Освоение Марса

[shuricos]

Кстати, вода, занесённая этим телом, была бы вовсе не лишней

Лишняя. Проблема не в том, что вода покроет всё планету, а в том, что для поддержания стабильного климата на внешней границе зоны жизни лучше подходит планета с малым количеством воды. На планете с большим есть тенденция к формированию больших полярных шапок, росту альбедо и сваливанию к состоянию планеты-снежка.

А чтобы этого не произошло, вода на Марсе должна находиться не в свободной форме, а в резервуарах, не допускающих её испарение и перенос.
Эти резервуары будут служить аккумуляторами тепла, получаемого в течение дня от солнца, и сообщаемого теплицам и жилым помещениям в течение ночи.

[shuricos]

Следящие солнечные батареи далеко не всегда себя оправдывают по сравнению со стационарными

Даже если солнечная панель не следит за солнцем, она всё равно вырабатывает электричество. Следящая панель, становясь перпендикулярно к свету, просто чуть-чуть (на считанные проценты) увеличивает количество попадающих на неё лучей. Вот в этом её выгода в сравнении с неподвижной. Потому они не всегда оправдываются.

А вот зеркала коллекторов обязаны следить за солнцем. И вполне себя оправдывают:

[LonelyWanderer]

Вы не поняли сказанного мною. Коллектор с фотографии использует всю энергию (с определённым КПД), т.к. каждый квадратный сантиметр зайчика попадает на рабочую поверхность. Поэтому тут следящие устройства могут быть оправданы. А зеркала с орбиты для освещения поверхности планеты будут иметь крайне низкий КПД в плане реального использования полученной солнечной энергии. Т.к свет будет не только попадать на "рабочую поверхность", но и на скалы, камни, пустоши и т.д., а не только в оконные проёмы или автодороги и тротуары.

[shuricos]

Ну, если база землян будет достаточно велика (радиусом примерно 130 км), то луч с Деймоса накроет её всю. И даже если он не попадёт на фотопанель, то он, во всяком случае, согреет теплицу или жилище - уже польза.

[Константин ВАРБ]

И даже если он не попадёт на фотопанель, то он, во всяком случае, согреет теплицу или жилище - уже польза.

А Марс, что планета вечной темноты?
Даже при азотно-кислородной атмосфере в несколько бар света для фотосинтеза будет как и на Земле избыточно.

Разница в два с лишним раза светового потока не существенна.
А вот при наличии концентраторов, за счёт более низкого давления, гравитации и температур конечная эффективность с гектара установки может быть даже выше чем на Земле. 

[Константин ВАРБ]

А чтобы этого не произошло, вода на Марсе должна находиться не в свободной форме, а в резервуарах, не допускающих её испарение и перенос.
Эти резервуары будут служить аккумуляторами тепла, получаемого в течение дня от солнца, и сообщаемого теплицам и жилым помещениям в течение ночи.

Вообще-то планета промёрзла как минимум до минус 70С.
И соответственно как аккумулятор, разумнее использовать СО2, хотя конечно же это требует более высоких технологий, но и даёт много дополнительных преимуществ. 

[shuricos]

Марс не планета вечной тьмы, а планета вечного холода. Отражение лучей от зеркал Деймоса нужно не для освещения, а для согрева жилищ и теплиц.

Что же касается рабочего тела для аккумулирования тепла на базе, так воде тут нет равных. Теплоёмкость воды - 4.2 кДж/(кг×К), а углекислого газа - только 0.7...0.9 кДж/(кг×К). А ещё вода на рубеже перехода из одного агрегатного состояния в другое удерживает или поглощает много энергии, т.е. она предотвращает чрезмерное остывание или перегрев.
Вода незаменима для терморегуляции.

Что касается холода Марса, так это вопрос баланса. Планета излучает столько же, сколько получает тепла из всех источников. Если бы она излучала меньше, то она начала бы разогреваться. Разогрев привёл бы к увеличению светимости в инфракрасном или ином спектре, т.е. планета начала бы излучать больше, пока не установится новое равновесие между получаемой и излучаемой энергией. Энергия может излучаться и в видимом спектре - просто отражаясь от облаков, льда или поверхности.

Альбедо нынешнего Марса - около 35%. Т.е. 35% солнечного света отражается в виде света. Остальное превращается в тепло и потом излучается в ИК диапазоне. Так вот, задача нагрева Марса может решаться тремя путями:
1. Увеличить подачу солнечного света.
Это колоссальная инженерная задача. Даже ограниченная её реализация - размещение зеркала на марсостационарной орбите - потребует значительного умения. Да и оправдана она может быть только при значительной площади подсвечиваемой (обитаемой) зоны (базы) - 270 км в поперечнике.

