Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[AlexAV]

Ну у того же Карадага с этим последние 150 млн.лет не густо.

Отличие в том, что на Земле сейчас полно мест, где очень даже весело (какая-нибудь Ключевская сопка извергается каждые несколько лет). А на Марсе грустно везде, в большинстве мест ещё грустнее, чем на Арсии, т.е. не только за последние десятки, но даже сотни, миллионов лет активности не было.

[AlexAV]

Еще можно добавить что уровень диференциации недр ниже, тяжелые элементы более равномерно распределены могут быть, т.е ближе к поверхности.

Это не вызывает никаких сомнений, вот только не тяжёлые, а седерофильные, что собственно мы и наблюдаем.

 

Плюс локальные концентрации радиоактивных элементов.

Сравнительно низкая степень дифференциации как раз это практически исключает.

Но никак ни 100% остывание всех недр.

Без сомнения. Даже Луна полностью не остыла и имеет жидкое внешнее ядро, а Марс уж тем более будет иметь. Вот только толку с этого? 

[AlexAV]

Что смешного? Реконструкция геологической истории на основание текущих геологических данных и есть та основа на которой вообще строится геология. Ну и эта статистика за сотни миллионов лет оттуда тоже естественно извлекается (с известными оговорками о точности, конечно).

[AlexAV]

С этого толк может быть. Пусть даже и в дальней перспективе.

Какой?

[AlexAV]

Скептикам могу сказать вот что: в карьерах движется тяжелая техника по грунтовым дорогам, и эта техника, якобы, должна "всё разрушать", но нет: никаких особых "дорог" это не требует. Добавим сюда отсутствие осадков и отсутсвие "марсотрясений" и получим стабильную дорогу без каких-либо сложностей в её постройке.

Большинство грунтов Земли содержит большое количество глинистых минералов, что и обеспечивает их относительную долговечность. А вот песчаные же дороги (такое тоже бывает) имеют крайне малый ресурс и разбиваются очень быстро. Так вот, в большинстве грунтов Марса глинистых минералов нет, а значит там возможен только второй случай, в общем весьма неблагоприятный.

[AlexAV]

1. Гео-(марсо)-термальная энергетика будет даже более эффективна, чем на Земле. (Если её будет смысл использовать по сравнению с остальными способами)
2. Поглубже залезть (построить базу или на крайний случай - зимовник) в лавовые трубки и можно будет наслаждаться "обычной" земной температурой. без необходимости тратить энергию на "сугрев".

Вот современная оценка геотермальных профилей Марса (и для сравнения там нанесены и Земли):



В общем видно, что до глубин, где температура становится достаточно велика для получения пара с достаточно высокими для работы турбин параметрами нужно бурить на 80 - 100 км, что совершенно нереально. А комфортная для человека температура будет километрах на двадцати, что также совершенно не внушает оптимизма.

Опять же стоит обратиться к опыту геотермальной энергетики на Земле. Экономически оправданной она оказывается только в областях около тектонических разломов, как правило вблизи активных и неглубоко залегающих магматических очагов. По сути ни одного удачного примера её использования в центре древних платформ по сути нет, хотя геотермальный градиент на Земле уж заведомо больше, чем на Марсе, а глубины, где температуры достигают достаточно больших значений куда меньше марсианских 80 - 100 км, но тем не менее не получается.

Геотермальная энергетика на Марсе будет возможна в том и только том случае, если там остались живые магматические очаги, причём неглубоко залегающие, не глубже 15 - 20 км. А это сомнительно (обычно в районах таких очагов наблюдается геотермальная активность, горячие источники воды, фурамольные поля и т.д., чего мы на Марсе не наблюдаем).

[AlexAV]

Недавно найденная водяная линза на южном полюсе Марса,за счет соли держит воду в районе -10-20С.

Если там растворён перхлорат магния - может быть значительно ниже, около -68 градусов.

[AlexAV]

Зачем большой градиент на Марсе?

Теорему Карно на Марсе уже отменили? При малой разнице температур невозможно получить приемлемый КПД.

