Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[AlexAV]

Но есть ещё вешняя часть, и там вполне могут быть 100км, орбита которых касается или пересекает орбиты планет-гигантов, и которые могут из-за этого резко менять орбиту...

Статистическая вероятность этого чрезвычайно мала. Не уверен, что Земля хотя бы раз за всю свою геологическую историю после конца эпохи поздней тяжёлой бомбардировки сталкивалась с таким телом больше 10 км. В фанерозое совершенно точно не было ни одного такого события (чиксулубское событие достоверно вызвано астероидом из внутренней части солнечной системы).   

[AlexAV]

Вы беспокоитесь о виде, а я о цивилизации.

Цивилизация - это разумный вид плюс производящее хозяйство. Если сохраняются люди, сохраняются условия в которых могут расти культурные растения и люди сохраняют представление о том что бросив в землю зерно можно получить несколько зёрен - то цивилизация сохраняется автоматически (ещё раз повторяю, что цивилизация вообще и современная цивилизация - это не одно и тоже).

Неужели Вы считаете, что от эпидемии болезни людей перестанет расти картофель, пшеница и кукуруза? Ну что-то из этого может теоретически перестать расти из-за какой-то болезни растений или нового вредителя. Но едва ли это может произойти со всеми со всеми видами культурных растений одновременно.

Я опять напомню о том, что вид может выжить, а вот цивилизацию большая глобальная война вполне может уничтожить.

И также не может. Какая после этого будет цивилизация - это вопрос, но точно будет. Никакая глобальная война не сделает так, что на земле не сможет расти картошка, пшеница и кукуруза. Равно как и не сможет уничтожить людей как вид.

Я думаю, что среда Ленинградской области, если вас отправить туда без благ цивилизации

А ничего, что люди живут в этом регионе с верхнего палеолита как минимум, т.е. задолго до появления вообще хоть какой-то цивилизации.

Темне менее - кончится, и поздно пить борджоми, когда почки отвалились.

Кончится. Но очень не скоро, не ранее, чем через 1 млрд. лет (а возможно и 2,5 млрд.). По большей части с практической точки зрения разница между одним миллиардом лет и вечностью не так чтобы большая. Прожить (как роду) хотя бы несколько сотен миллионов лет уже было бы хорошим достижением.

Связанные-то связанные, только связь эта не симметричная. Мало радости, если выживут крысы с тараканами.

Несимметрично. Естественно биосфера заведомо более устойчива, чем цивилизация. Впрочем на масштабе фанерозоя не было событий способных, ели бы они произошли сегодня, самих по себе уничтожить и последнюю (под вопросом тут разве что события на PTB). 

[AlexAV]

Есть возражения?

Да в общем есть, причём принципиального характера.

Всё перечисленное попросту не относится к колонизации вообще. Используя марсианские ресурсы Вы не сможете изготовить ни ядерный реактор, ни аккумуляторы, попросту там скорее всего нет приличных источников урана и лития. Да и солнечные батареи тоже сильно не факт.

В третьих, алюминия , железа, титана и кремния на Марсе и своего достаточно.

В общем так, но и тут есть нюансы, а именно минералогическая форма. Скажем у минералогии Марса есть интересная особенность - там довольно редко встречается кварц. Т.е. кварцевывого песка, так обильно распространённого на Земле, там не будет. Кремний содержится там главным образом в силикатных минералах, а это прямо скажем - проблема. Скажем изготовление из такого кремневого сырья песка стекольного качества будет больше напоминать технологию получения кремния полупроводникового качества. Алюминий там находится преимущественно в форме полевого шпата, который является сырьём трудновскрываемым и довольно малоудобным. Кроме того есть очевидные сложности со вспомогательными материалами, без которых алюминий извлечь нельзя (щелочи, фтор, хлор, кокс). Железо в основном входит в состав оливина. Из-за его крайней тугоплавкости это не очень удачная железная руда (собственно форстерит, один из минералов ряда оливинов, сам используется как компонент огнеупорных материалов).  Выделение же из оливина железа в какой-то более удобоваримой форме кончено возможно, но эти методы всё более будут напоминать технологию редких элементов, а не выплавку железа на Земле (впрочем по железу там есть и более удобоваримое сырьё - сидерит, правда запасы его будут скорее всего ограниченными, он мог формироваться только на дне водоёмов филлоциановой эры, водоёмов этих на Марсе было ограниченное количество, а длилось это в геологическом масштабе не очень долго).

В общем что ни возьми, даже казалось бы то, что на Марсе точно есть, везде получается одно и тоже. Даже извлечение самых распространённых вещей получается сложно, ужасно энергоёмко и требует каких-то ухищрений, которые на Земле скорее ассоциируются с технологией редких металлов, а не с добычей самого массового вида сырья.