2. Увеличить трансформацию света в тепло.
Тут всю просто - бочка должна быть чёрной.
Любые попытки терраформирования Марса с наличием открытой воды будут сталкиваться с проблемой образования облаков, льда и снега. Они будут отражать свет, т.е. снизят степень превращения света в тепло. Поэтому с романтической мечтой об океанах на Марсе придётся расстаться; вода будет только в закрытых резервуарах внутри теплиц.

3. Сократить потери тепла.
Сегодня тепло, полученное почвой Марса в течение дня, всю ночь беспрепятственно излучается обратно в космос.
На базах землян всё будет иначе. Теплицы будут закрываться на ночь теплоизолирующими материалами.
Можно, конечно, попробовать наполнить атмосферу планеты парниковыми газами. Но тут есть 3 проблемы - где их взять, как ими дышать и образование облаков, снега и льда из этих парниковых газов.

[stuuvi]

А чтобы этого не произошло, вода на Марсе должна находиться не в свободной форме, а в резервуарах, не допускающих её испарение и перенос.
Эти резервуары будут служить аккумуляторами тепла, получаемого в течение дня от солнца, и сообщаемого теплицам и жилым помещениям в течение ночи.

Что то тут не так у вас в рассуждениях. Чтобы этого не произошло достаточно может быть просто не заносить никакую воду при помощи комет?

[Ксавье]

Преувеличено? И в чем же преувеличено?

Ну в том что оно вообще не нужно. Основную роль в защите от радиации играет не магнитное поле, а атмосфера. Удержание атмосферы для планеты размером с Марс и более также от наличия магнитного поля зависит не очень сильно (по крайней мере при современном уровне солнечной активности).

Ну это при плотной атмосфере, подобной атмосфере Венеры. Для этого придется превратить Марс в подобие Венеры. И в чем смысл терраформирования?

[stuuvi]

Ну это при плотной атмосфере, подобной атмосфере Венеры.

Земная атмосфера как то справляется, не находите?

Для этого придется превратить Марс в подобие Венеры.

В подобие Венеры в каком смысле? Так же жарко на Марсе не будет ещё несколько миллиардов лет.

И в чем смысл терраформирования?

В том, чтобы создать планету комфортную для существования развитой биосферы, подобной Земной.

[AlexAV]

Ну это при плотной атмосфере, подобной атмосфере Венеры. Для этого придется превратить Марс в подобие Венеры. И в чем смысл терраформирования?

Даже современная марсианская сильно ослабляет космическую радиацию. А атмосфера же вроде земной является совершенно достаточной защитой, задерживающей его почти полностью.

[shuricos]

stuuvi, если не сбрасывать водно-аммиачные астероиды/кометы, то из чего формировать атмосферу?
Атмосфера нужна хотя бы для того, чтобы разгерметизация обитаемых помещений не приводила к катастрофическим последствиям. А ещё атмосфера защищает от метеоритов и радиации.

Такую атмосферу можно обеспечить, вырабатывая кислород из оксидов железа. Если парциальное давление кислорода будет около 200 мбар, плюс 4...12 мбар имеющегося СО2, то это само по себе будет уже хорошо и обеспечит минимальные требования.

 Но ещё лучше - дополнить эту атмосферу 800 мбар азота. Тогда мы получим земное давление. Но вместе с азотом на Марс попадёт водород (4 части на 14 частей азота в составе аммиака), вода в большом количестве (примерно в 100 раз больше, чем азота) и некоторые другие примеси, имеющиеся в ледяных астероидах.

Аммиак будет разлагаться. Азот из него останется в атмосфере, а водород будет постепенно выноситься в космос солнечным ветром. AlexAV подсчитал, что на это понадобится примерно 15 тыс. лет. Вода же останется, она будет вымерзать в виде льда, увеличивая альбедо. Этого нам не надо, поэтому лёд придётся собирать в герметичные резервуары внутри теплиц, чтобы эта вода работала аккумулятором тепла. Т.е. мы будем в первую очередь спасать Марс от воды, а её полезное использование в качестве аккумулятора тепла - вторично. Но без этой "вторичной" функции не удастся добиться освоения всей площади Марса.

[stuuvi]

stuuvi, если не сбрасывать водно-аммиачные астероиды/кометы, то из чего формировать атмосферу?

Так предлагали же из кислорода. Мне просто единственное чего не нравится с теплицами - я в них не особо верю. Если бы там условия были изначально помягче, то да. Но для этого сперва надо терраформировать. Ну а кометы и астероиды сталкивать - возможно ли это вообще при учёте имеющихся технологий?

[shuricos]

Кислород можно до 0.2 атм довести. Свыше получится слишком высокая окислительная активность.

