Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[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.

[AlexAV]

Все неопределенности насчет марсианской колонизации решил снять сам CEO SpaceX.
https://twitter.com/elonmusk/status/1110329210332053504?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Etweetembed%7Ctwterm%5E1110329210332053504&ref_url=https%3A%2F%2Fforum.nasaspaceflight.com%2Findex.php%3Ftopic%3D46578.60

Ну, это явно не тот источник, который может сказать что-то реальное о колонизации чего-либо. Вы бы ещё на агитки Mars One сослались бы.

[AlexAV]

Вот тут интересные предположения относительно антарктических лишайников.

Была работа, где исследовали выживаемость лишайников в марсианских условиях (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0032063313002055). Результат двоякий, с одной стороны вроде сразу не умирают, даже вроде обнаружили какие-то признаки активной жизнедеятельности, но только в случае если место где он растёт защищено от ультрафиолета. Если лишайник оказывался под действием ультрафиолетового излучения с марсианской интенсивностью - он погибал.

Т.е. на гране. Результаты не исключают, что какие-то лишайники, по крайней мере в условиях защищённых от УФ, могу выжить и жить в марсианских условиях, с другой даже антарктические лишайники в этом эксперименте чувствовали себя не слишком хорошо.

[AlexAV]

А они викингами были или поселенцами? Викинги же к кораблю привязаны, а не к земле.

Скандинавами они были совершенно точно. Колонию основал Эрик Рыжий, который был викингом во всех смыслах. Ну а в колонии, конечно же, жили скандинавские поселенцы, основная деятельность которых была связана с ведением сельского хозяйства и охотой на морского зверя (моржовый клык был одним из основных продуктов экспорта в Европу из Гренландской колонии).

[AlexAV]

Где-то. на форуме считали, что на цикл нужно около миллиона человек.

Никак не могу согласиться с этой оценкой.

Скажем министерства СССР включали в план до 55 тыс. наименований важнейших видов промышленной продукции (https://economy-ru.info/page/078243065077013017032242108188047223231034036118/ 2 тыс. наименований госплан, 13 тыс. госснаб, 40 тыс. прочие министерства, в сумме 55 тыс.). Но это вторая половина 70-х, сейчас это номенклатура очевидно стала значительно больше, хотя точные значения найти трудно. На каждый вид промышленной продукции нужен инженер в деталях знающий технологию её производства. Естественно, что одного инженера на каждый вид недостаточно, иначе будет невозможно воспроизводство знаний, да и просто устойчивая работа производства (ситуацию, где всё может встать из-за того, что один человек подскользнётся на лестнице - явно ненормальная). Для устойчивости производства и самовоспроизводства инженерных школ специалистов каждого профиля должно быть достаточно много, ну хотя бы ~100. Кроме того, помимо инженеров нужны рабочие специальности, пусть на каждого инженера приходится 10 рабочих. Итого для существования устойчивой самоподдерживающейся промышленности хотя бы с уровнем второй половины 70-х уже желательно ~60,5 млн. человек занятых в ней. Однако общество не может состоять только из занятых на производстве, нужны ещё врачи, учителя и прочая сфера услуг. По минимуму число занятых тут будет равно числу занятых на производстве. Итого для обеспечения разделения труда на уровне второй половины 70-х нужно хотя бы ~121 млн. трудоспособного населения. Однако не всё население относится к трудоспособному, часть в любом поселение моложе трудоспособного возраста, а часть - старше. Долю трудоспособного можно приближённо принять за 60%. Итого для обеспечения разделения труда по мнимому нужно ~200 млн. человек. Но это для технического уровня второй половины 70-х, сейчас же номенклатура товаров по сравнению с тем периодом увеличилась как минимум в несколько раз (из-за усложнения технологий), соответственно и минимальное число людей, нужное для поддержания уровня начала 21-го века также будет в несколько раз больше.

