Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[AlexAV]

Гелий-3. Присутствует , но опять же не в больших концентрациях , на Луне. Гелиевый термояд , правда , отдельная песня , его ещё допилить надо.

У гелия-3 кстати может (теоретически) появиться ещё одно применение, где его трудно будет заменить. Квантовые вычисления. Дело в том, что квантовую вычислительную систему нужно охлаждать до экстремально низких температур (милликельвины), а по сути единственной машиной непрерывного действия пригодной для этого является рефрижератор растворения, работающий за счёт смешения гелий-3 и гелий-4. На один холодильник для устройства вроде тех, которые делает IBM (https://nplus1.ru/news/2017/11/13/IBM-50-qubit) нужно несколько десятков грамм гелия-3. Если такого рода устройства доведут до состояния, позволяющего их использовать для решения хотя бы каких-то практически важных задач, и возникнет потребность в массовом производстве чего-то подобного, то этот сектор вполне может создать спрос на несколько тонн гелия-3 в год.

[AlexAV]

Кстати, как на Марсе с литием?

Прямых данных по литию нет, но на Земле он ассоциирован с гранитными пегматитами. Для Марса этот тип пород явно не слишком характерен. Вообще Марс щелочными металлами относительно беден. Исходя из этого ресурсы лития там (да и вообще вероятность существования месторождений) не слишком велика.   

[AlexAV]

И?
Опять та же история. К тому моменту, когда населению Марса будет требоваться свой фосфор, натрий и прочее, это самое население уже успеет все найти, исследовать и дороги проложить.

Вы не поняли сути проблемы. Хорошо, положим  мы нашли калий-натривое месторождение ярозита в кратере Выносливости (1), известняка и гипса в кратере Гусева (2), и гидротермальную жилу апатитов на склонах горы Аскрийской(3) (приведённые места условные, но не случайные, т.е. судя по текущим данным как раз отмеченное, по крайней мере теоретически, там может быть).

Расстояние (1) - (2) - 9500 км;
Расстояние (1) - (3) - 6480 км;
Расстояние (2) - (3) - 4960 км.

На каждом месторождение нужно поставить ГОК (довольно сложный производственный комплекс для добычи руды, её обогащения, и извлечения полезного компонента), к каждому из ГОК нужно обеспечить доставку воды и реактивов, а также доставку продукта его работы на основную базу.

А теперь предложите хотя бы один вменяемый способ обеспечения логистики между этими точками и основной базой.

Обеспечение логистики между удалёнными месторождениями и невозможность обеспечения даже минимального набора ресурсов необходимого для выживания локально - собственно и есть та проблема, которую я имел ввиду. И эта очень тяжёлая техническая проблема, надеюсь Вы понимает, что ни один электргрузовик ни по грунтовой, ни по гравийной дороге дальность перевозки в 9000 не обеспечит.  

[AlexAV]

Поэтому первыми грузовыми рейсами на Марс должна быть доставлена автоматическая буровая, которая осуществит разведочное бурение на десятки метров.

Но и ваши оценки сроков и стоимостей мне кажутся завышенными.

Давайте смотреть на практику космического роботостроения. Возьмём последнюю планируемую миссию Марс 2020. Разработка начата в 2012, запуск планируется в 2020, стоимость 2,1 млрд. $ (обратите внимание, что на фоне стоимости самого робота - стоимость его запуска вообще даже не видна). Но это очередной робот уже в достаточной серии марсоходов, до него был Curiosity, Opportunity, Spirit. Т.е. основные технически проблемы понятны и решены, как и что строить совершенно понятно. И тем не менее маленький робот весом 1050 кг и мощностью 110 Вт конструируется 8 лет и стоит весьма солидных денег.

Тут же нужна машина массой тонн 10 и мощностью киловатт 50, с какой-то достаточно сложной автоматикой для отбора и исследования кернов. Такого робота никто и никогда не делал, как его строить никто не знает, а значит требуется довольно большая НИОКР. Тут даже при самом беглом взгляде очевидны некоторые проблемы, в частности то, что мощность нужная для работы такой установки попросту не обеспечивается солнечными батареями для размещения которых достаточно площади корпуса.

Более чем очевидно, что такая машина не может стоить дешевле Mars 2020 и быть построена быстрее. Весьма вероятно, что даже оценка, что её создание будет стоить в десятеро дороже и займёт в трое больший срок - будет весьма консервативной.   

