Освоение Марса

[crazy_terraformer]

 Император Паникус практически всё, о чем вы пишете в этой теме форума давно уже обсуждалось.
В настоящее время открытые и достоверно установленные объёмы воды на Марсе сосредоточены преимущественно в так называемой криосфере — приповерхностном слое вечной мерзлоты мощностью в десятки и сотни метров.
Исходя из собранных научных данных, существующие в настоящее время запасы воды (в форме льда) во всём объёме криолитосферы Марса, предположительно, составляют 5,4-7,7·10²² граммов (54-77 млн км³). Количество воды, подсчитанное таким образом, во много раз превышает количество воды в полярных шапках Марса (~2·10²¹граммов)
Существуют предположения, что под полярными шапками могут существовать довольно крупные реликтовые озёра жидкой и солёной воды.
Кроме того водород, полученный из воды, будет использован для восстановления различных химических элементов прямым или косвенным путём из кислородсодержащих пород планеты, т.е. вода будет регенерироваться, а побочным продуктом будет кислород.

[EvilShurik]

Кстати, интересующимся моделированием реалистичной программы колонизации Марса:
http://samlib.ru/p/pawelrusakow/marsiane.shtml

Нашёл на Самиздате любопытный роман, как раз посвящённый колонизации Марса, как это можно было бы сделать ещё в 20 веке. По крайней мере начать колонизацию.

[crazy_terraformer]

Как будет выглядеть гидросфера на терраформированном Марсе после того, как растает вся вечная мерзлота?
Сейчас лёд погребен под слоями песка и пыли, которые миллиарды лет образовывались в результате эрозии пород. Когда лёд растает, хватит ли воды, чтобы после оседания песка и грязи образовались озёра и моря? Или озёра будут, пока не растает слой вечной мерзлоты, после чего вода уйдёт в песок или образуются трясины и болота? А реки будут изливаясь с гор и полюсов тоже постепенно уходить в песок?
Или бедолагам - терраформерам придётся в широких масштабах откачивать песок и грязь для создания  водоёмов.

[LonelyWanderer]

Снова о сельском хозяйстве на Марсе и о способах его ведения используя солнечный свет, а не искусственный.
Использование солнечного света сопряжено с трудностями, связанными с отсутствием давления и огромной необходимой массой, необходимой для уравновешивания всякого рода теплиц или куполов с имеющимся внутренним давлением, ведь любой  парник значительных размеров просто вырвет с корнями.
Ранее я уже выкладывал несколько способов, последний из которых был связан с использованием высокой прочности на растяжение тросов - подвесной стеклянный потолок, подвешенный на тросах, заземленных в грунте, занимающий какой-нибудь из кратеров. И рисунок тут где-то выше есть.
И хочу предложить развитие этой идеи - использование высокой прочности тросов на растяжение.

Компенсирующий внутреннее давление вес будет не снизу, а сверху от стеклянного потолка. Строятся множество параллельных стен из базальтовых блоков (тяжёлый и распространенный минерал, земной базальт имеет плотность 3.35). Стены должны быть параллельны экватору (сами парники - вблизи экватора), тогда тень почти не будет попадать на дно, так, как она будет параллельна стенам по ходу движения солнца (в зимнее и летнее солнцестояние будет значительна, но в весеннее и осеннее равноденствия будет отсутствовать в течении всего дня) Если рассчитывать на давление 0.5 бар для минимизации высоты стен, то при толщине стен в 3 метра и межстеного пространства в 3 метра высота их будет 10.5 метра (8 над потолком и 2.5 под).
Через стены на уровне 2.5 метра продеваются тросы, жёстко закрепленные за пределами "сельскохозяйственного поля" и к самим стенам. Допустим, с промежутком в 1 метр. Они будут несущей основой для стеклянного герметичного перекрытия и работать на растяжение, используя вес стен. При данных параметрах на 3-х метровый участке троса будет давить сила 15 тонн, т.е. толщина тросов (или струн) должна быть несколько сантиметров (позже расчитаю точнее). Скажем, если межстеное пространство делать шире и стены толще, то тогда тросы придётся делать толще - расход металла пропорционален широте пролетов. Потому предложил в 3 метра, как теплицах - удобно в обслуживании.
Позже изображу свою концепцию.