Опять же есть ещё проблема связанная с эффектом масштаба. Для того чтобы производство единицы продукции оставалось достаточно дешёвым эта продукция должна производиться в достаточно большом объёме. Сделать тут оценку минимальной численности населения, когда этот масштаб может достигаться сложно, однако тот факт, что в той же области производства микроэлектроники по современным техпроцессам осталось всего несколько производителей, которые удовлетворяют потребности всей планеты (Intel, TSMC, Samsung), а остальные вымерли, косвенно указывает, что как минимум в этой области этот масштаб близок к текущему населению планеты, по крайней мере той его части, которая живёт в достаточно богатых странах.

Учитывая всё это, более обоснованным кажется заключение, что этот уровень численности населения, нужный для воспроизводства технологического уклада начала 21-го века, лежит точно не ниже 200 млн, скорее ближе к миллиарду или даже более.

[AlexAV]

С колонизацией произойдёт тоже самое что и с ВИЭ и с электромобилями: сначала все кричали (да собственно еще покрикивают) что это невозможно.

Ну электромобили действительно не могут заменить ДВС в широком масштабе, по причине, что банально лития для этого на планете Земля не существует. Собственно пока не появится аккумуляторы с параметрами близкими Li-Ion, но не использующие редких элементов такая замена будет невозможна (не уверен, что это вообще возможно в принципе).

ВИЭ же в современном виде также действительно неспособны производить энергию в том объёме, с той себестоимостью и тем качеством, которые нужны для поддержания индустриальной цивилизации в современном виде. Впрочем оба этих вопроса в этой теме - оффтопик, для них в разделе уже имеется отдельная тема.

Некоторые индивиды просто "не хавают", что будущее уже здесь (см. вложение).

Меня всегда удивляло почему некоторые люди ведутся на сказки откровенных мошенников, отдают всю собственность какой-то секте или несут деньги в очевидную пирамиду. Марсианская колония это явление явно из той же области (впрочем пока на неё не просят денег - сравнительно безобидное). Ну и да, обычно эти люди свои поступки как правило и аргументируют чем-то вроде "просто "не хаваешь", что будущее уже здесь". Логика, факты? А зачем?

[AlexAV]

Наткнулся на французкий сайт про марсианскую колонию на 1000 чел основанную на ранних предположениях об спейсовском MCT.
http://planete-mars.com/martian-habitats-molehills-or-glass-houses/

Такое впечатление, что они собираются осваивать не Марс, а какую-то другую планету, которой правда нет в солнечной системе.

В качестве объектов для производства они предлагают полиэтилен, железо, стекло. Полиэтилен ладно, изображённая у них технологическая схема рабочая. А вот железо и стекло...

Нет сами схемы рабочие, вот только не очень годные для Марса, по крайней мере не для базы их формата. Проблема с железом та, что в качестве входного сырья они выбирают гематит, который на Марсе хоть и присутствует, но мог образовываться только в весьма специфических условиях (конкреция в отложениях озёр нойской эры) и в целом сравнительно редок. Надеяться найти его залежи пригодные для промышленной разработки в случайно выбранной точке - крайняя недальновидность. Повсеместно встречающаяся на Марсе железорудное сырьё - железосодержащий оливин, однако специфики работы с ним они не учитывают.

Со стеклом ещё хуже. Для производства стекла нужен известняк, сода и стекольный песок (плюс возможны небольшие добавки оксидов других металлов). То что известняк и сода на Марсе проблема - они пишут сами, тут с ними можно согласится. Но вот их оптимизм относительно стекольного песка явно не обоснован. Породы Марса удивительно бедны кварцем, кремний там в основном содержится в составе оливина, диапсида и полевого шпата. В таком виде для производства стекла его использовать нельзя. Тут нужно или искать гидротермальные месторождения кварца (и их явно под ногами не будет, вообще для основных и ультраосновных пород, типичных для Марса, их образование нехарактерно, т.е. явление это на Марсе будет как минимум очень редкое) или получать оксид кремния из того, что есть. А это потребует сложной и энергоёмкой процедуры хлорного рафинирования, что они не рассматривают (причём для её осуществления придётся ещё найти месторождение хлоридов, они могут быть, но опять же отнюдь не в любой случайно выбранной точке). 

