Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[noxx77]

По объёму (если радиатор сложить), и по массе. На Из МКС не надо "выкачивать тепло" из объёма, который вы активно греете (в том числе для микроклимата, но не только, вся подаваемая в него энергия, в конечном счёте станет теплом), в более холодную окружающую среду. "СОР хорошего теплового насоса" при какой разности температур между помещением и снаружи, между температурой теплоносителя и наружной?
   
Короче бред и флуд

Очередное хамство в качестве аргумента?
Насос понадобится для удаления тепла из холодной зоны, где у нас и располагается лёд. Радиатор должен быть заведомо теплее. К тому же, по закону Стефана-Больцмана тепловая светимость радиатора находится в четвёртой степени от его температуры, то есть, чем выше у нас температура радиатора, тем меньше по размеру нужен сам радиатор.
 
И никакой другой эффективной защиты от радиации, кроме экранирования веществом пока не придумано, следовательно, Вам всё равно придётся заглублять/покрывать базу и как-то отводить от неё тепло. Причём +- то же самое количество, что со льдом, что без.
Если же вы живёте в "консервных банках", то для пассивного отвода тепла вам потребуется площадь внешней поверхности, равноценная площади радиаторов экранированной базы + как-то решать вопросы её терморегуляции.

Ах, да, мы же говорим о колонии, следовательно неизбежно использование БСЖО
Итак, берём за основу БИОС-3 на 3х человек
http://www.imbp.ru/webpages/win1251/science/uchsov/docl/2008/Sinjak_speach.html

В Институте биофизики СО АН СССР был создан экспериментальный комплекс "Биос-3" [44-47], представляющий из себя герметичную камеру с размерами 14, 9 х 14, 9 х 2,5 м. Два герметизированных отсека отведены под оранжерею с параметрами: объем около 79 м3, посадочная площадь 41 м²
В качестве источников света использовались дуговые ксеноновые лампы общей мощностью 240 кВт, обеспечивающие облученность в области ФАР, равную 300 Вт/м2 .

У нас технологии поновее и КПД светодиодов для теплиц в ФАР 30-40% итого
41/3*300/0,4= 10,25 кВт/чел (площадь/количество человек * освещённость в ФАР/КПД)
В Юэгуне-1 было 58м² на тех же 3х человек = 14,5 кВт/чел
Это только на лампы. На остальное меньше, поэтому докинем ровным счётом до 15кВт на человека.
на 100 человек это 1,5 МВт, которые уйдут в тепло.

А теперь давайте посчитаем, что на МКС

На сегодняшний день такие низкотемпературные радиаторы позволяют МКС скидывать в окружающее пространство около 70 кВт тепловой мощности с возможностью увеличения теплового сброса ещё на 14 кВт.

=84кВт

Площади;вес радиаторов (не считая систем теплообмена)
4 PVR(PVTCS) *3,12*13,6 = 170м² ; 4*740,7 = 2962,8 кг
2 ORU(EEATCS) *3,12*13,16 = 85м² ; =1481,4 кг
3*2 ORU(EATCS) *23,3*3,4 =475,32 м2 ; 6*1122,64=6735,84
ИТОГО: 170+85+475,32=730,32 м² ; 11080,04кг
/84кВт = 8,7м² и 133,1 кг на каждый кВт

1500 кВт *8,7 = 13050м²  Размер футбольного поля 105*68=7140
Т.о. требуемая площадь пассивных (без тепловых насосов, чисто на теплообмене) радиаторов или другого рода излучающей поверхности для БСЖО на 100 человек будет немногим меньше двух футбольных полей. По массе МКСовских радиаторов в среднем это 199650 кг прибл 200 тонн без учёта теплосъёма/насосов и прочей радости. Может всё-таки лучше тепловые насосы? 
 

[crazy_terraformer]

А зачем Вам жильё во льду?
Таки можно найти приличного размера импактный кратер с плоским дном(лучше с центральной горкой, тогда там большая вероятность, что вся вода выпарена), где будет сухо по крайней мере в центральной области.

[Valerij56]

Насос понадобится для удаления тепла из холодной зоны, где у нас и располагается лёд. Радиатор должен быть заведомо теплее. К тому же, по закону Стефана-Больцмана тепловая светимость радиатора находится в четвёртой степени от его температуры, то есть, чем выше у нас температура радиатора, тем меньше по размеру нужен сам радиатор.

