Освоение Марса

[AlexAV]

А сколько потребует энергии доставка метана и вообще газов из облака Оорта (ну или пояса Койпера)?

Чем дольше мы согласны ждать - тем меньше. ХС перевода тела на орбиту столкновения с Марсом там имеет порядок орбитальной скорости тела, а она при удаление от Солнца уменьшается ~r^1/2. Для тел на расстояние 100 а.е. будет около 3 км/с, на 1000 а.е. около 1 км/с, энергетическая стоимость доставки массы к Марса от туда будет сравнительно небольшой.

Вот только ждать результата придётся долго, с 1000 а.е. - около 5600 лет для 1000 а.е.

[AlexAV]

Не всё: будет очень интересно - какие бактериально-грибковые ассоциации, известные как лишайники там смогут выработать адаптации, если вдруг таки приживутся. Может быть даже что-то из этого пригодилось бы для сельского хозяйства. Земного. Хотя антарктический лишайник, если его подольше порастить на почве с соответствующими загрязнителями, уже сейчас мог бы дать не меньше.

Ещё очень интересно как будет построен геохимический цикл углерода при условие наличия жизни на такой планете как Марс, где нет тектоники плит и современные темпы дегазации очень низки. Сожрёт весь СO2 из атмосферы и сдохнет? Или, более интересный вариант, образуется какой-то более-менее замкнутый цикл, возврощающий связанный углерод в атмосферу через работу метаногенов, сульфатредукторов и железобактерий в почве? А если реализуется второй вариант, то какой парциальное давление кислорода в атмосфере он сможет поддерживать?

Тут правда результата придётся ждать долго. Всё же геологического масштаба процессы - требут геологически большого времени.

[AlexAV]

Так что получится бактериальная колонизация ради бактериальной колонизации. Зачем всё это?

Да заратустра знает что в результате будет. Самая чахлая биосфере (но содержащая в себе фотосинтезирующие организмы) будет генерировать такие геохимические потоки вещества, что ни будут полностью доминировать по сравнению со всеми иными, существующими ни такой геологически полудохлой планете как Марс.

Может быть в результате на Марсе просто кончится атмосфера,  т.е. почти совсем, и останется только совсем чахлая из азота и инертных газов. Углерод уйдёт в органические отложение и карбонаты (почвенные кислоты продуцируемые лишайниками будут осуществлять химическое выветривание пород куда эффективнее, чем оно может идти абиотическим путём, а конечным элементом химической эволюции образующихся при этом солей будут карбонаты), а кислород свяжется с почвенным железом. А может, наоборот, цикл по углероду получится достаточно замкнутым, а за счёт накопления в почве пирита (продукта восстановления железа и сульфатов) при незначительном стоке кислорода из атмосферы в сухих и  холодных условиях, у планеты сформируется мощная кислородная атмосфера.

Предсказать это на кончике пера очень сложно, система слишком сложная и содержащая большое количество неочевидных и плохо прогнозируемых связей.

[AlexAV]

Ну если бы земные растения удалось бы выращивать в полуоткрытом марсианском грунте в товарных количествах они могли бы пополнять атмосферу углекислым газом и кислородом.

Ну то что растения могут выделять кислород - очевидно. А вот пополнять атмосферу углекислым газом - не получится, просто по закону сохранения массы. Чтобы выделить дополнительный углекислый газ - где-то нужно взять дополнительный углерод. А взять его неоткуда.

