Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[EvilShurik]

Я никому ничего не доказываю. За это мне не платят. Мои посты - чисто порывы души, я так провожу время. Хотите верьте, хотите проверьте, это сугубо ваше личное дело.
Но, известно, что если у вас паранойя, это ещё не означает, что за вами не следят.

Что касается того, как построят "Марсианский Элизиум", то, нужно понимать, что в этом деле заказчики действа "слонов съели". Какие ликвидации? Вы о чём?
Авантюра с колонизацией Марса, это именно авантюра. И, толстосумы-романтики, которых разагитировал Роберт Зубрин, которым денег не куда девать, решили попытать судьбу. Как испанская королева, финансируя экспедицию Колумба. Вдруг получиться?

Первые колонисты Марса, которые и соберут "шишки" от разгерметизаций, облучения, "непрухи" с выращиванием растений, будут именно засланными казачками. Романтиками, готовыми рискнуть жизнью, на деньги миллиардеров.
Они и проведут первичное исследование этих проблем. Возможно, с риском для жизни. А возможно, и нет, поскольку развитие робототехники позволяет минимизировать риск для человека, и его необходимое участие!

Позже, если затея с марсианской Базой получиться, вот тут возможен и "Элизиум". Но его никто так называть не будет. Будет какая-нибудь "международная", а может быть и "частная" исследовательская станция. На которой будут проводить эксперименты по созданию автономной комфортной колонии. Тихо, не привлекая внимания. Для этого достаточно чтобы тема была сложна для понимания.

И только после создания полноценной автономной базы, комфортной даже на требовательный вкус инвестора, возможен постепенный переезд некоторых авантюрных персоналий. Только об этом не будут в открытую кричать.

Что касается возможностей остальным это пресечь, не забываем о том, что элита умеет договариваться. Вон, в 90м, договорились, и развалили, разграбили СССР, тупо проигнорировав волю большинства народов СССР! И никто не убил их! Скорее наоборот, события 94 года, расстрел Белого Дома, - это как раз пример типового переворота и добивания наиболее агрессивной и дееспособной части оппозиции.
Так что учитывая эти тенденции, убить желающих переселиться на Марс будет крайне сложно. А достать на Марсе - так и вообще невозможно!
Ибо ПВО у "Элизиума", думаю, будет не хуже, чем на яхте Абрамовича.

[AlexAV]

Может сформировать список из вех (с подпунктами) реалистичной программы колонизации (на основе уже обсуждённого) и закрепить пост? Было бы наглядно. А то, "монгольские набеги" скептиков на пару с фантазёрами портят тему.

Не из чего, нет тут их. Зато можно сформулировать список пунктов без внятных ответов на которые колонизацию Марса следует считать нереалистичной. А ответов как раз нет.

И так. Разобьём их на четыре категории: проблемы однократной миссии, проблемы постоянной базы, проблемы колонизации и проблемы долгосрочной устойчивости колонии.

Проблемы однократной миссии:

1) Существующие проекты пилотируемой миссии строятся на концепции ISRU, однако для её реализации посадка на Марс должна быть совершена в точке удалённой на сравнительно небольшое расстояние от достоверно известного месторождения воды с известным геологическим строением и характеристиками. Только в этом случае такого рода миссия будет чем-то отличаться от изощрённого и крайне дорогого способа самоубийства.

При этом степень достоверности и детальности информации, которую можно получить с помощью косвенных методов категорически недостаточна. Т.е. «в этой области есть признаки проявления воды или льда, выявленные оптическими спутниковыми наблюдениями/радарными данными» - для этой задачи категорически мало. Нужно что-то вроде «на глубине 50 м лежит линза льда в матрице пористого песчаника проницаемостью около 0,1 дарси, перекрытое сверху глинами раннегесперийского возраста с незначительной проницаемостью и подстилаемое нойскими аргеллитами проницаемости 100 мкдарси, выявленные запасы по категории А — 10 тыс. м3, оценка запасов А+B+С1 + С2 по данным сейсморазведки 10 млн. м3». Лишь после того, как такая геологическая информацию будет получена можно говорить об отправки пилотируемой миссии с использованием ISRU.