[AlexAV]

Где на Марсе потенциально могут быть разные полезные ископаемые пусть хотя бы в 500 км зоне?
У вулканов, у разломов, на границе полярных шапок?

Тут проблему нужно сформулировать по другому. Разные полезные ископаемые могли формироваться в разные геологические эпохи и в разных условиях среды. Те из них, которые могли накапливаться в ранненойскую эру не могли в образовываться в гесперийской, Те которые могли формироваться в гесперийскую - не имели никакого шанса возникнуть в нойскую или амазонскую. Часть полезных ископаемых стоит искать в районах активного вулканизма (скажем провинции Фарсиды), для части будут благоприятных глубокие низменности, где длительное время существовали водоёмы. И т.д.

Теперь взглянем на общую геологическую карту Марса:



Сразу видна сильная пространственная неоднородность. Юг сложен по преимуществу нойскими породами, а север гесперийскими и амазонийскими.  Плюс зоны наиболее активного вулканизма там тоже достаточно локализованы. Это уже создаёт предпосылки,  что месторождения разных видов сырья будут находиться друг от друга на достаточно значительном расстояние.

И опять же даже на Земле, геология которой на много разнообразнее и богаче в следствие наличия тектоники плит, развитой гидросферы и биосферы, а число и запасы месторождений на которой заведомо больше, чем на Марсе, найти точку в радиусе 500 км от которой будут месторождения всех базовых видов сырья - дело весьма не тривиальное.

[AlexAV]

Можно еще дольше строить и по 20 лет. Марсианская АМС "Мангальян" Проект одобрен: 5 августа 2012, запуск: 5 ноября 2013. Стоимость 74 млн.$ включая ракету. Масса 1,34 тонны.

Это чисто орбитальный аппарат с довольно простым бортовым оборудованием камера/спектрометр/масс-спектрометр не очень отличающаяся от многих спутников ДЗЗ, т.е. хорошо известное и отработанное оборудование. Невысокая цена тут вполне ожидаема.

Приведите пример робота-марсохода по такой цене.

[AlexAV]

А скорость создания?

Для спутника по конструкции и оборудованию не очень отличающегося от спутника ДЗЗ, которые на орбите земли летают тучами - тоже ничего особенного. Вообще не стоит путать сборку чего-то по уже хорошо известной и проверенной схеме из более-менее стандартных компонентов и разработку принципиально нового оборудования, особенно такого аналогов которого никто и никогда не делал. Цена и сроки в этих двух случаях конечно же не сопоставимы.

Ага, а еще лучше попросите привести пример марсохода не американского.

Да всё равно чьего производства.

[AlexAV]

Хмм , а что там в долинах Маринера?

Место действительно интересно, геологические условия там возможно действительно одни из самых многообразных на Марсе. Дно - гесперийский продукты водной эррозии перекрытые частично сверху амазонийскими отложениями. К востоку граничит с возвышенностями нойского возраста, на западе к югу с вулканическими плато нойского и гесперийского возраста. В общем тут действительно много чего есть.

Правда даже тут компактность достаточно условная, всё же долина Маринер не такой уж маленький объект, 4500 км - это тоже не мало.

P.S.  Сравнительно подробную геологическую карту Марса можно найти тут: https://pubs.usgs.gov/sim/3292/

[AlexAV]

В сухих пустынях как правило не бывает глубокой колеи, исключение - сыпучие пески.

На глинистых грунтах. Однако в марсинской почве нет (за редким исключением донных отложений нойских озёр) глинистых минералов. Поэтому как наиболее вероятный сценарий нужно закладывать - сыпучие пески везде или почти везде.

Примерно так.

Для работы ГОК нужны будут постоянный поставки реактивов (ну и естественно обратный транспорт полученной продукции) с объёмами, даже для маленького ГОК, измеряемыми тоннами в сутки. Трасса  с системой станций подзарядок при этом будет иметь следующие проблемы:

- Очень медленное прохождение груза, он попросту в одну сторону будет идти неделями (низкая скорость на перегонном участке + потери времени на каждую подзарядку).
- Низкая надёжность. Т.е. сломавшийся/застрявший грузовик будет блокировать линию, не говоря уже о вышедшей из строя зарядной станции. В следствие предыдущей такая авария будет блокировать сообщение сразу на длительное время (пока команда ремонтников приедет, пока исправит).
- Большие риски для транспорта с экипажем (как следствие предыдущих двух пунктов). Что делать если застрял из-за поломки в 2000 км от обитаемой базы? А если поломка затрагивает систему СЖО и пока приедет помощь - спасать станет некого?