На самом деле что я имею в виду следующее. Когда идёт фотосинтез общий процесс можно представить как:

CO2 = [C] + O₂ ([C] я обозначаю не окисленный углерод вне зависимости от формы)

При этом количество углекислого газа уменьшается, а количество кислорода увеличивается. Общий объём углекислого газа существующего в атмосфере и полярных шапках Марса весьма мал, если в геохимической цепочке будет присутствовать только этот процесс - то это приведёт к тому, что достаточно быстро (в геологическом смысле) углекислый газ будет полностью связан в не окисленный углерод и он попросту закончится на планете совсем (поскольку его колличество практически не пополняется за счёт геологических процессов). Более того, если учесть побочные процессы, то при этом даже эквивалентное количество кислорода не накопится. Дело в том, что растения в почве выделяют кислоты, которые способствуют химическому выветриванию минералов. При этом если в почве имеются минералы, содержащие двухвалентное железо (а они на Марсе есть), то это двухвалентное железо будет переходить в растворимую форму, скажем:

Fe₂SiO₄ + 4H+ = SiO₂ + 2H₂O + 2Fe²⁺

А двухвалентное железо в растворимой форме реагирует с кислородом давая лимонит:

4Fe²⁺ + 4H₂O + O₂ = 4FeO(OH) +4H⁺

В итоге суммы этих двух процессов легко может возникнуть ситуация, когда углекислый газ из атмосферы исчезнет, но кислород не появится, а вместо него образуется только ржавчина в почве.

Проблема будет усугубляться тем, что параллельно будет идти процесс реакции генерируемых растениями почвенных кислот с минералами магния и кальция, скажем:

Mg₂SiO₄ + 4HCarb = 2Mg(Carb)₂ + SiO₂ + 2H₂O

(Carb - я обозначил анион любой карбоновой кислоты). Через цепочку биохимических превращений Mg(Carb)2 будет превращаться в карбонат магния (MgCO₃), который является геохимическим тупиком. Итогом этого процесса также будет изъятие углекислого газа из атмосферы без эквивалентного выделения кислорода.

Это плохой случай, т.е. когда геохимический цикл углерода не замкнут. Итог этого процесса неизбежно будет то, что Марс останется без атмосферы вообще (ну точнее только с очень разреженной атмосферой из азота и аргона). Такое вот “антитерраформирование” Марса.

Картина может стать куда лучше, если будут идти дополнительные процессы, связанные с анаэробным разложением образующейся органики. Тут могут помочь метаногены:

[C] + H₂O = CH₄ + CO₂

Метан будет эффективно доставлять водород в верхние слои марсианской атмосферы, где он будет разрушаться, а часть высвобождающегося при этом водорода диссипировать в космос:

CH₄ + O₂ = CO₂ (остаётся в атмосфере) + H(уходит в межпланетное пространство)

Геохимическим итогом этого процесса будет чистое накопление кислорода в атмосфере за счёт расхода воды.

Или совместная деятельность железобактерий и сульфаредукторов, которые при наличие трёхвалентного железа и сульфатов в итоге дают пирит:

FeOOH + SO₄^2- + [C] = FeS₂ + H₂O + CO₂

В этом случае геохимическим итогом будет чистое накопление кислорода в атмосфере за счёт расхода почвенных сульфатов.

Не очень понятно как биологическим путём углерод может возвращаться из почвенных карбонатов. На Земле есть водные растения, которые могут усваивать углерод из карбонат- и гидрокарбонат- иона, а не молекулярного углекислого газа. Но есть ли такие сухопутные растения, которые могут брать углерод не из атмосферы, а из почвенных карбонатов - не знаю. Может быть лишайники на это способный, не уверен. Высшие растения - точно нет.

Как этот цикл будет выглядеть в реальности и вообще будет ли какой-то цикл, а не однонаправленное захоронение углерода в форме карбонатов и гуминового вещества - большой вопрос. Точно также будет ли с учётом участия в химических процессах почвенного железа вообще какое-то накопление кислорода (или только образование по сути ржавчины в почве). Это очень сложно прогнозировать.

[AlexAV]

А ведь у AlexAV я в игноре.Любопытно, за какие грехи...

Это не так. Никаких претензий к Вам я не имею. Если где-то какая-то галочка появилась - это может быть только мисклик, который я не заметил.