Ну и откуда на Марсе взять глины (которые также там фигурируют как необходимый ресурс) - тоже не слишком ясно, глинистые минералы там в целом редки и связаны исключительно с отложениями ранненойской эры (за что она и в минералогической хронологической шкале и получила название филлоциановая эра), промышленные месторождения глин в таких условиях также явно будут явлением редким и отнюдь не повсеместной.

В общем на реальном Марсе описанный там план окажется маловыполним просто в силу того, что даже сравнительно небольшой список заявленных там необходимых ресурсов на Марсе отнюдь не являются повсеместно доступными, и едва ли их источники могут оказаться в одном точке пространства.

[AlexAV]

Ну значит будет поликарбонат.

Он без хлора и щёлочи не получается (они необходимы для получения промежуточных продуктов в технологической цепочке их производства). Соответственно нужно искать месторождения хлоридов и натрия (или калия). Это тоже не на каждом углу будет лежать.

[AlexAV]

Вернее какой-то дикий разгул французкого атомного оптимизма.,с перенапряженным реактором,с запредельными рабочими температурами.,-и весь этот праздник в 5 Мвт помещается в 100 тонн стандартного MCT(тогда еще MCT).

Ну там конструкционные особенности реактора не ясны, о нем довольно мало написано, однако заявленные параметры невозможными не являются, хотя чтобы их достичь придётся пойти на те ещё извращения, прежде всего в плане выбора материалов.

с запредельными рабочими температурами

Ну температура 1400 градусов в АЗ это конечно, да... Тут вообще становится очень немного вариантов того, что можно брать в качестве теплоносителя для охлаждения. Вода и углекислый газ отпадают сразу, их большинство материалов при таких температурах не выдерживают. Гелий - хорошее решение, но не для Марса, где его брать неоткуда (в атмосфере его там совсем мало).

Водород ещё можно (который доступен и на Марсе), но тогда сразу исключаются все варианты использования углеродных материалов в АЗ (которые являются самым дешёвым жаростойким материалом), они при высоких температурах водородом разрушаются (карбиды циркония, ниобия и тантала ещё какое-то время живут, но всё равно не очень, разрушаться будут за сотни часов, а не десяток лет, как требуется). В этом случае и по жаростойкости и по стойкости к водороду должны хорошо себя показывать сплавы системы молибден-вольфрам-рений, но рений и вольфрам довольно сильно будут поглощать нейтроны, ухудшая нейтронную экономику реактора, ну и дорогие они конечно. Однако если нас экономика не беспокоит вообще (т.е. ни цена реактора, ни расход природного урана на единицу энергии), то всё можно сделать.

[AlexAV]

А аргон?

У него теплопроводность низкая, в том случае, когда нужно охлаждать АЗ с большой плотностью мощности он в силу этого не очень подходит. Плюс активируется он (хотя для Марса, возможно, это конечно и не слишком важно).

[AlexAV]

А там глядишь и с астероидов можно будет чего натаскать.

Откуда на астероидах уран? Анализы вещества хондритов дают экстремально малые значения на уровне 9 - 16 ppb. Вообще в исходном космическом веществе актиноидов очень мало, меньше чем практически любых других элементов. Их относительно высокая концентрация в земной коре связана исключительно с тем, что они селективно накапливаются в некоторых минералах гранитов, т.е. значительный процент урана и тория, входившего в состав вещества из которого образовалась Земля, перешёл в довольно небольшую массу (по сравнению с массой планеты) континентальной коры, создав там их концентрации в несколько сотен раз больше, чем в веществе исходных хондритов.