Опять же в процессе эксплуатации породы охлаждаются, это связано с тем, что геотермальный поток даже на Земле слишком мал, чтобы компенсировать сколько-нибудь значимый отбор тепла (исключение - эксплуатация гидротерм вблизи магматических очагов, но это не случай Марса за отсутствием активных гидротерм). Для того, чтобы количество энергии отобранное у блока породы за время эксплуатации была сколько-нибудь значительным его начальная температура должна быть достаточно велика, так чтобы при охлаждение хотя бы градусов на 100 разница между температурой блока и поверхности было  достаточной для обеспечения минимально приемлемого КПД термодинамического цикла. В результате бурить до пород температура которых отличается от температуры воздуха на поверхности ну хотя бы меньше 200 градусов - бессмысленно, мартышкин труд. Ну а глубина, на которой эти породы залегают, как раз от геотермального градиента и зависят. Если глубже 5 км, то о ни о какой геотермальной энергетике можно и не вспоминать.

[AlexAV]

p.s. Ваша картинка не открывается, даже через vpn.

Надеюсь, что исправил.

Ага, также думали создатели InSight.

InSight тут вообще причём? Он вообще не имеет инструментов для анализа минералогического состава грунта.

По сути дела можно получать просто электроэнергию из разницы температур прямо на поверхности (которая на Марсе варьируется в более широких пределах, чем на Земле):
https://ecotechnica.com.ua/technology/3177-poluchat-elektroenergiyu-iz-sutochnykh-kolebanij-temperatur-pomog-termalnyj-rezonator.html

Это игрушки по сути, серьёзные мощности так получить нельзя.

Технологии не стоят на месте, и это хорошо.

Зато законы теплофизики и термодинамики не меняются. И они накладывают вполне определённые ограничения на то, что можно сделать, а что нельзя. Применительно к вопросу геотермальной энергетики - для серьёзной геотермальной станции нужен приличный температурный градиент между поверхностью и блоком породы, для сухих пород ну не ниже 200 градусов точно (с гидротермальными можно ниже но градусов 120 всё равно желательно, есть попытки работать с более низкими температурами с использованием фреоновых машин, хотя экономика там становится уже так себе, но для блоков сухих пород, температура которых снижается в процессе эксплуатации, нужно больше).

[AlexAV]

На этом новые марсиане и будут работать,пока атомную станцию из местных ресурсов не построят.

Даже для неё разница температур ну хотя бы градусов 50 для обеспечения минимально приемлемого для промышленного получения энергии КПД нужна.  При существующих оценках марсианского геотермального градиента даже для этого придётся бурить на глубину на которую и на Земле то скважин очень мало.

Для Марса геотермальная энергетика (если конечно не найдёт где-то живой магматический очаг) - вообще не вариант.

[AlexAV]

Это понятно.Но мы говорим о водной линзе.Первооткрыватели говорят что она не одна.

Если там там раствор перхлората магния с температурой -68 градусов (что весьма вероятно), то я слабо представляю как используя этот раствор можно хоть что-то генерировать.

[AlexAV]

ЕМНИП,в работе было ясно сказано от -10 до -20 градусов.

Нет, наиболее реалистичный вариант или раствор перхлората магния с температурой -68 градусов, или перхлората кальция с температурой -74 градуса (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018GL080985).

У Аляскинского проекта по моим ссылкам,КПД -3%.И что?

В аляскинском проекте не нужно бурить скважину в несколько километров. Для геотермальной станции при КПД 3% ни нормальной мощности не получишь (тепловая мощность, которую можно отбирать ограничена), ни экономика не сойдётся. Ни одной ГеоТЭС со столь малыми градиентами и низким КПД Вы не найдёте.

[AlexAV]

Я вот подумал..если на Марсе кальция и магния как грязи- может тогда имеет смысл сжигать их в среде СО2 ?Поставить воздуходувку,запитать ее от ветряка или панелей и гнать атмосферу над поташем..
Редактировать сообщение

Кальция не так чтобы, а магния действительно там чрезвычайно много, причём много везде, в любой точке Марса. Вот только в основном в виде Mg2SiO4, реже MgSO4, ещё более редко (но встречается, причём местами видимо и образуя больших скоплений) в виде MgCl2 и MgClO4. Как Вы понимаете ничего из это сжечь невозможно принципиально.

