Освоение Марса

[Проходящий Кот]

Хотелось узнать габариты данной тумбочки.

[AndrejM]

Ну я думаю мы все вместе тут доживем до первых следов на четвертой планете

Первые следы на Марсе уже есть и давно.(не босиком же, колёсами и т д) Я жду первого жителя.

[Андрей Астрофизический]

не босиком же, колёсами и т д

Имелись ввиду следы тапков каких нибудь Таких, что на человечьи ноги обуваются.
Хотя. На Луне следы - на века. На Марсе - до первой бури, или того короче. Поэтому тоже, флаговтыки там делать как то несерьезно.

[pkl]

Разбавитель размыкает цепи реакций с радикалами кислорода и отбирает тепло. Т.е. снижает вероятность возгорания.

Вопрос лишь в том, где его взять в таком количестве.

[pkl]

Или кидайте аммиачно-метановые кометы. Аммиак и метан парниковые газы, аммиачно-водные растворы имеют низкую температуру замерзания, так что даже на Марсе при текущих температурах могли бы существовать реки, озёра и моря...

С кометами много возни, надо найти подходящие, отправить туда в тьмутаракань Брюс Увилисов. На это может уйти сотни-тысячи лет. Намного проще расколоть кору Марса сверхмощными взрывами и возродить там мощный вулканизм. Вулканы поднимут давление до земных значений и вызовут значимое потепление.

Такое было на Марсе 3-4 миллиарда назад, когда на Марсе существовал океан с реками. Вулканы извергались и позволяли существовать плотной атмосфере.

Намного проще сделать разрежённую кислородную атмосферу с эквивалентным давлением как на земных высокогорьях. Можно ограничиться локальным формированием такой атмосферы только в низинах типа Эллады + хлорфторуглероды для тепла + орбитальные отражатели для инсоляции. Понятно, что планета в цветущий сад не превратится, но яблони расти будут.

[LonelyWanderer]

Локально не получится, сколько раз уже говорилось. По давлению не получится, потому, что Эллада не так глубока, как кажется - из-за слабой гравитации Марса. Чтобы минимальное давление там создать, не требующее скафандра, это все равно надо примерно половины массы всей атмосферы планеты накачать. Усилия 50%, а результат 1% площади планеты, или сколько там, смысл тогда ограничиваться этим? Тут либо все, либо ничего.
Создать локально температурные условия, чтобы яблони цвели - вся вода будет мигрировать на полюса и только вози ее непрерывно поездами или качай трубами на тысячи километров, да еще копай там лопатами.
Тут лучше на целиться на терраформацию всей планеты, либо частичное (частичное не равно локальное), либо полное, либо быстро, либо постепенно.

[Андрей Астрофизический]

1% площади планеты, или сколько там

Вообще-то в Элладе сильно больше, чем 1% площади планеты)
И горные массивы в окрестностях Олимпа, тоже сильно больше 1%, а там будет почти вакуум, даже если Марсу сделать атмосферу как на Земле. Просто там перепад высот между низшими и высшими точками, больше земного. Это у себя на Земле мы привыкли - если суша, значит там "более-менее нормально". На поверхности Марса разброс условий от наилучших до наихудших, будет более широким. И от наличия-отсутствия атмосферы это не зависит.

[LonelyWanderer]

Зачем изобретать велосипед. Хотите, чтобы на Марсе можно было хотя бы в одной лишь дыхательной маске ходить и хотя бы в одной лишь Элладе? Вообще нет проблем. Наливаете бассейн воды, привязывает груз к ногам и ходите, если плавать не хотите. Под открытым небом. Не надо ни стен, ни иллюминаторов, ни скафандров, Солнце будет прямо над головой. Никаких преград кроме воды, которую можно рассматривать как очень густую атмосферу. И базу разместить под водой - и никакой взрывной разгерметизации. Если глубина будет точно соответствовать давлению внутреннему, то все разгерметизации будут приводить к незначительным утечкам. Хоть с палец толщиной дыру сделай, а утечка такая, что литр воздуха уйдет лишь за пол-минуты, медленнее, чем из крана вода (в водопроводе есть какое-никакое давление, разность давления). Наиболее дешевый и сердитый вариант показать голые руки марсианскому солнцу в минимально возможном ближайшем будущем. Загара правда не будет.

[AndrejM]

В терраформировании самый лучший вариант что предлагали это на 1 миллион лет. А потом все по новой.
Вот если бы на 1 миллиард. То можно было бы засучить рукава.

[pkl]

Правильно тут пишут, что Марс терял свою атмосферу аж 700.000.000 лет, и если её восстановить, то и без магнитного поля потери её будут на протяжении существования человечества как биологического вида по законам природной эволюции, а это три-четыре, максимум десять миллионов лет, совсем незаметной величиной, чтобы беспокоиться о ней.

