Производство заводов

TL;DR

Концепция: Саморепликирующийся завод строит себе подобных из местных ресурсов

Два типа: Завод-репликатор (Ф-Р: роботы + купола + оборудование) и Зеркальный завод (Ф-З: зеркала)

Бережливое производство: Склад снаружи (вакуум), внутри только JIT-буфер

Производительность: Саморепликация 1 → ~1650 заводов за ~4 года (узкое место: доставка витаминов)

Размер: Купол ~1500 м² (~50×30 м), высота 6-8 м, атмосфера 0.1 атм O₂

Материалы: 600 т реголита/день → 42 т Al + ~11 т Fe-Mn сталь + 25 т Si

Цель и статус расчётов

Цель данной документации — подтвердить принципиальную осуществимость проекта и дать предварительные оценки бюджетов и сроков. Расчёты подтверждают: все необходимые технологии существуют (MRE-электролиз, WAAM, солнечная концентрация, электромагнитный запуск), материалы на Меркурии присутствуют в достаточных количествах (Al, Fe, Si, Ti, S), логистика доставки реалистична при текущих трендах стоимости запуска.

Все приведённые числа (площади, производительности, материальные потоки) являются предварительными оценками порядка величин. Для перехода к реализации необходима работа профессиональной команды инженеров для уточнения параметров, детального проектирования и валидации принятых решений.

Концепция саморепликации

Завод «Точка Ноль» — первый саморепликирующийся завод на Меркурии. Его задача — строить новые заводы из местных материалов, используя роботов и энергию от Солнца.

Параметр	Значение
Принцип	Гравитационно-поточная линия + вакуумная дистилляция
Среда снаружи	Вакуум
Среда внутри купола	Кислород 0.1 атм (местный, из MRE)
Размеры купола	~50×30 м (~1500 м²)
Высота купола	6-8 м (для мостового крана 1 т)
Потребляемая мощность (завод)	~124 МВт (114 МВт электр. + 10 МВт тепл.)
Доступная энергия (CPV-система ~10,5 т)	~151 МВт (запас ~27 МВт без масс-драйвера)

Стратегия экспоненциального роста:

Завод №0 (Точка Ноль) → строит Завод №1
Заводы №0-1 → строят Заводы №2-3
Заводы №0-3 → строят Заводы №4-7
...
→ 1 завод → ~1650 заводов за ~4 года (практически, из-за доставки витаминов)

Первая экспедиция: ~72 тонны с Земли (включая ~10,5 т CPV-системы), сборка за 7 дней.

Подробнее: Сборка первого завода (Bootstrap) | Дорожная карта

Типы заводов

Все заводы используют одинаковый купол (50×30 м, 1500 м²), но различаются по специализации сборочной зоны. Совместить производство роботов, куполов и зеркал в одном куполе невозможно — не хватает площади.

Принцип бережливого производства

Внутри купола — только оборудование и операционный буфер. Складирование материалов и готовой продукции — снаружи на открытых площадках (вакуум, нет коррозии). Крабы-М загружают/выгружают через шлюз по принципу JIT (just-in-time).

Параметр	Внутри купола	Снаружи (вакуум)
Назначение	Производство	Хранение
Площадь	1500 м² (купол)	~500 м² (площадки)
Содержимое	Станки, конвейеры, AGV	Стеллажи, контейнеры
Буфер	~50 м² (шлюзовой)	Неограничен

Завод-репликатор (Ф-Р)

Первый завод («Точка Ноль») и ~150 последующих (~10%). Полностью самодостаточен для постройки новых заводов:

Роботы Gen-2 (Кроты-М, Крабы-М, Кентавры-М)
Купола (раскрой, сварка, герметизация)
Оборудование заводов (МНЛЗ, станы, WAAM-ячейки)
Элементы масс-драйвера (рельсы, катушки, каркас)
НЕ производит зеркала

