Ru

Производство

Освоение космического пространства открывает для человечества доступ к неограниченным материальным и пространственным ресурсам Вселенной, среда которой обладает исключительными технологическими условиями

Шанс восстановить экологию планеты

Неограниченные и уникальные ресурсы Вселенной станут доступны, как только человечество вступит на путь индустриализации космоса, что позволит создать новую космическую экономику невероятных возможностей.

У жителей Земли появится шанс восстановить экологию планеты, обеспечить индустриальный путь развития на более высоком технологическом уровне, а также решить все на планете социально-экономические проблемы

Факторы конкурентоспособности производства в космосе

Ресурсные

  • Невесомость в режиме 24/7

  • Глубокий вакуум в режиме 24/7

  • Неисчерпаемая сырьевая база

  • Солнечная энергия в режиме 24/7

  • Бесконечное пространство

  • Идеальная чистота

  • Криогенные температуры

  • Отсутствие выбросов СО₂ и других загрязнений в земную атмосферу, воду и почву

Ценовые космические

  • Роботизация космических производств → отсутствие фонда оплаты труда и налогов; экологическая безопасность для земной биосферы

  • Высокая автоматизация технологических процессов → минимум операционных затрат

  • Возможность использования эффективных (однако экологически грязных или опасных, с позиций земной биосферы) технологий, запрещённых на Земле

  • Минимум или отсутствие затрат на природоохранные мероприятия, утилизацию и захоронение отходов

  • Лёгкость и простота космического оборудования /технологий → минимизация капитальных и эксплуатационных затрат

  • Снижение затрат на производство и доставку продукции на Землю при использовании ОТС

Ценовые некосмические (косвенные)

  • Ужесточение экологических норм и природоохранных требований на планете

  • Экоориентированность космической индустрии, размещённой на удалении от жизни на планете, позволит получить налоговые и торговые преференции

  • Низкие тарифы на энергию и сырьё, а также на потребляющий энергию космический транспорт для всей космической индустрии

Развитие производства

На Земле

  • Производство природных экологически чистых продуктов питания

  • Получение «зелёной» электроэнергии, тепла (в холодном климате) и холода (в жарком климате) без ущерба для биосферной экологии

  • Строительство экокомфортного жилья, производственных зданий и сооружений

  • Транспортная, энерго- и информационная экоориентированная инфраструктура и др

В космосе

  • Энергетика

  • Изготовление композитных материалов

  • Выпуск кремниевых пластин

  • Выращивание монокристаллов

  • Электроника

  • Машиностроение

  • Металлургия

  • Химические и биотехнологии

  • Космическая медицина

  • Робототехника

  • Космическое строительство

  • Сельское хозяйство для космических нужд

  • Изготовление высокопрочных, сверхчистых, сверхтвёрдых и др. уникальных материалов

  • Транспортная, энерго- и информационная космическая инфраструктура

На астероидах и иных небесных телах

Добыча полезных ископаемых

  • железная руда

  • платина

  • кобальт

  • золото

  • марганец

  • молибден

  • никель

  • палладий

  • родий

  • другие минералы

Примеры возможностей

  • Сравнительно небольшой металлический астероид диаметром 1,5 км может содержать в себе различных металлов, в том числе драгоценных, на сумму 20 трлн USD

  • Всего лишь в одном астероиде диаметром 1 км может находиться до 2 млрд тонн железно-никелевой руды, что соответствует общему объёму добычи руды во всём мире за целый год (в денежном эквиваленте более 100 млрд USD)

Космический вектор индустриализации предполагает, что сначала создаются и затем стремительными темпами наращиваются мощности базисных отраслей космической индустрии

Речь идёт о космической солнечной и водородной энергетике, космическом транспорте, добыче и переработке минерального сырья астероидов и других космических тел, производстве из этого сырья конструкционных материалов и композитов, промышленных элементов, узлов и оборудования, строительстве на экваториальных орбитах Земли промышленных и жилых биосферных кластеров

Строительство

Практическая индустриализация околоземного космического пространства должна начаться с первым запуском ОТС

КИО «Орбита»: первый шаг к космической инфраструктуре

В первую очередь создаётся космическое индустриальное ожерелье «Орбита» — орбитальный транспортно-инфраструктурный и индустриально-жилой комплекс, охватывающий планету в плоскости экватора, размещаемый на низких околоземных орбитах.

