Реалистичная программа колонизации Марса без планов терраформирования.

[AlexAV]

А давайте без двойных стандартов?

Тут нет никаких двойных стандартов. Для того чтобы утверждать, что в архейском кристаллическом щите нет и не может быть нефти - не нужно его разбуривать квадратно-гнездовым методом с шагом один километр. Для того, чтобы говорить, что в массиве богатых громом и железом базальтов нет и не может быть урана тоже ничего бурить не надо. И т.д. Есть довольно жёсткие геохимические закономерности, которые определяют что может быть, а что не может быть в принципе. Информации для суждения такого рода в общем уже по Марсу достаточно много.

Если же нужно что-то добывать, то недостаточно знать что это тут в принципе есть, нужно знать точно где, точно в какой форме и точно как это извлечь.

Задача "сделать оценку потенциальных ресурсов" и "наладить добычу добычу в конкретной точке" просто разные и соответственно требуют разного набора информации.

Тут речь идет конечно о беспилотной высадке, техника для геологоразведки, добычи льда и переработки его в метан и кислород, вы эти детали знаете так что не буду повторяться.

Робот который сможет осуществить это - чрезвычайной сложная машина, которую вообще-то нужно ещё ещё разработать и построить. Уж никак не проще того же Сuriosity и уж точно не дешевле. Её на данный момент нет. Чтобы просто её разработать потребуется хорошо если десятилетие. Потом после первого же запуска неизбежно выяснится, что "гладко было на бумаге" (ситуация, когда не учитывают какого-то фактора, даже постфактум, казалось бы очевидного, вроде камней в грунте - скорее норма, чем исключение) и нужно дорабатывать. Далее - едва ли первый аппарат сразу найдёт то что нужно, скорее потребуется отправка нескольких, возможно даже нескольких десятков, аппаратов. Сюда добавляем, что окно для полёта на Марс у нас открывается приблизительно раз в 2 года.

Т.е. минимальный срок до пилотируемой миссии c ISRU, если начать прям сейчас, +10 лет на разработку разведочного робота и +2-3 года его его работы там (нужно дождаться окна, он должен прилететь и проработать какое-то время), +2 года (приблизительно) для доставку и тестирование роботизированного завода (нужно дождаться окна, он должен долететь, плюс нужно время для тестирования). Если первая конструкция робота-разведчика будет неудачной или он в первой же точке ничего не найдёт - срок соответственно затягивается. Учитывая всё это, даже если начать отработку миссии прямо завтра (а для этого кто-то должен выделить на это несколько десятков миллиардов долларов прямо сейчас, разработка сложной техники - это дорого), то всё равно раньше ~2035, даже при самом удачном стечение обстоятельств, туда никто не полетит. Реалистично - и ранее 2040. О чем собственно и речь. А учитывая, что никаких авральных работ по этому направлению явно не идёт - то совершенно точно минимальные сроки лежат ещё дальше. О чем собственно и речь.

По этому пункту вопрос в общем решаемый (по крайней мере теоретически), но требует много времени и очень больших финансовых ресурсов, исключающих его решение в обозримом будущем.

[AlexAV]

Это тоже уже рассмотрели. Воздушный обдув скафандра на площадке перед шлюзом (снаружи). Затем можно добавить "душ" в самом шлюзе, и хранение скафандров в отдельном помещении. Все решаемо.

Всё равно проникать будет, хотя бы в силу факторов сбоев в работе техники и человеческого раздолбайства.

А собрать солнечные лучи тупо зеркалами с бОльшей площади в мЕньшую, нам что, религия не позволит?

На самом деле сложная при реалистичной конструкции теплиц. Опять же масса подвижных зеркал - это масса механики, которая ломается и масса отражающих поверхностей с которых кто-тто должен хотя бы стирать пыль. Это всё дорого и трудозатратно.

Я уж молчу про искусственное освещение.

Энергетическая эффективность такого решения крайне низка, электричество откуда брать в таком количестве?

на 10-15 человек

Это база масштаба лежачей МКС или чуть больше. Это не поселение и не колония даже в первом приближении. И проблемы постоянного поселения и лежачей МКС разные и не стоит их смешивать.

[AlexAV]

О том что ваши предположения об отсутствии месторождений на Марсе, основаны на поверхностных данных, я уже говорил. О том что не надо недостаточность данных трактовать то так, то эдак, в зависимости от личного удобства, тоже сказал.

Нет. Если чего-то где-то действительно много, т.е. пласты толщиной десятки метров на площади тысячи квадратных километров, то это искать не надо, это будет видно буквально с орбиты.