Проблема состоит в том, что ни один из существующих или планируемых в ближайшее десятилетние автоматических аппаратов получить такую информацию не способен в принципе. Более того, очевидно, что разработка системы которая данную задачу вообще способен решить — задача крайне нетривиальная и находящаяся на гране возможности современной техники (тут стоит вспомнить, что просто погрузить пенетратор в грунт в автоматическом режиме оказалось задачей не очень тривиальной, как показал опыт Insight). Как минимум её решение потребует очень серьёзных затрат и много времени.

2) Нет решения энергообеспечения миссии на поверхности Марса. Использование солнечных элементов здесь не представляется удовлетворительным решением из-за сильного падения инсоляции в период пылевых бурь, длительность которых может быть слишком велика, чтобы компенсировать этот провал с помощью аккумуляторов. Проблема может быть решена путём создания специального ядерного реактора, однако его сейчас нет и каких-то серьёзных работ по нему не ведётся. В любом случае разработка (и испытания на ресурс) такого реактора потребует довольно много времени и финансов.

Эти два обстоятельства практически исключают пилотируемую миссию на Марс как минимум в ближайшие 20 лет, хотя в более отдалённой перспективе они конечно преодолимы и исключать однократной миссии тут нельзя.

Организация постоянной базы (вроде лежачей МКС):

3) Тут добавляется ещё одна проблема, которую кажется склонны недооценивать. Геохимические данные говорят, что марсианский грунт весьма богат хромом. Учитывая что верхний слой грунта там находится в гиперокислительных условиях (на что указывает высокое содержание перхлоратов и пероксидов), то он гарантированно содержит значительные концентрации хрома (VI), который высокотоксичен и является довольно сильным канцерогеном. Контакт с марсианским грунтом и пылью будет достаточно быстро приближать обитателей этой базы к могиле. Понятно, что специальными мерами вероятность такого контакта можно минимизировать, однако техника техника абсолютно безотказной не бывает, а значит работа на такой базе в столь ядовитом окружение будет небезопасна и крайне вредна для здоровья там работающих.

Естественно проблемы 1) и 2) тут также сохраняются, однако без их решения переходить к данному этапу в любом случае абсурдно.

Проблема поселения:

4) Марсианский грунт имеет отличную от земного геохимию и не слишком благоприятен для растений, в нём мало калия (а подвижного калия мало катастрофически, в большинстве проб почти весь калий в составе малобиодоступного ортоклаза), явный избыток магния (причём в форме с достаточно легко переходящей в подвижную, т. е. в легковыветриваемых оливинах), и, что хуже всего, явно неадекватное количество хрома и никеля. Никель фитотоксичен и, кроме того, вреден для человека. Т.е. на лицо серьёзна геохимическая несовместимость марсианской коры с потребностями земных организмов.

5) Проблема инсоляции. Под открытым небом на Марсе инсоляция для роста растений достаточная, одна проблема — так ничего не вырастет. Более того, даже решения с одно- двухслойным обыкновенным стеклом теплиц представляется неудовлетворительной. Потери тепла через такой барьер будет огромными, а затраты на отопления станут неадекватными. Умеренных потерь тепла тут можно добиться только с помощью многослойных низкоэмиссионных стёкол, однако они будут также сильно ослабевать и поток ФАР. Едва ли в этом случае можно надеяться на хорошую продуктивность растений.

6) Даже для минимальной автономности поселения потребуется много разных видов сырья: вода, соль (хлорид натрия), гипс и т. д. Совершенно невозможно всё это найти в одной точке, месторождения каждой типа сырья будут находиться в разных точках более-менее случайно разбросанных по планете. В какой точке поселения не поставь — окажется, что источник того или иного вида сырья находится за сотни километров. А потребует необходимость объединять эти точки какой-то транспортной сетью (причём стоимость транспортировки по ней должна быть невелика), скажем железных дорог. Стоимость строительства железных дорог на Марсе (это потребуется для любого, самого малого поселения) даже сложно вообразить. Уже одного этого обстоятельства достаточно, чтобы сделать вывод, о том, что для создания поселения потребуются совершенно гигантские входные инвестиции.