В части месторождений урана перспективны только большие, хорошо дифференцированные планеты, где этот механизм работает. А в солнечной системе таких всего две - Земля и Венера. Однако, на Венере условия для работы на поверхности уж совсем малоподходящие, поэтому реально остаётся только Земля.

[AlexAV]

А в земных морях уран откуда?

Из тех же гранитов, плюс некоторые особенности химии урана. Горные породы выветриваются водой, углекислым газом и почвенными кислотами, уран (IV) окисляется кислородом до подвижного уран(VI), который связывается или в комплексы с органическими лигандами или в  карбонатные комплексы и в таком виде мигрирует с речным стоком в океан, где накапливается в виде преимущественно карбонатного комплекса.

Чтобы этот механизм работал нужно:
1) Исходные коренные породы должны быть достаточно богаты ураном.
2) Должен идти достаточно интенсивный процесс химического выветривания (т.е. породы должны не просто разрушаться, превращаясь в песок, а их минералы должны претерпевать химические трансформации).
3) В атмосфере должен быть свободный кислород. В исходной породе уран находится в четырёхвалентной форме в которой он неспособен переноситься в водных растворах (растворимость диоксидов урана соизмерима с растворимостью диоксида тория, гафния и циркония, т.е. практически нулевая, кроме того он устойчив к растворам кислот и щелочей умеренной концентрации), только если он будет окислен до шестивалентной формы его миграция в растворённой форме с речным стоком станет возможна.


Породы Марса бедны ураном, химическое выветривание там интенсивно шло только в нойскую и гесперийскую эру, причём последнюю не всю (отложения амазонийской и поздней гесперийской эры - это в основном просто раздробленная в песок порода с минимальными химическими трансформациями), с кислородом на Марсе не очень, причём в нойской и начале гесперийской эры (когда было достаточно жидкой воды и шли более-менее существенные процессы химического выветривания) его не могло быть просто по определению, в силу того, что тёплый климат тогда мог обеспечиваться исключительно высоким содержанием метана и свободного водорода в атмосфере, что исключает значимые концентрации свободного кислорода. Т.е. все эти три условия на Марсе одновременно, судя по всему, не выполнялись никогда. Соответственно миграция урана, его накопление в водной среде и вторичное отложение в осадках (вроде ураноносных фосфоритов и сланцев имеющихся на Земле) - маловероятно.

[AlexAV]

Написал-то хорошо, за исключением одного нюанса: любая колонизация предполагает использование местных ресурсов, а "геологически-эпохальное" состояние - возобновимых природных. Корабль-семя в принципе не способен исчерпать ресурсы планетарной цивилизации, если она уже существует.

Суть собственно была в том, что если на планете нет активного, действующего сегодня, геохимического цикла, то её колонизация попросту заведомо бесперспективна.

Корабль-семя в принципе не способен исчерпать ресурсы планетарной цивилизации, если она уже существует.

Невозвратные траты ресурсов сверх определённого предела на самом деле очень даже могут, причём даже в случае цивилизации опирающейся исключительно на возобновляемые ресурсы. Возобновляемый ресурс ведь не тождественен неограниченному. Во многих случаях для объёмов его извлечения существует предел превышение которого ведёт к мало и медленно обратимой деградации самого источника ресурса. Он конечно когда-нибудь восстановится... лет через тысячу или сто тысяч, но оценить это к тому моменту будет некому. Что существенно, обычные рыночные механизмы в общем случае не могут дать адекватных сигналов, что этот предел был превышен.

P.S. Приведу пример. В океанической воде растворено 4,5 млрд. тонн урана и ежегодно туда с речным стоком попадает 20 тыс. тонн. Если брать из океана уран в количестве меньшим этих 20 тыс. тонн в год - этот ресурс можно считать (квази-)возобновляемым и использовать его условно вечно (Солнце здесь сожжет всё раньше, чем этот источник при таком использование иссякнет). Но можно брать и больше и в конце-концов оказаться у разбитого корыта. Нет, солнышко светит, дождик капает, тектонические плиты двигаются и лет через 300 тысяч всё восстановится, только радость от этого будет небольшой. И так кстати по очень многим вещам начиная от геотермальной энергии и заканчивая различными биологическими ресурсами.