[AlexAV]

Кстати , а залежи газа там быть могут? В качестве продукта серпентизации (выходы метана на поверхность фиксировали же).

С учётом, что этот процесс должен был идти очень интенсивно в течении нойской эры (иначе как атмосферой богатой водородом и метаном объяснить климат Марса в ту эпоху - совершенно невозможно, а единственный мощный источник этих газов, который мог быть - это взаимодействие воды и углекислого газа с железосодержащими минералами, больше неоткуда), то почему бы и нет. Правда едва ли залежь свободного газа могла сохранится с той эпохи, газ подвижен и медленно течёт даже через толстые слои малопроницаемых пород, но вот залежи метан-гидратов - вполне могли.

[AlexAV]

Вопрос: какие земные растения смогут прижиться  на марсианских почвах? Например в зонах тропиков и субтропиков?

С учётом, что эти почвы напоминают отвалы норильского ГОК, то вероятно лучше всего себя будет чувствовать что-то вроде Pycnandra acuminata.

[AlexAV]

Таких в истории были миллионы, особено в средние века и на всяких малоценных колонизированных островах

Даже для средневековья это не совсем так. Те же гренландские викинги после прекращения торговли с основной частью Европы протянули не долго. В более благоприятных местах при прекращение торговли население конечно полностью (как в Гренландии) не исчезало, но цивилизация могла приходить в серьёзный упадок.

Современная же экономика требует куда более глубокого разделения труда, чем средневековая, и автономия на масштабе одного города невозможна совершенно. Миллионов 100 нужно, лучше миллиард населения.

[AlexAV]

ярутка кипрская thlaspi cypricum

Да, тоже обитатель почв, возникающих при выветривание ультращелочных массивов со специфическими адаптациями к весьма необычной геохимии таких почв.

[AlexAV]

ыживет в условиях марсианских перепадов температур и очень низкой влажности? Наверное только в низинах?

В открытом грунте на Марсе вообще ничего не выживет. На самом доле и в просто в марсианском грунте (в оранжерее) скорее всего будут чувствовать себя не очень (смесь полевых шпатов с оливинами и диопсидами - совсем не тот грунт, который нужен растениям). Можно надеяться, что нормально они будут расти только в продуктах выветривания такого грунта (естественно в оранжерее). Ну и, кроме того, явная тенденция этих растений гипераккумулировать никель вызывает сильные сомнение, что то что на них вырастет можно будет есть.

[AlexAV]

Вот здесь поспорю. У нас альтернативы
1) Везти всё с Земли. Преимущество - ничего не надо производить на месте, всё в наилучшей форме. Недостатки - база максимально зависима от Земли.
2) Возить автономными вездеходами с РИ/ЯСУ - медленно и дорого, но нет нужды строить дорогу. Но разработка мощных вездеходов для Марса - отдельная большая задача. При этом, произведенные на Земле, они будут ограничены по массе, как любая транспортируемая техника и малочисленны. Любой вездеход будет возить меньше корабля.
3) Строить дорогу - позволяет больший трафик, но непонятно, из чего её строить на Марсе. До создания промышленной базы, по крайней мере.
4) Воспользоваться БФС/модифицированным БФС. И вот здесь имеем несколько ништяков: во-первых под корабли "заточена" инфраструктура самой базы - получение топлива, ремонт. Во-вторых на Марсе грузоподъемность корабля выше, а в суборбитальном варианте потребует меньше топлива, чем для межпланетных полётов. В результате, если речь идёт о сотнях тонн, то как раз баллистические прыгуны могут оказаться дешевле других средств. Не дешевыми, но дешевле,

Для анализа тут нужно определить задачу, которую мы решаем. Тут есть два варианта:
1) Задача обеспечения полной автономии.
2) Задача снижения издержек при обеспечение колонии с Земли.