Компоновка Ф-Р

flowchart TD
    subgraph EXTERNAL["Внешний контур (вакуум)"]
        MHD[/"МГД-ввод<br/>расплав 1500°C"/]
        LOCK["Шлюз<br/>JIT-подача"]
        STORAGE["Внешний склад<br/>стеллажи + контейнеры"]
    end

    subgraph DOME["Купол Ф-Р (0.1 атм O₂, +25°C)"]
        subgraph CASTING["Литейная (200 м²)"]
            TUNDISH["Промковш"]
            MNLZ_AL["МНЛЗ-Al"]
            MNLZ_FE["МНЛЗ-Fe"]
        end

        subgraph ROLLING["Прокатная (200 м²)"]
            FURNACE["Нагрев. печь"]
            MILL["Прокатный стан<br/>6 клетей"]
        end

        subgraph WIREDRAW["Волочильная (100 м²)"]
            WIRE["Волочильный стан<br/>Ø1.6 мм"]
        end

        subgraph FORMING["Формовка (200 м²)"]
            WAAM["WAAM 3D-печать"]
            GRIND["Шлифовальная ячейка"]
        end

        subgraph ROBOTS["Сборка роботов (250 м²)"]
            STAP_R["Стапель роботов"]
            TEST_R["Тестирование"]
        end

        subgraph DOMES["Раскрой + сварка куполов (200 м²)"]
            CUT["Раскройный стол<br/>10×5 м, лазер"]
            WELD["Ультразвуковая<br/>сварка панелей"]
        end

        subgraph EQUIP["Сборка оборудования (200 м²)"]
            STAP_E["Стапель оборудования"]
        end

        BUFFER["Шлюзовой буфер<br/>50 м²"]
    end

    MHD --> TUNDISH
    TUNDISH --> MNLZ_AL & MNLZ_FE
    MNLZ_FE --> FURNACE --> MILL
    MILL --> WIRE --> WAAM --> GRIND
    GRIND --> STAP_R & STAP_E
    LOCK --> BUFFER
    BUFFER --> CUT --> WELD
    STAP_R --> TEST_R --> LOCK
    STORAGE --- LOCK

Зоны Ф-Р

Зона	Площадь	Назначение
Литейная	~200 м²	МНЛЗ-Al + МНЛЗ-Fe
Прокатная	~200 м²	Профиль, листы, проволока
Волочильная	~100 м²	Проволока Ø1.6 мм для WAAM
Формовка (WAAM + шлифовка)	~200 м²	Детали роботов, оборудования, МД
Сборка роботов	~250 м²	Стапель роботов + тестирование
Раскрой + сварка куполов	~200 м²	Стол 10×5 м + ультразвуковая сварка
Сборка оборудования	~200 м²	Стапель оборудования заводов
Шлюзовой буфер	~50 м²	JIT-подача от Крабов, выход готового
Проходы	~100 м²	AGV, мостовой кран 1 т
ИТОГО	~1500 м²

Зеркальный завод (Ф-З)

Большинство заводов (~90%). Производит зеркала для солнечных концентраторов и масс-драйвера:

Компоновка Ф-З

flowchart TD
    subgraph EXTERNAL["Внешний контур (вакуум)"]
        MHD[/"МГД-ввод<br/>расплав Al"/]
        LOCK["Шлюз<br/>выход контейнеров"]
        STORAGE["Внешний склад<br/>контейнеры зеркал"]
    end

    subgraph DOME["Купол Ф-З (0.1 атм O₂, +25°C)"]
        subgraph CASTING["Литейная (200 м²)"]
            TUNDISH["Промковш"]
            MNLZ["МНЛЗ-Al"]
        end

        subgraph FOIL["Прокат фольги (300 м²)"]
            ROLL_F["Фольгопрокатный стан"]
            ANNEAL["Отжиг фольги"]
        end

        subgraph ASSEMBLY["Сборка зеркал (600 м²)"]
            ZFOLD["Z-fold конвейер"]
            TENSION["Натяжение тросов"]
            ELECTRO["Электроника управления"]
        end

        subgraph QC["Контроль + упаковка (200 м²)"]
            TEST["Тестовые стенды"]
            PACK["Контейнеризация"]
        end

        BUFFER["Шлюзовой буфер<br/>50 м²"]
    end

    MHD --> TUNDISH --> MNLZ
    MNLZ --> ROLL_F --> ANNEAL
    ANNEAL --> ZFOLD --> TENSION --> ELECTRO
    ELECTRO --> TEST --> PACK --> BUFFER --> LOCK
    LOCK --> STORAGE

