Робърт Зубрин
Икономическата жизнеспособност на колонизацията на Марс (6)

Междупланетна търговия

Марс е най-добрата цел за колонизация в Слънчевата система, защото той има несравнимо най-големия потенциал за самозадоволяване. Въпреки всичко, дори с оптимистично екстраполиране на роботизирани производствени техники, Марс няма да има необходимото разделение на труда, за да може той изцяло да се самозадоволява до момента, в който населението му наброява милиони. Така ще бъде необходимо за дълго време, а ако може — завинаги, Марс да има способност да плаща за вноса на специализирани промишлени стоки от Земята. Тези стоки могат да бъдат доста ограничени като маса, тъй като само малки дялове (по тегло) на дори силно високотехнологични стоки са действително сложни. Въпреки това, тези по-малки сложни артикули ще трябва да бъдат изплатени и тяхната цена силно ще нарасне поради високите цени за изстреляния от Земята и междупланетния транспорт. Какво вероятно може в замяна Марс да експортира обратно на Земята?

Това е въпросът, който е накарал мнозина да считат колонизацията на Марс за трудна, или поне по-маловажна спрямо изгледите за Луната. В края на краищата, Луната има своите местни запаси от хелий–3, изотоп, който не се намира на Земята и който може да е с голяма стойност като гориво за термоядрените реактори. Марс няма известни източници от хелий–3. Поради своята сложна геологична история, Марс може да има концентрирани минерални руди, с много по-високи концентрации на лесно достъпни ценни метали в рудите, отколкото на Земята, поради факта, че земните руди вече са вече изключително добре претърсени за ценни метали от хората през последните 5000 години. Показано[9] е, че ако концентрираните запаси на метал с равна или по-висока стойност от среброто (т.е. сребро, германий, хафний, лантан, церий, рений, самарий, галий, гадолиний, злато, паладий, иридий, рубидий, планина, родий, европий и т.н.) са налични на Марс, те потенциално могат да бъдат транспортирани до Земята с голяма печалба чрез едностепенни транспортни средства до орбита за многократно използване, базирани на Марс, които да доставят товарите до марсианската орбита и след това да бъдат транспортирани обратно с помощта или на евтини заменяеми химически степени, произведени на Марс, или междупланетен космически кораб за многократно използване, задвижван от слънчево платно, пътуващ между двете планети. Съществуването на такива марсиански руди с ценни метали, обаче, е все още хипотетично.

Друга алтернатива е Марс да може да се самоизплаща чрез прехвърляне на идеи. Точно както недостигът на работна ръка, преобладаващ в колониална Америка и в Америка от 19-ти век е довело до създаването на потопа от изобретения на находчивостта на янките, така условията на краен недостиг на работна сила, съчетано с технологичната култура и неприемливостта на непрактичните законодателни ограничения срещу иновациите ще дадат начало тенденция към подтикване на марсианската изобретателност да се произвежда вълна след вълна от иновации в производството на енергия, в автоматиката и роботиката, биотехнологиите и други области. Тези изобретения, лицензирани на Земята, могат да финансират Марс, дори като революционизират и дадат напредък в земния жизнен стандарт, толкова решително, колкото американските изобретения от 19-ти век са променили Европа и в края на краищата също и целия останал свят.

Изобретенията, създадени поради необходимост от практична интелектуална култура под натиска на граничните условия, може да направи Марс богат, но изобретенията не са единственият начин, по който марсианците ще могат да натрупат богатство. Другият начин е търговията.

За да се разбере това е нужно да се разгледат енергийните взаимоотношения между Земята, Луната, Марс и Главния астероиден пояс. Тук астероидният пояс влиза в картината, защото е известно, че той съдържа огромно количество от метална руда[10] с изключително висока степен на чистота в нискогравитационна среда, което я прави сравнително лесна за износ към Земята. Миньорите, работещи в Главния пояс, поради причините, изброени горе, няма да са способни да произвеждат локално необходимите им средства. Така ще има нужда от износ на храна и други нужни стоки или от Земята, или от Марс към Главния пояс. Както е показано в таблицата по-долу, Марс има изумително позиционно предимство като място, от което да се провежда такава търговия.

В таблица 1 данните от всички редове с изключение на последните два се основават на транспортна система, която използва CH₄/O₂ двигатели със специфичен импулс Isp от 380 секунди и с голяма тяга ∆V. Те са избрани защото комбинацията от метан и кислород (CH₄/O₂) е с най-голяма ефективност като подлежащо на съхранение ракетно гориво и може лесно да бъде произведено или на Земята, или на Марс, или на въглеродсъдържащ астероид. Комбинацията водород и кислород (H₂/O₂), макар и да предлага по-голям специфичен импулс (Isp=450 s) не подлежи на съхранение за дълъг срок в Космоса. Още повече, това е неподходящо ракетно гориво за евтина космическа транспортна система за многократно ползване, понеже то струва повече от един порядък (т.е. повече от 10 пъти — бел. пр.) от CH₄/O₂ (и така отхвърляйки го за истински евтините транспортни системи от повърхността до орбита) и неговият обем го прави наистина трудно за транспортиране до орбита в каквото и да е количество чрез транспортни средства от вида едностепенни транспортни средства до орбита (SSTO). Последните два реда в таблицата се основават на ядрено електрическо задвижване (NEP), като се използва аргон като ракетно гориво, налично или на Земята, или на Марс, със специфичен импулс Isp=5000 секунди за задвижване в открития Космос, с използване на CH₄/O₂ за достигане на ниска орбита (LO) от повърхността на планетата.