Нашему виду 195 тыс. лет. Ну 200 от силы. Роду Homo, если считать с австралопитеками /которые, строго говоря, не были людьми/, - 5 - 6 млн. лет. 700 млн. лет - это даже не Эдиакарская биота, а, скорее, Хайнаньская:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Хайнаньская_биота

[AndrejM]

Нашему виду 195 тыс. лет.

А лично вы уже готовы вымереть?
Если да то прошу ни каких планов не строить и своих потомков не мучать.
Если нас итерресует заселить хоть что-то. Нужно строить планы ну оооооооочень на долго.
Между прочим уже посчитали что для заселения млечного пути можно обойтись меньше миллиона лет и это с до световой скоростью. Причём со сверх световой не быстрее.
Но это так без конкретики.

[pkl]

Локально не получится, сколько раз уже говорилось. По давлению не получится, потому, что Эллада не так глубока, как кажется - из-за слабой гравитации Марса. Чтобы минимальное давление там создать, не требующее скафандра, это все равно надо примерно половины массы всей атмосферы планеты накачать. Усилия 50%, а результат 1% площади планеты, или сколько там, смысл тогда ограничиваться этим? Тут либо все, либо ничего.

50% это не 100. Что проще, два триллиона тонн привезти или четыре? Затраты различаются в два раза. С другой стороны, Марс станет пригодным для жизни человека на несколько столетий раньше. Это не стоит того?

Создать локально температурные условия, чтобы яблони цвели - вся вода будет мигрировать на полюса и только вози ее непрерывно поездами или качай трубами на тысячи километров, да еще копай там лопатами.

Полюса тоже можно подогревать. Причём теми же самыми зеркалами.

Тут лучше на целиться на терраформацию всей планеты, либо частичное (частичное не равно локальное), либо полное, либо быстро, либо постепенно.

Так я и хочу постепенно. Но если мы затеваем сверхдолгосрочный проект, мы рискуем столкнуться с тем, что потомки потеряют к нему интерес. Нужны значимые промежуточные этапы, которые можно предъявить и которые будут стимулировать двигаться дальше: первая высадка -> научная база -> сеть научных баз -> колония-ковчег для сектантов / тюрьма для каторжников -> локальный терраформинг Бадуотера -> локальный терраформинг Эллады + кратеры на Северной равнине -> локальный терраформинг нескольких впадин на Северной равнине -> и т.д., и т.п. Как только давление позволяет существовать жидкой воде более-менее продолжительное время, хотя бы в оазисах, становится возможным заселение этих водоёмов для начала синезелёными и экстремофилами, которые должны разложить перхлораты и диоксины /если таковые там найдутся/, а затем и более сложными организмами.

Короче, я считаю, мегапроект колонизации должен быть вплетён в более глобальный проект переустройства Марса.

[pkl]

Зачем изобретать велосипед. Хотите, чтобы на Марсе можно было хотя бы в одной лишь дыхательной маске ходить и хотя бы в одной лишь Элладе? Вообще нет проблем. Наливаете бассейн воды, привязывает груз к ногам и ходите, если плавать не хотите. Под открытым небом. Не надо ни стен, ни иллюминаторов, ни скафандров, Солнце будет прямо над головой. Никаких преград кроме воды, которую можно рассматривать как очень густую атмосферу. И базу разместить под водой - и никакой взрывной разгерметизации.

Плохая идея: расходы энергии на поддержание воды в жидком виде велики, чтобы выйти на поверхность надо проходить двойное шлюзование.

[pkl]

Нашему виду 195 тыс. лет.

А лично вы уже готовы вымереть?
Если да то прошу ни каких планов не строить и своих потомков не мучать.
Если нас итерресует заселить хоть что-то. Нужно строить планы ну оооооооочень на долго.
Между прочим уже посчитали что для заселения млечного пути можно обойтись меньше миллиона лет и это с до световой скоростью. Причём со сверх световой не быстрее.
Но это так без конкретики.

В смысле? Причём тут я? Моя физическая смерть неизбежна. Что будет с нашим видом - непонятно, но от меня лично тут мало что зависит. Вообще, я говорю о том, что терраформирование Марса, сделанное один раз, сделает его обитаемым на сроки, соизмеримые по продолжительности с геологическими эпохами.

Планы могут быть любые, но их реализация зависит от ограничений, диктуемых природой.

[Проходящий Кот]

Зачем изобретать велосипед. Хотите, чтобы на Марсе можно было хотя бы в одной лишь дыхательной маске ходить и хотя бы в одной лишь Элладе? Вообще нет проблем. Наливаете бассейн воды, привязывает груз к ногам и ходите, если плавать не хотите. Под открытым небом. Не надо ни стен, ни иллюминаторов, ни скафандров, Солнце будет прямо над головой. Никаких преград кроме воды, которую можно рассматривать как очень густую атмосферу. И базу разместить под водой - и никакой взрывной разгерметизации.

