"""Mars Base Engineering — transporte, base e mecânica da estação. Contexto real (2026-09-28): Starship Flight 14 — primeiro voo ORBITAL da Starship v3 (Ship 41 + Booster): 33 Raptors no booster, perda de 1 motor na subida compensada por burn de motor único, 26 Starlink v3 deployados, splashdown Pacífico após ~3h. O veículo de ~100t que a SpaceX projeta para Marte agora é uma máquina orbital real. Cadeia modelada (conglomera, não escolhe): STARSHIP (transporte 100t classe) -> BASE (estruturas: pad, habitat, domo, tanques — materiais emergentes de mars_metallurgy, não alumínio importado) -> MECÂNICA (frota: escavadoras, haulers, rover, printer, braços) -> ISRU (Sabatier+eletrólise = propelente de retorno + O2/água) -> BOOTSTRAP autocatalítico (massa local produzida cresce, massa importada por synod cai — métrica da Máquina-Árvore) Todos os números são parâmetros de engenharia estimados — saídas de modelo, não medições de hardware real. """ from __future__ import annotations from dataclasses import dataclass, field from typing import Dict, List # ============ O veículo (voo real de hoje) ============ STARSHIP_V3 = { "name": "Starship v3 / Super Heavy", "payload_mars_surface_t": 100.0, # classe nominal com refueling orbital "payload_leo_t": 100.0, "booster_engines": 33, "ship_engines": 6, "engine_out_tolerance": True, # Flight 14 provou: subiu com 1 Raptor fora "propellant": "CH4 + LOX", # metano -> Sabatier ISRU é o propelente nativo "return_propellant_t": 240.0, # ordem de grandeza para retorno reduzido "note": "Flight 14 (2026-09-28): 1º voo orbital real; deploy 26 Starlink v3", } # ============ Fases de implantação ============ DEPLOY_PHASES = [ {"phase": 0, "name": "cargo_primeiro", "ships": 2, "cargo": ["fission_units", "solar_field_kit", "isru_propellant_plant", "excavator_arm", "comms_relay"], "goal": "energia + propelente antes de qualquer tripulação"}, {"phase": 1, "name": "infraestrutura", "ships": 2, "cargo": ["habitat_modules", "regolith_printer", "pressurized_rover", "greenhouse_frame", "extra_solar"], "goal": "estruturas locais começam — pad sinterizado, tanques, estufa"}, {"phase": 2, "name": "expansao_autocatalitica", "ships": 4, "cargo": ["second_excavator", "metallurgy_furnace", "electrolysis_bank", "spare_parts_seed", "scientific_payload"], "goal": "refino local escala; fração importada cai a cada synod"}, ] # ============ Energia (o gargalo real da estação) ============ POWER_SOURCES: Dict[str, Dict] = { "fission_10kwe": { "kwe": 10.0, "mass_kg": 1500.0, "capacity_factor": 0.95, "note": "classe Kilopower NASA — potência noturna/poeirenta garantida"}, "solar_array_m2": { "kwh_per_m2_sol": 1.0, "capacity_factor": 0.25, "note": "~400 W/m2 pico limpo, derating poeira+ângulo -> ~1 kWh/m2/sol"}, } @dataclass class PowerBudget: """Geração vs consumo — decide o throughput real da metalurgia. A refineria consome ~1846 kWh/t de regolito (mars_metallurgy). A potência disponível *é* o limite da estação — não a logística. """ n_fission: int = 2 solar_m2: float = 500.0 sol_hours: float = 24.6 def generation_kwh_sol(self) -> float: fiss = self.n_fission * POWER_SOURCES["fission_10kwe"]["kwe"] \ * POWER_SOURCES["fission_10kwe"]["capacity_factor"] * self.sol_hours sol = self.solar_m2 * POWER_SOURCES["solar_array_m2"]["kwh_per_m2_sol"] return round(fiss + sol, 1) def refinery_throughput_t_sol(self, kwh_per_t: float = 1846.0) -> float: """Toneladas de regolito refinável por sol com a energia livre.""" # reserva 30% para suporte de vida/estufa/bombas free = self.generation_kwh_sol() * 0.70 return round(free / kwh_per_t, 3) def report(self) -> Dict: return {"n_fission": self.n_fission, "solar_m2": self.solar_m2, "kwh_per_sol": self.generation_kwh_sol(), "refinery_t_per_sol": self.refinery_throughput_t_sol()} # ============ Máquinas — a mecânica da estação ============ MACHINE_FLEET: List[Dict] = [ {"id": "excavator_arm", "role": "escava + amostra + classifica", "feed_surfaces": ["excavation", "soil_processing"], "t_per_sol": 20.0, "note": "braço de escavação — alimenta o gate do SulfateVeinClassifier"}, {"id": "regolith_hauler", "role": "transporte escavação->processador", "feed_surfaces": ["excavation", "soil_processing"], "t_per_sol": 30.0}, {"id": "pressurized_rover", "role": "amostragem remota / manutenção", "feed_surfaces": ["excavation", "resources"], "range_km_sol": 40.0}, {"id": "regolith_printer", "role": "sinterização/geopolímero in-situ", "feed_surfaces": ["metallurgy"], "m3_per_sol": 4.0, "note": "imprime pads, muros e domo com material local"}, {"id": "isru_prop_plant", "role": "CO2 -> O2 + Sabatier -> CH4", "feed_surfaces": ["resources", "energy"], "kg_o2_sol": 50.0, "note": "o propelente de retorno nasce do ar marciano"}, {"id": "manipulator_pair", "role": "montagem estruturas braços/domo", "feed_surfaces": ["machine_symbiosis"]}, ] # ============ Estruturas — construídas com o que a estação produz ============ BASE_STRUCTURES: List[Dict] = [ {"id": "landing_pad", "material": "ceramic_brick / geopolymer_cement", "from_metallurgy": ["sintering", "geopolymer"], "note": "plume de pouso destrói regolito solto — pad é prioridade 0"}, {"id": "habitat_shell", "material": "mars_steel + basalt_fiber wrap", "from_metallurgy": ["carboreduction", "basalt_fiber"], "note": "pressão + blindagem de radiação com regolito empilhado"}, {"id": "dome_greenhouse", "material": "basalt_glass + geopolymer frame", "from_metallurgy": ["basalt_glass", "geopolymer"], "note": "vidro basáltico opaco filtra UV; frame geopolímero sem cal"}, {"id": "propellant_tanks", "material": "al_metal", "from_metallurgy": ["molten_salt_electrolysis"], "note": "tanques LOX/CH4 feitos do próprio solo"}, {"id": "utility_trenches", "material": "sintered + regolith cover", "from_metallurgy": ["sintering"], "note": "cabos/água protegidos"}, ] # ============ Manifesto de uma Starship (100t bootstrap) ============ @dataclass class StarshipManifest: """Monta o manifesto de 100t de uma nave cargo para a fase dada.""" payload_t: float = STARSHIP_V3["payload_mars_surface_t"] MANIFEST_PHASE0: Dict[str, float] = field(default_factory=lambda: { "fission_units_x2": 3.0, "solar_field_kit": 12.0, "isru_propellant_plant": 25.0, "excavator_arm": 15.0, "comms_relay": 2.0, "rover": 8.0, "tools_spares": 10.0, "greenhouse_seed_kit": 5.0, "margin": 20.0}) def check(self, manifest: Dict[str, float]) -> Dict: total = sum(manifest.values()) return {"total_t": round(total, 2), "payload_t": self.payload_t, "fits": total <= self.payload_t, "margin_t": round(self.payload_t - total, 2)} def phase0(self) -> Dict: return self.check(dict(self.MANIFEST_PHASE0)) # ============ Bootstrap autocatalítico — a métrica da Máquina-Árvore ============ @dataclass class BootstrapCurve: """Massa produzida localmente vs importada, por synod (26 meses ~ 780 sols). Se a estação refina `t_per_sol` e o throughput útil é `yield_frac`, a massa local acumulada por synod cresce; a fração importada cai — é a curva de independência: a árvore deixando de depender da raiz Terra. """ t_per_sol: float = 0.34 # saída do PowerBudget.refinery_throughput_t_sol yield_frac: float = 0.60 # fração da massa refinada que vira estrutura/máquina sols_per_synod: int = 780 import_t_synod0: float = 400.0 # 4 Starships x 100t iniciais def local_mass_synod(self, synod: int, growth: float = 0.5) -> float: """Produção local cresce porque máquinas novas nascem da própria massa.""" t = self.t_per_sol * self.yield_frac * self.sols_per_synod return round(t * (1 + growth * synod), 1) def import_fraction(self, synod: int) -> float: local = self.local_mass_synod(synod) imported = self.import_t_synod0 / (synod + 1) return round(imported / (imported + local), 3) def sovereignty_report(self, n_synods: int = 6) -> List[Dict]: return [{"synod": s, "local_produced_t": self.local_mass_synod(s), "import_fraction": self.import_fraction(s)} for s in range(n_synods)]