[viesis]

В условиях Марса, главная задача теплицы- удержание влаги. В этом смысле как раз более рациональна
конструкция из плёнки, поддерживаемая небольшим внутренним давлением.

[Dem]

Снова о сельском хозяйстве на Марсе

Гораздо проще сделать герметичный пол и уравновесить давление на потолок давлением на него.
Т.е. две пластины, соединённые тросами. Скорей всего гексагональная сетка.

[LonelyWanderer]

В условиях Марса, главная задача теплицы- удержание влаги. В этом смысле как раз более рациональна
конструкция из плёнки, поддерживаемая небольшим внутренним давлением.

Как минимум при таком давлении уражайность будет, мягко говоря, маленькая, как максмум вообще ничего расти не будет. И работать нужно будет либо в скафандрах, либо роботами. Не вариант совсем.

[LonelyWanderer]

Снова о сельском хозяйстве на Марсе

Гораздо проще сделать герметичный пол и уравновесить давление на потолок давлением на него.
Т.е. две пластины, соединённые тросами. Скорей всего гексагональная сетка.

Ну это почти то же самое, что я описывал в прошлом году. Это хороший вариант, и поначалу можно его устраивать в небольших кратерах, но у него есть недостатки по сравнению с предложенным вариантом со стенами. Во-первых, большие пространства подобных герметичных теплиц опасны - последствия аварий (разгерметизации) будут во столько раз серьёзнее, во сколько раз больше теплица по площади. И сама концепция такова, что будут очень серьёзные разрушения - обрушение всей конструкции на землю, т.к. тросы не могут держать ничего без внутреннего давления. Иначе нужно будет ставить страхующие колонны и само стеклянное перекрытие должно будет рассчитано на подобные нагрузки., что уже осложняет все.
В варианте же со стенами конструкция будет продолжать держаться на натянутых между стенами тросах и  в случае аварии ничего не обрушится. И со стенами ничего не станет, т.к. они соединены между собой тросами и нагрузка распределяется.

[viesis]

В условиях Марса, главная задача теплицы- удержание влаги. В этом смысле как раз более рациональна
конструкция из плёнки, поддерживаемая небольшим внутренним давлением.

Как минимум при таком давлении уражайность будет, мягко говоря, маленькая, как максмум вообще ничего расти не будет. И работать нужно будет либо в скафандрах, либо роботами. Не вариант совсем.

По крайней мере, осуществимый на сегодняшний день, а добиться того, что бы там что-нибудь росло-
необходимый шаг в контексте обсуждаемой темы.

[LonelyWanderer]

В условиях Марса, главная задача теплицы- удержание влаги. В этом смысле как раз более рациональна
конструкция из плёнки, поддерживаемая небольшим внутренним давлением.

Как минимум при таком давлении уражайность будет, мягко говоря, маленькая, как максмум вообще ничего расти не будет. И работать нужно будет либо в скафандрах, либо роботами. Не вариант совсем.

По крайней мере, осуществимый на сегодняшний день, а добиться того, что бы там что-нибудь росло-
необходимый шаг в контексте обсуждаемой темы.

Сомневаюсь, что будет что-то расти и что удастся вообще этого добиться. Растения тесно взаимодействуют с атмосферой, они ею дышат. И даже если удастся вывести какие-то растения, которые могут существовать при мизерном давлении, когда  почти нет воздуха для дыхания и когда температура кипения воды будет лишь на пару градусов выше окружающей температуры, то о хороших урожаях точно можно забыть. Хорошо, если удастся какие-нибудь медленно растущие лишайники вывести

[crazy_terraformer]

