Что ещё важнее, для лунных условий алюминий при горении в жидком кислороде становится пусть и плохоньким, но целиком местным ракетным топливом. Да, соотношение масс орбитальной лунной ракеты на алюминий-кислородном двигателе составляет не меньше 2,4. Возвращаемой многоразовой - 3,5. Но в обозримые сроки жизни постижимой нашим сознанием человеческой цивилизации это топливо на Луне просто не кончится.
То есть, вот совсем.
Лунный алюминий составляет от 10 до 18 процентов состава реголита. Для сравнения, лунный титан встречается далеко не везде, исключительно в составе титановых базальтов, а его высокой концентрацией считаются 6-8%
Самый простой лунный добывающий комплекс из примерно 30 тонн оборудования может производить в готовые к использованию лунные материалы буквально тоннами. Речь идёт о трёх многофункциональных колёсных машинах массой около тонны каждая, трёх наборах сырьевой разведки и паре трёхтонных экскаваторов. Неподвижную часть комплекса составят центральная электростанция на 60 киловатт, шесть солнечных печей площадью в 90 квадратных метров каждая, электрическое хозяйство, рудный сепаратор, криогенная установка сжижения кислорода, пресс, теплорадиаторы и набор из 4000 поставленных с Земли готовых вентилей для кислородных баллонов.
Расчётная деятельность одного такого комплекса принесёт около 2400 тонн материалов в год. 848 кубометров жидкого кислорода в штампованных на месте алюминиевых баках, 128 кубометров водяного льда в местных же алюминиевых контейнерах, 527 тонн металла сверх необходимого для изготовления тары (железо, алюминий, титан...), 480 тонн кремния, неизвестное (как повезёт) количество азота, редких металлов и летучих веществ и порядка 217 тонн шлака. Не исключено, что уже сразу в форме блоков.
Ну и наконец, стоит упомянуть лунный крип. Породу из калия, редкоземельных элементов и фосфора. Калий и фосфор - основа гидропоники, редкоземельные элементы - основа сложных высокотехнологичных материалов, а также хорошо знакомый любителям советской фантастики рубидий и лантаноиды.
Это, конечно, не значит, что проблем с добычей ресурсов не будет. Вовсе нет. Только вот и представлять Луну как бесполезную пустыню тоже не следует. Это крайне богатый и весьма удобно расположенный плацдарм, как для местного ресурсного снабжения ближнего космоса, так и для прыжка за дешёвыми космическими летучими веществами к Фобосу и Деймосу.
Космические углеводороды - это не только метан-кислородное ракетное топливо, но и дешёвый космический пластик. Один из самых востребованных современным человечеством материалов.
Цена перелёта с орбиты Луны на орбиту Марса при этом не сильно превышает цену перелёта в системе орбит Земли и Луны. Различается только время полёта.
Но отложим пока межпланетные вылеты. Давайте вернёмся к тому, что ещё сулит масштабное промышленное освоение Луны.
Примитивное орбиталище с имитацией бортовой силы тяжести вращением предлагали ещё в рамках "проекта Горизонт". Более сложные концепции достигли своего логического пика в середине 1970ых, когда Джерард О'Нил проработал основы конструкций долговременных орбитальных станций, пригодных для полноценной жизни двух тысяч человек, десяти тысяч, а потом и в несколько раз большего их количества.
Примечательны эти проекты в первую очередь тем, что в их основе реальные технологии своей эпохи без единого магического конструкционного материала. Любой проект О'Нила упирается преимущественно в транспортную проблему и минимальный размер лунной инфраструктуры необходимой для его строительства.
Заброс на Луну трёхсот квалифицированных строителей при технике и нескольких атомных энергостанциях позволял строительство преимущественно на местных ресурсах даже настоящей мега-структуры.
Для понимания масштаба - бублик диаметром в 200 метров и толщиной в 100 при массе около полумиллиона тонн может вместить тридцать тысяч жителей при 100 кубометрах на человека. При сокращении их численности втрое, жизнь на борту окажется примерно такой же комфортной, что и в хорошем "зелёном" пригороде. Скорость вращения при этом составит достаточно комфортные 3 оборота в минуту. При увеличении диаметра её можно понизить ещё сильнее, но это увеличит требования к размерам и массе радиационного щита. Для двухсотметровой станции масса защиты от космической радиации составит ещё порядка 375 тысяч тонн.
Кажется, что это всё очень много и очень сложно. Но если сравнить такое орбиталище, например, с мостом до Крыма, то внезапно окажется, что мост заметно больше и сложнее.
Если урезать размеры вдвое, до 100 метров диаметра на 50 метров толщины, в орбиталище смогут комфортно жить полторы тысячи человек, и до четырёх тысяч на пределе. Его масса составит 60 тысяч тонн, вместе с полной защитой - 180 тысяч тонн.
А теперь вернёмся к цифрам добычи одной лунной ресурсной станции массой около 26 тонн. 2400 тонн в год, из них 527 тонн - металл. Невероятно древняя, 1959 года разработки, лунная программа уже предусматривала более 300 тонн полезной нагрузки за считанные годы. Только при сохранении этого масштаба строительства, без его неминуемого роста, можно с удивлением заметить, что лунный проект способен в теории построить одну такую станцию за счёт преимущественно лунных ресурсов в пределах десятилетия.
С хорошим таким запасом способен.
Наращивание темпов строительства при этом упирается в основном в численность населения космоса. Да, изначальный транспортный порог высок и преодоление его дорого. Но затем жизнь в космосе начинает стремительно дешеветь.
Что же до методов решения транспортной проблемы...
Век большого Атома, таки да, имел сказать двох умных слов за транспортную проблэму!
III. Наш друг Атом: ядерные двигатели высокого удельного импульса и атомные импульсные взрыволёты. NERVA. Orion. Фактические результаты наземных испытаний. Доступные полётные задания и сроки перелётов. Прикладные аспекты жизни на борту и ходового ремонта силами экипажа.
Время перелёта на постоянном ускорении крайне мало. Два корня квадратных из дистанции поделенной на ускорение. Дельта V таких высокоэнергетических орбит измеряется во многих тысячах километров в секунду, и заметно сокращает время любого межпланетного перелёта.
Для 1g постоянного ускорения время полёта Земля-Марс составляет меньше пяти суток - если тот на другой стороне от Земли, разделённый с ней Солнцем. На среднем расстоянии в 225 миллионов километров полёт займёт полнедели. В июле 2018 года минимальное расстояние Земля-Марс составит жалкие 57,6 миллионов километров - и полёт на 1g постоянного ускорения не займёт и пары дней. Для расстояния Земля-Луна такой полёт уложится меньше чем в четыре часа. До Юпитера - около недели.
Одна маленькая проблема.
Нет у человечества таких двигателей, и в обозримое время не будет.
Для химического двигателя теоретический предел достижимого удельного импульса на отсутствующих в природе идеальных материалах и решениях - 500 секунд. Для сравнения - у ранее помянутого лунного двигателя на алюминии - 285 секунд. РД-253 - 316 секунд. У кислород-водородного двигателя RL-10 ракеты "Сатурн" - крайне эффективные 450-465 секунд.
Заметных улучшений здесь можно достичь лишь за счёт высокой скорости истечения рабочего тела. Добиться его можно только переходом с химической энергетики на заведомо лучшую атомную.
За этим в шестидесятые дело не стало.
Оба перспективных атомных двигателя эпохи, импульсный высокой тяги (Orion) и газовый термальный (NERVA), были достаточно подробно обсчитаны, частично построены в металле, и активно испытывались.