Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[AlexAV]

А у вас опять шарманку заклинило, опять по кругу то же самое.

Ну, да. Приходится повторять многократно очевидные вещи. Что делать, если для собеседники даже их не могут понять...

[AlexAV]

Какие ракетные двигатели на нем вы знаете?

Ну так и никому не надо было. Чистая фракция дороже нефтепродуктов, а преимуществ при старте с Земли никаких. Впрочем тут действительно куда проще взять классику - НДМГ, уж на нём движков было более чем достаточно.

[AlexAV]

Мало того система делается из не диффицитных материалов и использует доступную пару.

Ну да,  а серебро/индий (в зависимости от варианта) для солнечных батарей? Или без солнечных батарей обходимся (солнечных батарей не использующих редкие элементы сейчас вообще не производится)? Медь в теплообменниках и электронике и т.д.? Олово в припоях? С аккумуляторами как, из чего делаются, случайно не с использованием лития? И т.д. Сейчас вообще практически невозможно построить сложную техническую систему без их использования.

Мы обсуждаем в основном марсианскую программу SpaceX ибо других с такой степенью проработки попросту нет.

Где опубликованы результаты этой проработки, с цифрами, обоснованиями? А если нигде, то с чего Вы взяли, что её вообще кто-то проработал? Пока видны только какие-то мурзилки с красивыми картинками и откровенные фантазии. Вот то что SpaceX использует эту тему для пиара и рекламы - очевидный факт, а то что там что-то проработано пока не видно.

[AlexAV]

Вонючка на 40%(в среднем) уступает метану.

Ну, да. И что? Нам задачу нужно выполнить или секунды УИ считать? УИ который он даёт вполне достаточно для отправки возвращаемого корабля с Марса на Землю, а большего в контексте задачи и не требуется.

Если вы не в курсе,сейчас это дурной тон в космической индустрии

Китайцы активно используют, и ничего. Тут больше моментов связанных с пиаром и всякими экологическими вопросами, чем проблемами самой ракетной техники. Однако для Марса эти экологические моменты явно малоактуальны.

[AlexAV]

И на Земле для этого требуется ХС примерно на 5 км/с больше, чем на Марсе. То есть, некоторые орбитальные преимущества Земли нивелируются тяжестью задачи по выводу из земной гравиямы.

При прочих равных действительно так. Но тут нужно учитывать тот момент, что производство всего сколько-нибудь сложного всё равно будет на Земле. Т.е. у нас нет выбора запускаем с Земли или запускаем с Марса. Выбор стоит следующий - запускаем напрямую с Земли к цели или запускам с Земли к Марсу, а потом от Марса к цели. И вот в такой альтернативе (а только она реально может стоять) второй вариант никаких достоинств по сравнению с первым не имеет вообще. Т.е. чтобы доставить что-то к Марсу нагрузке всё равно придётся сообщать вторую космическую скорость Земли, так не проще ли вывести нагрузку на высокоэллиптическую орбиту вокруг Земли (это явно легче, чем отправить её на Марс), там дозаправить (или пристыковать разгонный блок выводимый отдельным пуском) и оттуда же запустить к цели?  Доставка дополнительного топлива на высокоэллиптическу орбиту Земли будет несколько более сложным мероприятием, чем на орбиту Марса (если на поверхности будет иметься производство топливной пары), однако едва ли это различие окупает содержание дорогостоящей марсианской инфраструктуры.

[AlexAV]

Доставка дополнительного топлива на высокоэллиптическу орбиту Земли будет несколько более сложным мероприятием, чем на орбиту Марса (если на поверхности будет иметься производство топливной пары), однако едва ли это различие окупает содержание дорогостоящей марсианской инфраструктуры.