Може да се види, че се използват изключително химическите системи, то съотношението на масите (съотношение на масите (mass ratio): съотношение на масата на ракетата и полезния товар, заедно с горивото (още се нарича wet mass — мокра маса) спрямо масата на ракетата и полезния товар, но без горивото (нарича се dry mass — суха маса) /вж. Mass ratio в Wikipedia — б.пр.), изисквано за доставка на суха маса до астероидния пояс от Земята е 14 пъти по-голямо от това на Марс. Това означава още (много) по-голямо съотношение на полезния това спрямо масата на излитане от Марс до Церес, отколкото от Земята, защото цялото допълнително ракетно гориво изисква масивни резервоари и по-едрокабрени двигатели, а всичко това изисква още повече ракетно гориво, а следователно и по-големи резервоари и т.н. Всъщност, гледайки към таблица 1 може със сигурност да се каже, че полезната търговия между Земята и Церес (или което и да е друго тяло от Главния астероиден пояс) с помощта на химическо задвижване е вероятно невъзможна, докато от Марс е лесна. Също може да се види, че има петкратно предимство на съотношението на масите при доставка на товари до земната Луна от Марс пред това да се прави от Земята.

Ако се въведе ядреното електрическо задвижване разказът се променя, но не много. Марс все още има 7-кратно предимство в съотношението на масите пред Земята като порт на отпътуване за Главния астероиден пояс, което, преведено в съотношение тегло на полезния товар към тегло на излитане, е близо с два порядъка по-високо за отпътуване от Марс, отколкото от Земята.

Сравнение между изцяло химически или химически/NEP мисии за Земя до Церес и Марс до Церес е показано в таблица 2. Двете мисии доставят полезен товар от 50 тона. Теглото на резервоарите и на NEP, и на химическите системи е изчислено на 7% от масата на нужното ракетно гориво. За транспортни средства от повърхността до орбита се приема, че сухата маса без резервоара е равна на полезния товар. За химически междупланетни системи се приема, че сухата инертна маса, без резервоара, е до 20% от полезния товар. Вариантите NEP в Таблица 2 са 10 MWe за доставка от Марс и 30 MWe за доставка от Земята, като всяка NEP система натрупва 5 тона/MW. Различните оценки на мощността дават на двете системи почти еднакви съотношения мощност/маса; системата, напускаща Земята все пак гори 2,4 пъти по-дълго. Ако тя е проектирана да повиши оценката на мощността за NEP съд, базиран на Земята, така че неговото време на горене да е същото като на система, базирана на Марс, масата на базираната на Земята мисия би отишла в безкрайността. В таблица 2 числата на масата са за цялата мисия — ясно е, че общата маса за изстрелване може да бъде разделена между много ракети-носители, според необходимостта.

Може да се види че масата на изстрелване за изпращане на пратка до Церес е 50 пъти по-малка за мисиите, стартиращи от Марс, отколкото онези, които напускат от Земята, независимо дали се използваната технология е изцяло химическо задвижване или ракети-носители с химическо изстрелване и ядрено електрическо задвижване за междупланетното прехвърляне. Ако ракетата-носител има маса на изстрелване 1000 тона, биха били нужни 107 изстрелвания за сглобяване на мисия с CH₄/O₂ товарен кораб, ако се стартира от Земята и само 2 излитания, ако тръгването е от Марс. Дори ако ракетното гориво и другите разходи около изстрелването бяха десет пъти по-големи на Марс, отколкото на Земята, все още би било неимоверно изгодно да се излита от Марс.

Резултатът, който следва, е просто този: всяко нещо, което трябва да бъде изпратено до астероидния пояс, което може да бъде произведено на Марс, ще бъде произведено на Марс.

Така схемата на бъдещата междупланетна търговия става ясна. Ще има „триъгълна търговия“, в която Земята доставя високотехнологични промишлени стоки на Марс, Марс доставя нискотехнологични промишлени стоки и хранителни продукти до астероидния пояс, а може би също така и до Луната, и астероидите и Луната изпращат метали и може би хелий–3 на Земята. Тази триъгълна търговия, показана на фиг. 1, е пряко съответствие на триъгълната търговия на Британия, нейните северноамерикански колонии и Карибските острови през колониалния период. Британия е изпращала манифактурни стоки до Северна Америка, американските колонии са изпращали хранителни суровини и нужните занаятчийски продукти до Карибските острови, а Карибите са изпращали хранителни култури, отглеждани изцяло за продажба, в Британия. Подобна триъгълна търговия, включваща Британия, Австралия и Островите на подправките (Молукските острови — б.пр.), също е поддържала британската търговия в Източните Индии (индийския подконтинент) през 19-ти век.

Фиг. 1. Триъгълната търговия: 18-ти век и 21-ви век.