Czy możemy już zejść z Ziemi i zacząć budować bazy na Księżycu lub asteroidzie? Jak podkreślono w ostatnim poście na blogu Urzędu Nauki i Technologii, jednym ze sposobów na szybkie osiągnięcie tego celu może być użycie zasobów na stronie. Ale jak w ogóle zacząć? Czy stać nas na to teraz, w trudnym klimacie gospodarczym?
Magazyn Space rozmawiał z Philipem Metzgerem, byłym starszym fizykiem badawczym w NASA Kennedy Space Center, który obszernie badał ten temat na swojej stronie internetowej i w opublikowanych artykułach. Twierdzi, że zrobienie kosmosu w ten sposób byłoby podobne do tego, w jaki sposób pielgrzymi badali Amerykę Północną. W pierwszej z trzyczęściowej serii nakreśla uzasadnienie i pierwsze kroki, aby się tam znaleźć.
UT: Mówi się, że korzystanie z zasobów na Księżycu, Marsie lub asteroidach będzie tańsze niż transport wszystkiego z Ziemi. Jednocześnie istnieją nieodłączne koszty początkowe związane z opracowaniem technologii przeprowadzania tej ekstrakcji, a także wysyłaniem tam tego sprzętu, między innymi. Jak pogodzić te dwie rzeczywistości?
PM: Przemysł kosmiczny będzie miał ogromny zwrot, ale jego uruchomienie będzie kosztowne. Kilka lat temu byłem sfrustrowany, ponieważ nie sądziłem, że same interesy handlowe będą wystarczające, aby w pełni rozpocząć działalność w naszym pokoleniu, więc zadałem pytanie, czy możemy znaleźć niedrogi sposób dla rządów świata (lub filantropów lub inni, którzy mogą nie mieć bezpośredniego interesu komercyjnego), aby rozpocząć, po prostu ze względu na korzyści społeczne, jakie przyniesie? Właśnie dlatego wraz z moimi kolegami napisaliśmy artykuł „Niedrogi szybki rozruch przemysłu kosmicznego i cywilizacji Układu Słonecznego”.
Opowiadamy się za podejściem do ładowania, ponieważ pomaga rozwiązać problem wysokich kosztów uruchomienia i umożliwia ludzkości szybkie czerpanie korzyści, ponieważ szybko ich potrzebujemy. Metoda ładowania początkowego działa w ten sposób: zamiast budować cały sprzęt na Ziemi i wysyłać go w kosmos gotowy do rozpoczęcia produkcji, możemy wysłać zredukowany zestaw sprzętu w kosmos i zrobić tylko trochę tego, czego potrzebujemy. Możemy wysłać resztę wyprodukowanych części z Ziemi i połączyć je z tym, co zrobiliśmy w kosmosie. Z czasem to robimy, dopóki nie osiągniemy pełnej zdolności produkcyjnej w kosmosie.
W ten sposób budowały się kolonie na Ziemi, aż w końcu były w stanie dopasować się do przemysłu swoich ojczyzn. Na przykład pielgrzymi nie przywieźli do Mayflower całych fabryk z Europy. Teraz zbudowanie amerykańskiego przemysłu zajęło setki lat, ale dzięki robotom i zaawansowanej produkcji oraz z pewną celowością możemy to zrobić znacznie szybciej przy wciąż przystępnej cenie. Zrobiliśmy podstawowe modelowanie tego podejścia do ładowania i wygląda na to, że byłby to niewielki element naszego rocznego budżetu kosmicznego i mógłby ustanowić branżę w ciągu zaledwie kilku dekad.