И ещё один момент - время. Для перелёта уже даже в Главный пояс, не говоря уже о внешней Солнечной системе, это становится весьма значимым фактором. Собственно, когда время перелёта начинает превышать два года это становится чувствительным момент. А промежуточный перелёт к Марсу будет требовать его дополнительных затрат. Поэтому тут для корректного сравнения, если T1 - время достижения цели для прямой траектории от Земли, T2 - время перелёта до Марса, а T3 - время перелёта от Марса к цели, нужно сравнивать наборы траекторий удовлетворяющих условию T1 = T2 + T3. Чтобы компенсировать потерю времени на доставку ПН к Марсу, от Марса потребуется запускать её к цели по более быстрой (и соответственно высокоэнергетической траектории) по сравнению с прямым запуском с Земли.

[AlexAV]

И именно здесь, именно пинг, решающим образом влияет на предельно возможную интенсивность сложных осмысленных действий, выполняемых удаленной АМС в причинно-следственной связи с действиями выполненными ранее.

С практической точки зрения разница между пингом в 10 минут и в 30 минут особого значения не имеет. Режим работы в обоих случаях одинаков (передали программу - ждём результата). Для орбитальных аппаратов (которые большую часть времени вращаются на постоянной орбите, собирая информацию) - это вообще мало влияет на эффективность их работы (ему новые указания каждые 10 - 30 минут обычно и не нужны). Для спускаемых (всяких роверов) - это большая проблема, но тут падание производительности аппарата с увеличение задержки будет только линейной (т.е. движемся теми же шажками, но при росте задержке делаем их вынужденно реже). А это не такой существенный фактор, чтобы для борьбы с ним (если только речь об изменение задержки всего в несколько раз, конечно) имело бы смысл предпринимать какие-то особые действия, тем более дорогостоящие. Не настолько ситуация различается для случая 10-митной задержки и 30-минутной, чтобы это имело смысл.

[AlexAV]

Нельзя на Марс прилететь на 3 дня, поковыряться и улететь, просто нельзя, орбитальной механикой запрещено Во всяком случае при нынешней энерговооруженности межпланетных полетов.

Никто с этим не спорит.

Для эффективной работы, чтобы искать жизнь а не заниматься фигней, исследователям потребуется тяжелая техника.

Самая тяжёлая - буровая для разведочного бурения и забора кернов. Это, конечно, техника тоже большая, тяжёлая и сложная, но к оборудованию ГОК по этим параметрам и близко не приближается.

Для того чтобы исследователей потом возможно было вернуть на Землю, требуется добыча воды, переработка ее в топливную пару. Производство метана и кислорода.

Не обязательно. Проблему можно решить заброской топливной пары с Земли для возвращения. Этот вариант в плане безопасности миссии и свободы действия экспедиции наоборот является наиболее предпочтительным. Производство метана на месте добавляет абсолютно ненужные и неоправданные риски, да и не факт, что при редких миссиях вообще окупится (ведь для этого потребуется очень большое количество достаточно сложного и дорогостоящего оборудования, воду для процесса ещё добыть надо, а это нетривиально).

Надо строить капитальную базу, способную обеспечить себя энергией, топливом, кислородом, водой, (возможно, не с первого синода) - едой.

Капитальная база нужна. Размерам с типичную антарктическую (там тоже люди по долгу живут). Кислород нужен, электроэнергия нужна (причём не факт, что солнечные батареи со своеобразным марсианским климатом тут для базы хорошее решение, по надёжности и неприхотливости РИТЭГи на Sr-90 выглядят чуть ли не лучшим вариантом, от погоды не зависят, ломаться там нечему, служить могут пару десятилетий). По воде - нужна хорошая система рециркуляции и всё. Если невозвратное потребление не будет превышать 1 л/чел в сутки, то воду для базы на 10 - 30 человек проще привезти, чем там добывать. Едой точно заниматься не нужно, макароны, консервы и прочее лучше привезти с Земли. В этом случае и качество питание работающего там персонала будет выше, и побочных не связанных с основной деятельностью работ меньше, да и скорее просто дешевле обойдётся (комплекс по выращиванию там чего-то тоже ведь сильно не бесплатный и будут иметь значительные массу и энергопотребление, а это усложняет базу, увеличивает массу необходимого, снижает эффективность работы персонала, его же туда отправили не салат выращивать, этим лучше в Краснодаре заниматься и дешевле, а Марс изучать, и всё ради 4 - 12 тонн пищи в синод, это с Земли привезти проще).