Протяжённость КИО «Орбита», например, для орбиты высотой 400 км, составит 42 600 км

Узнать подробнее

В течение базовой индустриализации космоса необходимо

  1. Сформировать вдоль низких экваториальных орбит строительно-монтажные участки

  2. Поднять и смонтировать несущие (силовые) и транспортно-коммуникационные компоненты КИО «Орбита», завершив строительство этой опорной конструкции со всей космической транспортной и энергоинформационной инфраструктурой в течение первых двух лет полётов ОТС

  3. Возвести ЭкоКосмоДома для персонала, обслуживающего КИО «Орбита»

  4. Построить на опорной и инфраструктурно-обеспеченной орбите первую группу космических индустриальных кластеров, используя конструкционные материалы, доставленные с Земли

  5. На базе возведённых кластеров создать космический строительно-промышленный комплекс по производству конструкционных материалов из космического сырья, что позволит приступить к массовому строительству индустриальных кластеров — их в будущем должно быть не менее 100 000 (примерно через каждые 400 м вдоль орбиты) для последующей широкомасштабной индустриализации космоса

  6. Параллельно приступить к развёртыванию на орбите группы солнечных электростанций

Энергетика

Приоритетное наращивание мощностей космической энергетики является стратегической задачей и материальной основой вектора космической индустриализации.

Использование солнечной энергии для нужд космической промышленности

На орбите легко организовать мощную энергетику, необходимую для орбитальных индустриальных нужд: с 1 м² освещённой поверхности можно получить около 1 кВт мощности, взятой у природного термоядерного реактора — Солнца.

Следовательно, основу энергетики индустриального космоса могут составить космические солнечные электростанции (КСЭС), например, в виде плёночных панелей площадью в десятки квадратных километров, отражающих сфокусированный солнечный свет на приёмное устройство

Факторы эффективности космических солнечных энергоустановок

  • Возможность перенаправления космической солнечной энергии на Землю в виде радиоволнового излучения или водорода, полученного в космосе из воды с помощью электролиза

  • Исключение затрат на топливо (на Земле затраты на топливо составляют 50–70 % себестоимости в случае с тепловыми и атомными электростанциями)

  • Отсутствие расходов на очистку/утилизацию экологически вредных выбросов тепловых электростанций

  • Автономность космической технологической составляющей не требует обслуживания и присутствия человеческих ресурсов, что существенно сокращает затраты на оплату труда и социальные отчисления

  • Внутренний космический тариф

  • Уменьшение издержек на амортизацию и ремонт

  • Отсутствие издержек на захоронение радиоактивных отходов и отработавшего ресурс заражённого оборудования атомных электростанций

  • Высокая мощность солнечного потока — 1366 Вт/м² (на поверхности Земли в несколько раз ниже из-за потерь в атмосфере, облачности, ночных простоев и др.)

  • Исключение или минимизация расходов на магистральную транспортировку электроэнергии к различным территориальным потребителям, в том числе в труднодоступных и удалённых районах

Векторы использования космической солнечной энергии

  1. Экспорт на Землю в виде радиоволнового излучения или водорода, полученного из воды с помощью электролиза

  2. Электроэнергия для собственных нужд космической индустрии

Электроэнергия

Себестоимость электроэнергии КСЭС по сравнению с себестоимостью электроэнергии, генерируемой на Земле, прогнозируется:

  • В 5 раз ниже при использовании космических технологий на базе ракет-носителей

  • В минимум 50 раз ниже при создании энергетических технологий в космосе на базе ОТС

Водородное топливо

Планируется вырабатывать недорогое водородное топливо из балластной воды ОТС, а позже и изо льда, добытого на астероидах

Освоение дальнего космоса

Низкие внутренние космические тарифы на электрическую энергию и водородное ракетное топливо позволят приступить к освоению дальнего космоса.

Речь идёт не только о запуске и обслуживании большого числа околоземных спутников и последующей их утилизации. Станут возможными отправка индустриальных экспедиций к астероидам, обеспечение энергоёмких процессов добычи и переработки горной породы, доставка индустриальных объёмов астероидного сырья на орбиту и экспорт части сырья и космической продукции на Землю

ОТС — линейная кинетическая электростанция

При функционировании космической индустрии на полную мощность обратный грузопоток с орбиты на планету значительно превысит прямой грузопоток, что позволит преобразовывать потенциальную и кинетическую энергию космического груза, доставляемого на Землю, в электричество. Благодаря этому себестоимость геокосмических перевозок приобретёт так называемое отрицательное значение.

