Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[Андрей Астрофизический]

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.

Вот тут не факт.
Астронавты, которые высаживались на Луну, рассказывали о том что лунная пыль им очень досаждала. снаружи цеплялась к любым шероховатостям скафандра, после входа в герметичную капсулу эта пыль оказывалась повсюду.
Обдувать скафандр перед возвращением в обитаемый контур - вариант, но надо его оборудовать соответственно. "На улице" это не сделаешь, каждый входящий колонист будет генерировать небольшую пылевую бурю. В шлюзе - тоже нельзя. Пыль будет скапливаться в помещении и со временем очистка потеряет эффективность. Нужно что-то среднее между "улицей" и "помещением". Некая открытая площадка с гладким твердым покрытием, колонист на нее зашел, его (марсианским сжатым) воздухом обдули, сдули пыль, а т.к. стоял на твердой поверхности, то раздувания "подножной" пыли не произошло. Как-то так решаемо, хотя и не сказать что совсем просто... эту конструкцию (шлюз + площадка + компрессор и оборудование для обдува) надо монтировать сразу как только люди на Марс попадут, или раньше.

[leon10010]

Любая колонизация планет (любой) начнется с колонизации орбиты Земли. Три человека, летающих в станции разработки СССР, и постоянно получающие посылки с Земли, мало влияют  на общую картину. Будет автономная станция сотни на три человек - сразу начнется прогресс технологий выживания.
 Потом Луна, потом Марс.

 Чтобы придти к большему, надо начинать с мень­шего.      В. И. Ленин

[Valerij56]

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.
   
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.

   
3 и 4) Согласен, это проблема. Но, во первых, у нас нет данных по всему Марсу, и тем более по составу грунта даже на незначительной глубине. По поводу избытка магния и связанного, биологически не активного калия - значит придётся грунт для оранжерей как-то готовить, сначала с использованием привезённых удобрений и химикатов, постепенно находя удобную для Марса технологию.
     
5) Проблема инсоляции полностью решается искусственным освещением. Даже на Земле всё больше вертикальных ферм.
   
6) Тойота представила ровер для Луны, который будет иметь ресурс не менее 10 000 км без регламента, только с заправкой/заменой топливных элементов. Новый материал для топливных элементов https://habr.com/ru/company/madrobots/blog/444088/ позволяет сделать роверы и с большим ресурсом - только колёса придётся менять время от времени. Так что, вероятней, сначала будут размечены своего рода "умными вешками" и оборудованы "солнечными фермами" "зарядные станции" обычные, грунтовые, дороги к месторождениям, где-то будет автоматизированная добыча, а где-то и настоящий рудник с шахтёрским посёлком.
   
UPD.
Пока прервусь.

[Lieut]

Геохимические данные говорят, что марсианский грунт весьма богат хромом
...
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.

А где можно посмотреть информацию про подробную геохимию марсианского грунта?

[AlexAV]

А Зубрина почитать?

У Зубрина в этом плане достаточно обосновано только производство метана. Метан конечно нужен, но одним им даже самое минимальное поселение не обойдётся. Что касается других ресурсов всё как-то не очень убедительно.

Будут максимально пытаться использовать местные ресурсы.

Это общие слова, в такой форме малосодержательные. Какие ресурсы и как использовать? Стандартный марсианский грунт не годится буквально не для чего. Даже как источник железа (которого там полно) он на самом деле пожалуй хуже подмосковного суглинка (где его хоть и меньше, но минеральная форма + форма сопутствующих минералов более удобоваримая).
А ресурсы которые не под ногами, т.е. концентрированные месторождения, ещё найти надо, транспорт организовать, переработку, что не тривиально и т.д.

Вообще на Марсе (судя по имеющимся данным) очень плохо, что нет источников каких-то дешёвых реактивов, которые можно использовать особо не беспокоясь об их экономии в силу их дешевизны. На Земле это вода, известь, соль (хлорид натрия), кварцевые пески, глауберова соль и некоторые другие вещества (а также продукты их достаточно несложной переработки). Без этого всего (причём на столько дешёвого, что расход можно практически не считать) - рушится вся химическая технология. А на Марсе же куда не кинься - всюду слабодифференцированая сложная смесь минералов, которая в своём природном виде не годится ни для чего. Скажем если посмотреть состав карбонатных озёрных отложений (https://www.researchgate.net/publication/44648762_Identification_of_Carbonate-Rich_Outcrops_on_Mars_by_the_Spirit_Rover), то там собственно карбонатов меньше 1/3, т.е. это не известняк, а мергель непонятного состава из которого ничего толком сделать нельзя. Что вообще можно делать, когда даже известь (оксид кальция) придётся извлекать по технологиям, которые на Земле больше ассоциируются с технологией редких металлов (вроде кислотного выщелачивания и дробной кристаллизации) - не очень понятно.

