Costo de colonia en Marte/Luna por tonelada métrica

Un posible enfoque para estimar la extensión de la colonización espacial es definir los costos y luego estimar las inversiones que los gobiernos y las organizaciones estarían dispuestos a pagar. En un excelente análisis de los costos de las naves estelares en el blog Rocketpunk Manifesto, el autor muestra que actualmente, el costo de construir la Estación Espacial Internacional es de $ 170 millones por tonelada métrica, y si somos muy, muy optimistas, el precio de construcción de las naves espaciales podría ser comparable al precio de construcción de un avión moderno, aproximadamente $ 1,2 millones por tonelada métrica.

Mi pregunta es: ¿Cuál es una estimación razonable del precio de construcción y el costo de mantenimiento anual de una colonia de trabajo a largo plazo en un planeta sin atmósfera respirable, como la Luna o Marte, por tonelada métrica de la masa de la colonia ? ¿Cuál es una estimación razonablemente optimista de cuán bajo podrían caer estos precios una vez que se establezca la tecnología?

No incluya los costos de transporte, solo los costos de construcción de la colonia en sí.

Si bien no responde exactamente a su pregunta, creo que ¿Cuál es el costo marginal de aterrizar en la Luna? puede ser útil para formar una respuesta. Divulgación completa: esa es mi propia pregunta.
Creo que sería un error pensar que todo el peso de una colonia basada en un planeta estable sería importado de la Tierra. Mi experiencia es en química minera y, con las herramientas adecuadas, podemos hacer materiales estructurales a partir del suelo marciano. Tendríamos que hacer esto para cualquier colonia de tamaño razonable. Para uno pequeño con todo importado excepto el agua, escala con estimaciones de mars-one.com
En esta pregunta, estoy más interesado en los costos de la tecnología (hábitat en funcionamiento, rovers, etc.) que en los costos de transporte. Soy consciente de que, en realidad, el costo del transporte es probablemente mucho mayor, pero tengo una estimación de los costos de transporte. Necesito una estimación del costo de construcción y mantenimiento de la base. (Imagínese que lo estamos construyendo en un desierto en la Tierra y los habitantes tendrán prohibido respirar afuera y necesitarán usar trajes espaciales).
@kaine ¿Podemos fabricar materiales estructurales herméticos a partir de recursos locales? ¿No es la minería y la metalurgia una tarea realmente exigente que requiere al menos una colonia de cientos de miles de personas?
@Irigi con la química y el equipo adecuados, sí. La composición de mars es principalmente de silicatos y, aunque utilizo la ayuda de bases muy fuertes o temperaturas muy altas, hago materiales vítreos resistentes a la difusión casi a diario. La cantidad de mano de obra necesaria para extraer depende en gran medida de lo que esté extrayendo y de dónde. Yo propondría, si es posible, limitarse a recolectar el polvo de silicato muy fino en la superficie como materia prima. Esto ya se necesita en gran medida para extraer agua, ya que no toda se puede enviar al planeta. rt.com/news/203643-moon-base-3d-printer
¿Incluye I+D o no? ¿Y qué pasa con las personas que pierden la vida en el proceso (ocurren accidentes)?
Si incluye investigación y desarrollo o probables bajas en la respuesta, será interesante. Estoy principalmente interesado en los costos una vez que se establece la tecnología, sin I+D.
Si aún no lo ha hecho, también puede intentar preguntar esto en space.stackexchange.com

Respuestas (1)

Querría incluir los costos de transporte, ya que serían, con mucho, el componente más grande, al menos para empezar. De todos modos, sería inviable enviar todo el peso de la colonia desde la Tierra. No obstante, es probable que desee enviar al menos un amplio suministro inicial de alimentos, agua, oxígeno y alguna fuente de energía muy densa (los reactores nucleares son los mejores disponibles, en este momento) simplemente para que los colonos comiencen.

Hay varias fuentes de costos en los que debe incurrir solo para llegar y sobrevivir en su camino hacia allí:

  1. Costo de producción de los componentes utilizados o consumidos como parte de la misión principal (tripulación capacitada, alimentos, aire, agua y refugio para humanos, energía para todas las máquinas que se operarán, varias sondas, robots y herramientas).
  2. Costo de fabricación de las partes no combustibles del medio de transporte para llegar allí.
  3. Costo del combustible requerido para salir del masivo y aplastante pozo de gravedad de la Tierra. Dado que cada bit de combustible (a bordo) debe elevarse por sí mismo además de la carga útil, esto aumenta de forma superlineal con la carga útil.
  4. El costo del combustible requerido para romper y lograr un descenso controlado a través del pozo de gravedad del destino al final de la misión (a veces puede aliviarse parcialmente con aerobreaking, usando la atmósfera si existe como un mecanismo de frenado, pero esto no funcionaría en el luna)

Ahora, sus costos de establecimiento y mantenimiento serán muy difíciles de calcular, ya que no especificó ninguna de las suposiciones bajo las cuales desea trabajar. ¿Sería una sola persona, unas pocas docenas o miles? ¿Deberíamos asumir la tecnología actual? No estoy seguro de que podamos establecer bases permanentes con la tecnología actual. Incluso la estación espacial internacional, por ejemplo, filtra una gran cantidad de gas al espacio y se deben traer nuevos cilindros para compensar la pérdida. El costo de enviar alimentos desde la Tierra para una colonia permanente en la Luna o Marte sería prohibitivo, dado que un humano come entre 400 kg y una tonelada métrica de alimentos por año, por lo que, dependiendo de la población planificada, sería un flujo constante de alimentos. cohetes caros.

Ahora, agregue algunos ingredientes tecnológicos a la mezcla y los costos potenciales disminuirán. La fruta al alcance de la mano más baja es la impresión 3D avanzada: puede hacer muchas herramientas a pedido (por lo que no necesita muchas copias de reemplazo redundantes) y hacerlas más resistentes que las construidas normalmente mientras usa menos masa (por lo que no necesita tenemos que empujar la mayor cantidad de cosas por nuestro pozo de gravedad).

Luego, si le da a sus colonos la capacidad de utilizar los recursos locales para producir aire, agua, alimentos y combustible, el flujo de reabastecimiento costoso se reduce drásticamente. Pero para hacer eso, se necesitan reactores de energía nuclear avanzados, hidroponía, equipos de extracción industrial, fundiciones, todo un edificio industrial que debe ser enviado allí. No sabemos cómo hacer que la mayoría de estas cosas funcionen de manera confiable fuera de nuestra atmósfera.

Ahora puede profundizar en la tecnología del futuro y reducir aún más los costos, como los reactores de fusión (combustible suficiente en la Luna), los ascensores espaciales (los costos de lanzamiento se reducen entre 10 y 100 veces) o hacer todo lo posible y asumir el ensamblaje de nanotecnología autorreplicante. que es un poco como una varita mágica.

En resumen, no es una pregunta que pueda responderse sin especificar un conjunto completo de suposiciones que está dispuesto a hacer y los requisitos sobre el tamaño de la colonia, la tasa de mortalidad permisible, las dosis de radiación permitidas, si los colonos están allí permanentemente o esperan hacerlo. volver, etc

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