В качестве примера:



Это Белогорье в Воронежской области, тот белый склон состоит из достаточно чистого известняка. И таких мест и структур на планете Земля множество. А теперь покажите нечто подобное на Марсе. Покажите скалы из чистого известняка, покажите многокилометровые  низменности покрытые слоем достаточно чистого хлорида натрия, покажите дюны из чистого кварцевого песка. Если это всё есть - то это не нужно долго искать, будет видно буквально с орбиты.

Проблема, что всего этого нет.  Что в общем не удивительно. Там в амазонийской эре в принципе не было эффективных механизмов сепарации минералов, в нойскую что-то было, но видимо без биосферы всё равно эти механизмы работают не очень хорошо. По крайней мере, если достаточно чистый известняк на Земле довольно распространён, то на Марсе даже в озёрных отложениях нойской эры как максимум - какие-то мергели непонятного состава.

но, явно не всех.

Назовите хоть один материал, который исходя из известных геологических данных там можно производить если не дёшево, то по крайней мере без совсем тяжёлых извращений.

Не, ну парочку ещё назвать можно - водород (там теоретически есть один очень интересный способ, который кстати практически недоступен на Земле, на много дешевле, чем электролизом ), ну и железо (может быть, но полной уверенности нет, железа вроде бы и немало, но куда не ткни - главный железосодержащий материал это оливин, а работать с таким сырьём - уже извращение, для выплавки из него металла нужны скорее методы более характерные для металлургии цветных металлов). Что ещё? У меня фантазия закончилась. Приведите конкретные примеры.

[AlexAV]

почему там не может быть удобоваримой железной руды?

Большая часть качественных земных руд (железистые кварциты) - биогенная. Думаю не нужно объяснять почему их образование на Марсе невозможно - там никогда не было своего протерозоя.

Железные руды на Марсе конечно будут, просто кларк железа там очень большой, а значит где-то его скопления будут. Вот только скорее магматического происхождения, скажем каких-нибудь ильменитом. Беда что такие руды считаются предельно низкокачественными и малопригодными для промышленного производства железа (прежде всего из-за высокого содержания тугоплавких оксидов, таких как оксиды магния или титана, которые делают свойства шлака совершенно неудобоваримым).

В небольших количествах там могут быть гематиты и магнетиты, осаждаемые из водного раствора древних озёр. Но только в озерных отложениях нойской эры и скорее всего немного.

или мела

Мел - чисто биогенная порода. На Марсе его не может быть так как там не было своего фанерозоя. Тут всё просто.

месторождения гипса

Гипс теоретически может быть, но только в озёрных отложениях нойской и гесперийской эры. Это довольно типичный эвапорит. Другой вопрос что по сравнению с Землей его будет мало. Солёные озера нойской и гесперийской эры всё же ни по объёму, ни по длительности существования с земным океаном и близко не лежали. Один высохший Тетис наверно оставил больше эвапоритов, чем образовалось на Марсе за всю его геологическую историю.

[AlexAV]

Вы уверены что Воронежские скалы видны с орбиты?

Это структура километров в сто в длину и несколько десятков в ширину. И на всём её протяжение меловые отложения выходят прямо на поверхность. На аэрофотосъёмке или спутниковых снимках метрового разрешения видна будет более чем.

Кстати, вот спутниковый снимок с Яндекс-карты из того региона. Белое видите - это оно самое, выходы известняка на поверхность. Как можете убедится - прекрасно видно.

[AlexAV]

На марсе есть перенос поверхностных минералов глобальными пылевыми бурями.

Там полно участков, где горные породы выходят на поверхность и не покрыты пылью. Это не аргумент.

[AlexAV]

Солнечные панели + топливная пара...

Накопление энергии в виде топливной пары - это крайне расточительный и неэффективный в энергетическом плане способ.

Цепочка:

электричество - H2 + O2 - CH4 + O2 - электричество

Имеет полную эффективность около 17%. Как экстренный вариант может быть годится, как базовый непригоден совершенно. Опять же солнечные панели при среднесуточной инсоляции менее 3 кВтч/м2... Для  лежачей МКС сходится, для любой производственной деятельности, где вопрос стоимости энергии нам не совсем безразличен - уже как-то не очень.

[AlexAV]

И про актиноиды тоже не так все однозначно. Вот вы как объясняете аномально высокое содержание Ксенона-129 в марсианской атмосфере?