Что в этой ситуации подразумевается под словом "местные ресурсы" и как их собираются использовать совершенно не ясно.

Так что первый грунт для посадки растений с Земли будет марсианский.

Проблема тут в том, что судя по опубликованным цифрам состава, такой грунт мало того является очень плохой почвой, он банально ядовит.

На Марсе много металла.

Не любых. Марс богат сидерофильными элементами, железом, хромом, никелем, скорее всего кобальтом и платиноидами тоже (они всегда сопровождают такую композицию). А вот скажем по молибдену/вольфраму/урану будут проблемы. Щелочными металлами он тоже достаточно беден. Т.е. некоторых элементов будет больше, чем на Земле, других наоборот сильно меньше. 

[LV46]

Некая открытая площадка с гладким твердым покрытием, колонист на нее зашел, его (марсианским сжатым) воздухом обдули, сдули пыль, а т.к. стоял на твердой поверхности, то раздувания "подножной" пыли не произошло. Как-то так решаемо, хотя и не сказать что совсем просто... эту конструкцию (шлюз + площадка + компрессор и оборудование для обдува) надо монтировать сразу как только люди на Марс попадут, или раньше.

Не вижу проблемы в реализации. Тем более, те граммы пыли, которые и попадут в шлюз вообще никак не повлияют ни на что. Просто не надо усложнять (это не вам лично). Однако это выдаётся как небезопасность и крайняя вредность одним пунктом всего лишь против базы. Вычеркиваем и получаем отсутствие отрицательных аргументов.
Никелевые карьеры вроде еще не позакрывали и там работают люди (не в скафандрах) и ничО.

[AlexAV]

А где можно посмотреть информацию про подробную геохимию марсианского грунта?

Вот некоторые работы:

https://asu.pure.elsevier.com/en/publications/chemistry-and-mineralogy-of-outcrops-at-meridiani-planum

https://www.researchgate.net/publication/44648762_Identification_of_Carbonate-Rich_Outcrops_on_Mars_by_the_Spirit_Rover

https://www.researchgate.net/publication/270692163_Mineralogy_of_the_Martian_Surface

https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article/100/11-12/2380/40331/petrology-on-mars

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2007JE002995

http://science.sciencemag.org/content/324/5928/736

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016JE005055

[Valerij56]

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.

 
1) Почему "мгновенно"? Так сложно сделать небольшой запас на случай перебоев?

2) Даже при численности в миллион это всего 1/7000 от населения Земли - вполне себе пренебрежимо.
   

1) Собственно с помощью гидропоники кормить сколько-нибудь большое население в течение большого времени практически невозможно.
2) Для приготовления гидропонных растворов  нужны фосфаты в чистом виде и микроэлементы опять же в чистом виде. 3) Ресурсы для получения этого попросту ограниченны.

 
1) А что, кто-то пробовал?

2) Это на Земле ресурсы считаются бесконечными, и потому извлечением того же фосфора из сточных вод никто не занимается. А из-за сброса загрязнённых фосфором сточных вод зацвели Ладога и Финский Залив.

3) А вот это уже просто убийственно. Можно, заявив, что ресурсы ограниченны, сказать "моё и никому не дам", но это заведомо проигрышная стратегия - они всё равно кончатся. А можно, бережно относясь к имеющимся ресурсам, одновременно искать их альтернативные источники. Мне, почему-то, кажется, что никаких "уникальных природных ресурсов" на Земле нет, есть редкие, которые вполне реально найти и на различных небесных телах.
А Марс - это просто один из первых шагов по этой дороге.

[Кремальера]

Как видите, оба обстоятельства не являются проблемой.

Дело в том что те пункты которые выше привел ув.AlexAV являются плодом построения его логических цепочек.Опираясь на работы западных научных команд,оперировавших информацией полученной с западных КА.,он привел ряд постулатов-большинство из которых  на сегодняшний день отнюдь не являются не опровержимыми фактами.В этом то то и вся прелесть Марса-Terra Incognita!Т.е. мнение заслуженного авторитета десятилетия положившего на подгрызания гранита по-сути тождественно мнению малограмотного моториста.Ибо ни у первого ни у второго нет неоспоримых доказательств(по тем же актиноидам).А кроме того в минус Alex работает(только без обид)  фактор среды.Т.к. его научная сущность есть порождение системы знаний о космосе(в том числе)принятых в нашем ареале.Другими словам,доктор-сын пятиступенчатой H-1(при том что Saturn-V имел три ступени) и племянник "Карандаша" запускающего спутник на ГСО в 4,5 ступени,а далее он себе еще и ионниками подмахивает до экваториальной точки(при том что F9-обходится двумя ступенями,также с самодовыводом спутника).