[AlexAV]

А магнетит? На Земле он ведь откудато взялся.

Почти весь магнетит на Земле, все эти гигантские месторождения железистых кварцитом, образовался в протерозое во многом в следствие деятельности микроорганизмов. Есть сильные сомнения, что на Марсе когда-либо был свой протерозой, а ничего похожего на залежи железистых кварцитом на Марсе не видно. Более того во всех исследованных местах магнетит относится к сравнительно редким минералом, а железо в основном связано или с оливином или пижонитом. В одном месте известны отложения богатые сидеритом (в кратере Гусева, явно озёрные отложения нойской эры).

[AlexAV]

Вообще стоит чётка разделить три вещи, которые в этой теме постоянно смешивают из-за чего часто не совсем становится ясно о чём вообще идёт речь.

1) Однократная пилотируемая экспедиция на Марс (или их небольшая серия) .

Тут понятно, что обсуждать ресурсы Марса и производство чего-либо на Марсе совершенно бессмысленно. Вполне очевидно, что всё это будет (и должно быть) с Земли. Вопрос заключается только в средствах доставки и возвращения, а также поддержания жизнедеятельности экипажа в течение достаточно длительного времени в космосе и на поверхности Марса, т.к. понятно, что такая экспедиция будет достаточно длительной.

Тут кстати, наоборот, столь обсуждаемое ISRU вызывает вопросы. Проблема в том, что запасы той же воды можно считать подтверждёнными максимум по категории P3, т. е. как геологическую гипотезу. Отправлять людей куда-то в условиях когда их жизнь будет зависеть от того подтвердится эта гипотеза или нет — довольно безрассудное мероприятие.

Положим корабль сел и тут оказалось, что льда в месте посадки или нет (т. е. данные по котором делался прогноз о его наличии были неправильно интерпретированы) или залегает так, что извлечь его имеющимися средствами невозможно. И дальше что? Или каждому члену будет заранее выдаваться капсула с цианидом, на случай если исследователи делавшие прогноз по запасам воды в месте посадки ошиблись?

Если даже и отправлять экспедицию с использованием ISRU то до нём уж точно нужно направить несколько тяжёлых АМС к месту посадки, которые в автоматическом режиме проведут бурение и подтвердят запасы. А это для однократной экспедиции едва ли обойдётся дешевле и проще, чем просто заранее у места посадки создать склад с топливом.

2) Постоянная обитаемая база.

Тут, однако, для обсуждения конкретного её варианта нужно сначало определить для чего она нужна и какие задачи должна решать. И уже исходя из этого определять необходимые средства.

3) Колония.

Грань между постоянной обитаемой базой и колонией лучше всего определить как условие при котором население некоторой области в основном воспроизводится само, а миграция играет лишь незначительную роль в местной демографии. Это с одной стороны определяет условие при котором в данном поселение начнётся процесс микроэволюции и биологической адаптации к новым условиям, а с другой там начнёт складываться собственная культура отличная от культуры метроплии. В этом случае такое поселение само становится источником мотивации для собственного существования и вопрос «а зачем это нужно» теряет всякий смысл.

Понятно, что тут речь о достаточно крупном поселение, которое будет невозможно снабжать всем необходимым с Земли, или по крайней мере уж точно не на меценатской основе, а только на основе равноценного обмена, кормить такого огромного паразита у жителей Земли точно не будет никакого желания. Т.е. уже никаких реакторов, солнечных батарей, аккумуляторов и т. д. с Земли, всё должно будет делаться на месте. Или, по крайней мере, колония должна производить что-то ценное, что на них можно обменять, хотя в силу сильных логистических ограничений в любом случае объём такого обмена будет весьма ограничен, а большую часть всего необходимого ей всё равно придётся производить самой.

Другой момент — масштаб времени. Колония, чтобы считаться состоявшейся, должна быть способна существовать исторически и даже геологически долго. Скажем колония викингов в Гренландии, несмотря на то что существовала около 600 лет, всё равно по сути была провалом.