Если задача научной базы - исследование Марса, она и должна заниматься исследованием, а не непонятно чем. В соответствие с этим база в рамках, принципов разумного минимализма (но не в ущерб безопасности и здоровья работающих там людей), и должна делаться.

[AlexAV]

Собственно именно в этой точке (нужна или нет ОРАНЖЕРЕЯ) и находится барьер между  Базой Флаговтыковцев и Базой Исследователей.

А зачем базе, основная задача которой изучение палеожизни на Марсе (если следы такой найдутся) и его геологической и климатической истории, оранжерея? Каким образом это поможет выполнению её целевой функции? Занять много времени на непрофильные работы - займёт, стоимость базы увеличит, но к решение основной задачи не приблизит. Оборудование базы должно подбираться в соответствии со стоящими перед ней задачами.

И одновременно, рост устойчивости Базы к случайностям.

На каждого человека в день будет уходить порядка 0,8 кг пищи. На 30 человек - 24 кг/сутки. Склада на 61 тонны хватит на 7 лет (земных). И такой склад лучшая гарантия от всяких случайностей (если уж за 7 лет никто не прилетел и ничего не привёз - значит на Земле всё, видимо, на столько плохо, что обитателям базы ничего кроме цианида или верёвки уже и не осталось, хоть с оранжереей, хоть без неё ).

[AlexAV]

и уже на метане

Метан - это криогеника, его хранить тяжело, т.е. как минимум потребуется активный холодильник, а это усложнение и дополнительный узел в котором может быть неисправность (причём критическая для всей миссии, при выходе из строя холодильника и потере топлива ни добраться до Марса, ни вернуться назад будет невозможно). Учитывая это причина почему нужно отказываться от пары АТ-НДМГ при посадке на Марс и возвращение от туда не очень понятно. Выход на отлётную траекторию естественно лучше делать на керосине/метане/водороде, но на конечных этапах миссии возможность долгого хранения без дополнительных технических сложностей выглядит существенным преимуществом.

[AlexAV]

Для вас ТАБУ сама мысль о возможности самообеспечения Марсианской Базы едой?

Не в том дело. Если мы планируем реалистичную программу создания марсианской базы нужно прежде всего оценивать стоимость тех или иных решений. Марсианскую теплицу нужно разработать (а это деньги, много денег), её компоненты нужно привезти, она создаст дополнительную нагрузку на систему электропитания и будет дополнительным источником водопотребления. На сколько это нужно далее будет зависеть от цены доставки грузов, чем она будет ниже - тем менее интересно этим всем заниматься.

Собственно экономическим критерием выбора между теплицей и доставки готовой пищи является сравнение затрат на разработку теплицы + доставку материалов для её постройки + её постройку + обеспечение её функционирования в течение скажем 20 лет (работа дополнительного персонала + доставка материалов) со стоимостью доставки готовой пищи в течение этих же 20 лет. Какой вариант дешевле, тот и нужно выбирать. Если цена доставки груза на поверхность Марса будет меньше 10000$/кг возится со всем этим не имеет никакого смысла, не уложитесь Вы в сумму нужную просто для доставки крупы и консервов. Если доставка груза будет сверхдорогой - тогда имеет смысл подумать и о теплице.

Отдельным пунктом тут может выступать система регенерации воды и воздуха. Если для этого скажем будет использоваться биофильтрация (какая-нибудь ряска может очищать воду очень эффективно), то выращивание зелёных растений может быть в принципе интегрирована с ней и быть вполне целесообразным. 

