Освоение Марса

[дерево]

Для 20кПа кислорода достаточно

В таком случае пришлось бы заниматься выращиванием растений роботам. Для людей нужно хотя бы 50 кПа. Да ещё есть сомнения по поводу урожайности в разряженном воздухе, как бы не оказалось, что в разряженном в 2 раза воздухе не оказалась бы урожайность в 2 раза хуже, что бы сделало бесполезными такие попытки.

Имел ввиду 20кПа кислорода для людей без инертных газов.

При низком атмосферном давлении у растений открываются устьица и они начинают активно терять воду в результате испарения - фактически это аналог засухи.

Значит в парниках всё же придётся создавать избыточное давление около 2 кПа, что бы при 20°C обеспечить относительную влажность под 100%. При этом понадобится купол с 0,4 м солегого раствора, который будет ощутимо ремонто-пригоднее, безопаснее и прозрачнее, чем более толстый над жилыми зонами.

Кислород растениям обязателен, ибо они его используют для окисления фотосинтезируемой глюкозы - вторичного энергоносителя, реакции окисления позволяют синтезировать высокоэнергетические соединения(в частности АТФ), распад которых даёт энергию для множества физиологических процессов в растении(синтез аминокислот, белков, жиров, полисахаридов, терпенов, гликозидов, азотистых оснований, ДНК и т.д.).

Нужен. Но с каким давлением? Если для растений на Земле достаточно 30 Па углекислого газа, то нужно ли им кислорода ощутимо больше? Может им хватит нескольких сотен Па кислорода?

[Проходящий Кот]

У куполофилов очередное сезонное обострение?
Предлагаете марсианам жить в режиме Русской Рулетки?

[crazy_terraformer]

Подкупольное пространство может быть элементом системы сброса тепла, рекреативным пространством. К тому же под большим куполом утечка через небольшое метеоритное отверстие менее опасна. Если заткнуть отверстие невозможно быстро, то пока давление снизится до опасного для жизни уровня, люди смогут уйти в герметичные здания и загнать туда крупную живность(КРС и МРС, кур, гусей и уток,  других безрогих животных, слить воду из искусственных озёр в подземные бассейны). Естественно для любых объёмов замкнутых помещений содержать аварийные запасы воздуха, чем больше, тем лучше. Падающие элементы крыши могут быть задержаны подвешенными к столбам и аркам сетками.

[Проходящий Кот]

Ненужный героизм.

[crazy_terraformer]

Нет, это эффективное использование ландшафта, времени, энергии и ресурсов, чтобы создать адекватные полости глубоко под поверхностью придётся затратить намного больше последних трёх элементов. Кроме того быстро полученный тепловой буфер даёт возможность быстрее развивать энергетику и промышленность, и в конце концов быстрее терраформировать планету.

[Андрей Астрофизический]

эффективное использование ландшафта, времени, энергии и ресурсов, чтобы создать адекватные полости глубоко под поверхностью придётся затратить намного больше последних трёх элементов.

1. Нашли/вырыли котлован, положили балки перекрытий, постелили гермопокрытие, засыпали грунтом, или
2. Нашли место, построили каркас купола, возвели первый купол, возвели второй, закачали между ними воду, следя за тем чтобы она в ходе процесса не замерзла на Марсианском морозе. Последние три операции - каждая в отдельности - существенно сложнее чем первый пункт весь целиком.
А еще в процессе закачки воды в промежность купола надо будет следить чтоб она не замерзла. И в процессе эксплуатации тоже. А то вода, находящаяся в замкнутом сосуде, при замерзании имеет склонность рвать этот сосуд.
Глухие бетонно-грунтовые перекрытия намного проще как в постройке, так и в обслуживании.

[crazy_terraformer]

Там полно разных кратеров, так что ничего рыть не надо для больших колоний, а может и для небольших. Под куполом имеется в виду любая крыша настилаемая или возводимая.

[Андрей Астрофизический]

Под куполом имеется в виду любая крыша настилаемая или возводимая.

Ну так да. Я лишь к тому, что свистопляска вокруг прозрачности этой крыши - совершенно ненужная головная боль.
Для прозрачной крыши/купола, материал придется везти с Земли, на Марсе оно не производится пока.
Для непрозрачной - можно на несущие балки с тонким гермопокровом и армирующей сеткой, насыпать местный грунт.
***
Для прозрачной придется следить за утечками жидкости, контролировать состояние двухслойного купола и температуры жидкости наполнителя.
Для непрозрачной, даже при нарушении герметичности утечка воздуха не будет значительной сквозь толщу грунта, место пробоя обнаруживается по сыплющемуся с потолка песочку, и закрывается прицельным выстрелом пистолета с быстро-застывающей гермо-пеной.
***
Для обоих вариантов купола, растениям (и людям) все равно, в любом случае, нужен атомный реактор или другой достаточно мощный источник энергии для освещения. А если нет разницы, то зачем платить больше?

