но со снарядом из газа или пластика превращенного разрядом в плазму. И после вылета из "ствола" газ начнет расширяться со скоростью своего теплового расширения. Способов компенсации этого не просматривается кроме ускорения плазмы до скоростей при которых она просто не успеет разлететься. С магнитным удержанием проблема в том что два проводника с разнонаправленными токами расталкиваются создаваемым токами магнитным полем, а значит гонять ток в плазме по замкнутому контуру не получится.

В игре Children of a dead Earth, созданной как симулятор реалистичного космического боя, преимущество пороховых пушек в том что их не так сильно лимитирует ядерный реактор со своими радиаторами - энергия нужна только на подачу снарядов и наведение. На самом деле в бою как минимум на уровне до космической шпаны, возможно включительно, рационально использовать химические источник энергии как имеющие большую удельную мощность на коротких временах. То есть даже у маскопанка могут быть мощные реилганы если только маскопанки озадачились развитием технологий собственно реилгана - созданием устойчивых к эрозии рельс, например.

И так мы видим что даже на казалось бы никакой для космоса дистанции 15 километров снаряд пороховой пушки будет лететь десять секунд. Довольно таки крупный корабль шириной 10 метров начав уворот в момент выстрела уйдет вбок потратив 2 метра в секунду (!) приращения скорости. Причем ускорение для такого подвига ему нужно всего 0.2 м/с - хватит маневровых двигателей. Для башенного реилгана та же математика заработает на 100 километрах, для погонного предельного - на 1000 км, для электростатического - на 10 000 км.

Казалось бы бери пушку с быстрыми снарядами и сам разгоняйся - заодно и дырковать лучше будет. Но не все так просто. При соударении на скоростях до 2-3 км/с (конкретный порог зависит от материала снаряда и брони) снаряд и броня начинают вести себя как жидкости. А поскольку снаряд при взаимодействии с броней тормозится - он разбрызгивается в стороны вместо того чтобы пробивать броню вглубь. В результате кинетический снаряд будет рыть в броне кратер. Если броня относительно тонкая это будет не особо заметно поскольку образование кратера быстро закончатся и дальше уже полетят осколки брони и снаряда. Так работает щит Уиппла - за время полета по зазору сноп осколков расширяется и уже не может проломить второй слой брони. Другой вариант противокинетической брони - что-нибудь толстое, но легкое.

Копая кратер снаряд тратит энергию пропорциональную пределу текучести материала и объему выброшенного из кратера вещества. Объем - куб от глубины кратера. В результате если нас интересует только масса защиты разменять предел текучести на плотность - отличная идея. Допустим у нас есть некий высокоскоростной снаряд пробивающий метр стали с пределом текучести 250 МПа. Масса пробитой брони 8 тонн на квадратный метр. Заменим сталь на полиэтилен с пределом текучести 25 МПа - в 10 раз меньше. Глубина кратера от того же снаряда в такой броне будет 2.15 метров (корень кубический из 10) и уже 4-метровая полиэтиленовая броня гарантированно не будет пробита, в отличие от вдвое более тяжелой метровой стальной. Но как только скорость снаряда станет меньше 2 км/с начнет действовать совсем другая физика в которой важны будут механические свойства брони ибо энергия больше не расплескивается в стороны. Кроме того мы сможем пробить полиэтиленовую броню попав в кратер от предыдущего попадания.

Очевидным способом увеличить дальнобойность низкоскоростной пушки является использование активно-реактивного снаряда. Но это переводит наш снаряд в категорию ракет про которые следующая глава.

Кроме маневров уклонения и брони от кинетических боеприпасов можно защищаться контрснарядами. Тут есть парадокс - с точки зрения системы наведения проще работать по медленным снарядам, а с точки зрения разрушения снаряда - по быстрым. Более подробно вопрос будет рассмотрен в главе про ракеты для которых перехват - один из двух основных средств защиты.