Ну ксенон-129 это в основном продукт распада I-129, возможно (этот источник обсуждается) - продукт спонтанного деления Pu-244. С интересующими нас актиноидами (уран и торий) он вообще никакой связи не имеет (если его источник I-129 - то просто никакого, если Pu-244 - то по-скольку его большая часть распадается в торий-232, то кое-что по торию может быть и может сказать, но немного, всё же даже в протопланетном облаке плутония было по сравнению с торием немного и его распад едва ли мог быть его важным источником).

Опять же что значит много? Для Марса характерна аномально большое соотношение Xe-129/Xe(сумма всех изотопов). Это на самом деле скорее говорит, что на раннем этапе эволюции был период, когда Марс полностью терял свою атмосферу вместе с первичными инертными газами, а существующая атмосфера - вторичная, образованная при более поздней дегазации (и соответственно с повышенным содержанием радиогенных изотопов). Но об абсолютном количестве этих радиогенных изотопов само по себе соотношение Xe-129/Xe(сумма всех изотопов) не говорит ничего.

Давайте теперь сравним не соотношение, а полную массу ксенона-129 в атмосфере Земли и Марса. Xe-129/Xe(сумма всех изотопов) для Марса 48%, для Земли 26,4%. Содержание ксенона в атмосфере Земли - 0,086 ppmv, Марса - 0,08 ppmv. Атмосфера Марса - 2,5⋅10¹⁶ кг = 5,7 10¹⁷ моль. Атмосфера Земли - 5,2 10¹⁸ кг = 1,8 10²⁰ моль.

Т.е. полное количество ксенона-129 в атмосфере Земли 4,56 10¹² моль, в атмосфере Марса - 2,2 10¹⁰ моль. Т.е. потенциально радиогенного ксенона-129 в земной атмосфере более чем в 100 раз больше по абсолютной массе, чем в марсианской! Если из этого и можно делать какие-то выводы по распространённости радиоактивных элементов на Марсе по сравнению с Землёй, то только прямо противоположные.

Правда на столько большое различие в общем количестве Xe-129 скорее связаны не столько с общим количеством первичных радиоактивных элементов там и там, а в том, что Земля более дифференцирована. На Земле этот иод-129 и плутоний были сконцентрированы в коре и верхней мантии, откуда продукты распада имели шансы попасть в атмосферу, а на Марсе размазаны равномерным слоем по всей мантии, где большая часть радиогенного ксенона заперта до сих пор. Меньшая же доля Xe-129 в изотопном составе земного явно просто связана с тем, что Земля, как очень большая планета, атмосферу теряет неохотно и здесь сохранился первичный ксенон, а на Марсе - нет.

[AlexAV]

а вот залежи кварца вполне возможны

Скорее всего довольно редки, кора там в основном сложена породами ультраосновного и основного типа, а в них образование месторождений кварца нетипично.

И залежи каменной соли тоже вполне могут найтись под слоем реголита.

Только на дне древних солёных озёр. Причём скорее всего всего мало. Там среди хлоридов тотально преобладает хлорид магния. Вообще состав солевых озёрных отложений там довольно своеобразен, т.е. скажем судя по всему большая часть водорастворимого натрия и калия там сосредоточена в ярозите. Вообще самыми распространенными месторождениями эвапоритов там судя по всему будут месторождения кизерит, гипса, бишофита  и ярозита. Остальное - редко. Такая картина явно следствие большого количества легковыветриваемого магния и двухвалентного железа и явным избытком сульфатов по сравнению с хлоридами. А эти особенности характерны практически для любой точки на поверхности Марса.   

[AlexAV]

Бетон с серой в качестве связующего, например.

Дешёвая сера - это только та, которую можно получить как побочный продукт при очистке нефти и газа. А с нефтью на Марсе не очень.

Получение из сульфатов элементарной серы потребует обжиг высокотемпературного обжиг кизеритового/гипсового сырья с последующим восстановление образующегося SO2 водородом. Обе операции (учитывая высокие энергозатраты на получение водорода) крайне энергоёмкие и достаточно дорогостоящие. Дороговатый, даже скорее абсурдно дорогой, получится серобетон.

можно будет производить перекисные материалы

Скорее нет. Для выделения их надо переводит в раствор, а в этом случае в присутствии катализатора, которым является железо и которого везде там полно, они мгновенно распадутся.

Серную  и сернистые кислоты, как сырьё для химического производства.

Даже её придётся получать методами, которые на земле не используют в связи с их нерентабельностью. Гипс для производства серной кислоты сейчас на практически не используется вовсе не по той причине, что на Земле имеется дефицит гипса, а по той, что дорого. Дешёвая серная кислота получается только из серы получаемой при очистке нефти и газа, ещё при обжиге пирита себестоимость более-менее получается (но сейчас такое производство практически вымерло в связи с неконкурентоспособностью по сравнению с производством из нефтяной и газовой серы).

