Сборка первого завода (Bootstrap)

TL;DR

  • Критический checkpoint: Энерго-автономия за 12-24 часа — после этого время сборки НЕ критично
  • Общее время: 7-32 дня (зависит от условий), но ограничение после checkpoint — только ресурс Gen-1 (2-3 года)
  • Батареи Gen-1: Li-S (не Li-Ion!) — работают от -60°C
  • Зарядка в полёте: Панели на посадочном модуле (~50 м²) заряжают роботов во время 3-4 месячного полёта
  • Купол: Предсобранный надувной модуль с Земли (развёртывание 4-8 часов)

Выбор площадки: полярный кратер

Критически важно: Bootstrap происходит на полюсе Меркурия (кратер Прокофьева, 85°N), а НЕ на экваторе. Это фундаментально меняет термальный режим.

Почему полюс, а не экватор?

Параметр Экватор Меркурия Полюс (кратер Прокофьева)
Дневная температура +430°C Пики: ~+100°C (низкий угол солнца)
Ночная температура -180°C Дно кратера: -150°C (постоянно)
Цикл день/ночь 176 земных дней Нет цикла — вечная тень + вечный свет
Совместимость с Li-S (-60°C…+60°C) Невозможно Да (работа в тени/терминаторе)

Термальные зоны кратера

Полярный кратер имеет три термальные зоны:

  1. Пики вечного света (края кратера) — постоянно освещены (~+100°C), здесь размещаются солнечные панели
  2. Терминаторная зона (склоны) — переменное освещение (-50°C…+50°C), рабочая зона роботов Gen-1
  3. Вечная тень (дно кратера) — постоянно -150°C…−180°C, склад, охлаждение, водяной лёд

Режим работы Gen-1: Роботы оперируют в терминаторной зоне и на освещённых склонах. При перегреве уходят в тень для охлаждения. Li-S батареи (-60°C…+60°C) полностью совместимы с этим режимом.

Миф о 88-дневной «ночи»: Это справедливо только для экватора. На полюсе «пики вечного света» освещены постоянно (24/7/365). Проблема 88-дневной ночи к полярной базе не относится.

Почему это уникальный этап

Bootstrap — единственный момент проекта, когда нет местных ресурсов и заряжать роботов негде. После запуска завода начинается штатное производство с саморепликацией.

Аспект Bootstrap Штатное производство
Роботы Gen-1 (Ti + Li-S) Gen-2 (Fe/Al + NaS)
Материалы 100% импорт 97% местные
Купол Предсобранный надувной Сборка на месте
Энергия Ограничена батареями Неограниченная
Критический путь Энерго-автономия Производительность
Ремонт Запчасти ограничены Производство на месте

Ключевой вывод: До развёртывания зарядной инфраструктуры роботы работают на батареях (15-24 часа). После checkpoint они могут заряжаться → время дальнейшей сборки упирается только в ресурс Gen-1 (2-3 года).

Checkpoint: Энерго-автономия

Цель: Роботы могут заряжаться → время дальнейшей сборки не критично.

gantt
    title Критический путь до Checkpoint (12-24 ч)
    dateFormat HH:mm
    axisFormat %H:%M

    section Фаза A: Энерго-автономия
    A1. Разгрузка энерго-модулей :a1, 00:00, 2h
    A2. Развёртывание панелей    :a2, after a1, 4h
    A3. Прокладка кабелей        :a3, after a2, 4h
    A4. Зарядная станция         :a4, after a3, 2h

    section Checkpoint
    ЭНЕРГО-АВТОНОМИЯ            :milestone, after a4, 0d

    section Фаза B: Купол (параллельно)
    B1. Выравнивание площадки   :b1, 00:00, 8h
    B2. Развёртывание купола    :b2, after b1, 4h

Расчёт критического пути

Операция Роботы Часов Параллельно с Результат
A1. Разгрузка энерго-модулей Краб-З ×12 2 - Модули на позициях
A2. Развёртывание панелей Паук-З ×16 4 B1 5 МВт доступно
A3. Прокладка кабелей Кентавр-З ×8 4 B1 Энергосистема
A4. Зарядная станция Кентавр-З ×4 2 B2 Checkpoint!
Критический путь 12 ч

С буфером ×2: 24 часа до энерго-автономии (запас на непредвиденные проблемы).