Теперь пусть мы не тормозим перед атакой. Тут многое зависит от нашего технологического уровня:

1. Маскопанк. Тут многое зависит от локации ибо падая в гравитационный колодец мы разгоняемся иногда и до скоростей больших чем наше дельта - у Земли и Венеры, например. Но наиболее типичным полем боя в данном сеттинге будут окрестности спорного астероида или кластера ИСО и подлет к ним будет происходить со скоростями близкими к гиперболическому избытку скорости для экономичных межпланетных перелетов - 3-5 км/с. Можно доразогнаться двигателем, но осторожно - потом тормозиться тем же двигателем придется.

2. Космическая шпана. Тут у нас есть дельта 60 км/с и возможность пролетать мимо цели на 30 км/с после чего затормозиться где-то в далеком далеке. В ряде случаев могут иметься технологии двигателя высокого удельного импульса и тяги: ядерного газофазного, ядерного импульсного и ядерного солевого. Тогда затормозиться можно вскоре после пролета на 30 км/с и прилететь добивать в режиме малых относительных скоростей спустя достаточно короткое время. Кроме того буксир уровня шпаны может сбросить скорость до 10-20 км/с, и спустить предельный корабль маскопанка с дельтой 10-20 км/с.

3. Реальные пацаны. Потенциально прибавка к скорости до 1000 км/с, что будет ощутимо даже у электростатического оружия. Но быстро затормозить мы сможем только со скорости порядка 100 км/с.

Скорость пушки увеличивает эффективную дальность огня, но только в направлении вектора скорости. Причем после пролета мимо цели арта не имеющая нужной начальной скорости отдыхает, имеющая теряет в эффективности как минимум за счет маневров уклонения.

Во всех случаях броня работает по гидродинамической модели, но теперь у нас есть уникальная возможность залупить снарядом пороховой пушки со скоростью характерной для рельсовой пушки стреляющей легкими пульками. Короче говоря, броня будет пробиваться за счет дурной кинетической энергии. Маневрирование будет менее эффективна поскольку инерция быстро несет нас к противнику. Остается только перехват снарядов что дает работу пороховым и водомагниевым орудиям как рекордсменам по весу залпа.

Бой на пролете начиная с космической шпаны опасен еще и тем что если в результате боевых повреждений мы не смогли затормозиться после боя - улетим к звездам и нас будет крайне сложно перехватить. У реальных пацанов проблема стоит менее остро если действовать без фанатизма и атаковать на 100 км/с, а не на полной 1000 км/с - тогда для спасателей мы практически стоим. Проблема легко решается концепцией космического истребителя носитель которого облетает атакуемый объект на почтительном расстоянии. За сутки на скорости 1 км/с истребители отойдут от носителя на 80 тысяч километров.

Космическое оружие: лазеры

Один из самых ожидаемых классов космического вооружения - все что вжаривает по цели когерентным светом. Стереотипно не требует материальных расходуемых снарядов, но требует реактора. На самом деле не все так просто.

Самое неожиданное - энергию для лазеров могут дать и химические источники и на характерное для боя время ее вполне хватит. Уже современный и не самый лучший литий-полимерный аккумулятор массой в тонну даст 200 кВт в течении часа и непрерывно. Уменьшив время разряда до 6 минут получим уже 2 МВт/т и за это время скорее всего закончится либо противник, либо мы. А еще можно сжигать топливо для ЖРД в турбогенераторе. У водорода с кислородом при КПД 50 % получим 8 МДж на килограмм сожженного топлива. Для того чтобы иметь мощный лазер развивать нужно, как ни странно, развивать технологии лазеров. Зато мощный высокоэффективный лазер может открыть нам лазерный термоядерный синтез.