Строятся множество параллельных стен из базальтовых блоков (тяжёлый и распространенный минерал, земной базальт имеет плотность 3.35). Стены должны быть параллельны экватору (сами парники - вблизи экватора), тогда тень почти не будет попадать на дно, так, как она будет параллельна стенам по ходу движения солнца (в зимнее и летнее солнцестояние будет значительна, но в весеннее и осеннее равноденствия будет отсутствовать в течении всего дня) Если рассчитывать на давление 0.5 бар для минимизации высоты стен, то при толщине стен в 3 метра и межстенного пространства в 3 метра

Стены предполагается использовать как тепловые аккумуляторы?
Подходящее место для круглогодичного использования таких теплиц экватор и близкие к нему районы, наилучшие на дне Долин Маринер, атмосферное давление там выше обычного 1400 Па и больше, что допускает существование жидкой воды на поверхности.

[LV46]

Наиболее реальным вариантом есть постройка всей инфраструктуры под поверхностью и теплицы в том числе. Горы большие на Марсе есть, та же Шарп  в нутри них и строить.
На улицу выходить только селфи сделать.
Обосновать прочную колонию, за это время теоретически решить проблему с давлением и постепенно терраформировать Марс, попутно проводя эксперименты с высаживанием всяких водорослей на поверхности.
А строить "купола" - это утопия. Фантастики много перечитали.

[crazy_terraformer]

Такой вариант использовать трубы для жилья, теплиц и лабораторий из:
 1) сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (опционально с напылением слоя окиси алюминия изнутри для защиты от длительного воздействия кислорода по всей площади или оставлением окон, тонкого слоя золота снаружи для защиты от ультрафиолета), к торцам труб можно приварить или приклеить полусферы со шлюзами;
 2) базальтовые с пропиткой для предотвращения утечки воздуха.
Трубы лабораторные и жилые обваливаем грунтом или закапываем. Теплицы, использующие солнечный свет, закапываем частично до уровня окон.
Пол в трубах расстилается на насыпи из песка, щебня или искусственных гранул или на каркасе под полом часть коммуникаций.

Теплицы лучше держать под повышенным давлением CO₂ в 4 раза больше чем в его парциальное содержание в атмосфере Земли + 21% O₂ по объёму, без азота.
Азот в виде удобрений. Содержание воды в атмосфере (в виде водяных паров) колеблется от 0,2 % до 2,5 % по объёму.

[viesis]

0,21 бар 02 избыточно, вполне достаточно 0,1 бар, кратковременно даже 0,05(нет конкуренции с азотом,
поэтому скорость газообмена выше). 0,05 бар при гравитации Марса это 0,02 бар. Разница с внешним
давлением ~ 0,01 бар или 100 кг/м2 - приемлемо для полимеров.

[LonelyWanderer]

Стены предполагается использовать как тепловые аккумуляторы?
Подходящее место для круглогодичного использования таких теплиц экватор и близкие к нему районы, наилучшие на дне Долин Маринер, атмосферное давление там выше обычного 1400 Па и больше, что допускает существование жидкой воды на поверхности.

Основная функция стен - несущая для стеклянной крыши. При этом они (в отличии от привычных нам земных стен) должны наоборот прижимать к земле.
Но кстати да, они и роль аккумулятора тепла будут выполнять неплохо.
Ниже изобразил масштабную модель стен с продетыми тросами (струнами). И немного усовершенствовал её профиль. При 8-метровом превышении стен над уровнем стёкол (при условии - стены из базальта, промежутки 3 метра и давление 0.5 бар) даже на экваторе при наклоне оси Марса в 25 градусов значительное время поверхность оказывается в тени. Но можно уменьшить площадь тени, если верхнюю часть стены сделать скошенной (с наклоном от вертикали не более наклона оси вращения Марса) и при этом поднять выше, оставив массу стены неизменной.
На моём рисунке солнце находится в полуденном положении и с наклоном 11-12 градусов (это примерно аналог нашего мая, августа, февраля и ноября). Угол наклона верхней части стены около 10-11 градусов, а её высота составляет почти 15 метров. При прямоугольном профиле стены даже при меньшей высоте (11.5 м)  площадь тени получается 70%, а при поднятых стенах, но скошенных - 45%, что видно на модели, где одну стену я сделал прямоугольной.
То есть прямоугольный профиль стены неоптимален, но и скошенный верх стены под 25 градусов (равный углу наклона оси Марса) тоже будет эффективно работать лишь при солнцестояниях, когда на экваторе солнце опускается ниже всего, поэтому оптимальный склон примерно как на моём рисунке, с промежуточным значением в 12 градусов. 
Но это так, технические подробности.