Если первое - то для её решения категорически нужно, чтобы местное производство имело минимально приемлемую экономику. Кстати этот вопрос, вопрос экономики марсианского производства, тут как-то старательно игнорируется.

Представьте, что нечто, скажем электроэнергия нужна в количестве a₁ на производство одного шурупа, в количестве a₂ для производства единицы стекла, в количестве a₃ для производства килограмма пластика и т.д. Теперь представьте такие же линейные соотношения для всех видов продукции и ресурсов, которые создаёт и использует экономика. Теперь, если мы умножим эту матрицу на столбец, содержащий количество товаров и ресурсов, которые должна произвести наша экономика - мы получим столбец товаров и ресурсов, которые мы затратим на это производство. Очевидно, что эти полные затраты должны быть меньше произведённого. Это возможно в том и только в том случае, если у этой матрицы существует положительное собственное число меньшее 1, которому соответствует собственный вектор со всеми положительными компонентами (то что у нас у такой матрицы существует хотя бы одно положительное собственное число, которому соответствует положительный собственный вектор нам гарантирует теорема Перрона).

Так вот, если мы будем увеличивать затраты, а значит коэффициенты матрицы, то рано или поздно ни одного положительного собственного собственного числа у этой матрицы не останется, а значит экономика просто развалится. Если скажем в исходной матрице нужное собственное число было равно \( \lambda \), то если все затраты в матрице поднять в k-раз, то новое собственное число будет k\( \lambda \). Если  \( \lambda \)<1, то очевидно, что чтобы  k\( \lambda \)<1, k должно быть не больше 1/ \( \lambda \).

На сколько затраты могут превышать современные затраты на Земле, чтобы всё не развалилось? Для этого надо знать \lambda для земной экономики. Возможно грубо её можно оценить, как долю инвестиций к ВВП (в идеале бы лучше отношение производства средств производства к полному промышленному производству, но такие данные сложнее найти). Исходя из этого \lambda для земной экономики никак не больше 0,2, а значит степень роста затрат, который ещё имеет смысл обсуждать (по сравнению с текущими земными) никак не превышает 5. Перевозка же серной кислоты баллистическими ракетами в это ограничение вписаться не может точно. Соответственно, такой транспорт с возможностью создания самодостаточной экономики несовместим.

Если - вторая, т.е. снижение затрат на обеспечение с Земли, то это имеет смысл лишь в том случае, если затраты на производство на месте меньше, чем цена доставки с Земли. И тут нужно учитывать, что как правило для производства чего-либо требуется объём сырья значительно больший, чем этого чего-то производится. Разница же затрат между доставкой с Земли и транспортировкой баллистическим прыжком будет иметь порядок отношению экспонент Циолковского, т.e. exp((XC_З - XC_Б)/УИ). ХС_З - ХС доставки с поверхности Земли, ХС_Б - ХС баллистического скачка. XC_З~12 км/с, ХСБ~3км/с, УИ ~ 3.7 км/с.  Т.е. если масса доставляемых реактивов меньше, чем в 14 раз больше массы продукта, то тут ещё можно будет подумать, если больше - то даже для второй задачи не годится.  В реальности это означает, что оправданна при таком транспорте (в смысле относительно экономии по сравнению с доставкой с Земли) может быть (но необязательно будет, для добычи обычна нужна ещё огромная масса оборудования, которая часто превышает массу добытого, а оборудование точно с Земли везти придётся) только добыча материалов, которые составляют значительный процент перерабатываемой породы (при добыче редких элементов практически всегда количество расходуемых реактивов к получаемому продукту обычно больше этих 14:1) и то только в том случае, если рядом с месторождением есть источник воды, а масса и стоимость требуемого для добычи оборудования умеренные, что в случае Марса нетривиально (производство даже каких-то материалов, составляющих значительный процент породы как правило весьма водоёмкое).   

[AlexAV]

Смотря где.

В открытом? Нет, при марсианской температуре, давление и потоке УФ не растут даже лишайники.

или на других вулканических почвах

Тут очень важен минералогический состав.