Идеальный лазер с рабочей длинной волны lam с идеальной фокуссирующей оптикой диаметром D на расстоянии L сможет создать пятно света диаметром не меньше:

d = lam*L/D

Допустим у нас ближний ультрафиолет 200 нм и диаметр зеркала 2 метра. тогда на дистанции 1000 км мы соберем пятно диаметром не менее 10 см. Это значит что мегаватт мощности лазера превратиться в примерно 100 МВт/м2 интенсивности излучения - ключевого параметра для лазера.

При помощи компьютерной игры-симулятора Children of a Dead Earth я провел моделирование противодействия лазеру разных видов брони. Лазер я использовал собственной разработки зеленый, 9.5 МВт мощности луча при входной мощности 300 МВт:

В игре конструкция лазера исключительно классическая - газоразрядная лампа накачки и активная среда в фокусах эллиптической зеркальной трубы. Применение светодиодов вместо газоразрядной лампы дало бы КПД 20-30 % вместо текущих 3 за счет эффективности накачки, но в игру диодов увы не завезли. В левом верхнем углу скриншота можно заметить параметр M^2 - это так называемая добротность луча, определяющая насколько фокусировка будет далека от идеальной. Добротность у моего лазера так себе потому что я не могу нормально охлаждать активную среду - тепловых аккумуляторов в игре снова нет, а охлаждение через радиатор-излучатель либо еще больше роняет КПД на "откачку" тепла, либо требует большой температуры для радиатора вменяемых размеров. В результате у меня на 100 км только 2.2 ГВт/м2. Хотя по формуле мое 6-метровое зеркало на таком расстоянии должно фокусировать луч в пятно восьмисантиметрового диаметра что дает плотность энергии 76 ГВт/м2. Да, я теоретически могу переделать лазер обменяв мощность на температуру и лучший М^2 и получить те же 2.2 ГВт/м2, но ниже мы увидим что в ряде случаев дурная мощность имеет значение.

Для испытаний лазера я построил корабль "Светлячок":

И натравил на него в сандбоксе игры кинетические ракеты собственной разработки "Кунай":

Ни какой боеголовки - только броня и дельта. Броня выполнена из слоя кевлара (aramid fiber) в 1 см и слоя алюминия в 0.5 см без зазора. Испытания показали что даже два лазера не могут остановить ракеты:

Снесена турель и разбит отсек экипажа, хорошо хоть оба лазера, топливо, реакторы, радиаторы и двигатели целые. Результат крайне неожиданный ибо от кевлара стойкости к лазеру подсознательно не ожидаешь - разрушается уже при 750 Кельвинах.

Может быть проблема в том что у ракет острый нос и луч падает под большим углом теряя интенсивность? И два лазерных корабля, либо корабль с мобильными зеркалами-ретрансляторами смогут эффективно поражать ракеты в бока? Проверим.

Ракете убрали острый нос, но она все равно танкует лазер кевларовой броней. А вот с графитовой броней от которой ожидаешь наилучшей сопротивляемости лазеру из-за ее параметров температуры испарения и удельной теплоты сублимации получилось нехорошо:

Под 9.5 МВт лучом она тает с ужасающей скоростью оставляя гигантские дыры. Да, тут всего один сантиметр толщины, но сантиметр кевлара на месте графита бодро держался. А вот графит вспененный до так называемого аэрогеля уже держался молодцом:

В чем же дело? Дело в том что лазерный луч, если только вы не додумались до прозрачной брони, поглощается в тонком приповерхностном слое толщиной около микрона. И даже испарившись вещество с верха брони не улетит сразу, а продолжит ловить фотоны, которые не достанутся более глубоким слоям. А прогрев вглубь зависит уже от теплопроводности брони, которая у того же кевлара крайне низкая, а вот у графита наоборот в результате чего он радостно глотает энергию лазера вместо того чтобы дать ей улететь в космос вместе со ставшим плазмой слоем брони. Теплопроводность зависит от градиента температуры и тут разрушение кевлара при 750 К только плюс - не будет достаточно сильных градиентов температуры. У аэрогеля тоже низкая теплопроводность и к тому же плотность крайне мала - верхние слои испаряются не смотря на высокую удельную теплоемкость графита.