Соответственно в этом пункте нужно дать ответ на вопрос — обладает ли Марс ресурсами для поддержания длительного существования автономной колонии в принципе. Здесь кстати Марс во многом представляет собой куда более простой объект для анализа, чем Земля. Дело в том, что на массшатабе времени в несколько столетий наличием любых невозобновляемых ресурсов встречающихся в ограниченных колличествах можно пренебречь. Достаточно рассматривать только возобновляемые ресурсы и практически неисчерпаемые (скажем рядовые породы коры планеты). Если на Земле есть великое множество различных геохимических процессов, генерирующих потоки возобновляемых ресурсов (тектоническая, магматическая и геотермальная активность, водная эррозия и транспорт вещества с водными потоками и т. д.), то на Марсе тут для анализа всё проще — он практически геологически мёрт. При анализе Марса достаточно учесть атмосферные газы, ресурсы воды и наиболее массовые горные породы. По всем этим пунктам сейчас уже накоплено достаточно информации для того, чтобы сделать некоторые оценки касательно данного вопроса.

[AlexAV]

Так для решения этого в т.ч. вопроса и направляется следующий марсоход NASA вроде как.

Ну там из полезной нагрузки что-то дать по запасам льда может только георадар RIMFAX. А это всё ещё косвенный метод. Впрочем уже достаточно надёжный, если он подтвердит наличие льда на небольшой глубине в области которую исследует - то будет уже достаточно серьёзным основанием для того чтобы ориентироваться на эти ресурсы при практическом планирование экспедиции.

[AlexAV]

То есть полярные шапки могут не из воды состоять?

Из воды совершенно точно. Но они как раз в данном контексте малоинтересны. На марсианских полюсах есть определённые сложности с использованием солнечной энергии (а в первую экспедицию реактор закидывать скорее всего не будут). А вот достоверность запасов среднеширотного льда - куда ниже.

Вообще говоря о запасах воды в контексте ISRU нужно помнить, что тут нужна не просто наличие воды на Марсе вообще (в том, что она там есть - никто не сомневается), а наличие месторождения воды конкретно в месте посадки, причём на глубине и в форме допускающей добычу. Приблизительно также как из утверждения, что на Земле есть нефть - совершенно не следует, что ткнув в случайную точку на карте Вы обязательно найдёте нефтяное месторождение.

[AlexAV]

хотя бы потому, что потом следует "скорее всего".

Для этого "скорее всего" можно привести определённое обоснование. Вся кора Марса состоит в основном из пород близких к ультраосновным по составу, а таки породы никогда не ассоциированы с месторождениями лития (на Земле магматические его месторождения приурочены к гранитным интрузиям), тория и урана. В солевых отложениях древних озёр даже натрия не очень много, сплошные соли магния, лития там тем более не будет. А вот оснований предполагать значительные ресурсы этих элементов на Марсе не видно вообще. И из этого в своих прогнозах и нужно исходить (по крайней мере пока не появятся сведения прямо свидетельствующие об обратном).

P.S. Кое-чего на Марсе действительно много. Скажем буквально все анализы дают высокое содержание никеля (причём никеля столько, что даже непонятно надо ли тут радоваться или плакать, при таком содержание почва Марса попросту ядовита) и хрома, что впрочем для ультраосновных пород более чем естественно. Из общей картины практически наверняка там должны быть существенные месторождения платиновых металлов, они тоже ассоциированы с ультраосновными породами. Но вот на чём основана уверенность, что там должен быть в значимых количествах литий, уран, торий,  и ряд других - совершенно непонятно.

Марс даёт нам точку опоры для освоения Главного Пояса

А зачем его осваивать?

доступа к спутникам планет-гигантов

На химии для пилотируемой экспедиции они совершенно недоступны, хоть с Земли, хоть с Марса. Да и условия там плохо совместимы с выживанием живого организма вообще. С тем же успехом в ускоритель можно забраться, пооблучаться.

а рынок сбыта

Какой ещё рынок сбыта, что Марс будет производить полезного для Земли? Ну хотя бы в принципе?

А то так "рынок сбыта" можно создать и проще. Взять нигерийскую деревню и дать каждому из её жителей кредит на миллион долларов. Потом ещё на миллион, а потом списать долг как безнадёжный. Хороший бизнес-план? Или всё же совершеннейший абсурд? А ведь Вы предлагаете делать именно это, только вместо нигерийской деревни - деревня марсианская. Но экономический эффект будет тем же самым в лучшем случае.

Проблема состоит в том, что вы пытаетесь осваивать Марс земными технологиями.

Законы физики и химии совершенно одинаковы и на Земле и на Марсе.

[AlexAV]

нереалистичный вариант

Как раз самый технически реалистичный, более того - совершенно необходимый как первый этап для какого-то более глубокого освоения.

Все современные программы полёта на Марс, как с целью колонизации, так и подобные программе Аполло, включают в себя производство топлива на месте, полностью или частично.

Это скорее основание считать, что так как сейчас рассказывают скорее всего никто не полетит, по крайней мере не в первый раз (для постоянной базы ISRU выглядит логичным и аполне естественным, но вот для первого полёта - не очень, риски зашкаливают за все разумные рамки, по крайней мере если завод не будет полностью автоматическим).