[crazy_terraformer]

Так и балки с сеткой с тонким гермопокровом придётся везти. Или оборудование для их производства.

[crazy_terraformer]

А еще в процессе закачки воды в промежность купола надо будет следить чтоб она не замерзла. И в процессе эксплуатации тоже. А то вода, находящаяся в замкнутом сосуде, при замерзании имеет склонность рвать этот сосуд.

Пусть замерзает, надо оставить пустое место. Лёд прозрачен, на его раскол, расплав и испарение будет уходить энергия, а солевой раствор под ним будет служить источником воды для латания трещин.

[Андрей Астрофизический]

Так и балки с сеткой с тонким гермопокровом придётся везти.

Тонкая пленка гермопокрова и сворачиваемая в рулон проволочная сетка, это как раз довольно удобные для перевозки грузы, сравнительно не тяжелые и компактные. Стекло, способное держать многометровую толщу воды, будет на порядок (если не на два) тяжелее и неудобнее в транспортировке, для той же площади покрытия.
Ну а несущие балки, в любом случае будут нужны в приличном количестве для всяческих построек, части из которых совершенно необязательно быть герметичными. Всякие там склады, гаражи для техники и т.п., Так что такие балки в любом случае логично научиться делать из местного материала, и привезти для этого оборудование.
Кстати. Илон Маск при бурении тоннелей скучной компании, из побочного продукта делает прочные кирпичи... очень полезная технология

[noxx77]

Вопрос, из чего на Марсе можно делать кирпичи и прочую керамику?
Вообще, я читал про технологии марсианских стройматериалов на основе бетона, серобетона, льдобетона, льда. Про глины очень немного. Про супернаполненные пластики на основе местного грунта и импортного связующего.
По мне так самое примитивное, но на первом этапе годное решение - мешки с песком, выкладываемые в форме конуса-купола, а внутри - надувной гермообъем.

[Dem]

А где у вас расчеты необходимой прочности верхнего купола, какой материал и какой толщины надо взять, чтобы допустим, метеорит массой 50 грамм (к примеру) на скорости 10 км/с пробив первый, не пробил второй.

Прочность тут неприменима.
А толщины достаточно 5 см.

[LonelyWanderer]

Под куполом имеется в виду любая крыша настилаемая или возводимая.

Ну так да. Я лишь к тому, что свистопляска вокруг прозрачности этой крыши - совершенно ненужная головная боль.
Для прозрачной крыши/купола, материал придется везти с Земли, на Марсе оно не производится пока.
Для непрозрачной - можно на несущие балки с тонким гермопокровом и армирующей сеткой, насыпать местный грунт.
***
Для прозрачной придется следить за утечками жидкости, контролировать состояние двухслойного купола и температуры жидкости наполнителя.
Для непрозрачной, даже при нарушении герметичности утечка воздуха не будет значительной сквозь толщу грунта, место пробоя обнаруживается по сыплющемуся с потолка песочку, и закрывается прицельным выстрелом пистолета с быстро-застывающей гермо-пеной.
***
Для обоих вариантов купола, растениям (и людям) все равно, в любом случае, нужен атомный реактор или другой достаточно мощный источник энергии для освещения. А если нет разницы, то зачем платить больше?

А вы пробовали посчитать, сколько нужно электроэнергии на освещение, чтобы прокормить хотя-бы одного человека?
Давайте посчитаем на примере картофеля. В Википедии написано, что средняя мировая урожайность картофеля 170 ц/га, максимальная же у лучших сортов составляет 400-800 ц/га. Давайте возьмём цифру 400 ц/га и 4-х месячный срок.
Калорийность картофеля около 80 ккал на 100 грамм. Человек потребляет примерно в районе 2800 ккал в сутки. Т.е. ему нужно 3.5 кг картофеля. На 120 дней ему нужно 420 кг. Или 4 центнера. Значит, теоретически, в идеальных условиях 1 гектар может прокормить аж 100 человек. А на 1 человека нужен участок всего 10*10 метров. Хм... слабо верится, но цифры так показывают.
Рассчитываем освещённость. Раз мы говорим об идеальных условиях, дающих такую урожайность, то, наверное, имеем ввиду и освещённость, доходящую днём до 100 000 люкс. Но угол солнца меняется, и поэтому берём, допустим 50 000 люкс в течении 12 часов.
Производительность лучших светодиодных ламп (не тех, что продают в магазинах - у них порядка 90 люмен) достигает 150 люмен/Вт. Если я правильно считаю, то нужно 333 Вт/м² энергии, и на человека получается - 33.3 кВт. Если я не правильно считаю люксы/люмены - поправьте, а то у меня сомнения. Так как мы ночью не освещаем, то среднее потребление  электроэнергии на человека - 16.7 кВт. Но, повторюсь - в идеальных условиях (с идеальной почвой) и применительно к картофелю, но не все культуры обладают такой урожайностью. Кроме того земля не может всё-время так обильно и непрерывно плодоносить. Думаю, что более реальные цифры на человека будут в несколько раз большими, где-то в районе 50-100 кВт/чел. Это слишком много. Да, и это ещё несколько тысяч лампочек на человека...