Другим кандидатом в противолазерную броню является бутадиен-нитрильный каучук (Nitride rubber):

Получается лазеры бесполезны? Не совсем. Во-первых кевлар стоит не дешево - свыше 100 американских рублей за килограмм. А с кораблем без специализированной противолазерной брони в бою с тем же "Светлячком" произойдет вот что:

Это линкор (Gunship, но язык не поворачивается переводить как "канонерка") из базового набора кораблей обритый лазерами от всего вооружения. Решив проблему ракет как-то еще корабль с лазерами сможет прицельно выбивать противнику турели с вооружением даже не смотря на специализированную броню. Правда если он воюет против носителей кинетических пушек - ему придется уметь вертеться. Для проверки этой гипотезы я перестроил "Светлячка" увеличив ему ускорение и дельту за счет ликвидации резервирования лазерных турелей и радиаторов:

Ускорение 8 м/с2, дельта 4.46 км/с. И столкнул его с рельсовыми кораблями с тоже не самыми худшими динамическими характеристиками и снабженными кевларовой броней толщиной до 5 см (на оружии):

Кинетический эсминец, три штуки, ускорение 8.5 м/с2, дельта правда по-ниже будет. Три штуки стоят и весят примерно как один "Светлячок".

Под огнем лазеров, одна рельса уже потеряна.

Ответный огонь, лазерщик увернулся.

А еще лазерщику можно помешать сделать свое светлое дело двигая броню. Обычно пишут о вращении, корабля либо брони, но такое движение легко предсказать. Более перспективным выглядит то же хаотическое маневрирование что и от кинетики. Но только до тех пор пока система наведения лазера не способна отслеживать наши рывки. Наконец ультимативное средство от лазеров - сочетание маскировки пылевой завесой, маневров за завесой и живучести. Так у лазерщика не будет даже теоретической возможности сконцентрироваться на бурении в одной точке.

Так что своя тактическая ниша у лазеров будет - от крайне эффективен против всего что не имеет специализированной защиты и всего что полагается на защиту маневром, но при этом не пытается протаранить носитель лазера. Ну и очевидное применение в области ослепления сенсоров.

Но все выше сказанное было про лазер непрерывного действия. А бывают еще и импульсные. Эти передают энергию достаточно быстро чтобы поверхностный слой совершил взрывное испарение. Ну а дальше меры противодействия ближе уже к высокоскоростному кинетическому оружию - нужна либо толстая броня низкой плотности, либо щит Уиппла с зазором по-больше чтобы осколки успели разлететься.

Особенности боевого применения лазеров в космосе в целом не зависят от технологического уровня - маневры цели они игнорируют так что средства противодействия лазерам с развитием двигателей не меняются.

Космическое оружие: ракеты

Наряду с лазерами самое ожидаемое оружие космического боя. Отличается от пушек наличием двигателя и головки самонаведения либо системы дистанционного управления. Самое зависимое от технического уровня оружие ибо не всякий двигатель впихивается в то что язык поворачивается назвать ракетой.

Проще всего с ракетами в маскопанке — тот же корабль, только снято все лишнее вроде оружия, и отсека экипажа с СЖО. А вот броню лучше оставить ибо ракету будут пытаться сбить. Уклоняться от ракеты не то чтобы бесполезно, но малоэффективно. Не бегай от кавалерии — умрешь уставшим. При равных технологических уровнях одноразовая ракета всегда будет иметь больше приращения скорости и ускорения чем многоразовый корабль со всяким вооружением, включая те же ракеты и отсеком экипажа.

Зачем тогда нужен корабль? Казалось бы строй межпланетные баллистические ракеты и правь системой. Корабль нужен в качестве многоразовой первой ступени и системы целеуказания. Он же повышает оперативность реагирования приближая ракеты к потенциальному противнику на столько близко на сколько позволяют межпланетное право и позволяет реагировать гибко перемещая ракеты в зависимости от обстановки. Но чем же защитить корабль от ракет?