Плохая идея: расходы энергии на поддержание воды в жидком виде велики, чтобы выйти на поверхность надо проходить двойное шлюзование.

Какое шлюзование? Смысл водяной подушки именно в том, чтобы шлюзования не проходить.

[LonelyWanderer]

Зачем изобретать велосипед. Хотите, чтобы на Марсе можно было хотя бы в одной лишь дыхательной маске ходить и хотя бы в одной лишь Элладе? Вообще нет проблем. Наливаете бассейн воды, привязывает груз к ногам и ходите, если плавать не хотите. Под открытым небом. Не надо ни стен, ни иллюминаторов, ни скафандров, Солнце будет прямо над головой. Никаких преград кроме воды, которую можно рассматривать как очень густую атмосферу. И базу разместить под водой - и никакой взрывной разгерметизации.

Плохая идея: расходы энергии на поддержание воды в жидком виде велики, чтобы выйти на поверхность надо проходить двойное шлюзование.

Ну вот смотрите. Я думаю, что вообще нет такой самоцели, чтобы солнце в затылок светило, хочется просто избавиться от тяжёлого неповоротливого скафандра, в котором если дырка, то всё, конец. Как более дешёвую альтернативу атмосфере (в миллионы или в миллиарды раз даже по сравнению с углекислотной атмосферой, где нужна лишь дыхательная маска и баллоны с воздухом) я предложил водный бассейн. По сравнению с углекислотной атмосферой, вода, конечно, имеет большое количество недостатков, это понятно (локальность, сопротивление, смачиваемость, коррозия и прочее), но и разница в стоимости и сроках реализации - колоссальна. С водных бассейнов можно начать. Я не предлагаю жильё строить в водных бассейнах, не всегда это удобнее, чем под сухим грунтом - и там, и там есть свои понятные недостатки. Однако некоторая инфраструктура в водных бассейнах может быть. Прежде всего - это бездверный шлюз. Особенно это важно для крупногабаритных объектов. Через водный бассейн можно в подземную базу провести хоть целый космический корабль, любых размеров, хоть с шаттл или намного больше. Обеспечить герметичность, надёжность столь огромных воздушных дверей было бы затруднительно и дорого, и вероятно пришлось бы целый каскад шлюзовых отсеков с разным, постепенно нарастающим давлением делать, чтобы и утечек избежать и возможных катастрофических разгерметизаций. То есть водный шлюз можно использовать как космодром, например (это не отменяет обычный способ, могут существовать параллельно разные способы).
Насчёт вообще строительства под водой, на дне бассейна, это дискуссионный вопрос. Может быть некоторые объекты и стоит строить под водой, а некоторые под грунтом. Стоит ли заменять на начальных этапах атмосферу водой - тоже. Как полноценная замена пожалуй не годится, но как шлюз, как место для прогулок "открытым небом" (как рекреационная зона), и, возможно, для ряда других задач, почему бы и нет.
Теперь по поводу расхода энергии. Такой бассейн логично располагать на дне маленького не сильно разрушенного кратера с выраженной чашевидной формой. Если площадь поверхности воды будет составлять лишь небольшую долю площади кратера, то, расположив на стенках кратера зеркала, можно обеспечить какой угодно нагрев. При этом необходимая освещённость, наверное, будет в 2-3 раза превышать освещённость на Земле, а это значит больше света достигнет дна бассейна. Гуляющие (или плавающие без груза) на дне бассейна будут видеть наверху множество красивых бликов. Можно вообще красиво оформить, если дно обложить какой-то цветной плиткой и т.д. И что важно - это хоть и вода, но это огромное открытое пространство для клаустрофобов, которым надоест сидеть в подземельях.
Другой вариант - не использовать зеркала. А просто позволить почти целиком замёрзнуть озеру. Для достижения нужного давления необходим бассейн примерно 30 метров глубины. Из них мы можем позволить замёрзнуть 20 метрам верхнего слоя, оставив 10 метров жидкими у дна. 20 метров льда - это серьёзная теплоизоляция. Расходы на поддержание жидкой воды (правда 0 градусов) будут незначительными. Освещение - искусственное или световые колодцы. Для приёма крупногабаритных грузов, да и вообще для выхода наружу выделить отдельную вертикальную шахту (чтобы не размораживать всё озеро).

[Андрей Астрофизический]

Другой вариант - не использовать зеркала. А просто позволить почти целиком замёрзнуть озеру. Для достижения нужного давления необходим бассейн примерно 30 метров глубины. Из них мы можем позволить замёрзнуть 20 метрам верхнего слоя, оставив 10 метров жидкими у дна. 20 метров льда - это серьёзная теплоизоляция. Расходы на поддержание жидкой воды (правда 0 градусов) будут незначительными.

