Освоение Марса

[ВадимZero]

При таком неблагоприятных концентрациях азота в ледяных телах очень много вещества туда надо доставить...

А если запуливать с Титана с помощью тросовой системы?

[AlexAV]

А если запуливать с Титана с помощью тросовой системы?

Тогда уж лучше с Плутона (азотный лёд там точно есть). А Титан находится в глубокой гравитационной яме Сатурна.

[ВадимZero]

А Титан находится в глубокой гравитационной яме Сатурна.

Зато вращение Титана можно использовать для компенсации орбитальной скорости.

[Константин ВАРБ]

А если запуливать с Титана с помощью тросовой системы?

Тогда уж лучше с Плутона (азотный лёд там точно есть). А Титан находится в глубокой гравитационной яме Сатурна.

А ещё рациональнее с Венеры.
Но собственный азот на Марсе быть обязан, его надо только найти и добыть!

[AlexAV]

Зато вращение Титана можно использовать для компенсации орбитальной скорости.

Титан очень медленно вращается вокруг оси (как и у Луны его вращение синхроннизовано). Кроме того, чтобы что-то просты выбросить из гравитационной ямы Сатурна на орбите Титана ему надо сообщить 2,3 км/с. А это на пределе возможностей тросовой системы.

Плутон же вращается вокруг оси быстрее Титана, не находится в столь глубокой гравитационной яме и дальше Сатурна от Солнца (а значит имеет меньшую орбитальную скорость). С точки зрения запуска чего-либо с помощью тросовой системы во внутренние области солнечной системы он куда более удобен.

[shuricos]

Доставка азота или его соединений с других небесных тел - чрезвычайно ресурсоёмкий процесс. Чтобы его оправдать, результат должен быть исключительно велик. А я пока не вижу сколь-нибудь значительной выгоды в добавке такого количества азота в марсианскую атмосферу.

[shuricos]

AlexAV, а из чего Вы планируете получить кислород для марсианской атмосферы? Насколько я понял, - из СО2, составляющего 95% нынешней марсианской атмосферы. Но она и так мала, а если из неё ещё и углерод изъять, то она уменьшится ещё примерно на четверть.

Кислород надо добывать из марсианской почвы. Там много оксидов железа, смешанных с водой (гидраты). Надо воду разлагать на Н2 и О2; кислород - в атмосферу, а водородом восстанавливать чистое Fe с образованием Н2О, которая вновь будет пускаться на разложение (радиолиз? электролиз? фотолиз?) на водород и кислород. Само же добытое железо понадобится колонистам для сооружения конструкций и механизмов. Т.е. мы получаем двойную выгоду - и железо добываем, и кислородную атмосферу формируем.

Вопрос снова упирается в эффективный процесс разложения воды.

[shuricos]

Кстати, получение кислорода из марсианского грунта можно осуществить и проще.

Берём имеющийся там Fe₃O₄, нагреваем до 1540^оС, начинает выделяться О₂ и FeO.
Затем FeO охлаждаем до 200...565^оС, начинает образовываться Fe₃O₄ и чистый Fe. Чистый Fe изымаем для нужд колонистов, а Fe₃O₄ запускаем на новый цикл.

Т.е. в итоге получаем то же самое - отдельно Fe и О₂, но без участия воды и водорода.

[AlexAV]

AlexAV, а из чего Вы планируете получить кислород для марсианской атмосферы? Насколько я понял, - из СО2, составляющего 95% нынешней марсианской атмосферы. Но она и так мала, а если из неё ещё и углерод изъять, то она уменьшится ещё примерно на четверть.

На Земле есть два геохимических цикла, обеспечивающих поддержание количества свободного кислорода в атмосфере.

1) CO₂ = [C] + O₂ (фотосинтез с захоронением не окисленного углерода)
2) CO₂ = [C] + O₂
    Fe₂O₃ + SO₄^2- + [C] = FeS₂ + CO₂ (фотосинтез + сульфаредукция с захоронением пирита)

Так вот, на Марсе очень много сульфатов и сульфитов (намного больше чем на Земле), что скорее всего сделает второй цикл  - основным. А в нём по сути кислород образуется из сульфатов и оксидов железа с захоронением неокисленной серы и железа.

Кстати это обычный биогеохимический цикл. При высоком содержании сульфатов в среде и наличие жизни (фотосинтезирующих организмов и сульфаредуцирующих бактерий) будет идти сам без малейшего нашего участия.

Кроме того, исследования требует и метановый цикл (по некоторым оценкам в архее он играл определённую роль в накопление кислорода в атмосфере Земли, на Марсе в силу малой гравитации он будет ещё более эффективен):

CO₂ = [C] + O₂ (фотосинтез)
[C] = CH₄ + CO₂ (метаногенез)
СH₄ + H₂O = CO + CO₂ + H₂ (фотолиз в верхних слоях атмосферы)
При этом водород диссипирует  в космическом пространстве (Земля и уж тем более Марс водород удерживают плохо), а кислород накапливается в атмосфере.

Так что потенциальные источники кислорода есть и без большого количества углекислого газа в атмосфере (опять же кроме углекислого газа в атмосфере существуют и потенциально доступны карбонаты коры, количество которых вероятно намного превышает количество свободного углекислого газа в атмосфере).

Само же добытое железо понадобится колонистам для сооружения конструкций и механизмов.

Никаких конструкций и механизмов. Только пару пробирок со спорами специально выведенных для марсианских условий лишайника, бактерий-сульфаредукторов и метаногенов. Они запустят необходимые геохимические циклы сами и сделают всё без малейшего нашего участия.