7) Производство всего чего угодно на Марсе будет крайне неэффективно и чудовищно (по сравнению с земными аналогами) энергозатратно. Скажем производство полистирола из СO2 и H2 конечно технически возможно, но потребует где-то 6 стадий (если через ацетилен), часть которых будет иметь довольно низкий выход, и огромное количество энергии. Получаемый при этом пластик будет просто золотым. Производство прозрачного стекла на Марсе скорее всего потребует хлорного рафинирования кремневого сырья (наличие природных стекольных песков в связи с ультраосновным составом коры, изобилием железа и прочих хромофоров и слабостью процессов выветривания маловероятно), что сделает его в сотню раз более энергозатраты, чем производство аналогичного стекла на Земле и т. д.

Эта проблема проистекает из относительной бедности геологической истории Марса, отсутствии гидросферы и доступных ресурсов биомассы. Сделать с этим ничего нельзя в принципе.

8 ) Предыдущий пункт усугубляется бедностью энергетических ресурсов Марса. Условия для солнечной энергетики там не особо удачные, а собственные ресурсы актиноидных элементов скорее всего отсутствуют (в пользу этого говорит вся совокупность данных по исследованию их содержания в породах, общей геохимической характеристики этих пород и низкое содержание радона в атмосфере). Можно отправить специальный реактор для питания лежачей МКС на Марсе, но обеспечить за счёт земных запасов урана (совсем не безграничных) более-менее крупное поселение — это уже слишком.

9) Отсутствие хоть какой-нибудь деятельности, осуществление которой делало бы поддержание такой колонии за счёт Земли экономически рентабельным. На Марсе нет ничего, что можно было бы производить эффективнее, чем на Земле и востребованное жителями Земли. Любые вложения в марсианское поселение будут заведомо не окупаемыми.

Таким образом:

- нет внятного решения проблемы производства продуктов питания на Марсе;
- нет очевидного способа создания системы энергоснабжения марсианского поселения независимого от поставок с Земли;
- даже минимальное поселение с хоть какой-то автономностью потребует создавать обширную транспортную сеть на поверхности планеты, для чего потребуется гигантский объём невозвратных инвестиций (любые вложения в марсианское поселение будут невозвратными);
- практически невозможна экономическая окупаемость поселения (т. е. оно не может торговать с Землёй с профицитом или ноль), её просто нечего предложить Земле.

Отдельно стоит ещё раз упомянуть проблему (3). Тут она будет стоять ещё более остро. Одно дело проработать ограниченное время на вредном производстве, а другое — на нём жить.

Проблема долгосрочной устойчивости марсианского поселения:

10) Гидрологический цикл на Марсе в современную эпоху не замкнут. Перенос пара осуществляется практически однонаправленно от средних широт к полюсам. Это значит, что в отличие от Земли, вода на Марсе (по крайней мере та, которая доступна в средних широтах) — не возобновляемый ресурс.

11) Породы слагающие верхний слой коры Марса — ультраосновные, а атмосфера в основном состоит из углекислого газа. Это состояние не соответствует термодинамическому равновесию. Т.е. единственная причина по которой у Марса до сих пор существует атмосфера заключается в том, что он очень сухой и холодный, а процессы выветривания там идёт крайне медленно. Почти любая техногенная деятельность будет приводить к возникновению техногенного выветривания минералов. При выделение тех или иных компонент грунта, выращиваем в грунте растений и прочих процессах, где грунт будет находиться под воздействием жидкой воды, в нём вольно или не вольно будет идти цепочка процессов, конечный итог которой можно отобразить следующей реакцией:

Mg2SiO4 + CO2 = MgCO3 + 2SiO2

Т.е. углекислый газ из атмосферы планеты будет более-менее необратимо удаляться в грунт. На большом масштабе времени этот процесс может сделать Марс ещё менее приветливым местом, чем он есть сейчас.

12) Активные геологические процессы на Марсе в основном завершились ещё в гесперийской эре. Это значит, что никаких механизмов возобновления запасов сырья на современном Марсе по сути нет. Причём тут речь идёт даже не о каких-то редких элементах, а о веществах куда более обычных, но от этого не менее важных для технологии, да и просто для жизни вообще. Допустим когда-то в гесперийской эре на дне солёного озера отложился пласт NaCl, сейчас мы теоретически можем найти такие месторождения и использовать их, но после того как они будут исчерпаны — новых уже не образуется никогда. Второй нойской и гесперийской эры уже не будет.

