Kolonisering av Mars

Oaktat den till synes utbredda uppfattningen att kryogen tankning i mikrogravitation skulle vara en närmast rutinmässig sysselsättning, kvarstår det faktum att uppgiften är förknippad med betydande tekniska utmaningar. Fysiken har nämligen den besvärande egenskapen att inte alltid rätta sig efter vad andra debattörer råkar önska vore sant.

Då målet är att tillhandahålla drivmedel i rymden är det också värt att notera att raketekvationen kraftigt favoriserar produktion i grunda gravitationsbrunnar. För att leverera 1 ton bränsle till omloppsbana från jorden krävs i storleksordningen 12 ton startmassa, medan motsvarande siffra från månen ligger närmare 1,6 ton. Det är därför knappast förvånande att möjligheten att producera drivmedel på månen länge har betraktats som en potentiellt kommersiellt intressant verksamhet av aktörer som sysslar med långsiktig rymdlogistik.

Vad gäller SpaceX kommande aktiviteter börjar det tyvärr se ut som att problemen med Raptor 3 inte var en serie orelaterade incidenter utan snarare symptom på ett underliggande problem som påverkat flera system samtidigt. Uppgifter som cirkulerat tidigare idag gör gällande att Flight 13 av de skälen inte kommer att genomföra en orbital flygning. Vilket betyder att vi är åtminstone fyra flighter från att se någon orbital tankning. Lite trist, således.

Det är svårt att förutspå Musk eftersom han är så irrationell. Men i det här fallet verkar det rätt uppenbart att han försökt kopiera det grundläggande konceptet från Robert Zubrins Mars direct. Tyvärr blev raketen hans ingenjörer designade alldeles för stor och tung och kunde inte komma upp i omloppsbana utan att bränna upp allt sitt bränsle. Så nu sitter alla och kliar sig i huvudet och funderar på hur man ska lyckas tanka rymdskeppet inför dess fortsatta resa mot den röda planeten.


Man behöver inte läsa, det räcker att räkna. Ett Starship behöver 1200 ton bränsle för att vara fulltankat. Om ett tankstjärnskepp lastar 100 ton bränsle krävs det 12 resor för att tanka det förstnämnda. Lastar det 150 ton krävs det 8 och så vidare. I praktiken kommer det antagligen krävas fler resor än så eftersom tankar för kryogena bränslen har en viss egenvikt och man får räkna med förluster i avkokning och liknande.


Någon form av depå med aktiv kylning kommer man definitivt att behöva. Flytande syre kokar bort på några timmar utan kylning. Och att få upp 10 bränsleskepp på några timmar är givetvis omöjligt. Frågan då är mer om SpaceX väljer att skicka upp ett moddat Stjärnskepp och kalla det för bränsledepå eller om de väljer att designa något mer från grunden. Det senare är antagligen att föredra men eftersom det förstnämnda går snabbare så utgår jag ifrån att Musk kommer att välja det.


Jag tror inte att någon tycker att kryogen tankning i tyngdlöshet är enkelt. Men det är ändå ett mindre problem i sammanhanget. De större svårigheterna kommer utan vidare att ligga i hela bränslehanteringssystemet snarare än i den lilla tekniska detaljen hur man för över kryogena bränslen från en tank till en annan. Hydrazin hade helt klart varit enklare.


Hur räknar du här? Ett Starship med tillbehör väger 5000 ton vid start och levererar 100 ton (bränsle eller annat) till omloppsbana. Det ger enligt min miniräknare 50 ton startmassa för 1 ton rymdbränsle. Motsvarande siffra för månen har jag ingen aning om, men den lär vara betydligt högre än 1,6:1 för kemiska raketer.

Mer generellt har du förstås rätt i att det är mycket lättare att få upp saker ur en grundare gravitationsbrunn. Men det är inte avgörande för de ekonomiska kalkylerna. En betydligt viktigare fråga är hur dyrt eller billigt det är att producera varorna på respektive ställe. På jorden är det billigt att producera bränsle och dyrt att frakta upp det. På månen är det dyrt att producera bränslen och billigt att skjuta upp dem. Men än så länge och antagligen för väldigt lång tid framöver är det väldigt mycket dyrare att producera bränsle på månen än det är att skjuta upp det från jorden.