В рассматриваемой программе первыми садятся две беспилотных BFS, в каждой из которых ещё на Земле смонтирован комплекс по производству топлива, и в которые загружены внешние модули для этого комплекса, оборудование для добычи и транспортировки сырья.

Чтобы что-то добывать - это что-то нужно найти. Вообще разработка месторождения с нуля, при нулевой исходной геологической информации, полностью в автоматическом режиме на современном уровне техники представляется малореальным. Это даже не говоря о том, что совершенно непонятно как сделать установку по переработки сырья  не имея достоверной информации о полных характеристиках сырья, которое придётся перерабатывать.

Моё ИМХО состоит в том, что для колонии, наоборот, искать место, где льда нет.

Э... Вода один из самых важных ресурсов и хоть для этого самого ISRU, хоть для постоянной базы и уж тем более для колонии. Нахождение её месторождения на разумном расстояние от планируемого места размещения базы - это одно из наиглавнейших условий его выбора.

Это расстояние аккумуляторный ровер с грузом может проехать менее чем за сутки, сменить аккумулятор на заряженный и выехать обратно.

А откуда Вы взяли, что месторождение воды будет обязательно находиться в паре километров от случайной точки на карте Марса, а если в 300 - 400 км? Что делать?

потому, что такие АМС по определению будут иметь стоимость, сравнимую с пилотируемым полётом.

Т.е. Вы предлагаете послать людей куда-то, где их жизнь будет зависеть от того найдётся ли там некоторый критический ресурс, не имея точной информации, что он там есть? Не находите, что это больше похоже на игру в русскую рулетку, чем на грамотное планирование экспедиции?

Правда склад топлива ещё дороже.

Это спорное утверждение.

[AlexAV]

Я выше давал БП по германо-галлиевому заводу.,основанный на низких концентрациях.,на которые просто "визуально" наткнулся Curiosity.Вы меня не опровергли,а просто отодвинули сроки окупаемости.

Посмотрите минералогический  состав той формации. Он достаточно своеобразен. Там три основные компоненты - полевой шпат (плагиоклаз, альбит, ортоклаз), диопсид и оливин. А вот сульфидов по сути нет. Цинк там совершенно точно связан с диопсидом, для него характерно замещение кальция цинком. Галлий - может замещать или цинк или алюминий, т.е. или диопсид или полевой шпат. Германий - любой из обозначенных силикатов, он изоморфен кремнию, а он есть везде.

Так вот, технологические схемы на которые Вы сослались могут вскрывать сфалерит, но ни кислотная, ни щелочная в приведённом варианте не справятся с перечисленными силикатными минералами. В водных растворах щелочей ни диопсид, ни полевой шпат практически не растворяются. К кислотам они тоже относительно устойчивы. Так что приведённый Вами вариант просто заведомо не годится.

Опять же никакой оценки себестоимости Вы не привели (включая используемые реактивы, их источники и стоимость, стоимость оборудования и т.д.).

Так, если вопрос обсуждать, то нужно обсуждать предметно. Ответе на вопросы:

1) Какая конкретно технологическая схема будет использоваться для извлечения (то что Вы привели - годится для сфалеритовой руды, но для силикатных минералов непригодно совершенно).
2) Какие реактивы потребуются и откуда они будут браться. Какой будет расход энергии на единицу продукции.
3) Дайте краткую номенклатуру требуемого оборудования с оценкой его стоимости.
4) Оцените требуемое количество персонала, расходы на его содержание на Марсе и заплатанный фонд.

Далее можно будет говорить о себестоимости.

Минеральный состав формации  Windjana:

[AlexAV]

но все равно маржинальность до 50% возможна.

Даже если эта порода бы лежала на Земле в связи с её абсолютно невменяемым составом сомневаюсь, что добыча германия и галлия из неё вообще окупалась бы. Содержание низкое. Вкрытие требует дорогих и энергоёмких пирохимических методов. Затраты реактивов будут огромны. На Марсе - тем более.

В общем не путайте ортоклаз (да и диопсид тоже) со сфалеритом. Сложности при их переработке очень отличается. 

[AlexAV]

Я оттолкнулся от примера земного завода.см.ответ 1027.,

Вы взяли завод:
1) Который должен работать на абсолютно ином сырье (причём марсианское судя по минералогическому составу куда более проблемное).
2) Содержание полезной компоненты в сырье на которое он рассчитан практически десятикратно больше, чем на Марсе. Это, грубо говоря, уже само по себе увеличивает себестоимость в эти же самые раз десять, даже если бы характер сырья был тем же.
3) В расчёте себестоимости там реактивы посчитаны по земным ценам. Однако переносить эти цены на марсианские условия  - абсурд. Сколько стоит один литр воды на Земле? Вы действительно считаете, что на Марсе она будет стоить столько же? А килограмм соды, которая там (да и скорее всего для любого техпроцесса извлечения галлия и германия) нужна и огромных количествах?