Отличие от Земли тут в том, что если на Земле реально исчерпать только ресурсы редких элементов (и то относительно, кое-что поступает в областях активного вулканизма с геотермальными водами и вулканическими газами постоянно), то на Марсе неизбежно закончится вообще всё, даже то, что мы вообще не привыкли воспринимать как ограниченный ресурс: вода в средних широтах, углекислый газ атмосферы, соли натрия, кальция и калия и т. д. Едва ли после достижение этого состояние хоть какая-то деятельность на Марсе будет возможна в принципе. Т.е. если Земля, будучи геологически живой планетой, может в принципе поддерживать жизнь геологически долго, то для мёртвого Марса это исключено.

Это что касается главных технических и геофизических проблем колонизации Марса.

Помимо этого можно сформулировать и пару социальных проблем, в общем довольно серьёзных:

13) Проживание поселенцев неизбежно будет довольно скученным, в условиях постоянного стресса (из-за агрессивности внешней среды и рисков с этим связанных) и постоянного жёсткого контроля (без этого не получится, когда один дурак может убить всех). Такие жёсткие условия, как условия постоянного проживания, практически не имеют аналогов на Земле, разве что пожалуй экипаж подводной лодки, но там люди работают ограниченное время, а не живут всю жизнь. Как быстро у людей там начнёт сносить крышу?

14) По-видимому связанный с предыдущем. Эмпирически можно сделать вывод, что рост скученности и уровня стрессов (хотя точные причины и механизмы тут не понятны) подрывают воспроизводство в человеческой популяции. В цепочке село — малый город — средний город — мегаполис мы имеем статистически достоверное снижение рождаемости практически вне зависимости от региона или культуры. Причём уже в земных мегаполисах, особенно в тех, где его признаки проявлены наиболее чётко, скажем в восточной Азии — это явно проблема (скажем свежая новость из Южной Кореи: https://regnum.ru/news/economy/2582031.html). В этой цепочке марсианская колония явно будет находиться ещё правее мегаполиса (вне зависимости от формальной численности населения), т. е. среда ещё более искусственная, а уровень скученности и стрессов ещё выше. Что с этим делать?

Марсооптимистам стоило бы дать вразумительные ответы хотя бы на эти 14 пунктов.

[Кремальера]

AlexAV-ну зачем было так утруждаться-целей диссер накатали.Я бы,малограмотный,итак вам поверил бы.

[AlexAV]

Я отвечал на него в соответсвуюшей теме,и ув.AlexAV не нашелся с серьезными возражениями.

Это где?

Компоненты гидропонного раствора можно привозить с Земли. НО:

1) Не понятно из чего их изготавливать на Марсе. Т.е. получаем критический компонент без поставки которого колония мгновенно умирает. Зачем такая колония вообще нужна?
2) Это возможно лишь в том случае, если население колонии пренебрежимо мало по сравнению с населением Земли. Собственно с помощью гидропоники кормить сколько-нибудь большое население в течение большого времени практически невозможно. Для приготовления гидропонных растворов  нужны фосфаты в чистом виде и микроэлементы опять же в чистом виде. Ресурсы для получения этого попросту ограниченны.

[Кремальера]

Это возможно лишь в том случае, если население колонии пренебрежимо мало по сравнению с населением Земли.

По умолчанию -1 млн.гавриков через 100 лет.

Т.е. получаем критический компонент без поставки которого колония мгновенно умирает. Зачем такая колония вообще нужна?

А Маск и не говорит о 100% замкнутости колонии.К этому подойдут только через десятки лет.
Вам нужно полтора мешка дешевых турецких СЗР,добавок и стимуляторов чтобы ,опять-таки,- для турецкой дешевой системы,(у моих знакомых клиентосов именно такая)поднять 80 тонн томата в 45 дней.Если у вас будет голландская Priva или решения от израильских Netafim,Metzerplas(пионеров этого дела)-то они сделали бы все еще намного элегантней и проще.