[AlexAV]

Даже если брать из океана объемы вдвое превышающие годовой сток,то этих растворенных запасов хватит на 225 тыс.лет.Надо обладать очень богатым воображением чтобы представить себе хомо обладающего атомными технологиями в течении такого времени.

С учётом, что наш вид существует уже 200 тыс. лет - не так уж и сложно. Да и кто сказал, что только в два раза? Современные АЭС в мире потребляют сегодня около 100 тыс. природного урана в год и если масштабировать атомную энергетику с использованием реакторов на тепловых нейтронах с низкими значения КВ (всех этих PWR, CANDU и ВВЭР), то легко можно представить и 1 млн. тонн потребления. Впрочем этого скорее скорее всего не будет, т.к. использование урана из морской воды в открытом цикле в реакторах на тепловых нейтронах, судя по всему, не окупается энергетически, а запасов обычных месторождений для этого заведомо не хватит. Затраты на извлечения урана из морской воды приемлемы только для реакторов с высоким КВ (вроде БН) работающим в замкнутом цикле, а там для получения того же объёма энергии нужно уже радикально меньшее его количество.

Впрочем прожрать можно всё, причём в кратчайшие сроки, и это не зависит от технических деталей (для того чтобы уничтожить любой, сколько-угодно обильный, ресурс за вполне обозримый срок хватит роста экономики на 1% в год ).

[AlexAV]

О двойной роли перхлоратов на Марсе.
https://www.researchgate.net/publication/242525435_Perchlorate_on_Mars_A_chemical_hazard_and_a_resource_for_humans#pf3

Перхлоратам можно очень много полезных применений найти, причём не только как окислитель или источник кислорода, а скажем при разделение того же натрия и калия. Если перхлорат натрия - хорошо растворимая соль, то перхлорат калия - малорастворим в воде. Тут правда вопрос в том образуют ли они там скопления пригодные для промышленной разработки и на сколько эти скопления часто встречаются (впрочем с учётом обнаружения незамерзающих скоплений воды стабильность которых как раз скорее всего и объясняется наличием в них значительных концентраций перхлоратов, то ответ на первый вопрос, вероятно, положительный).

[AlexAV]

Главный пояс это 4% от массы Луны, поэтому надежды встретить кусок чистого железа или урана в поясе, скажем, немного.

С кусками железа (точнее сплава железа и никеля) так всё хорошо и особой редкостью они не являются. А вот со всем остальным уже не очень.

P.S. Шансы найти не то что кусок урана, а просто породы из которых его можно технически извлечь на астероидах ровно ноль. В веществе астероидов уран чрезвычайно редок.

[AlexAV]

Кстати, встречал про гипераккумуляцию урана растениями. Учитывая, что ГА могут использоваться не в пищу, а на техническую органику или тот же метан, накопление в золе концентрированных тяжелых металлов вполне можно довести до промышленного за десяток циклов - всё равно они побочка. Далее, выщелачиваем в раствор и извлекаем ионообменными, например.

Ну, таких которые бы накапливали уран в количестве достаточном для промышленного извлечения вроде как всё же нет. Что-то такое нужно специально выводить селекцией/генной инженерией. В этом плане есть довольно интересные работы по поиску пептидов с высокой селективностью к урану (https://www.nature.com/articles/nchem.1856). Сами по себе эти пептиды использовать едва ли получится (адсорбент должен быть достаточно устойчив к различным фактором среды, а пептиды обычно достаточно легко разрушатся), но как основу для создания ГМО-организмов способных эффективно накапливать уран в больших концентрациях эти результаты, возможно, могут быть полезны.