Myślę, że nawet ważniejsze niż koszt jest to, że dzięki podejściu do ładowania możemy zacząć od razu. Nie musimy z góry kończyć całego projektu i rozwoju. Rozkłada również koszty w czasie, więc roczne wydatki są bardzo niskie. Daje nam to czas na rozwinięcie naszej strategii, aby dowiedzieć się, co działa i co przyniesie bardziej natychmiastowe korzyści ekonomiczne w miarę postępów. Wiele osób szuka natychmiastowych sposobów na spłatę w kosmosie. Są też świetne pomysły i jestem pewien, że odniosą sukces. Jednym z przykładów jest skonfigurowanie operacji wydobywania, która zatankuje satelity komunikacyjne na orbicie geosynchronicznej. Tego rodzaju działania przyczynią się do wysiłków zmierzających do rozpoczęcia przemysłu w kosmosie i skorzystają z niego, a także wygenerują dochód na sfinansowanie ich części wysiłku.
UT: Dlaczego uważasz, że Księżyc jest dobrym miejscem do rozpoczęcia operacji? Jakie byłyby na początku jakieś działania? Jak stamtąd przenosimy się do reszty Układu Słonecznego?
Kiedy ja i moi koledzy napisaliśmy ten artykuł, częściowo skupiliśmy się na Księżycu, ponieważ miało to miejsce podczas programu NASA Constellation dotyczącego założenia księżycowej placówki. Jednak równie możliwe jest użycie asteroid w pobliżu Ziemi, aby rozpocząć ten przemysł kosmiczny, lub użycie obu. W każdym razie musimy rozpocząć przemysł kosmiczny blisko Ziemi. Dzięki temu koszty transportu będą niskie podczas uruchamiania. Pozwala nam także pracować ze znacznie krótszym opóźnieniem w komunikacji radiowej, co jest ważne na wczesnych etapach, zanim robotyka stanie się wystarczająco zautomatyzowana. Idealnie byłoby, gdyby przemysł był w pełni zautomatyzowany; chcemy, aby roboty przygotowały drogę dla ludzi.
Jeśli jednak uważamy, że będziemy potrzebować ludzi podczas pierwszego uruchomienia branży - na przykład do naprawy lub rozwiązywania problemów z uszkodzonym sprzętem lub do wykonywania skomplikowanych zadań, których roboty nie mogą jeszcze wykonać - wtedy start w pobliżu Ziemi staje się jeszcze ważniejszy. Okazuje się, że zarówno Księżyc, jak i asteroidy są doskonałymi miejscami do rozpoczęcia przemysłu. Wiemy teraz, że mają dużo wody, minerały, z których można rafinować metale, węgiel do produkcji tworzyw sztucznych i tak dalej. Cieszę się, że w obu lokalizacjach firmy planują rozwijać wydobycie, abyśmy mogli zobaczyć, co działa najlepiej.
Innym powodem, dla którego należy rozpocząć przemysł blisko Ziemi, jest to, że może on uzyskać wczesny zwrot z inwestycji. Ostatecznie, gdy wszystko, w tym statki kosmiczne i magazyny tankowania, powstaje w kosmosie przez autonomiczną robotykę, przemysł staje się samowystarczalny i zwróci nam nieocenioną kwotę bez dodatkowych kosztów. Dotarcie do tego punktu wymaga jednak poważnych inwestycji i łatwiej będzie je zainwestować, jeśli coś odzyskamy. Jakiego rodzaju zwrot może nam dać w najbliższym czasie? Prowadzę listę pomysłów na zarabianie pieniędzy w kosmosie, a na liście jest około 19 pozycji, niektóre szalone, a niektóre nie tak szalone. Kilka poważnych pomysłów to: turystyka kosmiczna; wytwarzanie i sprzedaż materiałów napędowych do NASA na misje poszukiwawcze i naukowe; zwracanie metali takich jak platyna do sprzedaży na Ziemi; oraz wytwarzanie części zamiennych do innych działań w kosmosie.
Niektóre z pierwszych rzeczy, które będziemy robić na Księżycu lub asteroidach, obejmują doskonalenie technik wydobywania przy niskiej grawitacji, uczenie się, jak wytwarzać ogniwa słoneczne z regolitu oraz uczenie się, jak wydobywać przydatne metale z minerałów, których nie można by tutaj uznać za „rudę” na ziemi. Wszystkie te są możliwe i wymagają tylko niewielkich inwestycji, aby mogły działać.