Ресурсы для получения этого попросту ограниченны

Дык напишите состав раствора который вы собираетесь использовать на Марсе.,культуру которую вы собираетесь выращивать-и я предложу возможные варианты решения проблемы.

Авантюра с колонизацией Марса, это именно авантюра. И, толстосумы-романтики, которых разагитировал Роберт Зубрин, которым денег не куда девать, решили попытать судьбу. Как испанская королева, финансируя экспедицию Колумба. Вдруг получиться?

Не авантюрнее того чем занимается Роскос-с.Изабелла,отправляя Христофоруса,рисковала годичным жалованием 20-ти капитанов своего флота.,другими словами-своими сережками,снятыми с мавров в Малаге.Если Марс колонизировать здесь и сейчас-то тем порядком цифр и не пахнет.Маск,по-сути сейчас изобретает поперечный набор и полуредонду для каравелл.Делает вешь благодаря которой марсианскую экспедицию можно будет оплатить отжатыми сережками.

[EvilShurik]

Я отвечал на него в соответсвуюшей теме,и ув.AlexAV не нашелся с серьезными возражениями.

Это где?

Компоненты гидропонного раствора можно привозить с Земли. НО:

1) Не понятно из чего их изготавливать на Марсе. Т.е. получаем критический компонент без поставки которого колония мгновенно умирает. Зачем такая колония вообще нужна?
2) Это возможно лишь в том случае, если население колонии пренебрежимо мало по сравнению с населением Земли. Собственно с помощью гидропоники кормить сколько-нибудь большое население в течение большого времени практически невозможно. Для приготовления гидропонных растворов  нужны фосфаты в чистом виде и микроэлементы опять же в чистом виде. Ресурсы для получения этого попросту ограниченны.

А Зубрина почитать? У него растолкованы эти моменты.
Будут максимально пытаться использовать местные ресурсы. С Земли - только компьютеры и такие расходники, которые нельзя сделать на месте.

Азот и возможно, фосфаты есть в почве Марса. Правда там и перхлораты, но ведь отмыть марсианский грунт от легко растворимых перхлоратов несложно?
Так что первый грунт для посадки растений с Земли будет марсианский. Приготовленный по тем или иным рецептам. Из удобрений, разве что микроэлементы.
Насчёт бедности минеральных ресурсов Марса, - это может показать только масштабная геологическая разведка. И, возможно, многое уже известно, с орбитеров и марсоходов.
На Марсе много металла. Как в виде метеоритов, лежащих на поверхности аж с начала амазонийской эры, так и в виде окиси железа, например, образующей дюны!

[noxx77]

Добавлю
15) непонятно, как будет воздействовать 1/3 земной гравитации на организмы людей в долгосрочной перспективе, особенно на развитие детей. Пока мы видим негативные эффекты микрогравитации. Конечно, они будут сглажены по сравнению с орбитой, но так и сроки дольше.
По п. 13. постоянное нахождение в в банке где только технологии отделяют от смертельно опасной и эстетически бедной среды (причём по мере роста колонии смерти от неё будут!) при отдалённости от богатого и красивого пославшего поселенцев мира - ещё тот стресс. Это даже не подводная лодка (вахта) - это пожизненная тюряга/каторга на урановых рудниках...

[Кремальера]

А Зубрина почитать?

А смысл?Кому было надо тот давно его прочитал.,а кому не надо всегда будут говорить про линчевание негров.

[Андрей 2]

Потому я и писал, что сначала нужно провести научную экспедицию, причём масштабную, оставить там небольшую обитаемую базу, несколько кораблей, 2-3 на поверхности и пару на орбите, а все остальные вернуть на Землю, где из полученных и поступающих с Марса данных будут приняты определённые решения, может быть придётся и базу закрывать и людей эвакуировать. Это моё мнение.

[Vavanzer]

Потому я и писал, что сначала нужно провести научную экспедицию, причём масштабную, оставить там небольшую обитаемую базу, несколько кораблей, 2-3 на поверхности и пару на орбите, а все остальные вернуть на Землю, где из полученных и поступающих с Марса данных будут приняты определённые решения, может быть придётся и базу закрывать и людей эвакуировать. Это моё мнение.

Уж поверь, с присутствием человека открытия там посыпятся как из рога изобилия)))
Туда армию геологов придется посылать!