Вы забыли, что радиатор светит не в бесконечный космос с температурой в 4К, а в марсианскую атмосферу, которая летом может прогреться и до +20. Хорошо, возьмём 273К. Тепловая светимость будет пропорциональна четвёртой степени разницы температур радиатора и окружающей среды. А теперь пересчитайте, какой площади радиатор вам потребуется, чтобы рассеять излучением (атмосфера жиденькая, конвекцией можно пренебречь) 1,5 МВт в среду с температурой 273К.
   

А теперь давайте посчитаем, что на МКС

На сегодняшний день такие низкотемпературные радиаторы позволяют МКС скидывать в окружающее пространство около 70 кВт тепловой мощности с возможностью увеличения теплового сброса ещё на 14 кВт.

=84кВт

   
Вы зря посчитали сюда "4 PVR(PVTCS) *3,12*13,6 = 170м2 ; 4*740,7 = 2962,8 кг", так как это радиаторы, охлаждающие солнечные панели, и их только условно можно назвать "низкотемпературными", рабочая температура солнечных панелей выше 70С. Кроме того, марсианские радиаторы по определению будут тяжелее МКСовских, работающих практически в невесомости. Но и без учёта этого у вас выходит:
   

По массе МКСовских радиаторов в среднем это 199650 кг прибл 200 тонн без учёта теплосъёма/насосов и прочей радости. Может всё-таки лучше тепловые насосы? 

   
Две тонны радиаторов на одного человека. Вот вы сами посчитали, и явно, что бред и флуд.

[Valerij56]

А зачем Вам жильё во льду?
Таки можно найти приличного размера импактный кратер с плоским дном(лучше с центральной горкой, тогда там большая вероятность, что вся вода выпарена), где будет сухо по крайней мере в центральной области.

   
Это вопрос явно не ко мне.

[noxx77]

Две тонны радиаторов на одного человека. Вот вы сами посчитали, и явно, что бред и флуд.

Нисколько: энергопотребление на биологическую СЖО на порядок выше, чем на аппаратную. Собственно о том и речь, что для хотя бы перехода от базы к колонии придётся возить почти весь запас дегидратированных продуктов. То есть либо у Вас колония и монструозные площади/масса радиаторов, либо тратим дополнительные киловатты на тепловые насосы, либо - это просто база и т.о. оффтоп к теме)  (Просим модераторов закрыть за несоответствие предлагаемой топикстартером концепции названию?).

[Проходящий Кот]

И на вас мания всё закрывать напала?

[noxx77]

А зачем Вам жильё во льду?
Таки можно найти приличного размера импактный кратер с плоским дном(лучше с центральной горкой, тогда там большая вероятность, что вся вода выпарена), где будет сухо по крайней мере в центральной области.

Лёд - наиболее доступное связующее для бетона. Рассматривалась также сера, но лёд многофункциональнее - он нужен и для топлива, и для СЖО (если речь о биорегенеративных). Плюс вообще как источник водорода для любой химии.  То есть, освоив его добычу, не надо какое-то время заморачиваться над доп. оборудованием. Основной недостаток: при выходе из строя системы охлаждения/внутренней теплоизоляции базы конструкция может пострадать. В развитии, конечно, ему лучше подыскать замену, хотя бы обычный бетон или монолиты. Далее конструкции можно оставить под холодный склад или снова переработать на воду/пыль. Вообще, самый минималистический вариант радиационной защиты у базы "Луна-семь" от "Лин-Индастриал" - тент, присыпанный грунтом. Я, правда, предлагал боковины просто горкой или мешками, но команда решила использовать старые наработки по раскладным фермам со станции "Мир". С ними меньше возни на самой Луне. Правда, здесь нюанс: на Луне всё весит в 2 раза меньше, чем на Марсе, поэтому можно обойтись более лёгкой конструкцией.

[LonelyWanderer]

Простите, не сильно следил за многостраничным обсуждением того, как трудно на Марсе что-то охладить и как сложно там с радиаторами. Напомните, что охладить хотите-то?

[Проходящий Кот]

Вообще-то иглу для жизни колонистов. Вот на этом и схлестнулись.

[noxx77]

И на вас мания всё закрывать напала?

Да нет, просто надоели истерики топикстартера по поводу того, что его тема и только он знает как колонизировать Марс, а остальные пишут бред и оффтоп. Если Валерий даёт понять, что считает всех дураками и некомпетентными, что уже нарушение правил, то, как минимум, обязан подтвердить свои выводы расчётами и ссылками на инженерные разработки, подобно многим участникам форума. Нет - пусть мягко сольётсяся в гуманитарный пул и снизит пафос (по крайней мере перестав оскорблять других).