[Проходящий Кот]

Посчитали и испугались, что все слишком хорошо.
Бывает...

[LonelyWanderer]

Посчитали и испугались, что все слишком хорошо.
Бывает...

Я всегда говорил, что выращивание еды только на искусственном освещении - пока невозможно. На самообеспечение тут никак не выйти. Поэтому и изыскиваю способы использования освещения естественного - купола, световые колодца, прозрачные трубы и т.д.

[николай теллалов]

Вот световые колодцы и решат проблему без куполов.
А гидропоника вам заменит почву.
Плюс еще и например хитрость - повышание светочувствительности зрения колонистов.
И тенеустойчивые культуры.
И гм-одноклеточные, производящие всякого рода питательные вещества (и растительного, и животного вида). Из конечного продукта потребления надо только удалить излишек фосфора.


Проходящему Коту спасибо за реплику про испуг :-)

[LonelyWanderer]

Вот световые колодцы и решат проблему без куполов.
А гидропоника вам заменит почву.
Плюс еще и например хитрость - повышание светочувствительности зрения колонистов.
И тенеустойчивые культуры.
И гм-одноклеточные, производящие всякого рода питательные вещества (и растительного, и животного вида). Из конечного продукта потребления надо только удалить излишек фосфора.


Проходящему Коту спасибо за реплику про испуг :-)

Теневыносливые и урожай дадут, соответственно, меньше. Теневыносливый сорт картофеля не дал бы вам 400 ц/га.
С помощью теневыносливых сортов можно было бы решить проблему выращивания под естественным светом, чтобы не создавать там всякие сложные концентраторы, но если речь идёт об искусственном - то смысла нет.
А световые колодца я уже где-то разбирал эту тему, даже пытался оценить температуру в месте прохождения концентрированного света через окно и степень температурного расширения (раз вы много света будете подавать через маленькое пространство, то будьте готовы к тому, что герметичное окно будет сильно перегреваться и "играть", что не на пользу сохранения воздушной герметичности). Это тоже сложно.

Почитайте про идею выращивания овощей в прозрачных трубах. Где-то в этой теме, там есть и иллюстрация, сделанная мной. Выглядит на мой взгляд многообещающе из-за очень  небольшой материалоёмкости на человека относительно других концепций и из-за простоты преодоления разгерметизации.

[Dem]

Так как мы ночью не освещаем, то среднее потребление  электроэнергии на человека - 16.7 кВт.

А теперь считаем КПД...
В то же время, если растить только клубни, а фотосинтезирующую часть заменить синтезом от электричества - оно уже начинает быть интересным.

[Андрей Астрофизический]

Производительность лучших светодиодных ламп (не тех, что продают в магазинах - у них порядка 90 люмен) достигает 150 люмен/Вт. Если я правильно считаю, то нужно 333 Вт/м2 энергии, и на человека получается - 33.3 кВт. Если я не правильно считаю люксы/люмены - поправьте, а то у меня сомнения. Так как мы ночью не освещаем, то среднее потребление  электроэнергии на человека - 16.7 кВт. Но, повторюсь - в идеальных условиях (с идеальной почвой) и применительно к картофелю, но не все культуры обладают такой урожайностью. Кроме того земля не может всё-время так обильно и непрерывно плодоносить. Думаю, что более реальные цифры на человека будут в несколько раз большими, где-то в районе 50-100 кВт/чел. Это слишком много. Да, и это ещё несколько тысяч лампочек на человека...

Вообще-то, большинство растений для фотосинтеза используют относительно небольшую часть спектра. А сведодиодные источники хороши тем, что могут концентрировать ВСЮ излучаемую энергию в заданном узком диапазоне спектра, зависящей от конструкции конкретных светодиодов.
Погуглите, эксперименты по освещению растений "только нужной длиной волны" при искусственном освещении уже проводились, при общем "почти полумраке" растения росли невероятно хорошо. И в плане энергозатрат это тоже было невероятно хорошо.
Не так давно, кстати, был сертифицирован атомный реактор с габаритами порядка того, что можно возить на большом грузовике, и мощностью до 50 МВт. Для колонии марсиан в несколько десятков человек, более чем достаточно.