[Valerij56]

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.

   
Ну, уж это точно легко лечится. легко выветриваемый Оливин перевести в доступную форму и просто вымыть, а кальций получить с использованием технических химикатов, намного более активны, чем почвенные кислоты...
   
Или вы собрались засевать кукурузой поля под открытым небом за полярным кругом?

[AlexAV]

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).

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). Там и список микроэлементов, который вводят в раствор обычно шире, чем в растворе Хогланда. Есть масса микроэлементов, которые важны для всех форм жизни (ванадий, кобальт, олово, некоторые ещё), которые однако требуются в столь небольших количествах, что обычно обычно их специально можно  и не вводить. Того, что в воде из под крана есть - хватит. А если используется вода глубокой очистки - тогда всё, не введёшь их -вообще ничего не вырастет.

только из трех необходимых составляющих(азот,фосфор,калий)

Нет. Без сера, железа, молибдена, бора, меди и далее по списку не вырастит ни одно растение на планете. Вообще ни одно. Азот + фосфор + калий для гидропоники недостаточно. С такой гидропоникой, если остальное не попадает в виде примесей в воде или как-то ещё, урожай будет ровно ноль. Ни одна форма жизни на планете без микроэлементов жить не может.

Гидропоника потребует несколько большего объема внесения удобрений,чем вариант с открытым грунтом.

Гидропоника потребляет ровно то количество, которое выносится с урожаем, эти цифры хорошо известны. На одну тонну пшеницы потребуется 30 кг азота, 13 кг P2O5 и 25 кг К2O (источник: А.М. Артюшин, Л.М. Державин Краткий справочник по удобрениям) + микроэлементы (их по массе мало, но так как некоторые из них достаточно дефицитные, тот же молибден, как ограничивающий фактор тоже важны), отсюда и считайте сколько надо.

[AlexAV]

Тем более, те граммы пыли, которые и попадут в шлюз вообще никак не повлияют ни на что.

А вот тут Вы ошибаетесь. Граммы пыли немедленно конечно не убьёт... Но вот возможность обзавестись какой-нибудь саркомой лёгкого годам к 50, в связи с которой лечь в гроб, вполне обеспечат. Для проявления того же канцерогенного действия нужны совсем небольшие концентрации (хроматы - доказанный концероген), на много меньшие, чем для проявления острой токсичности.

[Кремальера]

А если используется вода глубокой очистки - тогда всё, не введёшь их -вообще ничего не вырастет

Да,вешается эжектор или дозатрон,и вносится ,не помню,по-моему суммарно этих добавок 5 мг/на куб.

На одну тонну пшеницы потребуется 30 кг азота, 13 кг P2O5 и 25 кг К2O (источник: А.М. Артюшин, Л.М. Державин Краткий справочник по удобрениям) + микроэлементы (их по массе мало, но так как некоторые из них достаточно дефицитные, тот же молибден, как ограничивающий фактор тоже важны), отсюда и считайте сколько надо.

Это открытый грунт?При какой урожайности,60-70 ц с гектара?Если по 40 ц/га то там должны быть меньшие цифры.

[Андрей Астрофизический]

Это общие слова, в такой форме малосодержательные. Какие ресурсы и как использовать? Стандартный марсианский грунт не годится буквально не для чего. Даже как источник железа (которого там полно) он на самом деле пожалуй хуже подмосковного суглинка (где его хоть и меньше, но минеральная форма + форма сопутствующих минералов более удобоваримая).
А ресурсы которые не под ногами, т.е. концентрированные месторождения, ещё найти надо, транспорт организовать, переработку, что не тривиально и т.д.

Вообще на Марсе (судя по имеющимся данным) очень плохо, что нет источников каких-то дешёвых реактивов, которые можно использовать особо не беспокоясь об их экономии в силу их дешевизны. На Земле это вода, известь, соль (хлорид натрия), кварцевые пески, глауберова соль и некоторые другие вещества (а также продукты их достаточно несложной переработки). Без этого всего (причём на столько дешёвого, что расход можно практически не считать) - рушится вся химическая технология. А на Марсе же куда не кинься - всюду слабодифференцированая сложная смесь минералов, которая в своём природном виде не годится ни для чего.