När vi ändå är inne på ämnet in-situ-resursframställning så måste vi ju även fråga oss varför just månen är att föredra. Många asteroider har ännu mindre gravitationsbrunnar och de har även fördelen att kunna leverera både väte- och kolatomer, vilket månen inte kan på samma sätt. Månen är alltså inte nödvändigtvis det bästa alternativet ens om man försöker utnyttja resurser på plats i rymden.

Nog är det fascinerande att se hur vissa personer med närmast orubblig självsäkerhet ger sig i kast med astrodynamiska frågor utan att besitta de mest grundläggande kunskaperna om klassisk mekanik, raketteknik eller, i synnerhet, den tämligen centrala raketekvation som Konstantin Tsiolkovsky formulerade för över hundra år sedan. Än mer anmärkningsvärt är att samma personer ofta tycks resonera kring inducerad efterfrågan och infrastrukturdriven tillväxt som om ekonomisk utveckling vore en process där kunder först måste stå på kö med betalningen i handen innan någon investering över huvud taget kan genomföras.

Jag känner igen den här typen av argumentation från juridiska diskussioner där människor med stor säkerhet förklarar hur lagen fungerar utan att förstå skillnaden mellan faktiska omständigheter och egna önsketolkningar. Mönstret är detsamma: slutsatsen bestäms först, därefter anpassas verkligheten tills den passar slutsatsen.

"Hur räknar du här? Ett Starship med tillbehör väger 5000 ton vid start och levererar 100 ton (bränsle eller annat) till omloppsbana. Det ger enligt min miniräknare 50 ton startmassa för 1 ton rymdbränsle. Motsvarande siffra för månen har jag ingen aning om, men den lär vara betydligt högre än 1,6:1 för kemiska raketer."

Problemet med den strategin är att fysiken uppträder med en viss arrogans. Den bryr sig nämligen inte om vad någon tycker borde vara sant. Om Delta-v till låg jordbana ligger omkring 9,400 m/s, gravitationen är 9.81 m per sekund och en Raptor 3-motor har en specifik impuls kring 380 sekunder, så ger Tsiolkovskis ekvation ett massförhållande på ungefär 12.44. På månen, där Delta-v till bana ligger omkring 1,800 m/s, blir motsvarande förhållande cirka 1.62. Det innebär att man behöver 7.67 gånger större startmassa för att placera samma mängd last i bana från jorden jämfört med från månen. Du behöver alltså 12.4 ton startmassa för att lyfta 1 ton bränsle till bana på jorden, men bara 1.62 ton bränsle på månen.

Startmassa = Nyttolast × e^(Delta-v/(Impuls×Gravitation))
1 * e^(9400/(380*9.81))=12.448 (för jorden)
1 * e^(1800/(380*9.81))=1.621 (för månen)

Den skillnaden för oss osökt tillbaka till orsaken till varför många ser månens isfyndigheter som potentiellt värdefulla. Inte främst för att man vill sälja mineralvatten eller bygga semesterbyar, utan för att vatten kan delas upp i väte och syre och bli raketbränsle. När bränslet väl finns på månen blir det dramatiskt billigare att distribuera det vidare ut i rymden än om samma bränsle måste lyftas från jorden varje gång. Det är precis den typen av ekonomisk logik som ligger bakom resonemang om månbaser, bränsledepåer och storskalig rymdlogistik.

Men allt detta blir naturligtvis rena grekiskan för den som saknar grundläggande kunskaper i såväl ekonomi som astrodynamik. Det är trots allt betydligt bekvämare att omdefiniera problemet än att konfronteras med argument som obevekligt visar att man har fel. Fysikens ekvationer lider nämligen av den högst irriterande egenskapen att de inte låter sig övertalas av starka åsikter, och ekonomiska principer har en lika besvärande tendens att fortsätta fungera även när någon bestämt sig för att de inte borde göra det.

Ett gott råd är att undvika att ge sig in i sakdiskussioner inom områden där den egna kunskapen är begränsad, särskilt om man samtidigt upplever ett starkt obehag inför möjligheten att ha fel.