Т.е. даже тут (хотя серы как элемента на Марсе и много) придётся использовать способы, которые тотально проигрывают в экономике тем, которые сейчас используют на Земле.

 

На самом деле намного больше, просто технологии для этого придётся применять непривычные для Земли.

Что конкретно?

[AlexAV]

и деградация материала очень небольшая,

Э... Они подтвердили всего 1200 часов ресурса. Для топливных элементов это довольно много, но по факту только 50 суток непрерывной работы, что для промышленного источника ни о чём. Там нужно раз в 100 больше.

P.S. Деградация, которая приводится в статье с ростом перенапряжения на 30 мВ за 1000 часов конечно не особо велика, но ресурс нужный для промышленного источника явно не обеспечивает. Плюс материалы... Кобальт, иттербий, иттрий... Лет через 50 это даже на Земле станет делать не из чего, да и сейчас дорого.

[AlexAV]

Например добыча того же золота из железо-никелевых метеоритов которые просто валяются у вас под ногами,и чистота которых такова что можно сразу печурку класть..

Никак. Выковыривание 1-2 ppm золота (типичное содержание) из железных метеоритов обойдётся дороже, чем рыночная стоимость этого золота сейчас даже в том случае, если бы они валялись на Земле. А на Марсе - вообще абсурд.

Тоже самое будет сделано относительно марсианских цепочек.

Проблема в том, что почти для любой цепочки на Марсе они получаются намного выше, чем для земных, а то и просто абсурдными.

И тут важно то, что производственные затраты попросту не могут быть сколько-угодно высоки, иначе ни о каком самовоспроизводстве речи и быть не может. Эти вопросы смыкаются с вопросами EROEI и EROMI. Реальный предел повышения, который можно ещё считать в какой-то мере допустимым, скорее всего не превышает 2-5 раз (истинный EROEI существующей земной экономики скорее всего лежит где-то между 2 и 5, отсюда и цифра). Если оптимальные цепочки для Марса будут дороже оптимальных цепочек для Земли сейчас существенно сильнее - говорить о колонизации станет абсурдным, собственно о любой экономически оправданной деятельности там скорее всего тоже.

[AlexAV]

но ведь это самое начало.

Эта область активно исследуется с начала 50-х, так что это не начало, а вершина почти 70-летних исследований. И радикального прогресса тут ожидать сложно, просто по той причине что все очевидные, дешёвые и доступные материалы уже просто перебрали. Т.е. если что-то сильно новое тут и появится, то скорее с какой-то уж совсем экзотикой.

[AlexAV]

Потому, что ресурсы Земли всё равно кончатся. Не сейчас, так немного позднее. И начинать освоение Солнечной Системы лучше сейчас, пока у нас ещё есть ресурсы, чем потом, когда мы будем вынуждены с кровью защищать или выдирать их.

Я глубоко убеждён, что существует только одна стратегия, которая оставляет хоть какие-то шансы не остаться только прослойкой костей на границе верхнего плейстоцена, а прожить сколько-нибудь существенный в геологическом масштабе срок. Построение экономики только на основе естественных потоков возобновляемых ресурсов. Только такой путь позволяет жить условно вечно, т.е. срок соизмеримый с характерным временем эволюции Солнца. Любая же экономика строящаяся на невозобновляемых ресурсах, не важно на сколько они кажется велики первоначально - это путь в никуда.

Если же исходить из этого - никакой потребности в освоение Солнечной системы (кроме удовлетворения своего любопытства, конечно) по большей части не существует, просто нечего. Во внутренней части Солнечной системы геологически активных тел, способных поддерживать существование жизни, кроме Земли, нет (Венера ещё возможно, но там условия совсем несовместимые с нашей биологией). Во внешней ещё конечно есть Ио, Титан и некоторые ещё, но условия там уж очень не соответствуют нашей биологической сущности, поэтому тоже нет.

Что касается Марса - то он геологически мёртв, и это полностью описывает перспективы его колонизации, по крайней мере в долгосрочной перспективе. А если колония не может в принципе существовать геологически долго, то нужна ли она вообще?

[AlexAV]

Все ваши расчёты базируются на постулате "освоение космоса оправдано, если оно замкнуто на Землю"

С точностью наоборот! Я считаю колонизацию оправданной только в том случае, если колония может существовать геологически долго. Если это условие не может быть выполнено - то такая колонизация просто не нужна, а скорее даже вредна.