А я пока не вижу сколь-нибудь значительной выгоды в добавке такого количества азота в марсианскую атмосферу.

Большое давление азота (атмосферы три) повысит парниковый эффект и сделает климат существенно более мягким. Так что смысл есть. Но это действительно сложно и дорого.

[AlexAV]

Кроме того, исследования требует и метановый цикл (по некоторым оценкам в архее он играл определённую роль в накопление кислорода в атмосфере Земли, на Марсе в силу малой гравитации он будет ещё более эффективен):

Вот собственно работа о потенциальной роли биогенного метана в накопление кислорода на ранней Земле (через фотолиз в верхних слоях атмосферы и диссипацию водорода в космическое пространство): http://atmo.tamu.edu/class/geos489/lecture3/Catling_etal_2001.pdf

[shuricos]

на Марсе очень много сульфатов и сульфитов (намного больше чем на Земле), что скорее всего сделает второй цикл  - основным

Навряд ли: сульфатредукторы - строгие анаэробы, как только в атмосфере появится кислород - вымрут.

[AlexAV]

Навряд ли: сульфатфиксаторы - строгие анаэробы, как только в атмосфере появится кислород - вымрут.

На земле почему-то им забыли об этом сообщить. Сульфаредукторы - обычный и очень распространённый элемент почвенной флоры.

Это действительно анаэробы, вот только в почве всегда существует эти самые анаэробные зоны, необходимые им для жизни. Кислород этому совершенно не препятствует.

[shuricos]

Никак не возьму в толк - как же всё-таки Вы планируете получать кислород сульфатредукцией.

Вот есть на Марсе много Fe2O3, Fe3O4.
Есть некоторое количество гипса (сульфат калия CaSO4).
И оксиды железа, и сульфат калия находятся в связанном с водой состоянии (гидраты).

Как из этого всего получить кислород?
Что останется в остатке? Нам нужны такие отложения?
Какие для этого требуются условия? Может быть, их исключительно сложно будет поддерживать?
И сколько на это всё дело понадобится времени?

[Skipper]

Никаких конструкций и механизмов.  Только пару пробирок со спорами специально выведенных для марсианских условий лишайника, бактерий-сульфаредукторов и метаногенов. Они запустят необходимые геохимические циклы сами и сделают всё без малейшего нашего участия.

И сколько времени может занять сей процесс?

[AlexAV]

И сколько времени может занять сей процесс?

Вот геохимические потоки кислорода на современной земле по источникам образования и стока:



Если ориентироваться на них, то несколько десятков миллионов лет.

[AlexAV]

Никак не возьму в толк - как же всё-таки Вы планируете получать кислород сульфатредукцией.

Собственно также, как происходило на Земле в течение миллиардов лет (это второй по значимости источник кислорода в атмосфере после накопления неокисленного углерода).

1) Первая стадия. Фотосинтез, т.е. СO₂ = [C] + O₂, связывание углерода растениями в органическое вещество с выделением кислорода.
2) Вторая стадия. Захоронение органического вещества в анаэробных зонах.
3) Третья стадия. Разложение органического вещества в анаэробных зонах в присутствии сульфатов в результате жизнедеятельности бактерий-сульфаредукторов. Т.е. SO₄^-2 + [C] = H₂S + CO₂. При этом углекислый газ возвращается обратно в атмосферу и может снова участвовать в первой стадии цикла.
4) Реакция сероводорода с оксидами железа в результате жизнедеятельности железобактерий, т.е. Fe₂O₃ + H₂S = FeS₂ + H₂O. Образующийся при этом пирит захороняется в породе навечно.

Суммарный процесс выглядит так Fe₂O₃ + 4SO₄^2- = 2FeS₂ + 15/2O₂

[Skipper]

несколько десятков миллионов лет

М-да... Колонизации людьми это вряд ли поможет
Разве что проявить альтруизм и забросить эти пробирки на Марс в интересах каких-нибудь разумных хомяков, которые унаследуют Землю после нас?

[shuricos]

Насколько я понимаю, это -

Первая стадия. Фотосинтез, т.е. СO2 = [C] + O2

- единственная стадия, на которой выделяется кислород. Все остальные стадии (собственно и представляющие собою сульфатредукцию) предназначены только для выделения CO2, чтобы этот СО2 запустить в фотосиентез.

[shuricos]

Количество азота необходимого для создания на Марсе атмосферы в 1 бар равно 3.9 10¹⁸ кг

Я тут прикинул - чтобы получить такое же количество кислорода из Fe₃O₄, понадобится переработать 17,55*10¹⁵ тонн Fe₃O₄, а это примерно 3,4*10¹⁵ м³ или 3,4 млн.куб.км. Это значит, что если бы поверхность Марса состояла только из Fe₃O₄, то пришлось бы переработать всю поверхность планеты на глубину 23,55 м!

Насколько я понимаю, сульфатов на Марсе существенно меньше, чем Fe₃O₄, поэтому сильно сомневаюсь, что во всех сульфатах, находящихся более или менее вблизи поверхности Марса, наберётся достаточно кислорода.

[shuricos]

Насколько я понимаю, при облучении воды, на 100 эВ получается 0,45 молекул Н2 http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kabakchi/5.html
При распаде 1 молекулы урана выделяется 4269729 эВ, что даст выход 19214 молекул Н2 и, соответственно, 9607 молекул О2.

Масса 1 моль урана - 0,238 кг.
Масса 9607 моль О2 = 307,424 кг.
Т.е. чтобы радиолизом получить 3,9*10^18 кг кислорода, придётся израсходовать 3019 млрд.тонн урана.
Не вариант!