Både debattörerna Stilicho och Hatten-Med-Kepsen har säkert en hel del poäng i sina resonemang.

Jag ifrågasätter inte debattörernas åsikter.

Under början av 1970-talet började NASA kostnadsberäkna för en bemannad färd till Mars. Men sedan hände ingenting.
Mars One dök upp som ett privat projekt och skulle innebära en enkel resa till Mars. Om jag minns rätt skulle privat kapital i form av TV-rättigheter och reklam och sponsorer i övrigt finansiera projektet men det föll. Det var för osäkert.

Robert Zubrins projekt Mars Direct är mycket mer genomtänkt och han har också skrivit en bok om projektet. Man skall använda sig av "Dagens Teknologi" och leva på vad man kan utvinna på Mars. Helt klart är Elon Musk inspirerad av detta.
Oavsett, på Preserverance Rover hade man med sig ett instrument som lyckades utvinna syre ur den tunna Mars-atmosfären, MOXIE. Problemet är nog mer att kunna utvinna vattnet som kan ligga lite för djupt, även om en krater verkar lovande, men polarområdena är inte där man vill lägga en Mars-koloni.

Jag hoppas mycket på Elon Musk, visst kan han vara stökig men han får saker och ting gjorda och SpaceX kan själva finansiera en obemannad färd.

xxxx) "I Marskolonin tolererar vi inte att deltagarna gentemot Profeten-Oligarken uppvisar bristande RESPEKT-----och vi utformar rymddräkterna på sådant sätt att avkragning kan ske DIREKT"..... ......

Jag bedömer att det kommer att bli oerhört svårt att hålla någon ambitiös tidsplan för att sätta människor på Mars. Mars gravitation och atmosfär skapar tekniska problem som gör återresan extremt komplicerad.

Om jag gör en helt ovetenskaplig uppskattning genom att hålla upp ett par fingrar i vinden, skulle min gissning vara att det dröjer minst 10 -12 år innan den första människan sätter sin fot på Mars. Troligen uppåt 20. Utmaningarna handlar som jag nämnde inte om att ta sig dit, utan om att bygga den infrastruktur som krävs för att kunna producera bränsle på Mars om man vill komma därifrån—något som betyder att först landa enorma mängder utrustning, energi- och produktionskapacitet på planeten och därefter lyckas framställa och lagra tillräckliga mängder drivmedel under marsianska förhållanden. Och under tiden skall man överleva där.

De etiska aspekterna gör det nämligen nära nog omöjligt att skicka människor till Mars innan man med hög grad av säkerhet kan garantera både överlevnad och en fungerande återresa (detta alldeles oavsett hur många som står på kö för att resa dit med vetskapen om att de aldrig kommer att kunna återvända).

Men utan Starship och den infrastruktur som SpaceX just nu investerar tiotals miljarder dollar i att utveckla kommer vi heller inte till Mars. Oavsett hur många gånger man väljer att bortse från det faktumet kvarstår den något besvärande detaljen att interplanetära transporter kräver ett interplanetärt transportsystem, vilket är vad SpaceX utvecklar.

Det mest anmärkningsvärda är kanske antagandet att ett projekt med en slutnota på över 100 miljarder dollar, vars uttalade syfte är att utveckla kapacitet för tunga transporter mellan himlakroppar, egentligen inte handlar om att utveckla kapacitet för tunga transporter mellan himlakroppar.

Det är en hypotes vars främsta svaghet är att den saknar en alternativ förklaring.

Man skulle kunna ha en harpun man skjuter på närmsta planet, sen drar man in sig eller väntar på att planeten snurrar upp repet och gratis fart
Det är nog inte många som psykiskt skulle klara leva så långt ifrån jorden.
Panik eventuellt efter nått år eller så.

Lite som när man klättrar upp i träd för högt sen blir man lamslagen och inte vågar klättra ner, eller som när man får för sig att simma ut i mitten på sjön och börjar få panik för man orkar knappt simma tillbaka.

Mitten i universum ush

Ah. Du menade rent teoretiskt. Då är jag med igen. Du borde ringa till Musk och säga att hans raket väger fyra gånger för mycket. Det kommer han säkert vara mycket intresserad av att höra.

