Hay al menos dos enfoques para colonizar un planeta o una luna:

• Puede enviar un número relativamente pequeño de personas allí y asumir que la población crecerá de la forma en que a veces lo hacen las poblaciones pequeñas. ;
• puede enviar una cantidad relativamente grande de personas allí.

Efectos de levantar una gran cantidad de personas

Entonces, considerando el caso donde planeamos enviar un número bastante grande de personas, una cosa interesante entonces es considerar si, con cohetes impulsados ​​por combustibles fósiles, se puede levantar a un gran número de personas sin causar un daño enorme a la población restante. Un daño enorme en particular que podría hacer es causar suficiente calentamiento para que sucedan cosas malas a su debido tiempo. Ya estamos haciendo esto de otras formas, por supuesto, pero vale la pena mirar las emisiones de $ \ mathrm {CO_2} $ de sacar a la gente de la Tierra en cantidades realmente grandes.

Hacer esto correctamente es bastante difícil: necesitas calcular el $ \ Delta V $ correctamente, conocer las $ I_ \ mathrm {sp} $ de su sistema de lanzamiento, considere cuánto combustible se quema en la atmósfera (obviamente, el combustible que quema de la atmósfera no cuenta, en absoluto), considere otros impactos de la quema del combustible (aerosoles, que pueden causar algo de enfriamiento, otros contaminantes que pueden hacerlo), considere el costo de producir el vehículo de lanzamiento, el oxidante, cualquier combustible que no produzca directamente $ \ mathrm {CO_2} $ y así sucesivamente: es un gran cálculo de ingeniería.

Entonces, como una persona de física teórica molesta, voy a hacer una estimación horrible de vaca esférica en el hipe que la respuesta es correcta a un factor de unos pocos. Haré las siguientes suposiciones:

• estamos levantando gente con algo como un S-IC, quemando RP-1;
• ese sistema puede elevarse lo suficiente para poner a una persona y su equipo de apoyo requerido en Marte (por lo que necesitan algo así como 3 veces más equipo de apoyo para vivir en Marte indefinidamente que los astronautas del Apolo para vivir, brevemente, en la Luna, y Supongo que la pila Apollo podría haber puesto a alguien en Marte) (tenga en cuenta también que no importa si envía el equipo de soporte por separado: todavía le cuesta levantarlo);
• Hay un costo de producción factor de fudge, $ k $ que representa las emisiones de cualquier cosa menos la primera etapa (el S-II no debería haber emitido nada directamente, pero probablemente lo hizo haciendo su combustible) y emisiones en producción. Asumiré $ k = 2 $ inicialmente.

Entonces, de acuerdo, hagamos los cálculos.

• El S-IC contenía $ 770 \, \ mathrm {m ^ 3} $ de RP-1 o $ 770 \ times 10 ^ 3 \, \ mathrm {l} $ ;
• RP-1 tiene una densidad de aproximadamente $ 0.82 \, \ mathrm {kg / l} $ , por lo que la masa de combustible en el S-IC era aproximadamente $ 630 \ times 10 ^ 3 \, \ mathrm {kg} $ span >;
• Al grabar $ 1 \, \ mathrm {kg} $ de RP-1 se emite aproximadamente $ 3 \, \ mathrm {kg} $ de $ \ mathrm {CO_2} $ .

Entonces, la cantidad directa de $ \ mathrm {CO_2} $ emitido por un S-IC es aproximadamente $ 1.9 \ times 10 ^ 6 \, \ mathrm {kg} $ (¡la masa adicional proviene del oxidante!). Y con nuestro factor fudge para tener en cuenta otras emisiones asociadas con un lanzamiento, esto llega a $ 3.8 \ times 10 ^ 6 \, \ mathrm {kg} $ .

Entonces, el costo de $ \ mathrm {CO_2} $ por persona a Marte es aproximadamente $ 3.8 \ times 10 ^ 6 \ , \ mathrm {kg} $ .

Entonces, la pregunta es: ¿es esto un problema? Bueno, supongamos que no va a hacer la cosa de la pequeña colonia y la raza: digamos que va a levantar a un millón de personas de esta manera. El costo de hacer eso es $ 3.8 \ times 10 ^ {12} \, \ mathrm {kg} $ o $ 3.8 \ multiplicado por 10 ^ 9 \, \ mathrm {t} $ .

