Машины создания

Рассмотрите высокую стоимость выхода на орбиту сегодня – тысячами долларов за килограмм. Откуда она происходит? Наблюдателю запуска челнока, потрясённому рёвом и напуганному пламенем, ответ кажется очевидным: топливо должно стоить кучу денег. Даже авиалинии платят примерно половину своих операционных издержек за топливо. Ракета напоминает лайнер – она сделана из алюминия и начинена двигателями, системами управления и электроникой – но топливо составляет почти всю её массу, когда она стоит на взлётном поле. Таким образом можно ожидать, что на топливо приходится порядком более половины операционных издержек ракеты. Но это ожидание ошибочно. В полёте на Луну на стоимость топлива, которое было необходимо, чтобы достичь орбиты, приходилось менее чем миллион долларов – несколько долларов за килограмм, отправленный на орбиту, лишь малая доля процента всех затрат. Даже сегодня топливо остаётся незначительной частью стоимости космического полёта.

Почему полёт в космос стоит настолько дороже, чем авиарейс? Отчасти, потому что космический корабль не делается серийно; это вынуждает изготовителей покрывать их затраты на разработку из продаж только нескольких единиц, и делать те немногие единицы вручную по высокой стоимости. Далее, большинство космических кораблей выбрасывается после одного использования, и даже челноки летают только несколько раз в год – их стоимость не может быть распространена на несколько рейсов в день в течение многих лет, в то время как стоимость воздушных лайнеров может. Наконец, затраты космопорта сейчас распределяются только на несколько полётов в месяц, тогда как большие аэропорты могут распределять свои издержки на многие тысячи. Всё это сходится воедино, чтобы сделать полёт в космос обескураживающе дорогим.

Но исследования аэрокосмической компании Боинг (это – люди, которые обеспечили большую часть мира недорогими реактивными транспортными средствами) показывают, что флот, состоящий из челноков действительно многократного использования, на которых летают и которые поддерживаются подобно воздушным лайнерам, снизил бы стоимость выхода на орбиту в 50 раз и более.

Космос предлагает обширные возможности для промышленности. Хорошо известны преимущества спутников связи и наблюдений с орбиты за космическими и земными объектами. Будущие спутники связи будут достаточно мощны, чтобы связываться с ручными станциями на земле, принеся окончательную мобильность в телефонных услугах. Компании уже предпринимают усилия, чтобы извлечь преимущество нулевой гравитации для выполнения тонких процессов сепарации, чтобы делать улучшенные фармацевтические препараты; другие компании планируют выращивать улучшенные электронные кристаллы. За годы до того как ассемблеры вступят в производство материалов, инженеры будут использовать космическую среду, чтобы расширить возможности балк-технологии. Космическая промышленность будет обеспечивать растущий рынок для услуг запуска кораблей, снижая издержки по запуску. Падение издержек по запуску в свою очередь будет стимулировать рост космической промышленности. Ракетный транспорт на земную орбиту наконец станет экономически оправданным.

Космические проектировщики и предприниматели уже смотрят далее земной орбиты на ресурсы солнечной системы. Однако в дальнем космосе ракеты быстро станут слишком дорогим средством транспортировки – они будут сжирать топливо, которое само должно было транспортироваться ракетой в космос. Ракеты на сжигаемом топливе стары как китайские фейерверки, намного старше "флага, усыпанного звёздочками". Они развились по естественным причинам: компактные, мощные и полезные для военных, они могут пробиваться сквозь воздух и противодействовать сильной гравитации. Однако космическим инженерам известны альтернативы.

Транспортным средствам не требуется огромных взрывов энергии, чтобы двигаться через свободный от трения вакуум космоса. Маленькие силы могут медленно и устойчиво разгонять транспортное средство до огромных скоростей. Поскольку энергия имеет массу, солнечный свет, попадающий в тонкое зеркало – солнечный парус, обеспечивает такую силу. Притяжение гравитации Солнца обеспечивает другую силу. Вместе давление света и гравитация могут носить космические корабли в любое место Солнечной системы и обратно. Только жар вблизи Солнца и сопротивление атмосфер планет будут ограничивать путешествия, заставляя паруса избегать эти места.

НАСА изучило солнечные паруса, разработанные, чтобы их везти в космос в ракетах, но они должны быть довольно тяжелы и прочны, чтобы выдержать нагрузку запуска и разворачивания. В конце концов инженеры будут изготавливать паруса в космосе, используя структуры с высоким отношением прочности к массе для поддержки зеркал из тонкой металлической плёнки. Результатом будет "световой парус", высокоэффективный тип солнечного паруса. После ускорения в течение года световой парус может достичь скорости сто километров в секунду, оставляя самые быстрые сегодняшние ракеты далеко позади.