[AlexAV]

А если во время 115-дневного рейса Starship-а на Марс,то никаких проблем.Как говорил Флинт:"не давай Солнцу облизать спардек.."(

В разгонных блоках проблема потери криогенного топлива (жидкого кислорода в керосин-кислородных) возникает куда раньше 115 суток.

[AlexAV]

Тут можно рассмотреть такой вариант, что зонды на Марс совершенно не обязательно пулять по одному.

Если всё же заправляться на орбите, то есть вариант ещё лучше - вообще на Марс не лететь, а производить топливную пару на Луне. Сырьё для этого (водяной лёд) там есть. Выйти на LLO проще и несравнимо быстрее, чем долететь до Марса, проблемы редких окон вообще нет, запуск на LLO c поверхности Луны ещё проще, чем выход на марсианскую орбиту с поверхности Марса, ну и при старте с окололунной орбиты можно по полной программе использовать эффект Оберта в поле тяжести Земли. Вариант превосходит марсианский по всем пунктам.

[AlexAV]

См. вводную темы: никакой "команды" на этом этапе не предполагается как раз из-за рисков. Вся "команда" в начале будет состоять исключительно из автоматов - до тех пор пока (если) все три пункта не будут выполнены.

Тут проблема, что роботизированных систем такой сложности сейчас просто не существует. Ничего невозможно тут конечно тоже нет, однако её создание очевидно потребует гигантских затрат и множества попыток. Это явно не самое близкое будущее.

Собственно за 1/10 затрат на такой завод можно в автоматизированном режиме отобрать керн и доставить его на Землю (закрыв вопрос о палеожизни на Марсе вообще без пилотируемой миссии), ведь бурение глубоких скважин с отбором и изучением керна абсолютно необходимый элемент такой системы, причём лишь её малая часть.

[AlexAV]

В открытом виде,ну так,присыпанный реголитом немножко,он есть только в кратерах южного полюса.Где вечный мрак и -200С.

Это понятно, реактор нужен, а в остальном это место не хуже других. Впрочем на поверхности Луне с её длительностью суток вообще без ядерного реактора делать нечего (если вести речь об обитаемой базе и какой-то деятельности).

[AlexAV]

Ну почему?Можно залезть в кратер,полазить там на батарейках,а потом над гребнем высунуть мачту с флагом с панелькой фотовольтаики и коллектором для петли теплоносителя.

Свет на пиках вечного света там на самом деле не такой уж вечный (из-за либраций), реально они освещаются только около 70 - 80% времени, ну и по гористой пересечённой местности (а в районах этих пиков она именно такая) вообще перемещаться будет неудобно. Плохой это вариант.

[AlexAV]

Ну, это звучит по-детски. По-нормальному разведку произвести не судьба, видимо...

Ну так даже на Земле бывает, что открыли месторождение, провели начальную оценку запасов, а потом, когда начали разрабатывать, 90% запасов списали как несуществующие или не извлекаемые. И это при том, что на Земле доступен куда более широкий ассортимент инструментов исследования и есть возможность со сравнительно небольшими затратами пробурить множество разведочных скважин. На Марсе же пробурить даже одну единственную глубокую разведочную скважину в автоматическом режиме - проблема (собственно пока нет ни одного аппарата, который это бы сделал). Исследование керна в автоматическом режиме - проблема ещё большая, точнее вообще сложно решаемая (попросту из-за ограниченности набора инструментов, которые можно разместить на такой автоматической станции). Соответственно искать придётся по косвенным признакам (многоспектральные снимки поверхности, радарные данные, данные рассеяния нейтронов), в лучшем случае по результатам исследования керна единичной скважины с крайне неполными (из-за ограниченного набора инструментов на автоматическом аппарате) данными о свойствах пород в нём. А тут вероятность ошибки из-за неверной интерпретации полученных данных может быть весьма высока.