Примечание о параллелизме: Диаграмма показывает фазы как «параллельные», но это упрощение. На практике B2.1 и C1.x начинаются после A1.2 (зависимость «разгрузка завершена»). После A1.2 все 12 Крабов-З свободны → B2.1 (4 шт) + C1.1 (4 шт) могут идти параллельно. Кентавры-З (24 шт) покрывают все параллельные операции фаз A/B/C.

Почему после checkpoint время не критично

Фактор До checkpoint После checkpoint
Батарея роботов ЛИМИТ (15-24 ч) Перезаряжаются
Рабочий день ЛИМИТ (одна смена) 24/7
Поломка робота КРИТИЧНО Время на ремонт есть
Общее время КРИТИЧНО Только ресурс Gen-1

Роботы Gen-1: Спецификации

Батареи: сравнение космических технологий

Параметр Li-S Li-Ion NaS
Удельная энергия 400-500 Втч/кг 150-250 Втч/кг 100-150 Втч/кг
Температурный диапазон -60°C…+60°C -20°C…+60°C 300°C+ (рабочая)
Саморазряд 2-3%/мес 3-5%/мес ~0%
Циклы 1500+ 500-1000 4500+
Производство in-situ Нет Нет Да (Меркурий)
Применение Gen-1 МКС, Dragon, марсоходы Gen-2

Почему Li-S для Gen-1: - Лёгкие (на 40% легче Li-Ion при равной ёмкости) - Холодостойкие (-60°C — критично для космоса) - Низкий саморазряд — оптимально для 3-4 месячного полёта

Почему NaS для Gen-2: - Производятся на месте из меркурианских ресурсов (Na, S) - Очень долговечные (4500+ циклов) - Не требуют импорта с Земли

Источники: NASA Li-S, Lyten ISS 2025, ESA Li-S

Спецификации Gen-1

Робот Масса Батарея Li-S Ёмкость Мощность Автономия Роль
Паук-З 120 кг 10 кг 4.5 кВтч 300 Вт 15 ч Монтаж панелей, зеркал
Кентавр-З 250 кг 25 кг 11 кВтч 500 Вт 22 ч Сборка, стыковка
Краб-З 950 кг 80 кг 36 кВтч 1500 Вт 24 ч Логистика модулей
Крот-З 800 кг 70 кг 31 кВтч 2000 Вт 15.5 ч Подготовка площадки

Расчёт: удельная энергия Li-S 450 Втч/кг (консервативно, теоретический предел 2500 Втч/кг)

Состав монтажной бригады

Тип Кол-во Масса ед. Всего Роль в bootstrap
Паук-З 16 120 кг 1.9 т Монтаж панелей (критический путь)
Краб-З 12 950 кг 11.4 т Разгрузка и логистика модулей
Кентавр-З 24 250 кг 6.0 т Сборка и подключение
Крот-З 4 800 кг 3.2 т Выравнивание площадки
Итого 56 22.5 т

Об автономности роботов: Gen-1 выполняют рутинные операции (разгрузка, монтаж, прокладка кабелей), а не научные исследования. Это ближе к автономным карьерным машинам Rio Tinto/Caterpillar, чем к марсоходам.

Оборудование завода (модульная доставка)

Модуль Масса Содержимое
Энерго-модуль 3.0 т Зеркала (2000 м²) + каркас + ячейки GaAs + радиаторы
MRE-модуль 4.0 т Печь + тигель + электроды + МГД + рама
Купол-модуль 4.0 т Оболочка + шлюз + промковш + внутренние радиаторы (компоненты для сборки на месте; надувной Bootstrap-модуль 10-12 т — см. ниже)
МНЛЗ-модуль 6.0 т Кристаллизатор + клеть + рольганг (на салазках)
Прокат-модуль 10.0 т Стан (6 клетей) + волочение + намотка
Финиш-модуль 6.0 т WAAM + шлифовка + стапель + манипуляторы
Итого оборудование ~35 т Модульная предсборка

Расходники на первый год

Категория Масса Примечание
Аноды MRE (запас) 0.2 т
Масла, смазки 0.1 т
β-Al₂O₃ электролиты 0.3 т Для первых 50 батарей
Итого расходники ~0.6 т

Витамины (электроника, редкие элементы)

Категория Масса Примечание
Блоки управления (для новых роботов) 0.5 т На 100 роботов
Сенсоры 0.2 т
Электроника разная 0.3 т
Редкоземы (Nd, Sm для магнитов) 0.1 т
Вольфрамовые фильеры (волочение) 0.05 т Для проволоки WAAM
Итого витамины ~1.15 т

Сводка манифеста первой экспедиции

Категория Масса
Монтажная бригада (56 роботов) 22.5 т
Ремкомплект бригады 1.6 т
Оборудование завода (модули) 35.0 т
Расходники (1 год) 0.6 т
Витамины (электроника) 1.15 т
ИТОГО первая экспедиция ~61 т

Зарядка в полёте

Проблема

Полёт до Меркурия занимает 3-4 месяца. Как роботы прилетят заряженными, если батареи рассчитаны на 15-24 часа?