Броня в данном случае не эффективна ибо даже без ядерной боевой части химическая ракета стартовой массой в 1 тонну и конечной массой 100 кг может иметь дельту 7 км/с и заносить 2.45 ГДж кинетической энергии — почти 600 кг тротилового эквивалента. Единичные попадания такого удержать может и удастся, но не массированный обстрел. Как и в случае с кинетикой надо как-то прореживать налетающие ракеты. Но у кинетики было достаточно просто уворачиваться, что против ракет не работает.

Вариантов противоракетной обороны два: сбивать и отводить помехами. В современной земной войне уже пробовали оба (в основном на суше) и отвод помехами (на море и в воздухе). Теоретически моряки могут ракеты еще и сбивать, но на практике обычно предпочитают их дурить. Так исторически сложилось что первые успехи в борьбе с противокорабельными ракетами были у РЭБ (бой при Латакии) и дальше предпочитали проверенные методы. На суше же были случаи перехвата тактических ракет и противотанковых ракет при помощи комплексов активной защиты.

Для противоракетной обороны космос самая лучшая среда какую только можно придумать — нет горизонта и водной поверхности, затрудняющих работу ПРО морского флота. Ну хорошо горизонт есть на низких орбитах планет, но там он в сотнях и тысячах километров и вообще это скорее исключение. Нет атмосферы затрудняющей наведение в инфракрасном диапазоне в котором проще всего организовать многоканальность.

Совместное применение средств РЭБ и ПРО создает для ракет своеобразную вилку. Делая более продвинутые ГСН мы увеличиваем стоимость ракеты за счет удорожания ГСН. И мы больше не можем насыщать ПРО количеством. Но делая ракеты с простыми ГСН мы становимся уязвимыми к РЭБ. Впрочем в космосе для РЭБ все как бы не лучше чем на планете — ветром не сдувает дипольные отражатели и надувные ложные цели. Мы можем получить практически абсолютную защиту средствами РЭБ но только за счет отказа от маневрирования (кроме как на холодногазовых двигателях) и стрельбы из всего кроме специального оружия. Дешманские ракеты с примитивными инфракрасными ГСН могут перенаводиться на ИК-ловушки даже с работающих маршевых двигателей, но только двигателей уровня маскопанка — на более высоких у двигателей есть специфические излучения вроде рентгена. Кроме того мощность такая что шашка способная это имитировать будет весить ближе к сотням тонн.

И что же со всем этим делать ракете? Можно запускать больше ракет чтобы насытить ПРО и накрыть все ложные цели. Но это означает что ракеты будут кинетическими — ядерная боеголовка которая в типичном случае не попадает по цели наносит больше вреда ее применяющему.

Конечно у ядерной бомбы есть и такой поражающий фактор как радиация. Она бьет по объему и от нее вроде как должна хуже помогать РЭБ и ПРО. Но она опасна только для не слишком преисполненного трансгуманизмом экипажа и то по какой-то причине не ушедшего в противоядерное убежище. Метр полиэтилена или воды уменьшает плотность потока нейтронов в 1331 раз. Коэффициент качества нейтронного излучения 20 т.е. тот самый 1 Зиверт дающий легкую лучевую болезнь человеку в базовой комплектации соответствует 50 мГр. Площадь человеческого тела 1 квадратный метр при массе 70 кг. Приняв заведомо нереалистичное предположение о том что вся долетевшая радиация поглотиться в человеке имеем интенсивность нейтронного излучения вызывающую легкую лучевую болезнь в 3.5 Дж/м2. С учетом метра полиэтилена килотонная нейтронная бомба создаст такую дозу на смешной для космоса дистанции в 10 километров. Бомба может быть и мощнее, но тогда она будет и тяжелее. Боеголовка W88 мощностью чуть менее 500 кТ — конус диаметром пол метра и массой три центнера. А ведь к нему еще ракета должна прилагаться. С другой стороны килотонный боеприпас влезает в 155 мм артиллерийский снаряд. Короче говоря более мощному снаряду будет сложней сближаться с целью на опасное расстояние. А ведь наши 10 километров — лишь условно-опасная дистанция. Она совсем не означает гибели экипажа в муках, тем более моментальной.