Я предлагаю вспомнить два факта.
1) На основании каких данных, эти сведения получены? Поверхностные анализы грунта, бурение до нескольких см только (важно !) в мягких грунтах. (Вспоминаем, сколько раз куриосити ниасилил попытки бурения, т.к. камень был твердый). Плюс сканирование с орбиты, конечно.
2) Климат Марса. Регулярно случаются глобальные пылевые бури. На Земле таких явлений нет.
Что отсюда следует: На Марсе присутствует механизм глобального переноса мелкого минерального материала. Возьмите песчинку с поверхности Марса - она оттуда, где вы ее взяли? наверняка нет. А откуда? - да хоть с другого полушария планеты, черт ее знает как ее в пылевых бурях носило. На Земле не существует естественного природного механизма, способного переносить минеральные частицы из Амазонии в Гималаи, или из Сибирской тундры в Сахару. Если вы на Земле возьмете песчинку из Сахары - она точно из Сахары, не из Гоби. На Марсе не так, на протяжении миллионов лет. А еще тот факт что пылевые бури непостоянны. Пылинки перенесло, и они лежат, там где упали, несколько лет. Если повезет, взаимодействуя химически, слеживаясь и диффундируя с поверхностным грунтом в месте своего нахождения. И миллионы лет так.
И что в итоге? А в итоге весь поверхностный слой марсианского грунта, за исключением очень твердых камней (которые никто не долбил и не бурил), представляет собой минеральный винегрет, намешанный из поверхностного материала всей планеты. Нет ничего удивительного, что там не встречается в чистом виде какой-либо один минерал. Но это именно поверхностный слой.
Если копнуть глубже, хотя бы на метр, (хотя в большинстве мест, возможно и меньше), то наверняка найдутся вполне удобоваримые месторождения много чего. Но это надо, как уже говорили, копать не пипеткой, а экскаватором. Привозить туда буровую с массогабаритными характеристиками КАМАЗа, а спустя некоторое время и живых геологов.

[AlexAV]

Это открытый грунт?При какой урожайности,60-70 ц с гектара?Если по 40 ц/га то там должны быть меньшие цифры.

Не важно. Это вынос в составе зерна и других частей растения, которые вывозятся с поля. Урожайность на эти цифры влияет незначительно.

[Андрей Астрофизический]

Нет. Без сера, железа, молибдена, бора, меди и далее по списку не вырастит ни одно растение на планете. Вообще ни одно. Азот + фосфор + калий для гидропоники недостаточно. С такой гидропоникой, если остальное не попадает в виде примесей в воде или как-то ещё, урожай будет ровно ноль.

Остальных всяких микроэлементов нужно сколько (в хотя бы килограммах) на тонну продукции?
Давайте так. Относительно элементов, которых надо менее 5 - 10 кг на тонну урожая, как минимум в первые пару десятков синодов жизни базы / колонии, можно вообще не беспокоиться. Их проще с Земли привезти.
А после этого срока уже и месторождения на Марсе могут быть найдены, и технологии добычи/переработки более проработаны.

[Кремальера]

Урожайность на эти цифры влияет незначительно.

В полтора раза.

Остальных всяких микроэлементов нужно сколько (в хотя бы килограммах) на тонну продукции?

В Дозатроне заправочная емкость 0,35 литра,на 3 мес работы по огурцу ,теплица-3,5 га.

[AlexAV]

В полтора раза.

Откуда Вы это взяли?

[LV46]

А вот тут Вы ошибаетесь. Граммы пыли немедленно конечно не убьёт... Но вот возможность обзавестись какой-нибудь саркомой лёгкого годам к 50, в связи с которой лечь в гроб, вполне обеспечат.

Докторов если слушать, то вообще из дому нельзя выходить. Такое впечатление, что марсонавты будут никель в чистом виде в самокрутки заворачивать и курить.
А по вашей же ссылке в химическом составе поверхности Марса вообще нет никеля и хрома, откуда вы их взяли?
https://www.researchgate.net/publication/270692163_Mineralogy_of_the_Martian_Surface

[AlexAV]

А по вашей же ссылке в химическом составе поверхности Марса вообще нет никеля и хрома, откуда вы их взяли?
https://www.researchgate.net/publication/270692163_Mineralogy_of_the_Martian_Surface

Здесь просто цифры по ним не приводятся. А там где приводятся - картина везде очень похожая. Несколько сотен ppm Ni и несколько тысяч Cr (в качестве примера см приложенную таблицу). Это весьма много.

Источник: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X05006345