Зоны Ф-З

Зона	Площадь	Назначение
Литейная	~200 м²	МНЛЗ-Al (только алюминий)
Прокат фольги	~300 м²	Фольга 4 мкм для зеркал
Сборка зеркал	~600 м²	Z-fold конвейер, ~350 шт/день
Контроль + упаковка	~200 м²	Тестовые стенды, складывание, контейнеризация
Шлюзовой буфер	~50 м²	Выход контейнеров к Крабам
Проходы	~150 м²	AGV, конвейерные линии
ИТОГО	~1500 м²

Межзаводская логистика (Крабы-М)

Специализация заводов требует транспортировки между ними:

Откуда	Куда	Груз	Транспорт
Ф-Р	Площадка нового завода	Купол (8 т, свёрнутый)	4 Краба-М
Ф-Р	Новый завод	Оборудование (~51 т)	6 Крабов-М
Ф-Р	Площадка МД	Рельсы, катушки, каркас	4 Краба-М
Ф-З	Буфер масс-драйвера	Контейнеры зеркал	4 Краба-М
Ф-Р	Все заводы	Готовые роботы	Своим ходом

Внутрицеховая логистика (внутри купола): AGV (автоматические тележки) + мостовой кран 1 т + Кентавры-М (манипуляторы на сборке).

Три этапа производства завода

Производство завода делится на три последовательных этапа:

1. Обработка материалов (Реголит → Al/Fe/Si)

Вся переработка реголита происходит в общей материальной базе проекта.

Процесс: - Дробление реголита - Плавка в солнечных печах - MRE-электролиз → разделение на Fe, Al, Si, Ti, S - Дистилляция → очистка алюминия - Транспорт материалов в купол завода

Подробнее: Переработка реголита

Выход материалов (600 т реголита/день):

Материал	Выход	Применение
Алюминий (Al)	42 т/день	Зеркала, корпуса роботов, проводники
Железо (Fe-Mn сталь)	~11 т/день	Рамы роботов, рельсы МД, каркас купола
Кремний (Si)	25 т/день	Солнечные панели, стекловолокно
Диоксид титана (TiO₂)	3 т/день	Электрохромика зеркал
Сера (S)	18 т/день	NaS батареи

2. Производство элементов (Материалы → Детали)

Готовые материалы (Al/Fe/Si) превращаются в элементы конструкций: листы, профили, проволоку, детали.

Транспорт материалов в купол

Материалы поступают в купол завода через различные транспортные системы:

Материал	Источник	Транспорт	Назначение
Al расплав 42 т/день	Дистилляция	МГД-ввод 1500°C	Линия алюминия
Fe/Si расплав 35 т/день	MRE-электролиз	МГД-ввод 1500°C	Линия железа
TiO₂ порошок 3 т/день	Линия титана	Пневмотранспорт	Электрохромика
Стекловолокно 28 т/день	Линия стекловолокна	Конвейер (бобины)	Композитные купола

Производственные линии элементов

Внутри купола завода работают 4 производственные линии:

Подробнее о каждой линии:

Плавка металлов — подготовка расплава для литья
МНЛЗ литьё — непрерывное литьё заготовок
Прокатный стан — прокат листов, профилей, проволоки
WAAM 3D-печать — изготовление сложных деталей

Выход элементов:

Элемент	Материал	Производительность	Применение
Алюминиевая фольга	Al	~12 т/день	Зеркала
Алюминиевые листы	Al	~15 т/день	Корпуса, купола
Алюминиевая проволока	Al	~10 т/день	WAAM, обмотки
Железная проволока	Fe	~8 т/день	WAAM, тросы
Железный прокат	Fe	~10 т/день	Каркасы, рельсы

3. Финальная сборка (Элементы → Продукция)

Элементы собираются в готовую продукцию. Тип продукции зависит от специализации завода.