Правда это всё годится для Земли, но не для Марса.

В кои веки - здраво. Вот так и появляются ростки марсианских технологий.

Не для Марса это. Даже если будет иметься живой организм, который может эффективно поглощать уран из среды с его сверхмалой концентрацией и эффективно его накапливать для того, чтобы он имел возможность это сделать как минимум ему надо находиться в контакте со средой, где этот уран есть, причём в подвижной биодоступной форме. Такой средой может выступать океаническая вода, но на Марсе никакого океана нет.

Извлекать же так уран из горных пород практически невозможно. В марсианских породах его банально мало (1 ppm и менее), т.е. чтобы извлечь 1 грамм придётся переработать больше тонны породы, но это ещё половина проблемы. В породе уран связан с минералами вроде ортита, сфена и другими минералами титана, монацита, магнетита и т.д. В такой форме он нерастворим в воде и не может быть поглощён живыми организмами в принципе. Чтобы он перешёл в растворимою биодоступную форму эти минералы должны быть подвергнуты выветриванию, химической трансформации. А для типичных минералов-аккумуляторов урана в условиях слабокислых растворов почв это происходит о-о-очень медленно, на это уйдёт даже не столетия, а тысячелетия. Это оливин в почве может разрушаться за несколько лет, а какой-нибудь ортит или титаномагнетит будет там лежать многие тысячи лет (не случайно, что подобные минералы склонны накапливаться в россыпях). В конце-концов разрушается конечно всё... но чтобы это заметить нужны будут геологические времена и геологические масштабы. Т.е. организму будет просто нечего поглощать.

Это технология только для планеты где есть океан, идут осадки, а текущие воды перемалывают миллиарды тонн породы ежегодно. А таких у нас в Солнечной системе немного, точнее только одна.

P.S. А вот выделение никеля из марсианских пород с помощью живых организмов, согласен, теоретически возможно. Никеля там много и, главное, он связан с легко выветриваемыми в слабокислых растворах минералами (оливины, при достаточно мелкой фракции частиц, в почве вообще за несколько лет могут полностью разрушаться).

[AlexAV]

Марс удобная опорная база для освоения Главного Пояса,

А там-то что делать? Место ещё более унылое и бесперспективное, чем Марс.

[AlexAV]

Ок. Кроме Земли, где можно еще "раздобыть" урана?

На текущий момент аналогов гранитов Земли (по содержанию актиноидных элементов), особенно щелочных гранитов, не найдено нигде в солнечной системе. Из общетеоретических соображений что-то подобное можно ожидать ещё на Венере.

Ну и плюс весьма интересно было бы посмотреть состав воды океана Европы, возможность существования там каких-то весомых концентраций урана не кажется совершенно невозможной.

[AlexAV]

Вот тут по гранитам(в том числе щелочным) на телах СС.На Марсе тоже есть их признаки.,их находили три разные миссии.Хотя в целом у авторов работы  резюме:их еще предстоит найти.
https://pdfs.semanticscholar.org/9173/4ddd306630831826263af18c6d43c9a2600e.pdf

Те проявления о которых там идёт речь весьма незначительны по сравнению с Землёй. Впрочем в данном контексте самое существенное даже не это. В земных образцах щелочных гранитов содержание тория составляет около 25 ppm, а урана 6 ppm (и такими гранитами могут быть сложены целые области площадью в сотни тысяч квадратных километров), ни в одном исследованном внеземном образце содержание актиноидов и близко не приближается к этим значениям. Породы столь богатые актиноидами пока для Земли уникальны (тут, видимо, очень важен размер планеты, для того чтобы в коре планеты самый редкий (после бериллия) элемент солнечной системы мог образовывать высокие концентрации его общая масса, которая вошла в состав планеты, должна быть достаточно велика, а для этого планета должна быть большая и тут среди каменистых тел с Землёй, кроме Венеры, не может сравниться никакой другой объект).