А такие "сооружения", на Марсе уже и так имеются. Многие его кратеры в относительно высоких широтах, заполнены льдом. Т.е. надо всего лишь прокопать туда шахту и устроить бассейн.

[Андрей Астрофизический]

В качестве "банка решений" аэродинамического торможения, всем сомневающимся в том, что Масковский Старшип сможет затормозить аэробрекингом у Марса.




Но, кстати, решение для Сатурна - "держать постоянное g" - с Марсом не работает. Зато работает решение "держать постоянную высоту". Перегрузка при этом постепенно снижается, начальный максимальный пик длится всего несколько секунд.

[AlexAV]

В качестве "банка решений" аэродинамического торможения

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

[Андрей Астрофизический]

Вы не с той стороны ставите вопрос)
Обычно аэродинамическое качество (отношение подъемной/прижимающей силы, к лобовому сопротивлению) определяют по формуле
\[K(\alpha ) = \frac{Cx(\alpha )}{Cy(\alpha )}\]
При этом (для реальных изделий), находят реальные величины лобового сопротивления и подъемной силы, которые оба к тому же являются функцией от угла атаки. Для этого нужно прогонять модель исследуемого объекта в аэродинамической трубе, и замерами получать те самые Cx и Cy из которых высчитывается коэффициент.
Данных по испытаниям модели Старшипа в сверхзвуковой аэродинамической трубе, в свободном доступе увы нету) А если бы и были, ввиду довольно частых изменений конструкции, они быстро устареют.
Я пошел иным путем. Для конкретных готовых изделий, значения аэродинамического качества (как отношения Cx к Cy) известны. Это открытая информация, как например у спускаемой капсулы Apollo оно равно 0.36, у шаттла в гиперзвуковом режиме (когда угол атаки близок к нулю) = 1. У того же шаттла при посадке - 4.5. Эти цифры легко гуглятся.
Применительно к моделированию полета Старшипа.
Сила лобового сопротивления рассчитывается по формуле
\[F = C_{F}\frac{\rho \upsilon ^{2}}{2}S\]
Исходные данные для этой формулы, собственно, введены в полях ввода на скриншоте.
C_F взят из справочных таблиц для "длинного цилиндра" - это несколько грубоватое допущение, но полагаю, оно вряд ли очень уж далеко от истины.
Плотность атмосферы рассчитывается на основе построенной модели атмосферы Марса и текущего положения корабля в ней. В теме "аэродинамическое торможение", ЕМНИП, я уже описывал как строится модель атмосферы, если позволите не буду повторяться.
Скорость - опять же текущая, она в процессе полета изменяется. Площадь Старшипа поставил равной 60 кв.м - это несколько больше, чем его поперечное сечение с торца, но меньше, чем при повороте плашмя к потоку. Реальное значение площади набегающего потока скорее всего будет близко к этой цифре, плюс-минус в зависимости от угла атаки конечно же.
Таким образом, сила лобового сопротивления рассчитывается исходя из приближенных физических характеристик корабля, атмосферы, и скорости в текущий момент. Массу поставил равной 250 тоннам. Все это видно на скриншотах.
А аэродинамическое качество K, являющееся отношением Cx к Сy, А так же являющееся функцией от угла атаки. С другой стороны является отношением аэродинамических сил, действующих на корабль. Т.е. рассчитав по формуле силу лобового сопротивления, и предположив реалистичное значение К - можем предположить так же и значение подъемной силы.
По английски этот коэффициент называется Lift-to-Drag Ratio, именно в таком виде он на скриншоте и написан.
Как известно, значение 2.6 для гиперзвукового полета вполне реалистично.
От Старшипа можно ожидать схожих значений, или (возможно) несколько больших, т.к. ввиду конструкции, он себе может позволить углы атаки существенно бОльшие, чем мог себе позволить шаттл в гиперзвуковом потоке. Я предположил, что максимальное для Старшипа отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, = 2.5. Т.е. возможный диапазон значений - от -2.5, до +2.5
Это диапазон возможных значений отношения Cx к Cy. Текущее значение в каждый момент симуляции, где-то между, и определяется автопилотом исходя из тех условий, которые опять же видны на скриншотах. На графике профиля входа, эти изменения отмечены зеленым графиком.
Так же, предполагая что смена угла атаки от А до Б, где А соответствует максимальной подъемной силе, а Б - максимальной прижимной, должно занимать время. Автопилот не может развернуть 250-тонный корабль мгновенно. Максимально доступная скорость изменения отношения сил, тоже в модели указана. (Скорость изменения LtDR k).