P.S. Проверил - Вас в моём списке игнорируемых нет.

[AlexAV]

А это могло в прошлом произойти?Допустим, марсианские бактерии, какими бы они там ни были, сожрали в какой-то момент почти весь СО2, и привели планету к тому состоянию, которое мы сейчас и наблюдаем.

Теоретически... Почему бы  и нет. Хотя настораживает отсутствие отложений богатых керогеном сланцев. Сложно представить, чтобы при наличие более-менее развитой биосферы освоившей фотосинтез такие породы не образовались бы. Хотя... Может быть просто плохо искали.

[AlexAV]

Например добыча воды для производства топлива. А в каком виде она там будет? Какие условия вы будете моделировать? Чистый лед присыпанный песком? Или добыча из промерзлой почвы прогреванием? Или лед перемешанный с грязью и камнями?
Вы смоделируете десяток способов добычи, прилетите на Марс и увидите (в очередной раз) что ничего общего с реальностью это не имеет. И вам на месте придется соображать что делать.

Вы верно отметили проблемы. По сути они сводятся к просто и очевидной истине - любая деятельность по разработке способов добычи этой самой воды, без данных детальной геологоразведки и не будучи приложенной к конкретному месторождению с точно известной геологией, ни малейшего смысла не имеет. Сначала  данные о геологической структуре конкретного месторождения, потом технология добычи, и никак иначе. А то действительно легко может получиться ситуация, "гладко было на бумаге, но  опять про что-то забыли".

Вы смоделируете десяток способов добычи, прилетите на Марс и увидите (в очередной раз) что ничего общего с реальностью это не имеет.

Совершенно точно. А значит отсюда вывод, что вопрос успешности добычи не должен быть критическим для первой миссии (т.е. никаких ISRU в ней быть не должно), а лучше это делать вообще с помощью автоматических аппаратов.

Почему бы не сделать это сразу сэкономив деньги и время?

Это как? Ведь это большое и достаточно сложное исследование. Нужно:

1) На основание данных дистанционного зондирования определить перспективные регионы (более менее сделано).
2) Провести сейсморазведку в перспективной области (нет и ни одним аппаратом в обозримом будущем не планируется), найти перспективные структуры, причём не факт, что в первом случайно выбранном месте это удастся. Это минимум несколько разных миссий в разные точки планеты.
3) Произвести бурение на перспективных структурах, извлечь керны, исследовать их (лучше на Земле, где набор доступных инструментов шире).
4) Сделать выводы о перспективности той или иной структуры в плане технической возможности добычи воды и подбобрать на основание полученных данных какую-то осмысленную технологию. Этапы (3) - (4) нужно будет скорее всего повторять несколько раз. Совсем не факт, что первая же разбуренная структура окажется перспективной.
5) Опытная добыча (где обязательно вылезет куча проблем, которые на этапе (4) не  учли).
6) Масштабирование и опытно-промышленная добыча (тут при масштабирование добычи вылезет новый букет проблем и их тоже придётся решать).
7) И уже только после этого миссия необходимо нуждающаяся в ISRU.

Что тут вообще можно сократить? Ну да, это всё дорого, долго и сложно. Но как иначе-то?

Вы предлагает построить город на Земле - чтобы проверить удастся ли построить колонию на Марсе?

На Земле нет мест столь же паршивых и непригодных для человека как Марс. Даже долина Мак-Мердо по сравнению с Марсом - курорт. Поэтому точно проверить тут действительно едва ли возможно. Однако опыт городов в малоблагоприятных климатических условиях действительно ставит ряд проблем, которые необходимо учитывать при любом планирование любой колонии на Марсе (причём, очевидно, они будут наличествовать на Марсе в куда большей степени, чем в любом самом отдалённом посёлке крайнего севера с самыми неблагоприятными условиями). 

[AlexAV]

Взаимоисключающая фраза сама себе противоречащая.