Значит, геокосмический комплекс ОТС станет приносить прибыль не только как транспорт, но и как гигантская линейная кинетическая электростанция с чистой энергетической прибылью около 200 USD за тонну избыточного груза. Поэтому, например, 400 млн тонн избыточного груза в год обеспечат чистую энергетическую прибыль в сумме 80 млрд USD.

По мере того как будет сокращаться техносфера Земли и станут наращиваться аналогичные мощности на орбите, космическая электроэнергетика не только сохранит свою загруженность, но и переключится с экспорта электроэнергии на Землю на снабжение вновь создаваемых мощностей космической индустрии

Металлургия

Многие металлургические технологии, предусматривающие плавление сырья, могут быть более эффективными в космосе, так как будут происходить в невесомости, бесконтактно и в абсолютно чистой среде в лучшем из теплоизоляторов — вакууме

Автоматизиция производства в невесомости

Современный уровень 3D-технологий позволяет автоматизировать и роботизировать производство в невесомости и вакууме практически любой продукции, а также обеспечить композицию материалов или финишное качество поверхностей

На Земле

    Гравитация

    В процессе создания или обработки большинство твёрдых материалов проходит стадию размягчения или плавки. Пластический или жидкий материал должен удерживаться стенками технологического оборудования. Неровности стенок и их контакт с расплавом – причина изъянов в структуре материала.

    Вместе с тем гравитация вызывает конвективные течения вдоль температурных градиентов в слоях жидкости, которые носят хаотический характер, что приводит к нежелательной структурной неоднородности материалов.

    Если жидкость состоит из двух и более частей, то гравитация (в силу разности физических свойств материалов) способствует их сепарации, не позволяя получить однородную структуру.

    Отсутствие вакуума

    В сравнительно небольших объёмах искусственного вакуума неизбежно влияние эффекта накопления распыляемых материалов и примесей на развитой поверхности стенок вакуумной оснастки и их последующего неконтролируемого реиспарения.

    Присутствует поверхностное натяжение

    Часто используется в создании гидрофобных поверхностей.

    Ресурсоёмкость создания температур ниже 120 К

    Ресурсоёмкость создания высоких температур

В космосе

    Невесомость

    Материалы или их композиты, произведённые в космосе, однородны, не имеют дефектов структуры и обладают на порядок лучшими качественными показателями.

    Можно производить уникальные материалы. К примеру, выплавлять пеносталь, более прочную, чем обычная сталь, но которая при этом не будет тонуть в воде и подвергаться коррозии.

    Высокие температуры за счёт концентрации солнечной энергии

    Преобладает поверхностное натяжение

    Любой расплавленный материал в условиях невесомости автоматически приобретает форму сферы, после чего ему можно придать нужную конфигурацию незначительным воздействием внешних сил, созданных в акустическом, электромагнитном или электростатическом поле.

    Криогенные температуры в тени конструкций

    Возможность быстрого охлаждения до сверхнизких температур, что (особенно в сочетании с наличием глубокого вакуума) открывает перед технологами новые способы управления фазовым составом производимых материалов, степенью их однородности, характером и плотностью дефектов кристаллической решётки.

    Чистота и глубокий вакуум

    Чистота материалов – одно из важнейших признаков однородности структуры, а также качества материалов и изделий с их применением.

Дистанционное управление производством для эффективности и гибкости

В силу описанных принципов формообразования и цифрового управления указанные технологии позволяют производить дистанционную переналадку производственных программ, что исключает простои и затраты на изготовление и перенастройку оснастки, расширяя продуктовую линейку без дополнительных логистических издержек

Добыча полезных ископаемых

Полезные ископаемые, содержащиеся в астероидах (при прочих равных условиях транспортной доступности и наличия электроэнергии) способны приносить несоизмеримо бóльшие прибыли, чем земные месторождения, потому что содержание полезных минералов в космической руде достигает значений, близких к самородному.