[AlexAV]

Перхлораты - мелочь. Их удалить не особая проблема. А вот совершенно неадекватное количество токсичного никеля, содержащегося в составе минералов ряда оливинов (один из основных компонентов марсианского грунта) удалить практически невозможно. Точно так же совершенно не лечится совершенно неадекватное соотношение Mg/Ca, особенно учитывая, что магний там в легковыветриваемом оливине и будет переходить в активную биодоступную форму, а кальций в практически полностью в составе плагиклазов, почти не подверженных выветриванию и воздействию почвенных кислот за разумное время. И эти дисбалансы исправить почти невозможно. 

[Valerij56]

Далее,они аэробрекингом(вот это узкое место,ранее этого никто не делал)цепляются за атмосферу Марса и выходят на низкую марсианскую круговую орбиту.

   
Делал. И Куриосити, и ЭкзоМарс использовали аэробрекинг, причём ЭкзоМарс с последующим выходом на орбиту. У Куриосити аэродинамическое качество было низким, он летел практически плашмя. Про другие, тем более ранние АМС не скажу, не знаю.

[Кремальера]

и ЭкзоМарс использовали аэробрекинг, причём ЭкзоМарс с последующим выходом на орбиту

Имелось ввиду без использования двигателей.Trace Gas Orbiter -двигатели использовал.

[Андрей 2]

Уж поверь, с присутствием человека открытия там посыпятся как из рога изобилия)))
Туда армию геологов придется посылать!

Ну армию так армию.

[Valerij56]

Не из чего, нет тут их. Зато можно сформулировать список пунктов без внятных ответов на которые колонизацию Марса следует считать нереалистичной. А ответов как раз нет.

И так. Разобьём их на четыре категории: проблемы однократной миссии, проблемы постоянной базы, проблемы колонизации и проблемы долгосрочной устойчивости колонии.

   
Здраво.
С вашего разрешения я разобью ответ на четыре разных сообщения, чтобы проще было структурировать изложение.
     

Проблемы однократной миссии:

1) Существующие проекты пилотируемой миссии строятся на концепции ISRU, однако для её реализации посадка на Марс должна быть совершена в точке удалённой на сравнительно небольшое расстояние от достоверно известного месторождения воды с известным геологическим строением и характеристиками. Только в этом случае такого рода миссия будет чем-то отличаться от изощрённого и крайне дорогого способа самоубийства.

При этом степень достоверности и детальности информации, которую можно получить с помощью косвенных методов категорически недостаточна. Т.е. «в этой области есть признаки проявления воды или льда, выявленные оптическими спутниковыми наблюдениями/радарными данными» - для этой задачи категорически мало. Нужно что-то вроде «на глубине 50 м лежит линза льда в матрице пористого песчаника проницаемостью около 0,1 дарси, перекрытое сверху глинами раннегесперийского возраста с незначительной проницаемостью и подстилаемое нойскими аргеллитами проницаемости 100 мкдарси, выявленные запасы по категории А — 10 тыс. м3, оценка запасов А+B+С1 + С2 по данным сейсморазведки 10 млн. м3». Лишь после того, как такая геологическая информацию будет получена можно говорить об отправки пилотируемой миссии с использованием ISRU.

Проблема состоит в том, что ни один из существующих или планируемых в ближайшее десятилетние автоматических аппаратов получить такую информацию не способен в принципе. Более того, очевидно, что разработка системы которая данную задачу вообще способен решить — задача крайне нетривиальная и находящаяся на гране возможности современной техники (тут стоит вспомнить, что просто погрузить пенетратор в грунт в автоматическом режиме оказалось задачей не очень тривиальной, как показал опыт Insight). Как минимум её решение потребует очень серьёзных затрат и много времени.

   
Абсолютно согласен! Поэтому первыми грузовыми рейсами на Марс должна быть доставлена автоматическая буровая, которая осуществит разведочное бурение на десятки метров.
   