För övrigt gör du en del konstiga avvägningar i dina strikt teoretiska beräkningar (och du skriver dessutom tal med amerikansk notation, är du säker på att du inte är en artificiell ointelligens? det gör dig inte direkt lättare att begripa). Delta-v från månens yta till månomloppsbana är mycket riktigt 1,8 km/s. Men delta-v från månens yta till jordomloppsbana är 3,2 km/s. Vilket borde vara den relevanta siffran eftersom det är jordresurser du säger dig vilja konkurrera med.

Sedan säger du att delta-v från jordytan till lågomloppsbana är 9 km/s. Det är inte sant. Delta-v är 7,8 km/s. 9 km/s är ungefär den hastighet man behöver uppnå i praktiken för att övervinna luftmotstånd och annat, men om du inte var intresserad av praktiska överväganden tidigare bör du inte vara det nu heller.

Skillnaden i gravitationsbrunnar är alltså 7,8 km/s visavi 3,2 km/s. En stor skillnad men knappast avgörande med tanke på de praktiska svårigheterna allting på månen för med sig. Och om du nu kontrar med att tillräckliga investeringar oundvikligen måste göra månresurserna billigare så kan jag bara kontra med (vilket jag för övrigt redan har gjort i den här tråden utan att du vågade dig på att besvara det) att det finns asteroider med ännu lägre delta-v och alltså ännu billigare resurser. Rent teoretiskt förstås, de praktiska svårigheterna att nå asteroidresurser är ännu större än att nå månresurser, men om vi bara snackar teori så är det där du måste söka ditt raketbränsle.


Du har kanske missat detta, men det interplanetära transportsystemet som vår planets störste entreprenör just nu håller på och utveckla åt oss drivs av metan. Du kommer alltså inte att kunna tillverka bränsle till detta transportsystem oavsett hur mycket vatten du hittar. Du kanske inte ska ha för bråttom med att lägga ned mineralvattenprojektet.


Det är det där med att bränslet ska finnas på månen som är kruxet vet du. Det finns inte bränsle på månen. Och om det är mycket dyrare att producera bränslet på månen än det är att skjuta upp det från jorden så kommer du inte få någon lönsamhet i det ändå. Du kan vifta med dina teorier hur mycket du vill men det här är ett praktiskt problem. Och det vet du också, du vill bara inte erkänna det för du är rädd för att ha fel. Men vet du vad, det spelar faktiskt ingen roll. Jag tycker om dig bara för att du diskuterar rymdkolonisation, att du fått några detaljer om bakfoten är fullständigt ovidkommande i sammanhanget. Det är ju det som är det fina med diskussioner.


Zubrin tänkte aldrig utvinna något vatten på Mars. Han menade att det var så enkelt att ta med sig vätgas från jorden att det var mycket bättre att göra så. Personligen tror jag att han hade fel. Kryogen vätgas är extremt krångligt att hantera och lagra. Men å andra sidan tycker jag att det mesta med Zubrins idé är feltänkt.


Till Mars försvar ska väl sägas att ett av de typiska dragen för förhållandena där är att det är kallt och jävligt. Vilket är utmärkt om man ska lagra raketbränsle. Det är förstås ändå utmanande att lagra raketbränslen där under längre tid. Men inte alls lika utmanande som det är att lagra raketbränsle under längre tid i fria rymden. Och eftersom man måste göra det senare för att få en chans att göra det förra så kommer nog det förra att vara ett ganska litet problem i sammanhanget.


Försöker du säga att bara för att SpaceX utvecklar ett interplanetärt transportsystem (säger de) så måste vi vara glada och tacksamma för detta?

Problemet med Starship är att det är ett uselt interplanetärt transportsystem. Rymdfarkosten är för stor och klumpig för att kunna lyfta graciöst från jorden men samtidigt för liten och begränsad för att faktiskt kunna frakta människor inom solsystemet. Dessutom drivs den av metan som är ett extremt udda bränsleval som verkar ha kommit till enbart för att Robert Zubrin råkade få en idé en gång för många decennier sedan. Om Starship är det bästa mänskligheten kan åstadkomma när det kommer till interplanetära transportsystem så ser det inte särskilt ljust ut.