Решение: Панели на посадочном модуле

Посадочный модуль оборудован развёртываемыми солнечными панелями для зарядки роботов в полёте:

Параметр Значение
Панели на модуле ~50 м² GaAs
Мощность (у Меркурия) ~180 кВт (GaAs 35%)
Суммарная ёмкость батарей (56 роботов) ~890 кВтч
Время полной зарядки ~5 часов

Режим полёта

flowchart LR
    A["Старт<br/>100% заряда"] --> B["Крейсерская фаза<br/>3-4 месяца"]
    B --> C["Подлёт к Меркурию<br/>панели на полную мощность"]
    C --> D["Полная зарядка<br/>перед посадкой"]
    D --> E["Посадка<br/>100% заряда"]

    style A fill:#E8F5E9,stroke:#4CAF50
    style E fill:#E8F5E9,stroke:#4CAF50

  1. Старт: Роботы заряжены на 100% (на Земле)
  2. Крейсерская фаза (3-4 мес): Панели развёрнуты, поддерживающая зарядка компенсирует саморазряд
  3. Саморазряд Li-S: ~2-3%/месяц — минимальные потери
  4. Перед посадкой: Финальная полная зарядка
  5. Посадка: Роботы на 100% заряда, готовы к bootstrap

Li-S батареи оптимальны для длительного хранения в космосе: низкий саморазряд (~2-3%/мес) и устойчивость к температурным перепадам. Подробное сравнение с Li-Ion и NaS — в разделе Батареи.

Предсобранный надувной купол

Надувной модуль массой 10-12 т разворачивается за 4-8 часов.

Аналог: Bigelow Aerospace BEAM модуль на МКС (16 м³, 1.4 т) — успешно работает с 2016 года.

Масштабирование BEAM → Гелиос: BEAM — жёсткий модуль с полной life-support системой (1 атм, 87 кг/м³). Купол Гелиос — облегчённая конструкция: только оболочка (нет систем жизнеобеспечения — людей нет), многослойный композит вместо металла, 0.1 атм. При этих условиях удельная масса ~1.3-1.6 кг/м³ реалистична.

Процесс развёртывания:

  1. Разгрузка модуля (Краб-З ×4, 1 час)
  2. Позиционирование на площадке (Кентавр-З ×6, 1 час)
  3. Наддув N₂ (привезён с Земли; далее O₂ местный) (автоматически, 30 минут)
  4. Подключение шлюза (Кентавр-З ×4, 1 час)
  5. Проверка герметичности (30 минут)
  6. Готовность купола (4 часа)

Полный список операций

Фаза A: Энерго-автономия (КРИТИЧНО, 12 ч)

# Операция Роботы Часов Зависимость Робото-часов
A1.1 Открытие грузового отсека посадочного модуля Кентавр-З ×2 0.5 - 1
A1.2 Разгрузка энерго-модулей Краб-З ×12 1.5 A1.1 18
A1.3 Транспортировка к месту установки Краб-З ×12 0.5 A1.2 6
A2.1 Развёртывание каркаса панелей Паук-З ×8 1 A1.3 8
A2.2 Установка GaAs ячеек Паук-З ×16 2 A2.1 32
A2.3 Подключение секций Паук-З ×8 1 A2.2 8
A3.1 Прокладка магистрального кабеля (500 м) Кентавр-З ×4 2 A2.2 8
A3.2 Установка распределительных узлов Кентавр-З ×4 1 A3.1 4
A3.3 Подключение к панелям Кентавр-З ×4 1 A3.2 4
A4.1 Установка зарядной станции Кентавр-З ×4 1 A3.3 4
A4.2 Тестирование и калибровка Кентавр-З ×2 1 A4.1 2
Итого Фаза A 12 ч 95 робото-часов

CHECKPOINT: Энерго-автономия достигнута!