Да нет тут никакого противоречия. Если первая миссия (до завершения геологоразведки и освоения производства топливных компонент) - пилотируемая, то она от ISRU просто обязана не зависеть. Иначе будет много трупов. А для беспилотной миссии ISRU или совсем не важен (какая-нибудь машина для осуществление сейсморазведки в автоматическом режиме, её всё равно возвращать никто не будет) или его использование заведомо нецелесообразно (скажем для доставки образцов, тут ещё к довольно сложному роботу для их автоматической заборки и отправки на Землю городить ещё завод по производству топлива - значит сильно поднять её стоимость и снизить надёжность, закинуть несколько бочек с топливной парой для возврата тут заведомо проще и дешевле).

И заниматься исследованиями-тестами по теме ISRU.

Заниматься геологоразведкой/тестами элементов ISRU - не значит зависеть от ISRU. По крайней мере для автоматической миссии.

Все это в значимой мере можно провернуть, располагая теми тоннами ПН, которые старшип в состоянии доставить на Марс.

На Земле вообще никаких ограничений по массе нет, и в автоматическом режиме всё не надо делать, и в любой момент к объекту можно отправить любых специалистов по нужному профилю, а тем не менее поиск и освоение месторождений всё равно остаётся не такой уж простой задачей и тут этот цикл в некоторых случаях может достигать 10-15 лет и более.

При том что скорей всего прям из под посадочных опор севшего Starship-a.

Метод слепого бурения - явно не то, что может дать результат сразу, с первой или второй попытки. Это тоже самое, что высадиться в случайной точке ХМАО и пробурить скважину. Какие в этом случае шансы найти нефть? Тут тоже самое. В любом случае нужно как-то строить детальные геологические карты недр, а потом уже определять где точно бурить.

Поэтому Вустер опять и опять повторяет свой же тезис,что часть экипажа(а может быть и все 10-12 пионеров-колонизаторов),из первой пилотируемой останутся как минимум на два синода.Это необходимо для поддержания  в работе системы ISRU,парирования неисправностей и пр.

Ну допусти сели и тут выяснялось, что в конкретной точке посадки добыча воды по какой-то причине невозможна. Дальше что делать? Т.е. имеем эти самые 10 - 12 гарантированных трупа? Такой подход не выглядит сколько-нибудь приемлемым с точки зрения безопасности.

Нынешний уровень робототехники не позволит сделать то о чем вы говорите без участия человека.

Тогда нужно лететь без ISRU полностью доставляя топливные компоненты с Земли. Другого выхода приемлемого с точки зрения безопасности просто не остаётся. Ну а на ISRU переходить когда-то потом, после достаточного геологического изучения местности, идентификации необходимых месторождений и отработки технологии добычи.

[AlexAV]

Зачем сразу  трупы?Первые автоматические корабли привезут один пробный комплект ISRU.Второй комплект привезут два пилотируемых корабля.Экипажам задача: иметь возможность смотать удочки через синод.

Допустим в месте посадки пилотируемого корабля не удалось наладить добычу воды (скажем структура месторождения оказалась такой, что извлечь её невозможно, например из-за слишком низкой проницаемости пласта). Чем в этом случае помогут эти комплекты, если для них попросту нет сырья? И как возвращать экипаж в этом варианте, если ISRU не работает, т.е. произвести топливную пару на месте оказалось невозможно? В этом случае останется ждать только поставки с Земли, но это достаточно долго (дождаться стартового окна с Земли, дождаться прилёта, дождаться своего стартового окна), а значит опять растут риски (любая проблема СЖО в этот достаточно большой  интервал станет фатальна).

Если все плохо,то прилетают два-три автоматических корабля с  парой,и все марсонавты отправляются восвояси.,а ремонт и новая попытка остаться  откладывается на последующие экспедиции.