   
Такое бурение вполне возможно провести с удалением разрушенной породы шнеком. Надо заметить, что пенератор Insight работает на совершенно ином, и редко применяемом на Земле принципе. Разумеется, на фото КАМАЗ и буровая не автоматическая, и кассет со шнеками и другим буровым оборудованием нет - но принцип ясен. Естественная проблема в том, что такая буровая будет иметь массу всместе с шасси минимум 10-15 тонн, габариты КАМАЗа и потребляемую мощность киловатты минимум (плюс источник энергии). Дополнительный плюс - возможность использования такой буровой для сейсморазведке, хотя там такие глубокие скважины не нужны.
   
Поэтому единственное пригодное для доставки такой буровой на Марс транспортное средство - Starship. В свою очередь такая буровая может быть очень полезна при строительстве
     

[AlexAV]

Дык напишите состав раствора который вы собираетесь использовать на Марсе.,культуру которую вы собираетесь выращивать-и я предложу возможные варианты решения проблемы.

Он в общем достаточно стандартный. Биохимия растений общая для всех. Вот типичный состав:



Плюс к этому стоит добавить селен в виде K2SeO4 и KI. В земных условиях первый добавляют не всегда (просто по той причине, что обычно воду берут из под крана, а не дисциплинированную или деионизированную, а природная вода некоторое количество микроэлементов уже содержит), но на Марсе, где воду придётся подвергать глубокой очистке, эту добавку делать придётся. Второй (йод) растениям особо не нужен, но человек без него жить не может, если не добавлять - от такой пищи довольно быстро сыграет в ящик.

В условия Марса из этого списка проблема - калий, фосфор, медь, бор, молибден, цинк, уже упомянутый селен и иод. Для каждого нужно будет искать месторождения, и они будут исчерпываться. По молибдену кстати с высокой вероятностью их там вообще не найдёте, с ним картина похожа на уран (они даже химически несколько похожи), образование его месторождений в ультращелочных породах весьма нетипично.

Культура допустим классическая - пшеница. Предлагайте.

[Valerij56]

2) Нет решения энергообеспечения миссии на поверхности Марса. Использование солнечных элементов здесь не представляется удовлетворительным решением из-за сильного падения инсоляции в период пылевых бурь, длительность которых может быть слишком велика, чтобы компенсировать этот провал с помощью аккумуляторов.

   
Вы не забыли, что главным потребителем энергии является производство топлива, и что ещё до отлёта с Земли должно быть произведено достаточно топлива для возврата экспедиции. Но после её прилёта призводство топлива не прекращается. поэтому нет необходимости для сверхмощных аккумуляторов - на ночь производство топлива приостанавливается, и аккумуляторов должно хватать примерно на сутки.
   
Но что делать, если вновь глобальная пылевая буря мешает солнечным батареям? В этом случае поможет небольшая передвижная электростанция с ДВС, с немного переделанной системой подачи воздуха. Надо лишь добавить испарители для подачи кислорода и метана. Да, разумеется, производство топлива с этим источником энергии невозможно, но на все другие нужды энергии достаточно. А возвращающийся корабль улетит на заранее наработанном топливе.
     

Проблема может быть решена путём создания специального ядерного реактора, однако его сейчас нет и каких-то серьёзных работ по нему не ведётся. В любом случае разработка (и испытания на ресурс) такого реактора потребует довольно много времени и финансов.

   
Такие реакторы уже есть. Один из известных проектов - Hyperion Power Module https://ru.wikipedia.org/wiki/Hyperion_Power_Module, впрочем, у Тошибы есть аналогичный проект. Их внедрение было приостановлено в связи с Фукусимой. на Марсе проблема не в реакторе, а в том, что АЭС - это не только необслуживаемый реактор, её надо привезти и смонтировать, заполнить внешний контур местной водой, и т.д. Но уже на уровне базы в сотню человек это не будет проблемой.
   

Эти два обстоятельства практически исключают пилотируемую миссию на Марс как минимум в ближайшие 20 лет, хотя в более отдалённой перспективе они конечно преодолимы и исключать однократной миссии тут нельзя.

   
Как видите, оба обстоятельства не являются проблемой.
   

[LV46]

По кратковременной миссии:

Проблема состоит в том, что ни один из существующих или планируемых в ближайшее десятилетние автоматических аппаратов получить такую информацию не способен в принципе.

Как доходит до дела, то автоматические миссии внезапно оказываются вообще нееффективными.

