Скрытый текст
Полет к другим планетам Солнечной системы — трудная задача для современных технологий. Если только мы внезапно не продвинемся в разработке термоядерных двигателей и повсеместного использования углеродных нанотрубок, то освоить космос мы сможем лишь обойдя проблему доставки стройматериалов с Земли. В этом нам помогут наработки Ай-Эс-Ар-Ю — “использование найденных или произведенных на месте ресурсов” — по максимуму.
В этом смысле такие планеты, как Марс, выглядят очень многообещающе. Посмотрим, какие из его ресурсов мы можем использовать для своего выживания и какие технологии для этого потребуются, и что нам еще предстоит разработать.
Луна, конечно, к нам ближе, но Марс считается более перспективной планетой для полноценного заселения людьми.
У него есть свои недостатки: гравитация 38 %, слабая защита от радиации, крайне разрЕженная атмосфера, очень холодно и мало солнечного света по сравнению с Землей.
Недостатков много, однако и ресурсов на Марсе немало. В 2016 году Роберт Мозес и Дэннис Бушнел из исследовательского центра НАСА Лэнгли представили на эту тему подробнейший отчет под названием “Перспективы использования местных ресурсов для обеспечения пребывания людей на Марсе”
Давайте посмотрим, что может предложить Марс.
Один из важнейших ресурсов — это вода.
Давно известно, что на полюсах планеты есть огромные запасы замерзшей воды. Если ее растопить, получатся целые океаны, но они слишком далеко от более теплых регионов, где смогли бы жить люди. В атмосфере тоже мало воды.
В своем плане “Марс Директ” доктор Зубрин предложил доставлять водород с Земли и соединять его с марсианским кислородом, чтобы получить воду.
Недавно несколько аппаратов нашли признаки существования больших запасов воды вдали от полюсов.
В 2018 году НАСА сообщило, что Марсианский разведывательный спутник обнаружил слой замерзшей воды прямо под поверхностью планеты в более центральных широтах.
Сейчас полагают, на экваторе марсианский грунт, — реголит,- содержит от трех до восьми процентов воды, а а на широте шестьдесят градусов — целых сорок. Так что воды людям хватит.
Другой важный элемент — кислород, и его предостаточно как в атмосфере, состоящей углекислого газа, так и в породе наряду с другими элементами.
Если добавить воду в реголит, то высвободится кислород.
Углерод можно получить из углекислого газа в атмосфере.
Имея водород, кислород, углерод и воду, можно покрыть основные нужды человека и, кроме того, синтезировать много чего полезного: метановое топливо, разные виды пластика и, конечно, воздух для дыхания и питьевую воду.
Но это не все, чем богата красная планета. Анализ космических данных и данных марсоходов показал, что в реголите планеты есть и другие элементы.
Внутри древних вулканов образовалось множество минералов, которые можно добыть.
На планете много железа, благодаря чему Марс имеет красный оттенок.
Много интересных минералов обнаружил ровер Кьюриосити: например, гипс, содержащий кальций и серу.
Снимки из космоса показали наличие ярозита, из которого можно получить калий.
Марсоход “Оппортьюнити” обнаружил на участке, названном Эль-Капитан, минералы с зеленым оттенком, содержащие медь — как антлерит или брошантит.
В этом году НАСА сообщило об обнаружении оливина — минерала, который обычно находится в недрах планет. Вероятно, он попал на поверхность Марса в результате извержения вулкана. Этот минерал богат магнием.
Марсианские метеориты, найденные на Земле содержат и другие элементы — такие как алюминий, титан, хром. Это значит, что этих металлов много в реголите Марса.
Следы лития, кобальта, никеля, цинка, ниобия, молибдена, лантана, европия, вольфрама и золота также присутствовали в этих фрагментах.
В статье две тысячи тринадцатого года геологи предположили, что на молодом Марсе при взаимодействии воды и пород выделялось в 45 раз больше фосфора, чем на Земле.
А фосфор очень пригодится для выращивания растений на Марсе. Мы уже упоминали, что в верхнем слое марсианского реголита содержатся прохлориты. А значит, можно получить хлор.
С помощью анализатора образцов «СЭМ» марсоход Кьюриосити изучал марсианскую атмосферу и нашел в ней следы азота, ксенона и криптона. Это указывает на присутствие где-то внутри реголита таких элементов, как, например, бром и барий.
В 2016 году Кьюриосити обнаружил бор и натрий в минеральной жиле и в том же году, но уже в другом месте, — породы из оксидов марганца.
В 76-м году аппараты НАСА “Викинг” прилетели на Марс и взяли образцы грунта; оказалось, что он на 40 процентов состоит из диоксида кремния — а это главный ингредиент стекла.