Добыча полезных ископаемых за пределами Земли

Благодаря эффективности и грузоподъёмности ОТС, а также возможности создать высокоэффективную космическую солнечную энергетику, добыча и переработка космических полезных ископаемых полностью вытеснит эти отрасли на Земле

На Земле и в космосе

  • золото

  • кобальт

  • железо

  • марганец

  • молибден

  • никель

  • осмий

  • палладий

  • платина

  • рений

  • рутений

  • другие минералы

На Земле

  • Более 4 млрд лет назад на Земле из-за её большой массы начала происходить дифференциация недр, в результате чего большинство тяжёлых элементов под действием гравитации опустилось к ядру планеты, поэтому кора оказалась обеднённой тяжёлыми элементами

  • Содержание полезных элементов во вкраплённых (бедных) рудах составляет 0,2–1,5 % Ni, 0,3–2 % Cu и 2–10 г/т металлов платиновой группы

  • Являются остатками астероидов, упавших на Землю во время ранней метеоритной бомбардировки

  • Добываются из верхних слоёв земной коры

  • Много вкраплённых руд

В космосе

  • На многих астероидах из-за незначительной массы никогда не происходила дифференциация недр, поэтому все химические элементы распределены более равномерно

  • Характерна нерудная самородная форма полезных ископаемых

  • Ближайшие к Земле астероиды (на сегодняшний день насчитано около 800) достаточно подробно изучены и классифицированы по размерам и элементному составу

  • В недрах среднего астероида диаметром 1 км находится порядка 30 млн тонн никеля, 1,5 млн тонн кобальта и 7500 тонн платины, оцениваемые в триллионы долларов

  • Содержание полезных элементов в богатых рудах — 2–5 % Ni, 0,3–2 % Cu и 5–100 г/т металлов платиновой группы

Добыча в космосе экономит ресурсы

Затраты на добычу космических самородных металлов гарантированно меньше земных, причём пропорционально разнице концентраций, которая достигает нескольких десятков крат ввиду отсутствия обогащения руд

В ресурсодобывающих отраслях не будут направляться средства на очистку или утилизацию вредных выбросов, возврат пустой породы в карьер и его рекультивацию.

Горно-шахтное оборудование станет отличаться низкой удельной материалоёмкостью и, соответственно, меньшими капитальными и эксплуатационными расходами и амортизационными отчислениями

Биотехнологии

Невесомость, вакуум, чистота технологической среды, криогенные и высокие температуры и другие факторы открывают самые широкие технологические возможности не только для материаловедения и металлургии, но и для производства неметаллических видов материалов, веществ и компонентов, включая органические и биологически активные вещества, что расширяет перспективы для медицины, сельского хозяйства, исследований физиологических особенностей живых организмов в условиях космоса

biotechnology

В условиях невесомости

  • Редуцируется конвекция

  • Исключается седиментация

  • Меняются процессы метаболизмов

  • Используются существующие асептические условия

  • Сохраняется гетерогенность фаз и содержимого жидкостей

  • Создаются благоприятные условия для процессов кристаллизации белков и т. д.

Вакуум в сочетании с невесомостью позволит освоить производство уникальных сверхчистых и сверхпрочных веществ и материалов, в том числе наноматериалов и биопрепаратов

Научно-исследовательские эксперименты в замкнутой экосистеме ЭкоКосмоДомов

Узнать подробнее

  • Создание искусственной окружающей среды

  • Круговорот газов и их смесей

  • Физиология и биохимия роста и развития растений и животных

  • Круговорот воды и системы её очистки

  • Экологические особенности взаимодействия микроорганизмов

  • Эффективность почвенных субстратов в замкнутых средах

Автоматизация открывает новые возможности для биотехнологий

Полная роботизация и отсутствие человеческого фактора при биотехнологическом производстве, кроме минимизации фонда оплаты труда и снижения прямых затрат, будут способствовать существенному расширению технологических возможностей за счёт использования более эффективных, но при этом опасных или ядовитых веществ.

Подобные условия позволят биотехнологам и биологам проводить новые исследования потенциала организмов на биохимическом и физиологическом уровне, производить более качественные препараты по минимальной цене за счёт снижения энерго- и трудозатрат

Космическая промышленность как путь к восстановлению Земли

Сценарное развитие вектора индустриализации космоса предполагает, что по мере перехода на самообеспечение «даровыми» и неограниченными космическими ресурсами экономика индустриального космоса одержит убедительную победу над техносферой Земли.

В результате на Голубой планете останутся лишь те отрасли техносферы, которые или не оказывают вредного воздействия на биосферу, или достаточно эффективны и несильно истощающие природные ресурсы, или те, без которых человечеству сложно обойтись.

В дальнейшем обладание ресурсами космоса позволит осуществить восстановление первозданного облика земных ландшафтов и заново отстроить гармонизирующий с природой новый уклад жизни

Научные статьи по теме

Создание промышленности в ближнем космосе Замкнутая экосистема