Фаза B: Купол (параллельно с A, 12 ч)

# Операция Роботы Часов Зависимость Робото-часов
B1.1 Разметка площадки (50×30 м) Кентавр-З ×2 1 - 2
B1.2 Снятие верхнего слоя реголита Крот-З ×4 3 B1.1 12
B1.3 Уплотнение поверхности Крот-З ×4 2 B1.2 8
B1.4 Создание фундаментных опор Крот-З ×4 2 B1.3 8
B2.1 Разгрузка модуля купола Краб-З ×4 1 A1.2 4
B2.2 Позиционирование на площадке Кентавр-З ×6 1 B1.4, B2.1 6
B2.3 Наддув N₂ (0.1 атм, привезён с Земли; далее O₂ местный) Автоматически 0.5 B2.2 0
B2.4 Подключение шлюза Кентавр-З ×4 1 B2.3 4
B2.5 Проверка герметичности Кентавр-З ×2 0.5 B2.4 1
Итого Фаза B 12 ч 45 робото-часов

Фаза C: Монтаж оборудования (24-48 ч)

# Операция Роботы Часов Зависимость Робото-часов
C1.1 Разгрузка MRE-модуля Краб-З ×4 1 A1.2 4
C1.2 Транспортировка к куполу Краб-З ×4 0.5 C1.1 2
C1.3 Установка MRE на фундамент Краб-З ×4 + Кентавр-З ×4 1 B2.5, C1.2 8
C1.4 Подключение энергии к MRE Кентавр-З ×4 1 C1.3 4
C1.5 Подключение охлаждения MRE Кентавр-З ×4 1 C1.4 4
C2.1 Разгрузка МНЛЗ-модуля Краб-З ×4 1 A1.2 4
C2.2 Транспортировка в купол Краб-З ×4 1 C2.1, B2.5 4
C2.3 Установка на позицию Краб-З ×4 + Кентавр-З ×6 2 C2.2 20
C2.4 Выравнивание и крепление Кентавр-З ×6 2 C2.3 12
C3.1 Разгрузка прокат-модуля Краб-З ×6 1.5 A1.2 9
C3.2 Транспортировка в купол Краб-З ×6 1.5 C3.1, B2.5 9
C3.3 Установка прокатного стана Краб-З ×4 + Кентавр-З ×6 3 C3.2 30
C3.4 Установка волочильного стана Кентавр-З ×4 2 C3.3 8
C4.1 Разгрузка финиш-модуля Краб-З ×4 1 A1.2 4
C4.2 Транспортировка в купол Краб-З ×4 1 C4.1, B2.5 4
C4.3 Установка WAAM Кентавр-З ×4 2 C4.2 8
C4.4 Установка шлифовальной ячейки Кентавр-З ×4 2 C4.3 8
C4.5 Установка сборочного стапеля Кентавр-З ×8 2 C4.4 16
C5.1 Прокладка внутренних кабелей Кентавр-З ×8 2 C1.3, C2.3 16
C5.2 Подключение всех модулей Кентавр-З ×12 2 C5.1 24
Итого Фаза C ~28 ч 198 робото-часов

Фаза D: Пуско-наладка (20-40 ч)

Примечание о калибровке: Указанное время — минимум при идеальных условиях. После транспортировки (3-4 месяца, вибрации, термоциклирование) реальная калибровка может занять ×2-3 дольше. Это учтено в диапазоне 20-40 ч и не влияет на checkpoint.

# Операция Роботы Часов Зависимость Робото-часов
D0.1 Добыча реголита для MRE (~2 т) Крот-З ×4 1 B1.4 4
D0.2 Транспортировка реголита к MRE Краб-З ×2 0.5 D0.1 1
D1.1 Калибровка MRE (температура, ток) Кентавр-З ×4 4 C1.5, D0.2 16
D1.2 Тестовая плавка (100 кг Al) Кентавр-З ×2 2 D1.1 4
D2.1 Калибровка МНЛЗ (скорость, охлаждение) Кентавр-З ×4 3 C2.4 12
D2.2 Тестовое литьё (50 кг) Кентавр-З ×2 2 D2.1 4
D3.1 Калибровка прокатного стана Кентавр-З ×4 3 C3.4 12
D3.2 Тестовый прокат (заготовка → пруток) Кентавр-З ×2 2 D3.1 4
D3.3 Калибровка волочильного стана Кентавр-З ×2 2 D3.2 4
D3.4 Тестовое волочение (пруток → проволока) Кентавр-З ×2 1 D3.3 2
D4.1 Калибровка WAAM Кентавр-З ×4 2 C4.3 8
D4.2 Тестовая наплавка (кронштейн) Кентавр-З ×2 2 D4.1 4
D4.3 Калибровка шлифовки Кентавр-З ×2 2 C4.4 4
D4.4 Тестовая шлифовка Кентавр-З ×2 1 D4.3 2
D5.1 Интеграционный тест (полный цикл) Кентавр-З ×8 4 D1.2, D2.2, D3.4, D4.4 32
D5.2 Первая полноценная плавка Кентавр-З ×4 4 D5.1 16
Итого Фаза D ~35.5 ч 129 робото-часов