Ещё хуже с технологией добычи (особенно в условиях неполной информации о геологической структуре месторождения). Нет никакого способа проверить предлагаемые технические решения, кроме как опробовать их на практике, причём именно на том месторождение для которого они предлагаются. А то часто бывает, что гладко было на бумаге, а как начинают пробовать - ничего не работает. А как это сделать, если месторождение на Марсе? Людей не пошлёшь (если кроме ISRU других вариантов возвращения не будет) - это по сути будут смертники. В полностью автоматическом режиме (как тут в первом сообщение темы предлагалось) - вариант заманчивый, однако явно выходящий за пределы текущих технических возможностей. Примеров столь сложных роботизированных систем, которые работают в условиях неполной информации о среде сейчас просто нет. Как минимум разработка такой сложной системы потребует гигантских финансовых затрат и очень много времени (тут потребуется много десятков попыток прежде чем что-то получится, а учитывая что эти попытки будут разделены как минимум одним синодическим периодом Марса - полное время на проведение таких работ будет очень велико).

Что мешает комбинировать на начальных этапах оба подхода?

Любой вариант ISRU потребует больших вложений в НИОКР, производство и доставку оборудования для его осуществления, а это влечёт очень большие финансовые затраты. Что имеет смысл только в том случае, если экономия за счёт частичного производства ресурсов на месте будет за планируемое время работы базы больше, чем данные затраты.

Относительно просто и надёжно там, видимо, можно получить только кислород из углекислого газа, содержащегося в атмосфере (атмосферные газы гарантированно доступны и их переработку можно отработать на Земле, состав Марсианской атмосферы известен с достаточно большой точностью), кроме того, производство кислорода в любом случае придётся налаживать даже для небольшой базы. Это позволяет сравнительно просто построить там частичный ISRU (топливо с Земли, окислитель с Марса), причём, так как в атмосфере там есть и азот, можно наладить и производство некриогенного окислителя (АТ, получаемый через прямой плазмохимический синтез из азота и кислорода).  Вполне возможно такой полу-ISRU будет окупаться и для небольшой базы.

Вообще выбор одного из вариантов:
1) полный ISRU;
2) частичный ISRU;
3) доставка топливной пары исключительно с Земли;

должен диктоваться исключительно экономикой (где сумма затрат на НИОКР + производство и доставка оборудования + сумма эксплуатационных затрат будет меньше - то и нужно выбирать). Однако возможность варианта (3) должна сохраняться в качестве резервной в любой случае, просто из соображений безопасности, так чтобы если что-то пойдёт не так была бы возможность эвакуации минимально зависящая от оборудования базы.

[AlexAV]

Не дорогие и простые в нанесении(с бумажной подложкой) рулонные панели.С уже вполне приличным КПД.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4502511/

Какой-то кошмар:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4502511/figure/f3/

Для производства нужно серебро и золото, а сам элемент использует органический полупроводниковый материал, который особой долговечностью не отличается. Причём использование золота носит принципиальный и неустранимый характер, т.к. никакой другой материал в солнечных элементах с органикой совместить не удаётся. Если будущее где-то и есть, то точно не здесь.

[AlexAV]

А разве его там много надо?

Золото там выполняет роль одного из контактов, по нему должна проходить собираемая солнечной батареей мощность, а следовательно золотой слой должен иметь достаточно малое электрическое сопротивление. Чтобы это можно было обеспечить толщина золотых структур должна быть довольно заметной. Исходя из того что мы наблюдаем для кремневых батарей (где аналогичную роль выполняют структуры из серебра) - несколько грамм на 1 м2 такой солнечной батареи. Для золота это достаточно много.

[AlexAV]

Органика окисляется атмосферным кислородом?

Деградация органических полупроводников в солнечных элементах связана в основном паразитные электрохимические процессы, в меньшей степени с воздействием УФ. Кислород для них тоже не полезен, но они и без него не так чтобы особо стабильны.

Кстати на Марсе в части воздействия кислорода на материалы (прежде всего органические) всё будет не настолько хорошо, как могло бы показаться. Там в атмосфере довольно заметные концентрации озона, до 0,35 ppm, а озон - главный враг полимеров и других органических материалов.