Теплицы - это условное название. Первые базы будут герметичны, с почти замкнутым циклом систем жизнеобеспечения. Это будет далеко от современных нам теплиц. Даже те теплицы, которые будут создаваться после создания кислородной атмосферы в 0.2 бар, они всё равно должны будут быть герметичными - 0.2 бар мало для земных сложных растений.

Да, такие первые базы  придётся сильно прогревать. Именно поэтому они будут размещаться преимущественно вблизи экватора. Именно поэтому их придётся подсвечивать с марсостационарной орбиты. Конечно, жизнь там будет - не лафа. Но в 12-миллиардном человечестве наверняка найдётся достаточно энтузиастов.

[AlexAV]

0.2 бар мало для земных сложных растений.

Достаточно. Для растений даже 40 мбар достаточно. Сложным животным нужно больше, но 0,15 - 0,2 атм чистого кислорода достаточно даже для наиболее требовательных к кислороду животных вроде человека.

P.S. Самые выносливые из растений показывают признаки активной жизнедеятельности даже в современной марсианской атмосфере: http://www.sciencedirect.com.sci-hub.org/science/article/pii/S0032063313002055

[Ксавье]

Земная атмосфера как то справляется, не находите?

Справляется с чем?  С космической радиацией?

В подобие Венеры в каком смысле? Так же жарко на Марсе не будет ещё несколько миллиардов лет.

Будет, если люди захотят терраформировать Марс без магнитного поля

В том, чтобы создать планету комфортную для существования развитой биосферы, подобной Земной.

А для этого нужна защита. Не находите?

[Ксавье]

Ну это при плотной атмосфере, подобной атмосфере Венеры. Для этого придется превратить Марс в подобие Венеры. И в чем смысл терраформирования?

Даже современная марсианская сильно ослабляет космическую радиацию. А атмосфера же вроде земной является совершенно достаточной защитой, задерживающей его почти полностью.

Так почему же до сих пор люди не высадились на поверхности Марса, если магнитное поле не нужно?

[shuricos]

Интересно, а если не пытаться обеспечить достаточно высокое атмосферное давление на всей поверхности Марса, а только, допустим, на равнине Эллада (тут глубины достигают 6...7 и даже 8 км относительно среднего марсианского уровня)? Сколько для этого понадобится кислорода, например?

Ведь нижние слои атмосферы - они самые плотные. На Земле нижние 10 км содержат 80% массы всей атмосферы. На Марсе же эти нижние километры будут приходиться на относительно немногочисленные низменности, впадины и кратеры. Значительная часть марсианской атмосферы разольётся по Великой Северной Равнине (глубиной до 5 км), конечно. Но, во всяком случае, половина Марса - это возвышенности. На этом можно что-то сэкономить, как мне представляется.

Понятно, что тропосфера Марса будет выше, чем на Земле, т.к. у Марса сила притяжения ниже. Тем не менее, интересно было бы посчитать - что бы получилось?
Если средняя высота тропосферы на Земле - 10 км, и в ней сосредоточено 80% атмосферы, то 80% атмосферы Марса должны быть сосредоточены в нижних 30 км. Собственно, у Марса и сейчас тропопауза примерно на высоте 30 км находится.

Но если мы за нулевую отметку высоты примем не от среднюю высоту поверхности Марса, а уровень -8 км (дно равнины Эллады), то получится, что четверть тропосферы Марса занимают скалы. В нижней четверти тропосферы находится примерно 40% всей массы атмосферы. Выходит, что мы можем сэкономить 40% от первоначального расчёта. И если мы раньше считали, что для создания давления в 1 бар нужно 3,9*10^18 кг газов, то теперь получается, что нужно только 2,34*10^18 кг. А для создания давления в 0,2 бар достаточно будет и того меньше - 47*10^16 кг. Это всего в 16 раз больше, чем нынешняя атмосфера Марса.

Но и это ещё не всё.
После создания полноценной атмосферы мы можем столкнуться с интересным эффектом: так как долина Эллада окружена горами, которые на 9 км выше дна равнины, то может получиться так, что вода, которая будет испаряться в долине Эллады, будет преимущественно выпадать осадками здесь же, лишь небольшая её часть будет переноситься в другие регионы.
Т.е. мы получим локальный микроклимат без быстрого переноса воды в полярные ледяные шапки.

[AlexAV]

Так почему же до сих пор люди не высадились на поверхности Марса, если магнитное поле не нужно?

Уж точно не из-за радиации на поверхности Марса.

Будет, если люди захотят терраформировать Марс без магнитного поля

Где вы эту чушь взяли?

А для этого нужна защита. Не находите?

Атмосферы земной плотности для этого с избытком достаточно.

[AlexAV]

Уж точно не из-за радиации на поверхности Марса.

Кое-что о радиации на поверхности современного Марса с его слабой атмосферой: http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=5106

Собственно ничего критического. А для более плотно так вообще никаких проблем здесь нет.