Простое действие излучения на конструкцию корабля опять-же слишком быстро падает с расстоянием. Та же килотонна в 10 километрах даст лишь 12.7 кДж/м2. Это 3 грамма тротилового эквивалента, да еще и размазанные по метру. Зато если мы пропустили ядерную боеголовку на расстояние от ста метров (для килотонной) до трех километров (для мегатонной) — нам действительно скорее всего кирдык. Ну так и нечего их подпускать, как и класть все яйца в одну корзину суперлинкора.

Более перспективными для прорыва ПРО являются технологии рентгеновского лазера и касаба-пушки. Если первое популяризировал Дэвид Вебер, то второе пока малоизвестно и представляет собой ядерную бомбу прокачанную специальной плитой после взрыва улетающей к цели в виде плазмы. И то и другое позволяет не входить ракете в зону ближней ПРО, но все еще не решает проблему ложных целей. Эффективным средством активной обороны от лазерных и плазменных боеголовок будут кинетические противоракеты, дальнобойные лазеры и дроны с пулеметами слишком дешевые чтобы тратить на них ядерные бомбы. Последние интересны и в атаке будучи многоразовым и многозарядным инструментом, в отличие от ядерных ракет. Безусловно за дешевизну приходится платить разрушительной мощью но в эпоху активной защиты и радиоэлектронного противодействия грубая сила решает далеко не все проблемы.

Какие двигатели могут быть у ракет? Базовый вариант — химические жидкостные и твердотопливные. Практически достижимы приращения скорости в 10-15 км/с для 2-3 ступеней. Ядерные двигатели делают ракеты сильно дороже, что плохо для количества ракет в залпе. Проблема решается многоступенчатой схемой — ядерная первая ступень многоразовая разгоняет одноразовую химическую ракету.

Судя по всему основной задачей ракет в эскадренном сражении будет отвлечение огня противника на противоракетную оборону. Кроме того ракеты можно использовать для добивания кораблей потерявших системы ПРО в результате работы кинетики и лазеров. Правда такие корабли можно и на абордаж взять если только бой ведется на достаточно низкой относительной скорости.

На абордаж!

Казалось бы «абордаж в космосе» оксюморон, но в научной фантастике встречается достаточно часто, в том числе в претендующей на твердость «Экспансии». Сколько в нем сюжетной необходимости дать героям приключения тела (так называемый «дойлизм»), а сколько реальной тактической необходимости («ватсонианство»)?

На море исторически абордаж довольно долго был основным средством добиться решительных целей — гарантировано обезвредить корабль противника. Альтернативной был только «греческий огонь», доступный далеко не всем. Даже пороховая артиллерия долгое время не могла разобрать самые крупные и прочные корабли своего времени, правда могла сметать картечью команды противника перед абордажем, что демонстрировали англичане в Наполеонику.

В космосе корабль не может утонуть практически ни как. И экипаж не стоит на открытой палубе, а сидит в хорошо защищенном убежище. При этом, как было сказано ранее, «греческий огонь» в виде ядерной бомбы можно применить только когда корабль уже как минимум частично лишен боеспособности уничтожением установок ПРО. Возникает вопрос зачем терять еще ремонтопригодный корабль который можно захватить? Разумеется в случае войны с иной цивилизацией поставить трофейный корабль в строй сложно... Но его можно и нужно сдать ученым на изучение.

Стыковка с неуправляемым объектом уже была в реальности — «Салют-7». В случае кораблей даже маскопанка эту задачу можно считать решаемой по умолчанию.