Las emisiones humanas en la actualidad se encuentran alrededor de $ 10 ^ {10} \, \ mathrm {t / y} $ , que es extremadamente insostenible, por decir lo menos.

Entonces, ¿qué tan malo es el costo de levantar a un millón de personas? Bueno, si lo hicieras en un año sería realmente muy malo. Si lo hiciste hace más de un siglo, no está tan mal. Tenga en cuenta también que estos costos son asumidos por las personas que no levanta, que, si levanta a un millón de personas, es "casi todo el mundo". Por supuesto, este es el resultado de algún tipo de proceso de estimación de Fermi: puede estar equivocado por un factor de diez o algo así. Pero es lo suficientemente bueno para decirle dos cosas:

• alguien debería hacer un cálculo de ingeniería real para obtener números reales, ya que los resultados están claramente en el rango de significativo a catastrófico;
• definitivamente no vamos a vivir en un mundo donde un millón de personas al año (un poco más de una persona entre diez mil) se van de vacaciones a Marte o la Luna, hasta que hayamos resuelto el problema de las emisiones, y Probablemente no vamos a levantar a un millón de personas en absoluto, a menos que estemos felices de matar a un gran número de la población restante, donde esa población restante es casi todos.

¿Cuántos ¿Podríamos levantar personas?

Otra pregunta es: dadas las reservas conocidas de combustibles fósiles, ¿cuántas personas podríamos levantar si no nos importan las consecuencias para las personas que quedan en la Tierra? Nuevamente usaré la pila Apollo como mi fuente de información:

• cada S-IC contiene $ 770 \, \ mathrm {m ^ 3} $ de RP-1;
• hay un factor de modificación, $ k = 2 $ para dar cuenta de otros combustibles fósiles utilizados en la producción del sistema;
• cada uno cohete lleva a una sola persona a Marte.

Basaré mi información en las reservas de combustibles fósiles en la revisión estadística de BP de la energía mundial, y solo me centraré en reservas de petroleo. Dicen que quedan alrededor de $ 1,7 \ veces 10 ^ {12} $ barriles de petróleo crudo en las reservas probadas (no estoy seguro de lo que significa "probado", pero sospecho significa que hay más de lo que no sabemos). Un barril es $ 159 \, \ mathrm {l} $ o $ 0.159 \, \ mathrm {m ^ 3} $ span>, por lo que quedan aproximadamente $ 2.8 \ times 10 ^ {11} \, \ mathrm {m ^ 3} $ de petróleo crudo.

Asumiré que todo ese aceite es RP-1. Esto es absurdamente optimista, pero por otro lado no he tenido en cuenta los cohetes de carbón. Entonces, la cantidad de lanzamientos que podemos hacer, la cantidad de personas que podemos levantar, si quemamos todo nuestro aceite, es

$$ \ begin {alineado} N & = \ frac {2.8 \ times 10 ^ {11}} {770 \ times 2} \\ & = 1.8 \ times 10 ^ 8 \ end {alineado} $$

el actual la población mundial es de aproximadamente $ 7 \ times 10 ^ 9 $ : si quemamos todo el petróleo, podemos levantar aproximadamente 1 persona de cada 40. O, en otras palabras, podríamos levantar más de la mitad de la población de los EE. UU.

Si hiciéramos esto, emitiríamos $ 6.8 \ times 10 ^ {14} \, \ mathrm {kgCO_2} $ : aproximadamente $ 68 $ veces las emisiones anuales actuales. Las consecuencias de eso serían catastróficas para las personas que quedan en la Tierra.

No voy a tratar de calcular cuánto carbón se necesita para impulsar un cohete, pero presumiblemente, en teoría, podrías levantar a más personas con cohetes de carbón: creo que hay bastante carbón.

Tenga en cuenta que no estoy argumentando que las emisiones $ \ mathrm {CO_2} $ de Apollo, o de la exploración espacial en general, fueron o son un problema: no lo son, y estoy muy a favor de la exploración espacial. Las emisiones de levantar personas en grandes cantidades , por otro lado, serían un gran problema.

No creo que podamos colonizar efectivamente otros mundos mientras dependemos de los combustibles fósiles por la sencilla razón de que los mundos que colonizaremos no necesariamente tendrán combustibles fósiles . Podrías construir un puesto avanzado remoto o una estación de investigación, pero tener algo que realmente puedas considerar una colonia requiere que ese asentamiento pueda vivir a un nivel algo similar al de la civilización en casa. Eso significa que una civilización dependiente de combustibles fósiles solo podría expandirse razonablemente a lugares que tuvieran sus propios suministros de combustibles fósiles.