Нет, так не пойдёт. К реальности (марсианской) сделанные таким образом оценки точно отношения не имеют.

[AlexAV]

Я оттолкнулся от примера земного завода.см.ответ 1027

Предлагаю взять классический пирохимический способ извлечения германия (его достоинство - абсолютная неизбирательность к качеству сырья, работать будет для чего угодно) и оценить для него материальный и энергетический баланс (при этом будем исходить только из того, что есть на Марсе). Ну а потом исходя из него будем делать выводы.

[AlexAV]

И соответсвенно подмятия под себя всей СС включая Койпер.

Пилотируемый полёт на химии дальше где-то 5-6 а.е. практически невозможен ни с Земли, ни с Марса. Попросту получится неадекватно долго. Кроме то для химии (опять же я про пилотируемые полёты) практически закрыта система Юпитера из-за гравитации самого Юпитера прежде всего.

[AlexAV]

Электронно-лучевую печь, плазменные печи?

Я боюсь такими методами на электричестве разориться можно.

P.S. Конкретно с германием там несколько проще, без хлора обходится. Классический метод построен на относительной летучести сульфида германия. Если породу нагреть до ~1400 градусов в токе сероводорода, то германий будет испаряться и накапливаться в золе уноса.

[AlexAV]

Вообще состав коренных пород на Марсе нам почти неизвестен - они покрыты слоем хорошо перемешанного реголита.

На самом деле определённая информация очень даже есть, скажем смотрите этот обзор: https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article/100/11-12/2380/40331/petrology-on-mars

[AlexAV]

Стоимость полета 1 BFS на Марс складывается из стоимости 7 пусков (1 корабль и 6 заправочных танкеров), итого если берем один пуск = 7 лямов, итоговая цифра 49 лямов, округленно 50.

Ещё хуже скорее всего. Пока ручаться за оценку не буду (может где-то ошибся, буду проверять), но моя оценка на клочке бумаги дала, что завод перерабатывающий 1 тонну руды в час будет потреблять 2-3 МВт постоянно потребляемой мощности, что с учётом сезонных колебаний потока солнечной энергии на Марсе потребует для гарантированной работы в течение года СЭС 50 - 70 МВт номинала.  Если брать лёгкие арсенид-галлиевые элементы то это делает проект экономически бессмысленным даже без всех прочих затрат. Если брать дешёвые кремневые, то масса одних панелей будет  более 3 тыс. тонн. Т.е. только чтобы их перевезти потребуется более 30 рейсов (по 100 тонн каждый), а это далеко не всё оборудование. Плюс СЖО для довольно большого количества людей нужно (несколько десятков -точно). А она сама по себе дорогая даже без доставки (на много дороже цены запуска даже по современным ценам, скажем в стоимости МКС стоимость её запуска - копейки).

[AlexAV]

за его фрахт спейсы врядли возьмут больше 7 млн.гринов(а скорей всего вдвое меньше)

7 млн. за пуск кажется цифрой совершенно неадекватной. Даже при достижение полной многообразности обеих ступеней она не будет ниже стоимости предпусковой подготовки, а она порядка половины сегодняшней стоимости запуска. С учётом, что тут речь об очень тяжёлой РН, то стоимость этой подготовки тут очевидно будет больше чем для 20-тонных носителей, с учётом этого миллионов 50 даже для полностью многоразовой системы уже кажется верхом оптимизма.

[AlexAV]

Разверните из рулонов.Легко,дешево и удобно очищать.

Э... приведите примеры конкретных промышленных образцов.

Гибкие солнечные батареи выпускаются, но:

1) У них низкая долговечность, а в условиях Марса будет очень низкой. С большим потоком УФ они не очень совместимы.
2) Легче они не особо радикально, ну получается не 3 тыс. т, 1 тыс. т. Легче, но всё равно много (но не думаю, что при оценках их нужно рассматривать, те из них что дешёвые - это явно не для космоса и не для Марса). 

[AlexAV]

Эту цифру заявлял не я,а хозяин газет,пароходов и прочая и прочая..

Я это понимаю. Однако это более адекватной её не делает. Хозяева "газет,пароходов и прочая и прочая" частенько несут полный бред, а ещё часто лгут сознательно по тем или иным причинам.