Пафосной битве в темных коридорах подбитого космического крейсера мешают только два соображения: экипаж может просто сдаться в плен и экипаж может самоподорваться. Но опыт морского флота, где имелась опция взрыва крюйт-камеры, говорит нам что люди с нужной для самоподрыва системой ценностей на флот попадают не часто.

Сложнее со сдачей в плен. Тут все упирается в социалку сеттинга — на сколько западло сдаваться сразу после стыковки абордажного бота. Вполне возможна ситуация крайнего ожесточения конфликта когда в плену все равно хорошего ни чего не светит (Вархаммер 40000) но при этом просто взорвать корабль вместо с собой не получается по техническим причинам. Кроме того, в бою с абордажниками есть хотя-бы призрачные шансы на победу и выживание, а вот «стандартный протокол марсианского флота» из «Экспансии» — гарантированная смерть. Обычно люди выбирают призрачный шанс.

И так, допустим просто принять капитуляцию команды корабля не получилось. Как будут выглядеть «агрессивные переговоры» о сдаче?

Часто (в тех же "Заметках о космической фантастике" Вадима Скумбриева) пишут об опасности разгерметизации поскольку обшивка жилых модуле обязательно будет тонкой ради экономии массы. Это слепой перенос реалий современной космонавтики в будущее без учета изменившихся реалий. Во-первых любому космическому кораблю нужна радиационная защита. Конечно по-минимуму достаточно убежища от вспышек, но с освоением добычи топлива на Луне совсем не проблема сделать круговую защиту всего жилого модуля чтобы избавить пассажиров от необходимости бегать в убежище. А это несколько сантиметров алюминия либо полиэтилена - от стрелковки защитит с запасом. У военного корабля тем более экономия на спичках в смысле на массе брони жилых отсеков выльется в перерасход на их ремонт после боя.

Коме того существует такая штука как закон квадрата-куба. Площадь поверхности растет медленней массы и потому по мере роста наших космолетов толщина брони при сохранении ее доли в массе будет увеличиваться.

И так. Стенки жилых модулей скорее всего достаточно прочны для удержания автоматной пули. Кроме того после обработки из корабельных орудий, сделавшей абордаж вообще возможным, часть отсеков уже разгерметизирована и воевать все равно придется в скафандрах.

Из-за этих самых скафандров будут малоэффективны гранаты - основа современной тактики зачистки помещений. Скафандр делается из той же баллистической ткани что и бронежилет ибо от него требуется держать внутреннее давление, либо эмулировать его если это биосьют. Кроме того даже без экзоскелетов скафандры можно серьезно добронировать ибо на большей части корабля невесомость, а на меньшей пониженная гравитация. А поскольку бойцы в любом случае в скафандрах на случай разгерметизации, если не случайной то преднамеренной, мелкие осколки и ударная волна ни кого не впечатлят.

Гранаты могут заменить дроны-собаки из «Розы и Червя». Они же являются возможным ответом на вопрос «зачем сопротивляться?». Белковые космопехотинцы с обеих сторон ни чем не рискуют пока живы их дроны. Как только дроны выбиты — можно сдаваться со спокойной совестью в силу исчерпания возможностей к сопротивлению. Если же дроны по какой-то причине отсутствуют то в отсутствии эффективных гранат бой будет одним из двух:

1. Малопродуктивной перестрелкой из-за укрытий до тех пор пока у одной из сторон не закончатся боеприпасы. Это если пули берут бронескафандр. Впрочем если одна из сторон существенно опережает по огневой и тактической подготовке она может и перестрелять противника.

2. Резней на холодном оружии по правилам панцерфехта если пули бронескафандр не берут. Да пиломечи и плазменные клинки где-то рядом.

Очевидно что абордаж возможен лишь в случае боя на низких относительных скоростях - иначе захватившая поврежденный корабль абордажная партия вместе с ним и улетит.