Para abordar el punto en su último párrafo, es extremadamente improbable que una misión de colonización interplanetaria agote nuestro reservas de combustibles fósiles. "Reservas" generalmente significa "lo que actualmente es económico de extraer". La historia ha demostrado que los avances tecnológicos nos permitirán localizar nuevas reservas y acceder a reservas que antes se pensaba que eran inaccesibles. Es más probable que se encuentre con problemas ambientales antes de agotar el suministro de combustible extraíble.

Algunas advertencias importantes:

Uso el término "combustibles fósiles" porque eso es lo que estaba en la pregunta, pero en realidad se trata de hidrocarburos. En la Tierra, los combustibles fósiles son nuestra principal fuente de hidrocarburos y los dos términos se usan de manera algo intercambiable. Sin embargo, en el contexto de la exploración espacial, estas son dos cosas muy diferentes. Algunos lugares del sistema solar (como la luna de Saturno Titán) tienen lagos literales de hidrocarburos líquidos que no se derivan de fósiles.

Además, no olvide que los combustibles fósiles son más que una fuente de energía. La producción de energía representa la mayoría de los usos de hidrocarburos, pero una parte significativa (15-25%, dependiendo de a quién le pregunte) se usa como ingrediente en todo tipo de productos como asfalto, lubricantes, tintas y pinturas, materiales sintéticos de todo tipo. , medicamentos, cosméticos, etc. Incluso si una civilización obtiene el 100% de su energía de fuentes que no son hidrocarburos, seguirá dependiendo de esos hidrocarburos por razones no energéticas. La falta de disponibilidad de hidrocarburos en el planeta de destino obstaculizaría gravemente la capacidad de un asentamiento para ser autosuficiente. Depender de materiales importados significa que el tamaño máximo de su asentamiento está parcialmente limitado por la tasa a la que puede importar suministros críticos. Debido a las distancias y la logística involucradas, estas exportaciones serán necesariamente limitadas en volumen y demasiado caras para ser una fuente primaria.

Las colonias necesitarán fuentes de energía que no sean combustibles fósiles. El O2 libre es raro en el sistema solar interior. No sé si hay reservas significativas de hielo de oxígeno en el sistema exterior, pero enviar oxígeno desde el cinturón de Kuiper a colonias más cálidas (como, por ejemplo, Titán) no sería práctico de todos modos. Sin O2 u otro oxidante adecuado, la gasolina es solo un gas / fluido / gelatina / roca inútil. Una civilización con colonias en los satélites jovianos es una civilización que está contenta con la energía nuclear o que se ha vuelto muy buena en eficiencia energética para poder usar la energía solar tan lejos. Posiblemente ambos.

Por lo tanto, una civilización que haya logrado llegar tan lejos también será una civilización que no dependa completamente de los combustibles fósiles. En teoría, partes de la civilización aún podrían depender de ellos, pero la pregunta de por qué te molestas con la gasolina cuando el resto del sistema funciona bien con la energía solar y las armas nucleares seguirá surgiendo.

Ahí No es necesario convertirse en una civilización Kardashev Tipo I: es una medida arbitraria del uso de energía, que solo es realmente relevante si está tratando de encontrar civilizaciones grandes e ineficientes apuntándolas con telescopios. No es más valioso que asegurarme de que mi factura de electricidad supere los 1024,00 € al mes.

Tenemos que alejarnos de la dependencia de los combustibles fósiles porque están causando un gran daño ecológico (que a su vez, matará a un montón de personas), pero no hay razón para hacer que la exploración espacial espere hasta que dejemos de depender de los combustibles fósiles. De hecho, las colonias espaciales pueden ser un buen banco de pruebas para la ecología aplicada (útil para ayudarnos a mitigar el calentamiento global) y diseños de reactores nucleares medianos (ningún ecosistema para destruir en la superficie lunar, por lo que podemos colocar un par de docenas de reactores allí y ver si algo funciona. mal.)

Ciertamente existe el riesgo de que los oligarcas terrenales agoten los recursos en un intento quijotesco de colonización espacial, pero actualmente lo están haciendo bien en agotar los recursos en otras cosas más estúpidas.