Det bidrar förvisso med en ansenlig mängd underhållning när någon förklarar att 9,4 km/s till LEO är fel därför att omloppshastigheten är 7,8 km/s. En minst sagt finurlig målstolpsförflyttning. Det är ungefär som att hävda att kostnaden för ett hus är fel därför att priset på tegelstenarna är lägre.

Skillnaden mellan omloppshastighet och faktisk delta-v-budget är nämligen inte någon obskyr detalj utan en av de mest grundläggande aspekterna av raketflygning.

Den här typen av begreppsförvirring uppvisas inte sällan av Raketforskare som inte riktigt förstått vad begreppen betyder och därför blandar ihop tre olika saker:

* Hastigheten i omloppsbana.
* Delta-v-budgeten för att nå omloppsbana.
* Delta-v-budgeten för att transportera något från månen till jordens omloppsbana.

LEO har en omloppshastighet på ungefär 7,8 km/s, men för att nå LEO från jordytan behöver du ungefär 9,4 km/s delta-v.

Det mest fascinerande är dock att någon kan få för sig att först avfärda de praktiska delta-v-förlusterna på jorden som irrelevanta, för att i nästa stycke argumentera utifrån de praktiska svårigheterna på månen. Antingen räknar vi man idealiserade system eller på verkliga system. Att växla mellan dem beroende på vilket som råkar gynna argumentet är metodologiskt kreativt, men kanske inte optimalt.

Det som gör diskussionen en smula besvärlig för Raketforskaren är att raketekvationen inte är en åsikt, en vision eller en marknadsprognos. Den är ett matematiskt samband som beskriver hur mycket massa som måste offras i form av drivmedel för att åstadkomma en viss hastighetsförändring.

Men jag uppskattar konsekvensen. Först ignoreras gravitations- och luftmotståndsförluster på jorden eftersom de är "praktiska detaljer". Därefter används månens praktiska svårigheter som motargument. Det är en metod som har den stora fördelen att verkligheten alltid råkar stödja den ståndpunkt man för tillfället försvarar—och allt detta i syfte att undvika den potentiellt besvärliga situationen att behöva erkänna att man har fel.

Jag är fortfarande något osäker på vem kunden skulle vara i Raketforskarens scenario där man producerar raketbränsle på månen för att skeppa det till jorden (och därför upplever ett behov av att räkna på delta-v från månen till LEO).

Raketforskarens affärsplan tycks i huvudsak bestå av att använda raketbränsle för att transportera raketbränsle vars främsta funktion är att ersätta det raketbränsle som användes för att transportera raketbränslet.

Det är ett imponerande slutet system. Om inte annat borde det kunna kvalificera som ett av de första exemplen på en helt självförsörjande efterfrågekurva.

"Till skillnad från den vanlige debattören nöjer sig Raketforskaren inte med att ha fel. Han strävar efter att ha fel på ett tekniskt avancerat sätt.

Det är därför inte ovanligt att Raketforskaren argumenterar i diskussioner om rymdfart, energisystem och ekonomi, där han med stor säkerhet bygger sin retorik kring begrepp som delta-v, energibalans, exponentiella funktioner, sannolikhetslära orbitalmekanik eller infrastrukturledd tillväxt samtidigt som det gradvis blir uppenbart att han inte riktigt förstått vad begreppen betyder.

En särskilt intressant aspekt av Raketforskarens världsbild är hans relation till fysikens lagar. För de flesta människor utgör exempelvis gravitationen, termodynamikens huvudsatser eller raketekvationen beskrivningar av observerbara fenomen som verifierats genom experiment, mätningar och praktisk tillämpning. För raketforskaren är dessa däremot ofta att betrakta som andra människors teorier, hypoteser eller rent av åsikter. Fysiska lagar tilldelas därmed ungefär samma epistemologiska status som ett debattinlägg på ett forum. Om en etablerad fysisk princip leder till en slutsats som raketforskaren inte tycker om betraktas detta inte som ett problem för den egna uppfattningen, utan som ett problem för fysiken."