Ф-Р: Репликация (купола + оборудование + роботы)

Купола — силикатная оболочка новых заводов → Подробнее
Оборудование — МНЛЗ, прокатный стан, WAAM-ячейки → Подробнее
Роботы — Кроты-М, Крабы-М, Кентавры-М → Подробнее
Саморепликация — координация постройки нового завода → Подробнее

Ф-З: Зеркала (~350/день)

Зеркала — Z-fold солнечные отражатели для масс-драйвера

Материальные потоки

flowchart TD
    subgraph MATERIALS["ПЕРЕРАБОТКА РЕГОЛИТА"]
        REG["Реголит<br/>600 т/день"]
        MRE["MRE-электролиз"]
        DIST["Дистилляция"]
    end

    subgraph ELEMENTS["ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕМЕНТОВ"]
        MELT["Плавка"]
        CAST["МНЛЗ литьё"]
        ROLL["Прокат"]
        WAAM["WAAM"]
    end

    subgraph ASSEMBLY["ФИНАЛЬНАЯ СБОРКА"]
        DOME["Купола"]
        EQUIP["Оборудование"]
        REPLI["Саморепликация"]
    end

    REG --> MRE
    REG --> DIST
    MRE --> MELT
    DIST --> MELT
    MELT --> CAST
    CAST --> ROLL
    ROLL --> WAAM
    WAAM --> DOME
    WAAM --> EQUIP
    DOME --> REPLI
    EQUIP --> REPLI

    style MATERIALS fill:#fff3cd
    style ELEMENTS fill:#d4edda
    style ASSEMBLY fill:#cce5ff

Энергопотребление

Энергия делится на тепловую (солнечные концентраторы) и электрическую (фотоэлектрические панели):

Тепловая энергия (солнечные концентраторы):

Потребитель	Ф-Р	Ф-З
Солнечные печи (плавка реголита, MRE)	10 МВт(т)	10 МВт(т)

Электрическая энергия (GaAs панели):

Потребитель	Ф-Р	Ф-З
MRE-электролиз (60 ячеек × 1,8 МВт)	108 МВт	108 МВт
Прокатный стан / фольга	2 МВт	3 МВт
WAAM + шлифовка	0.05 МВт	—
Сборочные стапели	0.5 МВт	—
Раскрой + сварка куполов	0.02 МВт	—
Сборка зеркал	—	0.5 МВт
Роботы (~50 шт × 5 кВт)	0.3 МВт	0.3 МВт
Системы управления	2 МВт	2 МВт
Электрическое ИТОГО	~114 МВт(э)	~114 МВт(э)

Примечание: Солнечные печи используют концентрированный солнечный свет напрямую (без преобразования в электричество). При солнечном потоке ~9,3 кВт/м² на Меркурии концентратор ~1000 м² обеспечивает ~10 МВт тепловой энергии. MRE-электролиз — главный потребитель электричества (~108 МВт, обоснование по закону Фарадея). Электрические потребители питаются от GaAs фотопанелей.

Доступная электроэнергия: ~151 МВт (CPV-система ~10,5 т: концентраторы Kapton+Al + GaAs ячейки)

Запас над заводом (без масс-драйвера): ~27 МВт. Масс-драйвер (~39 МВт) запускается после развёртывания первых Si-панелей местного производства.

Подробнее: Производство

Референсы: автономное производство

Технологии «тёмных фабрик» — промышленная реальность

Полностью автоматизированное производство без людей (lights-off manufacturing) работает в промышленном масштабе:

Компания	Достижение	Год
FANUC (Япония)	Роботы строят роботов, 50 шт/сутки, 30 дней без людей	с 2001
Xiaomi (Китай)	81 000 м², 10 млн смартфонов/год, 24/7	2023
Foxconn (Китай)	60 000 роботов, переход к полной автоматизации	2024
Philips (Нидерланды)	128 роботов, 9 человек на контроле	2020
Полупроводники (глобально)	300mm wafer fabs — полностью автоматизированы	с 2000-х

Рынок: $119 млрд (2024), CAGR 8.7%.

Применимость к проекту: Завод на Меркурии — это lights-off фабрика с добавлением MRE-электролиза на входе. Все внутрицеховые операции (литьё, прокат, WAAM, сборка) имеют прямые земные аналоги.

Подробнее: Технологии и источники

См. также

Переработка реголита — получение Al/Fe/Si
Энергосистема — энергия для производства
Производство роботов — рабочая сила заводов
Дорожная карта — фазы развёртывания