тут стоит вспомнить, что просто погрузить пенетратор в грунт в автоматическом режиме оказалось задачей не очень тривиальной, как показал опыт Insight

Если те, кто планировал миссию не предполагали, что грунт это не только песок, а и плотный грунт и камни - мне их жаль.

Как минимум её решение потребует очень серьёзных затрат и много времени.

Это если пипеткой копать, как InSight. А вообще, скважина с десяток метров бурится за час.

Нет решения энергообеспечения миссии

Парочка РИТЭГов решит, если уж совсем "темно станет", а в остальное время - солнечные панели. Сейчас хорошие делают, даже в пасмурную погоду вырабатывают электричество.

Использование солнечных элементов здесь не представляется удовлетворительным решением из-за сильного падения инсоляции в период пылевых бурь

Тут главное угадать, чтоб миссия прилетела аккурат к началу пылевой бури.
По базе:

а значит работа на такой базе в столь ядовитом окружение будет небезопасна и крайне вредна для здоровья там работающих.

Каким образом ядовитое окружение будет вредно для здоровья на герметичной базе? Они, что голыми будут на поверхности работать? Уже обсуждалось: обдувать скафандр при входе или в шлюзе, проблема вреда для миссии решена.

[Андрей Астрофизический]

AlexAV
Очень обстоятельно расписали, спасибо. Я подожду, что Валерий напишет, затем возможно, что-то добавлю.
Пока хочется заметить, что в 3 и 4 части вы как будто предполагаете весьма многочисленную колонию. Не стоит слишком забегать вперед паровоза, стоит понимать - говоря о колонизации Марса, имеется в виду сначала небольшая база (не сразу даже обитаемая), и лишь через какое-то время колония. В процессе работы базы многие месторождения нужных элементов, и многие решения возникших проблем, могут быть найдены. Но они не будут найдены, если эту базу не создать.

[Кремальера]

просто по той причине, что обычно воду берут из под крана, а не дисциплинированную или деионизированную, а природная вода некоторое количество микроэлементов уже содержит), но на Марсе

Ну начнем с того что для земных тепличных комплексов для систем внесения удобрений,подкормки никогда не берут "природную воду из крана"(скважины или откуда еще).Вся вода проходит ступенчатую водоподготовку,pH-коррекцию,EC-контроль,мутность,цветность и т.д.Т.е.RO-мебрана есть на Земле будет и на Марсе.Также готовят воду и для систем дождевания и туманообразования для культивационный столов с рассадой и для пропагаторов.Относительно пшеницы.В РФ с совковых времен процветает "троеполье",думаю знаете что это.Так вот на гидропонике можно снимать мининум 4 урожая в год,причем применяя в 10-12 раз меньшую площадь высадки(за счет многоярусности и иск. освещения).Как-то видел инфу про спец.фитотроны позволявшие уложить полный цикл в 60 дней(!),но они ЕМНИП,могли работать только на семена.Относительно удобрений и стимуляторов для пшеницы на гидропонике.Моя бабуля берет пластиковые лотки из под курицы и отлично выращивает ростки пшеницы,вообще без чего либо.Но т.к. нам нужон хлебушок,то необходимо пойти чуть дальше.Одно зерно в норме дает колос в 10 зерен,на один квадратный метр ,при 10 ярусах гидропоники можно получить 10 кг зерна.К раствору пшеница не требовательна-он состоит только из трех необходимых составляющих(азот,фосфор,калий).Все это на Марсе есть.Можно на первом этапе не заморачиваться разведкой выходов калия.,а привезти все с Земли.Гидропоника потребует несколько большего объема внесения удобрений,чем вариант с открытым грунтом.Сам раствор прост:20 гр/литр гуминовых и пр.кислот,силикат натрия -0,2гр/литр,азот -0,7 гр/литр,фосфор -0,09 гр/литр,калий -3,5 гр/литр.И относительно именно пшеницы  объем этого раствора ничтожен:1-я очередь-протравливание в пропагаторах -2,3 литра на тонну семян,2-я очередь -внекорневая подкормка всходов дождеванием-0,8 литра на 10 тыс.кв.метров посевной,3-я очередь -подкормка по вегетации -0,8 литра на 10 тыс.кв.метров посевной.