Фаза E: Первый Gen-2 робот (24-30 ч)

# Операция Роботы/Оборудование Часов Зависимость Робото-часов
E1.1 Плавка Al для рамы (300 кг) MRE (авто) 4 D5.2 0
E1.2 Плавка Fe для траков (560 кг) MRE (авто) 4 D5.2 0
E2.1 Литьё заготовок (МНЛЗ) МНЛЗ (авто) 6 E1.1, E1.2 0
E2.2 Прокат профиля рамы Прокат (авто) 4 E2.1 0
E2.3 Волочение проволоки для WAAM Волочение (авто) 2 E2.2 0
E3.1 WAAM: корпус и сложные детали WAAM (авто) 4 E2.3 0
E3.2 Шлифовка: финишная обработка Кентавр-М + абразив (авто) 2 E3.1 0
E4.1 Сборка шасси Кентавр-З ×4 2 E3.2 8
E4.2 Установка моторов Кентавр-З ×2 1 E4.1 2
E4.3 Установка батареи NaS Кентавр-З ×2 1 E4.2 2
E4.4 Установка электроники (витамины) Кентавр-З ×2 1 E4.3 2
E5.1 Калибровка и тестирование Кентавр-З ×2 2 E4.4 4
E5.2 Первый выход Gen-2 — — E5.1 —
Итого Фаза E ~30 ч 18 робото-часов

Сводка: Общее время и робото-часы

Фаза Описание Часов Робото-часов Критичность
A Энерго-автономия 12 95 КРИТИЧНО
B Купол (12) 45 Параллельно с A
C Монтаж оборудования 28 198 После checkpoint
D Пуско-наладка 35.5 129 После C
E Первый Gen-2 30 18 После D
Итого ~106 ч 485 робото-часов

Последовательное время: ~106 часов = ~4.5 дня (без учёта ночей, перезарядок, проблем)

Примечание: Фаза B выполняется параллельно с A (12 ч ≤ 12 ч критического пути A), поэтому не добавляется к общему времени.

Три сценария

Сценарий До checkpoint После checkpoint Итого Обоснование
Оптимистичный 12 ч 6 дней 7 дней Всё идеально, параллельная работа
Реалистичный 24 ч 10-15 дней 11-16 дней Типичные задержки, перезарядки
Пессимистичный 48 ч 20-30 дней 22-32 дня Проблемы с оборудованием, поломки

Вывод: После checkpoint (12-24 ч) время не критично — упираемся только в ресурс Gen-1 роботов (2-3 года). Даже при 30-дневной сборке проект остаётся выполнимым.

Риски bootstrap-фазы

Риск Влияние Митигация
Поломка робота до checkpoint Критично Резерв 20% роботов, ремкомплект
Неисправность панелей Критично Резервные секции в манифесте
Повреждение купола Высокое Ремкомплект герметика, запасной шлюз
Отказ MRE-модуля Среднее Резервные электроды
Несовместимость модулей Низкое Предсборка на Земле, тестирование

Ремкомплект (обновлённый)

Компонент Кол-во Масса Примечание
Запасные ноги (Паук-З) 32 160 кг 2 комплекта на робота
Запасные траки (Краб-З) 48 300 кг 4 комплекта на робота
Батареи Li-S (Gen-1) 15 750 кг Резерв (не NaS!)
Блоки управления 8 80 кг Мозги — критично
Сенсоры (камеры, лидары) 30 50 кг
Актуаторы (моторы) 50 250 кг
Смазка MoS₂ — 15 кг
Итого ремкомплект ~1.6 т

См. также