[noxx77]

Простите, не сильно следил за многостраничным обсуждением того, как трудно на Марсе что-то охладить и как сложно там с радиаторами. Напомните, что охладить хотите-то?

Я выдвинул идею использования на первом этапе освоения ледобетона как конструкционного материала. Насовцы предпочитают проекты изо льда - это уже почти мэйнстрим в конкурсах марсианской архитектуры. Ледобетон (замороженная грязь) позволит сэкономить воду = меньше затратить энергии на её получение. То есть, похоже, самый дешёвый материал. Но встаёт задача внутренней теплоизоляции объёма базы от льда и отвода не только тепла от теплого объема базы, но и просочившегося от него к ледобетонным конструкциям.
Здесь возникает противоречие:
1) Чем теплее радиаторы, тем меньшая их площадь/масса нужна, но энергия тратится на тепловой насос - то есть речь о дополнительной мощности ЭС
2) Отвод тепла из холодного объема также предполагает тепловой насос (холодильник) но с ещё большим градиентом температур на нём и радиаторе.
3) Количество тепла просочившееся из тёплого объема в холодный отвести "дороже", но возникает вопрос о массе теплоизоляции и о том, откуда её брать.
4) Чем больше внутренний объём, тем меньше по отношению к нему площадь поверхности.

[Valerij56]

Две тонны радиаторов на одного человека. Вот вы сами посчитали, и явно, что бред и флуд.

Нисколько: энергопотребление на биологическую СЖО на порядок выше, чем на аппаратную. Собственно о том и речь, что для хотя бы перехода от базы к колонии придётся возить почти весь запас дегидратированных продуктов.

   
Всё равно большую часть продовольствия будут выращивать на месте, практически только НЗ будет с Земли (просто запасов НЗ земного происхождения сначала будет 100%, постепенно эта цифра станет падать, с тем, чтобы съесть НЗ до конца срока хранения.
   

То есть либо у Вас колония и монструозные площади/масса радиаторов, либо тратим дополнительные киловатты на тепловые насосы, либо - это просто база и т.о. оффтоп к теме)  (Просим модераторов закрыть за несоответствие предлагаемой топикстартером концепции названию?).

   
Опять этот бред. Если у нас помещения заглублены в сухой термостабильный грунт, то у нас вообще не нужно охлаждать стены, достаточно простой, наносимой пулевизатором полимерной плёнки для герметизации и аналога монтажной пены для теплоизоляции. Тепловой насос не нужен, вместо его простой теплообменник, его теплом, например, предварительно разогревается грунт при выделении воды, а дальше грунт прокаливается, и пары воды улавливаются.

[Проходящий Кот]

Так у нас простой грунт или грунт с льдом? А то тогда вообще не понятно, о чем вообще шум и подобные страсти.

[LonelyWanderer]

Простите, не сильно следил за многостраничным обсуждением того, как трудно на Марсе что-то охладить и как сложно там с радиаторами. Напомните, что охладить хотите-то?

Я выдвинул идею использования на первом этапе освоения ледобетона как конструкционного материала. Насовцы предпочитают проекты изо льда - это уже почти мэйнстрим в конкурсах марсианской архитектуры. Ледобетон (замороженная грязь) позволит сэкономить воду = меньше затратить энергии на её получение. То есть, похоже, самый дешёвый материал. Но встаёт задача внутренней теплоизоляции объёма базы от льда и отвода не только тепла от теплого объема базы, но и просочившегося от него к ледобетонным конструкциям.
Здесь возникает противоречие:
1) Чем теплее радиаторы, тем меньшая их площадь/масса нужна, но энергия тратится на тепловой насос - то есть речь о дополнительной мощности ЭС
2) Отвод тепла из холодного объема также предполагает тепловой насос (холодильник) но с ещё большим градиентом температур на нём и радиаторе.
3) Количество тепла просочившееся из тёплого объема в холодный отвести "дороже", но возникает вопрос о массе теплоизоляции и о том, откуда её брать.
4) Чем больше внутренний объём, тем меньше по отношению к нему площадь поверхности.

А разве не будет обладать "ледобетон" текучестью (пластичностью), как обычный лёд, не будет ли эта конструкция постепенно плыть, даже если не будет таять и мы как-то отведём тепло?