Итак, стены это опора для стеклянного потолка теплиц, это аккумулятор тепла, и это повышение безопасности от аварий, разгерметизаций. В случае аварии взрывная декомпрессия затронет только одну ячейку. При этом из-за возникшего там вакуума возникнет давление с соседних ячеек, из-за чего стена, даже не смотря на свою толщину может завалиться, но этого не произойдёт, т.к. она связана сетью тросов с другими стенами, рассчитанных именно на это давление. Для большей безопасности предотвращения лавинообразного процесса (как в падающем домино, хотя этого и не должно благодаря тросам произойти) , можно снабдить ячейки клапанами, обеспечивающими небольшую разность давления между ними. Допустим, происходит авария в одной ячейке и выброс атмосферы, тогда через клапан с соседней ячейки тоже выбрасывается атмосфера до 0.1 бар и клапан закрывается. Со следующей ячейки - до 0.2 бар, с третьей - до 0.3 бар, с четвёртой - до 0.4 бар. Таким образом давление на стены резко снижается и с ними уже гарантированно ничего не происходит.
Такая система куда безопаснее куполов.

[LonelyWanderer]

Такой вариант использовать трубы для жилья, теплиц и лабораторий из:
 1) сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (опционально с напылением слоя окиси алюминия изнутри для защиты от длительного воздействия кислорода по всей площади или оставлением окон, тонкого слоя золота снаружи для защиты от ультрафиолета), к торцам труб можно приварить или приклеить полусферы со шлюзами;
 2) базальтовые с пропиткой для предотвращения утечки воздуха.
Трубы лабораторные и жилые обваливаем грунтом или закапываем. Теплицы, использующие солнечный свет, закапываем частично до уровня окон.
Пол в трубах расстилается на насыпи из песка, щебня или искусственных гранул или на каркасе под полом часть коммуникаций.

Теплицы лучше держать под повышенным давлением CO₂ в 4 раза больше чем в его парциальное содержание в атмосфере Земли + 21% O₂ по объёму, без азота.
Азот в виде удобрений. Содержание воды в атмосфере (в виде водяных паров) колеблется от 0,2 % до 2,5 % по объёму.

Вариант "труб с окнами" для растениеводства не катит. Площадь окон должна быть очень значительна, чтобы это имело смысл, т.к. это Марс, где солнца итак в 2 раза меньше, чем на Земле - это должно быть практически только половина трубы, т.е. трубы перестают быть трубами и теряется их прочность.

[LonelyWanderer]

Вот и яблони на Марсе 

Вообще приведённая мною концепция из базальтовых стен имеет возможности модернизации. Их высоту можно уменьшить (соотвеnственно и частоту и величину возникаемых теней), если применять для их строительства ещё более плотные горные породы - гематит,  пирит, магнетит - не знаю, как на Марсе, но на Земле это распространённые железосодержащие породы, их плотность около 5 против 3 у базальта, соответственно, если строить стены из этих пород с облицовкой из базальта - затенённость уменьшается раза в полтора.
Кроме того, думаю, есть возможность применения особой кладки, которая может держать на весу сама себя (это как представить стену, верхняя часть которой будет закреплена, а нижняя висеть. На арочной основе, с применением трапецевидных блоков. Тогда нижняя часть (та, что под стеклом), сможет частично удерживать верхнюю частью. Не уверен, возможно ли такую каменную кладку придумать, но по-крайней мере можно делать некоторые пролёты, и тогда высота стены над стеклом будет не более, чем пара метров, а удерживающий вес можно сконцентрировать в башнях-узлах этих арочных конструкций - эти башни будут давать куда меньше тени, чем подобные сплошные стены.
Также верхнюю часть стены можно сцепить с нижней тросами, или хомутами, причем даже не по всей длине, а только в узловых точках (если применять арочную кладку).
Таким образом есть возможности снижения высоты стены над стеклом до 1-2 метров, причём при наклоне в 25 градусов её стенок (высота над стеклом будет около 3-х метров, что при базальтовом составе уже обеспечивает 19% нужного давления) - тень полностью исчезает, и давать тень будет только часть стены под стеклом, что в условиях экватора - минимум затенённости.