Potrzeba dziesięcioleci wysiłków, aby przemysł kosmiczny był samowystarczalny. Może 2 dekady, jeśli zaczniemy od razu i pracujemy stabilnie, a może 5 dekad, jeśli będziemy mieli niższy poziom finansowania. Ale jeśli robotyka postępuje tak szybko, jak się spodziewają roboty, wkrótce nie będzie zadania produkcyjnego, którego robot nie mógłby wykonać. Kiedy nadejdzie ten dzień i stworzymy kompletny łańcuch dostaw w kosmosie, łatwo będzie wysłać zestawy sprzętu na główny pas asteroid, aby rozpocząć wydobycie i produkcję tam, gdzie zasoby są miliardy razy większe niż zasoby mamy na Ziemi.
Następnie przemysł mógłby zbudować statek desantowy, aby zabrać sprzęt na powierzchnię Marsa, gdzie może budować miasta, a nawet terraformować planetę. Kiedy mamy maszyny, które mogą wykorzystywać lokalne zasoby do wykonywania pracy i budowania swoich kopii, mogą one pełnić tę samą rolę na suchych światach, jaką życie biologiczne odgrywało tutaj na naszej mokrej Ziemi. Mogą przekształcić środowisko i stać się łańcuchem pokarmowym, aby te światy były miejscami, w których ludzkość może pracować i żyć. Zdaję sobie sprawę, że to brzmi zbyt ambitnie, ale 20 do 50 lat rozwoju technologii zrobi ogromną różnicę, a my mówimy tylko o produkcji - nie o rakietach - i jest to coś, w czym już jesteśmy całkiem dobrzy tutaj na Ziemi. Przy odrobinie ekstrapolacji w przyszłość nie jest to szalony pomysł.
UT: Jakie są główne elementy sprzętu i robotyki, których potrzebujemy, aby osiągnąć te cele?
PM: Istnieje ciekawy projekt open source rozwijający coś, co nazywają „Global Village Construction Set”. To 50 maszyn, które będą w stanie zrestartować cywilizację. Obejmuje rzeczy takie jak wiatrak, koparko-ładowarka i drukarka 3D. Potrzebujemy odpowiednika „Zestawu budowy wioski księżycowej / planetoid”.
Badanie zostało przeprowadzone przez NASA w 1980 r. W celu ustalenia, jaki zestaw maszyn jest potrzebny w fabrykach na Księżycu, aby zbudować 80% własnych części. Pozostałe 20% musiałoby być stale dostarczane z Ziemi. W naszym artykule argumentowaliśmy, że możemy zacząć od zamknięcia mniejszego niż 80%, co czyni go bardziej przystępnym cenowo i pozwala nam zacząć dzisiaj, ale system powinien ewoluować, aż osiągnie 100% zamknięcia. Tak więc pierwszy zestaw sprzętu może wytwarzać surowe ogniwa słoneczne, metal, metalowe elementy drukowane w 3D i paliwa rakietowe.
Właśnie to pozwoli nam stworzyć znaczną masę sprzętu nowej generacji, a także wesprzeć sieć transportową. Z czasem chcemy opracować cały łańcuch dostaw, który byłby większy niż tylko 50 różnych typów maszyn. Ale zanim umieścimy cokolwiek w kosmosie, będziemy chcieli przetestować je w trudnych lokalizacjach na Ziemi, a podczas tego procesu odkryjemy, który zestaw maszyn ma największy sens dla pierwszej generacji. Chodzi o to, aby uczyć się na bieżąco, abyśmy mogli zacząć od razu.
To pierwszy z trzyczęściowej serii o budowie bazy kosmicznej. Jutro: ile by to zajęło? Pojutrze: inteligentne roboty zdalne.