Т.е. такой транспортный канал едва ли можно считать удовлетворительным для обеспечения работы промышленного предприятия (которым являет ГОК).

[AlexAV]

Есть факт создания АМС за год за смешные деньги (23 млн$), остальное - перекручивания.

Какое перекручивание? Вы взяли спутник с функционалом более-менее обычного спутника ДЗЗ и сравниваете с куда более сложной машиной. Где логика? Ну спутник ДЗЗ и стоит как спутник ДЗЗ (то что он у Марса тут на устройство и работу сказывается не принципиально), строится тоже соответственно. Причём здесь вообще роботы работающие на поверхности (заведомо более сложные машины)?

[AlexAV]

Коррекции орбиты тоже?

Во многих современных спутниках ДЗЗ имеются двигатели коррекции орбиты, так что да, тоже.

[AlexAV]

А еще можно прямо восстанавливать грунт угарным газом или водородом и расплавленное железо отделять от силикатов,  Да, тепловой энергии на расплав шлака уйдет много, но что сделаешь.

Магния много. Большое количество магния в шлаке делает его вязким и такое сырьё считается малопригодным для доменного процесса.

[AlexAV]

На Марсе из-за вакуума и отсутствия влаги потворствующей слипанию частиц, будет очень хорошо работать метод обычной магнитной сепарации,а низкая сила тяжести сделает его не энергозатратным.Также там хорошо будет работать метод электростатического обагощения-раз в пять-семь лучше чем на Земле(на Луне правда он будет лучше работать в 10-12 раз).

Фаялит (и уж тем более минералы из ряда его твёрдых растворов с форстерит) очень плохо восстанавливается газами в твёрдой фазе в силу чего практически непригоден для техники прямого восстановление. Поэтому это тут применять не к чему.

Эффективно его можно восстановить только выше температуры плавления.

[AlexAV]

Я неправильно выразился - зыбкие пески. В реальности сухие зыбкие пески большая редкость, по сухим пескам, как правило, вполне можно ездить и ходить, как на Земле, так и на Марсе.

Есть два механизма образование колеи. Первый ползучесть грунта под давлением. Второй - выброс грунта за колесом. Для слабосвязанных грунтов первый механизм не всегда представляет проблему (если трение между частицами велико их ползучесть может быть низкой), а вот второй будет иметь место всегда. Т.е. износ с образование колеи дороги в любом случае будет быстрым и сильным.

Доказано роверами, которые не тонут в песках, как правило.

Ровер имеет большие колёса с низким удельным давлением на грунт. Впрочем это не главное (зыбучих песков там конечно тоже не будет). Главное - он один. Т.е. факторы выноса грунта за колесом тут совершенно неинтересен, всё равно по тому же месту никто и никогда не поедет. А вот если по одному месту проедет сотня средств передвижения - картина уже будет другой.

С риском пробки из-за остановившегося ровера - нет, его довольно легко можно объехать.

От рельефа зависит. На равнине можно, на горном серпантине - далеко не всегда.

Зарядная станция по определению набор модулей на заданную мощность, при неисправности она снизит мощность, но не прекратит работу.

Ну с куда большей вероятностью сломается не сам генерирующий модуль, а механика, обеспечивающая автоматическое подключение подъехавшей единице транспорта к системе или что-то ещё подобное. Т.е. причин отказов может быть много и не от всех можно защититься таким способом.

мощность там нужна небольшая.

Вот не уверен. К системе СЖО относится (в марсианских условиях) и отопление. А на него скорее всего потребуется довольно существенная мощность.

А пилотируемые роверы дальнего следования могут иметь резервную систему электропитания на топливных элементах и с баками жидких газов. А системы связи, обогрева и СЖО должны дублироваться, причем желательно с питанием от стронциевого РИТЕГа, мощность там нужна небольшая.

Такое транспортное средство будет получаться весьма дорогим.

[AlexAV]

Увы. Не сможет спутник ДЗЗ работать на марсианской орбите и выполнять те же функции.

Да в общем кажется отличие будет небольшим. Ну может быть предающий тракт сделать по-мощнее и аппретура предающей антенны побольше, для обеспечения энергетики канала связи с Землёй, ну и запас ХС двигателей коррекции увеличить. А что там ещё менять?