(FB) Personlighetstyper på Flashbacks användare

Jag har alltså lyckats få min motdebattör att skriva två snarlika repliker till mig med en timmes mellanrum. Jag har lyckats få en annan människa att ägna över en timme åt att gnissla tänder och tänka ut träffande smädelser mot min person. Denna typ av besatthet ser man inte ofta och jag känner ödmjukhet (och en smula stolthet) över att vara den som väcker sådana starka känslor.


Jag ser att du har tagit till dig av min kritik att inte jämföra äpplen och päron, eller teoretiska storheter och praktiska förhållanden i det här fallet. Jag väljer tveklöst praktiken. Olikt vad du verkar tro är jag inte mycket till teoretiker. Som du säkert kan dra dig till minnes så var det du som började citera raketekvationen. Själv skulle jag aldrig göra något sådant.

Och när vi nu är inne på de praktiska svårigheterna så vore det intressant att se lite beräkningar på hur du har tänkt dig att det ska bli lönsamt att producera bränsle på månen. För att få ihop något bränsle på månens poler så behöver man solpaneler och elektrolysörer. Båda dessa enheter har begränsad livslängd, säg 20 år. Jag har inte räknat på det men jag misstänker att kostnaden för att skicka denna utrustning till månen är högre (räknat i bränsleenheter) än den faktiska produktionen som samma utrustning kan producera under sin livstid. Du som är mer engagerad i frågan har säkert bättre koll på siffrorna och kan upplysa oss andra om hur det verkligen förhåller sig.

När det gäller att producera syrgas genom att spjälka vatten till syre och väte så påstår silikonhjärnan "Copilot" att detta görs på Jorden med en energiåtgång kring 15 KWh/kilo syrgas(O2)! Den siffran är på systemnivå där alla typer av förluster har räknats in! Den teoretiska undre gränsen för att spjälka vatten är däremot så låg som 4,1 KWh/kg O₂ medan den praktiska genomförbara (exklusive omgivande förluster, som fläktar, pumpar, kylning etc) är 6-7 KWh/kg O₂! Då får man samtidigt 0,125 Kg vätgas också vid processen.

Men om vi skulle gå efter energiåtgången på systemnivå här på Jorden som alltså är 15 KWh/kg O₂ så får vi för,,
10 ton O₂ = 150 MWh(150 000 KWh) elåtgång, eller 7-8 svenska normalvillors el-årsförbrukning.
https://www.energimarknadsbyran.se/el/dina-elavtal-och-kostnader/elhandelsavtalet/elforbrukning/normal-elforbrukning-och-elkostnad-for-villa/

För att det ska bli någon fart på syrgastillverkningen på månen eller Mars behöver vi ett rejält tillskott ifrån kärnenergi, men det behöver man väl hur som helst antar jag om vi ska ha baser på plats! Vad elpriset på den elen kommer ligga på är mer besvärligt att räkna på men priset kommer vara ganska så mycket högre än på Jorden ett bra tag till gissar jag.


MEN sedan tillkommer lika många ton vatten, som kommer ifrån var? Är det ifrån de djupa kratrarna som finns på månen som man hoppas finna is i? Hur lättillgänglig är den isen då? Hur mycket energi går det åt för att ta hand om och göra den färdig till "elektrolysörerna"? Vi får nog höja den tänkta energiåtgången ifrån 15 KWh till ett något högre värde.
(Ta sig ner i kratern, hacka loss -150 gradig is, forsla upp den orena isen, rena den från andra ämnen)

Nä man får nog bygga baserna med tillhörande kärnreaktorer nere i kratrarna såklart, och så får man leva där och hacka is hela dagarna! Man får placera en antenn utanför kratern så att det går att kommunicera med Jordborna!



Och det var själva syrgasen, till det tillkommer förstås bränslet som är 20% av raketbränsleblandningen. Är det metan som är bränslet så hur besvärligt är det att tillverka detta på plats? Vätgas får vi från elektrolysen av vatten men metan består av kol också, "CH4"!

För att börja nerifrån så "vill vi" naturligtvis använda bara väte + syre till raketmotorer som inte behöver passera atmosfären eller övervinna tyngdkraften vid jordytan.

För övrigt var detta utförligt diskuterat redan för 14 år sedan - Beklagar er som ännu inte var födda då.