Естественно необходимым условием тут является или полная самодостаточность, или возможность торговать с профицитом с Землёй, причём не иллюзиями, а чем-то материальным (но, конечно, отнюдь не достаточным).

как рыночная стоимость предприятий и их капитализация.

Эти вещи в том случае, если предприятие не производит с прибылью востребованный обществом продукт, есть не более как узаконенным способом мошенничества, продажей иллюзий. Поэтому действительно обсуждать это нет никакого смысла.

Обсуждать лучше в терминах физической экономики, т.е. потоках вещества и энергии, где денежная единица просто обобщённый способ оценить и выразить их величину.

[AlexAV]

А не слишком ли высокую планку вы ставите?

Цивилизации средневековой Европы/Китая тоже вполне проходят (золото, серебро, медь они конечно использовали и брали из отнюдь не из возобновляемых источников, но они не имели для них критического значения, если бы они исчезли ничего они бы вполне легко адаптировались). А то что для них было критическими ресурсами - почва, лес, железо относятся как раз к возобновляемым. Большинство обществ планеты до 19-го века этой планке вполне соответствуют (интересно что общества бронзового века в меньшей степени, чем более поздние железного), отнюдь не только бушмены.

[AlexAV]

На самом деле для разведки интересных районов с гипотетическими залежами можно приспособить стаю(3-5 шт.) кубосатов 12U на вытянутых эллипсах с перигеем в 80-90 км.

В кубсат что-нибудь кроме камеры оптического диапазона влезет? Для того же среднего ИК (для получения высокого разрешения) оптика по размеру большая, чем этот кубсат нужна. Про радарные исследования даже говорить нечего.

Что-то вроде Landsat-8 в количестве одного спутника даст больше информации, чем любое наперёд заданное количество кубсатов. Благо время на съёмку неограниченно. Кстати снимкм Landsat и на земле используют для поиска месторождений. Скажем тут про поиск золота: https://cyberleninka.ru/article/v/poiski-zolotorudnyh-obektov-na-osnove-spektralnyh-harakteristik-kosmicheskih-snimkov-landsat-i-worldview-1-mestorozhdeniya-sentachan-i

[AlexAV]

У бушменов,как правильно заметил Проходящий кот,доктора наук не водятся.

Наука появилась задолго до того, как в США была пробурена первая нефтяная скважина, а уголь в большинстве мест планеты стал восприниматься иначе, как локальная замена дров. Даже в России академия наук появилась раньше, чем в была построена первая машина Уатта, про западную Европу даже не говорю. Это в чистом виде интеллектуальный продукт средневековой Европы (и наверное высшее её достижение), т.е. вполне себе ещё продукт мира возобновляемых ресурсов.

[AlexAV]

Средневековье,особенно высокое,раз вы говорите об университетах-вполне эпоха с не возобновляемыми ресурсами.

Нет. До 1705 уголь вообще никакой роли не играет, его использование минимально и локально. Его просто не умеют использовать, паровой машины нет, первая плавка чугуна на каменноугольном коксе - 1735 год. А 18-й век это уже даже не средневековье, а новое время. Собственно до начала 19-го века роль угля в экономике ничтожна мала. А университеты в Европе это вообще 11 - 12 век. Какие не возобновляемые ресурсы в 11 - 12 веке, да даже 15 - 16 веке, Вы о чём?

Ну золото, серебро, медь, олово, свинец конечно знали и использовали, но для экономики хоть 12-го, хоть 15-го века их роль не критична (особняком конечно стоит золото и серебро, но чисто как монетарные металлы, в производящей экономике их роль тогда близка к нулю,  не было бы - придумали бы какой-нибудь другой универсальный эквивалент).

[AlexAV]

то их можно будет ведрами высыпать над нужными районами.

Зачем нужно ведро кубсатов над Марсом? Там же поверхность почти статичная, изменения со временем минимальные. Чтобы отснять всю планету хватит одного единственного аппарата.

Ну Цубамэ https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D1%83%D0%B1%D0%B0%D0%BC%D1%8D_(%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA)
конечно не кубосат.

Требуемую аппретуру снижение высоты орбиты конечно может несколько уменьшить, но в случае с Марсом большого смысла в этом не видно. Чтобы отснять всю поверхность в оптике хватит одного спутника ДЗЗ высокого разрешения почти ничем не отличающегося от тех, которые тучами сейчас летают на земной орбите. А для спектральных исследований пород на спутнике должен быть спектрограф достаточно высокого спектрального разрешения, а это обычно довольно тяжёлый и дорогой прибор, не для кубсата. Опять же тут тоже много спутников не нужно, хватит одного, но хорошего.