Надо будет изобрести такую кладку Вообще все эти заморочки со стенами, камнем - ради экономии расходных и дорогих материалов - металла, тросов, стекла. Расходных - потому что в тросах будет накапливаться усталость, в стекле тоже, а это регулярные трудозатраты, пренебрегая которыми можно получить аварию, разгерметизацию, в. т.ч. взрывную. В то время, как стены из базальта будут практически вечными, один раз построил - на тысячелетия.
Поэтому лучше применять не огромные купола, а вот такие коридоры. Ведь чем меньше их ширина, тем тоньше может быть удерживающий трос (ну или любой другой силовой элемент прозрачной крыши), т.к. на точку его крепления к опоре будет приходиться меньшая сила. Т.е., например, если 1 метр пролёта - нужно, допусти 5 см² сечения, если 2 метра пролёта - 10 см². А ведь можно 2 раза по 1 метру сделать - так экономия в металле будет 2 раза. То же самое и по стеклу - чем меньше размер ячеек - тем тоньше может быть стекло. Ведь при увеличении размера ячейки в 2 раза, её периметр, на который будет приходиться давление, увеличиться в 2 раза, а площадь и сила увеличиться в 4 раза. Хотя тут тоже есть ограничения по сложности строительства и обслуживания. Я на картинке изобразил ячейки по 0.5*0.5 метра (они должны удерживать давление 0.5 бар, т.е. 1.25 тонны, поэтому ячейки, может быть, лучше делать ещё меньше - по 30-40 см), а ширину пролёта - 3 метра.

[crazy_terraformer]

Такой вариант использовать трубы для жилья, теплиц и лабораторий из:
 1) сверхвысокомолекулярного полиэтилена высокой плотности (опционально с напылением слоя окиси алюминия изнутри для защиты от длительного воздействия кислорода по всей площади или оставлением окон, тонкого слоя золота снаружи для защиты от ультрафиолета), к торцам труб можно приварить или приклеить полусферы со шлюзами;

Вариант "труб с окнами" для растениеводства не катит. Площадь окон должна быть очень значительна, чтобы это имело смысл, т.к. это Марс, где солнца итак в 2 раза меньше, чем на Земле - это должно быть практически только половина трубы, т.е. трубы перестают быть трубами и теряется их прочность.

Я имел в виду окна в антикоррозионном  покрытии. Я опять делаю ту же ошибку, что и с зеркалами в космосе, предлагал использовать дифракционные решётки в качестве зеркал, исходя из того, что половина частиц будет пролетать в щели решётки, ошибочно полагая: что сплошное зеркало прослужит меньше ,чем зеркало в виде дифракционной решётки той же площади. Если в покрытии будут окна, какая разница, что остальная часть трубы не поддастся воздействию кислорода, если труба все равно будет корродировать, но только в верхней арке.

[crazy_terraformer]

Можно использовать силиконовые трубы под действием кислорода и УФ, или космических лучей место углеводородных радикалов будут занимать прочные ковалентые мостики Si-O-Si. Т.е. силикон будет медленно превращаться в кварц.

[crazy_terraformer]

Может вместо тросов использовать металлопрофиль или металлические трубы, пустые или заполненные тяжёлым металлом например свинцом.