С точки зрения безопасности куда более разумным представляется с этого и начать. Т.е. сначала отправить к предполагаемому месту посадки топливо для возвращения, а потом уж посылать туда людей. А ISRU - это уже потом.

[AlexAV]

ИМХО,агенство уже знает где бурить.

Не может оно знать. Попросту на Марсе ещё не было ни одного инструмента, позволяющего это выяснить с такой точностью.

ожно и так.Но тогда это будет просто флаговтык.,а не попытка закрепиться создавая собственную марсианскую инфраструктуру.

Любая попытка закрепится в любом случае будет начинаться с флаговтыка. Т.е. задача первых миссий в любом случае должна состоять прежде всего в сборе необходимой информации (а уже на основание неё можно будет делать вывод что и как там осваивать), а для этого формат флаговтыка оптимален, хотя бы  потому, что для сбора этой информации специалисты нужны, а мне шахиды, а значит нужно обеспечить приемлемый уровень безопасности.

Проблема же флаговтыка/закрепления в более дальней перспективе вообще лежит не в плоскости вопроса как лететь. Она  скорее связана с тем возможна ли там какая-то экономически окупаемая деятельность, Т.е. может ли нахождение там дать больше прибыли в каком-то виде, чем требует затрат, или нет.  Если ответ отрицательный - то это в любом случае будет флаговтык вне зависимости как лететь, с ISRU или без. Если положительный, т.е. какая-то экономически осмысленная деятельность там возможна - то тогда уже можно говорить об освоение и закрепление, при этом вопрос техники перелёта будет являться сугубо техническим (его выбор будет определяться характером этой деятельности).

Т.е., если говорит об освоение, то самый главный вопрос здесь - зачем? Какой вид экономической деятельности будет создавать прибыль благодаря которой сможет существовать база или поселение?

[AlexAV]

Насколько мы можем судить, водяной лед (по крайней мере в намеченных районах посадки) представляет собой породообразующий минерал, который более или менее в приличных количествах содержат целые пласты.

Судя по имеющимся оценкам его там куда меньше, чем скажем на Земле известняка. А в случайно выбранной точке ваши шансы найти пласт известняка не так уж и велик, есть он очень не везде.

На этот вопрос, ответ звучал уже 150 раз.

Да не было никакого вменяемого ответа. Был ответ - послать автоматический завод (хороший вариант, только непонятно как он будет работать в случайной точке Марса без точных геологических данных, а когда речь заходит с помощью каких аппаратов эти данные будут получены - тишина). И был вариант послать с Земли (вот только когда экспедиция уже на Марсе это уже как-то поздновато, долго ждать придётся, куда более разумный вариант посылать заранее, но это мы уже сразу переходим к немного другому формату экспедиции).

Я вот не пойму. Вы прикалываетесь, троллите, или правда не понимаете?

Это вообще-то не я здесь предлагаю отправлять экспедицию с возвратом только с помощью ISRU без необходимого цикла геологических исследований и полной отработки добычи воды и производства пары полностью в автоматическом режиме. Т.е. отправим на авось, а ни там что-нибудь придумают.

Вот я и спрашиваю, а что если не придумают?

Может хватит уже самому себе противоречить.

Это где я сам себе противоречу?

[AlexAV]

Т.е. опять вопросы о том, как будет ехать велосипед с квадратными колесами.

Напомню, что был выдвинут тезис:

Нынешний уровень робототехники не позволит сделать то о чем вы говорите без участия человека.

Т.е. о том, что в автоматическом режиме выполнить исследования необходимые для доказательства работоспособности ISRU не возможно. При этом предлагается лететь на носителе с криогенным топливом возврат которого в планируемой схеме миссии возможен только с ISRU. Т.е. по сути на авось. 

Это как и каким стандартам безопасности вообще удовлетворяет? Это не я спрашиваю, как будет ездить велосипед с квадратными колёсами, а тут предлагают велосипед с квадратными колёсами и клянутся, что он обязательно поедет.