Упрощённо. Выбираем участок местности, заливаем его водой, и постепенно замораживаем. Т.е. формируем линзу сплошной мерзлоты. Потом вырубаем (или просто оттаиваем и вынимаем грязь, если почва рыхлая) необходимые полости, теплоизолируем, делаем отвод тепла.  Получается герметичное жильё.

[Valerij56]

Так у нас простой грунт или грунт с льдом? А то тогда вообще не понятно, о чем вообще шум и подобные страсти.

   
Грунт с водой, то, что я называю вечной мерзлотой, а мой оппонент - льдобетоном. И жилые и промышленные здания...
   
Я утверждаю, что на таких грунтах вообще сложно строить, и тем более не стоит строить заглублённые помещения (за исключением размещения утеплёных помещений в больших естественных пещерах).

[Valerij56]

А разве не будет обладать "ледобетон" текучестью (пластичностью), как обычный лёд, не будет ли эта конструкция постепенно плыть, даже если не будет таять и мы как-то отведём тепло?

Упрощённо. Выбираем участок местности, заливаем его водой, и постепенно замораживаем. Т.е. формируем линзу сплошной мерзлоты. Потом вырубаем (или просто оттаиваем и вынимаем грязь, если почва рыхлая) необходимые полости, теплоизолируем, делаем отвод тепла.  Получается герметичное жильё.

   
Вообще при температуре -25С льдобетон прочнее обычного бетона. Но применять его можно не везде. В обогреваемых поземных помещениях он будет таять сверху, и намерзать внизу, выталкивая помещения из грунта. Это хорошо знают строители, работавшие с вечной мерзлотой.
   
Проблема как раз в том, что для техника теплоотвода начинает весить больше самого дома, потому, что марсианская атмосфера разряжена, и конвекционного охлаждения практически нет. Из-за этого придётся строить огромные радиаторы (летом температура на улице может подняться до +20С, а нам надо охладить стены до -20С).

[noxx77]

Ещё раз дублирую:

Вода при низких температурах - твёрдый материал, причём, можно использовать как просто лёд, так и композиты, вроде льдобетона (замёрзшая грязь) или пайкерита. Встречал упоминание армирования льда полиэтиленовыми шариками http://booksonchemistry.com/index.php?id1=3&category=gurnali&author=strelnikova-ln&book=2007&page=28 и различной геосинтетикой http://www.izdatgeo.ru/pdf/krio/2016-3/86.pdf
Стальной сеткой http://www.findpatent.ru/patent/256/2569694.html , стекловолокном (см. кремнезём):
Цитата: https://research.spbstu.ru/news/polytech_arctic/
Испытания «ледяного бетона» показали, что по прочности на сжатие «ледяной бетон» не уступает цементному бетону, а по прочности на изгиб превосходит его в 2-4 раза. При армировании стекловолокном сопротивление льда разрыву увеличивается до шести раз.

Также армирование льда крахмалом и криогелевыми композитами на основе
поливинилового спирта http://www.mathnet.ru/links/a238dcb67b5f08bd8614072bd7d4183f/vngu151.pdf
В общем, есть, где развернуться.

[Valerij56]

Ещё раз дублирую:

Вода при низких температурах - твёрдый материал, причём, можно использовать как просто лёд, так и композиты, вроде льдобетона (замёрзшая грязь) или пайкерита. Встречал упоминание армирования льда полиэтиленовыми шариками

   
Опять снова здорово. Весь смысл использования льда в уменьшении массы, доставляемой с Земли. Если масса тепловых насосов и радиаторов больше массы бетонного надувного домика аналогичных параметров, то использовать льдобетон для обогреваемых (тем более заглублённых) помещений самый что ни на есть собачий бред. А дороги, например, из него можно строить.

[noxx77]

Проблема как раз в том, что для техника теплоотвода начинает весить больше самого дома, потому, что марсианская атмосфера разряжена, и конвекционного охлаждения практически нет. Из-за этого придётся строить огромные радиаторы (летом температура на улице может подняться до +20С, а нам надо охладить стены до -20С).

Валерий, так о том и речь, что от самого льда мы отводим только тепло просочившееся с базы, а его количество зависит от качества теплоизоляции. Поскольку мы отводим из холодной среды в более горячую (теплоноситель радиаторов), необходим тепловой насос именно на это количество. И СОР выше относился к нему. Сколько это будет, я посчитать не могу, не зная площади поверхности базы и параметров теплоизоляции.

[noxx77]

А дороги, например, из него можно строить

Не на экваторе уж точно. Или опять-таки под слоем грунта, а оно надо?