[AlexAV]

Нет "дула" у рельсотрона. Износ минимален. См. "магнитная левитация", "магнитный подвес".

Износ рельс рельсотрона совершенно ужасен. В момент выстрела там образуется электрическая дуга, которая довольно быстро их разрушает. Более-менее нормальным ресурсом обладают только дорогостоящие направляющие из меди покрытой серебром, но даже там он измеряется десятками-первой сотней выстрелов. Проблема низкого ресурса - вообще одна из главных проблем рельсотрона.

Из электромагнитных ускорителей большой ресурс можно обеспечить разве что для ускорителя Гаусса, но для этой системы пока ещё никому не удалось достичь выходной скорости снаряда, уж очень маленький прирост его энергии на ступень.

[AlexAV]

По мне так если за основу взят БФС

Железную руду можно и F-35 возить, вот только железо из такой руду будет никому не нужно. Метод транспортировки должен обеспечивать минимально удовлетворительную экономику. Стоимость транспортировки для массовых грузов 100 - 200$/тонну (в текущих цена) - это потолок хоть как-то совместимой с какой-то производственной деятельность.

Возить руду, концентрат или серную кислоту баллистическими ракетами - бред, прежде всего с экономической точки зрения.

[AlexAV]

В отличии от AlexAV,я считаю что ареотермально Марс не мертв.

На Марсе совершенно точно нет тектоники плит как минимум с момента формирования Фарсиды (при наличие тектоники плит возникают характерные цепочки вулканов из-за сдвига плиты относительно горячей точки, чего для вулканов Фарсиды не наблюдается). А последнее достоверное извержение там было тогда, когда ещё по Земле динозавры ходили, может быть чуть позже, причём объём излияния лав при них был небольшим.

Какая ареотермальная активность, Вы о чём? Нет, понятно ареотермальный градиент там конечно будет (он и на Луне есть), но его величина и соответствующий ему тепловой поток будут крайне малы по сравнению с Землёй. Не может быть сочетания высокого гео-(арео-)термального потока тепла с мёртвой тектоникой и мёртвым (или почти мёртвым) вулканизмом. 

[AlexAV]

С чего? Не, ЭВТИ 100% хуже работает, чем в космическом вакууме, но проблема возникнет только при поломке. В другое время можно греть паразитным теплом от машинерии. Да и так не совсем понятно, какие теплопотери придётся компенсировать.

При реалистичной площади корпуса и толщине утеплителя где-то около 0,5 кВт потребуется или около того. Для работающей машины это конечно не проблема, паразитного тепла работы механизмов хватит (тут я с Вами полностью согласен). Но для аварийной системы жизнеобеспечения, когда основные системы машины отказали, это не так уж и мало.

[AlexAV]

Вы забываете что я помимо всего прочего еще и пионер-геолог с Камчи.

Ну в этом случае Вы должны знать о такой интегральной  характеристики вулканической активности района, как средний объём излияния лав за единицу времени (естественно в этом случае усреднение производится за сроки в несколько тысяч - десятков тысяч лет). По Марсу кое-какие данные такого рода есть. Вот скажем оценка объёма излияния лав вулкана Арсея за последние несколько сотен миллионов лет, где находятся одни из последних следов марсианского вулканизма:



Даже на пике 150 млн. лет назад (в тот момент по какой-то причине на Марсе была вспышка вулканизма, ну по марсианским меркам конечно) - 1 - 8 км3 за миллион лет, что по земным меркам вообще ни о чём (скажем вулкан Тамборра в 1815 за одно извержение выбросил 150 км3 изверженной породы, что соизмеримо с тем, сколько выбросила Арсея за 200 млн. лет), ну а последние 50 млн. лет там всё совсем грустно.

Опровергнуть это вы не можете,поскольку у вас нет данных по микросейсмической активности на Марсе.(привет InSight).

Да и не нужно, имея статистику за несколько сотен миллионов лет. Может быть когда-нибудь там ещё вулканическая активность и будет, однако совершенно очевиден её ничтожный масштаб.

О том что ядро Марса еще окончательно не застыло.

Вероятно, но вот только радости с этого, если температурный градиент в мантии упал до значений ведущих к остановке конвекции там (или её крайней слабости), о чём говорит отсутствие тектоники плит и крайне слабый (или отсутствующий) вулканизм там как минимум последние десятки миллионов лет. Геологическая смерть тела - это не застывание ядра, а прежде всего, прекращение конвекции в мантии.