[AlexAV]

но автоматический завод (практически почти технорепликатор) надо сперва сделать, испытать на Земле, модифицировать под Луну и т.д.однако НЕ ВИДНО чтобы такое строили и испытывали

Главная проблема такого завода, на текущий момент кстати не имеющая никакого осмысленного решения - добыча воды из мерзлотных пород. Вообще задача похожа на задачу добычи газа из метан-гидратов  и набор проблем там будет тот же (сильная эндотермичность процесса, низкая теплопроводность пород, быстрое падение дебита скважины). Попыткам их решить уже лет 40, если не больше, пока без особого успеха. А тут товарищи с чего-то решили, что смогут это сделать с первого раза и в любой случайной точке Марса (т.е. без оглядки на местную геологию).

[AlexAV]

Судя по работе описывающей недавнее открытие подповерхностного озера-воды на Марсе как грязи.

Если вы об этом - https://science.sciencemag.org/content/361/6401/490 , то обнаружение этого озера вообще ничего не говорит о распространённости воды в средних широтах Марса, о современной тектонике - может, а о количестве воды - ничего.

Более-менее реалистичные оценки колличества льда в средних широтах Марса - 155 тыс. км3 (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2015GL063219). Это не мало, но и не так уж и много, при таком количестве как раз более уместно сравнение его добычи с добычей нефти, а основных пород, таких как скажем песок.

Опять же если ориентиоваться на результаты радарных исследований встречается он совсем не везде, не в произвольно выбранной точке Марса, а довольно локализован в небольших по площади месторождениях. Выглядит это как-то так:


Голубые точки - лёдопроявления на радарных данных. Т.е. очевидно, что области с лёдопроявленими довольно невелеки по сравнению с общей площадью.

P.S. Почему лёдопроявления, а не лёд? Так радарные данные определяют не воду, а изменение диэлектрической проницаемости. Для скоплений льда - это условие необходимое, но недостаточное. Какое-нибудь скопление гипса или кизерита (минералов также с довольно высокой диэлектрической проницаемостью) по этим данным едва ли можно отличить от льдасодержащей породы. Ну а сделать вывод о свойствах вмещающей породы - вообще невозможно (а этот параметр собственно является критическим для оценки возможности добычи, если проницаемость породы низка, то пользы от такого льда будет ровно ноль).

[AlexAV]

и их решение верно

Верное решение - проведение НИОКР сначала на Земле, решение основных проблем здесь, а уже потом уже на Марсе. Скажем в случае с водой - отработка автоматики для её добычи скажем в сухих долинах Антарктиды (где условия немного напоминают марсианские).

[AlexAV]

В качестве "банка решений" аэродинамического торможения

А величины Сx и Сy в этих расчётах каким образом задавались?

[AlexAV]

А еще есть шанс круглосуточную солнечную энергетику сделать,

В полярных областях на Марсе вообще-то, также как на Земле, полярная ночь бывает. Даже в умеренных широтах где-то выше 50-й широты там зимняя инсоляция такая низкая, что ни о какой солнечной энергетике в зимний период не может быть и речи. А уж около полярного круга и выше - тем более. Полярной ночью солнечные батареи как-то плохо работают.

Для базы в полярной области Марса атомный реактор будет просто безальтернативным.

[AlexAV]

https://www.it-world.ru/it-news/tech/105406.html куда ни ткнись почти везде актиноиды - торий в основном, самое интересное там где ранее океан был  - на севере

Вы на абсолютные концентрации этого "везде" посмотрите.


Повсеместно менее 1 ppm. Для сравнения - в среднестатистической гранитной щебёнке на Земле 18 ppm, а суглинке 11 ppm. По сравнению с марсианскими породами любой подмосковный суглинок будет выглядеть богатой ториевой рудой.

Концентрации менее 1 ppm и "нет" с практической точки зрения -  это почти синонимы.