Большинство основных элементов, нужных людям для жизни, производства топлива и материалов, есть на Марсе, и это не удивительно, ведь мы с Марсом близкие соседи и сформировались из той же солнечной туманности.
Еще один ресурс — это металлические метеориты, которые разбросаны по всему марсианскому ландшафту. Их находили аппараты Спирит, Оппортьюнити и Кьюриосити. В составе каждого встречаются никель, железо и много редких элементов, как, например, рутений, который может служить катализатором при производстве метана. Осталось решить, что мы будем со всем этим делать?
Что создавать? Какие технологии и химические приемы для этого нужны?
Сейчас обсудим, но сначала поблагодарим Дэвида Марка, Эда, Оушен и Дилана Макинтайров и еще восемьсот тридцать четыре человека, которые поддерживают нас на патреоне. Благодаря им мы создаем еще больше материала. За последние два месяца мы выпустили 22 новых видео на этом канале, и кроме того, еженедельные эпизоды “Викли Спейс Хэнгаут” и “Астрономи Каст”. Все они находятся в бесплатном онлайн-доступе: без регистрации и смс. Если вы хотите поддержать наш канал, переходите по ссылке в описании и смотрите все выпуски без рекламы. И будущие тоже. Даже если позднее передумаете.
Итак, мы перечислили все полезные нам ресурсы Марса. Попробуем рассмотреть их с точки зрения перспективы поддержания жизни людей — от первопроходцев до тех, кто там поселится.
Чтобы выделить из реголита воду, нужно всего лишь нагреть его и собрать испарившуюся влагу в резервуары.
Можно установить солнечные тенты, под которыми будет греться почва, и потом собирать испаряющуюся воду.
Или оборудовать марсоходы микроволновыми установками, которые будут делать то же самое. Они смогут добывать воду в любом удобном месте и привозить её на базу для дальнейшего использования. Реголит также можно извлекать экскаваторами и нагревать в солнечных печах, чтобы не потерять ни одной капли ценной жидкости.
Углекислый газ предполагают выкачивать из атмосферы и охлаждать до состояния льда. Доктор Роберт Зубрин придумал технологию заморозки диоксида углерода из марсианской атмосферы — она позволит получать до 300 грамм диоксида углерода при мощности 400 ватт.
Одно из важнейших веществ, которые можно синтезировать на Марсе, — метан; он состоит из углерода и водорода. Технология синтезирования метана хорошо изучена; ее придумал почти 100 лет назад французский химик Поль Сабатье.
Соединяем диоксид углерода с водородом, добавив в качестве катализатора никель или рутений — получится метан и вода. В результате этой реакции выделяется тепло, которое тоже пригодится на холодном Марсе.
Метан можно использовать в качестве ракетного топлива. А еще он является химическим энергохранилищем, для которого не нужны громоздкие батареи.
Получив нужные ресурсы, надо позаботиться, чтобы они не замерзли и не повредили трубы и цистерны. Есть вариант использовать в качестве антифриза токсичные прохлориты из реголита.
Все равно придется вымывать их из почвы, чтобы выращивать на ней пищу.
Еще можно синтезировать гидраты.
Из водорода, кислорода и углерода можно делать пластик с помощью метода, который называется «Реакция сдвига водяного газа».
Соединяют водород и углекислый газ, и получается вода и монооксид углерода, который далее проходит через катализатор на основе железа, превращаясь в этилен.
Это отличное топливо, а еще этилен — основа разных синтетических соединений, из которых делают одежду, строительные и клеящие материалы, краски и многое другое.
Пластик служит исходным материалом для 3-Дэ принтеров, которые могут напечатать что угодно — пластиковые запчасти, ткани, крепёжные тросы и практически любые структуры.
Существует множество способов извлечь металлы из местного грунта.
Но, возможно, самый простой — это использовать бактерии. В Делфтском техническом университете придумали систему, работающую на заполненном бактериями биореакторе. Бактерии смогут переработать реголит в магнетит, который затем можно извлечь магнитами.
Компания “Мэйд Ин Спэйс” уже продемонстрировала возможности 3-Дэ печати на МКС, а система “ВУЛКАН”, которую все ждут, будет печатать детали из аэрокосмических металлов, как титан или алюминий, а также из высококачественных полимеров и гибридных компонентов из нескольких материалов.
Дизайнеры и инженеры смогут отправлять по и-мейлу схемы с Земли на 3-Дэ принтеры, помогая обслуживать оборудование и осваивать инопланетные материалы, оставаясь на месте.
Мы сняли целый эпизод, посвященный тому, как выращивать еду на Марсе и сделать так, чтобы население в миллион человек было способно себя прокормить.
Растения могут расти в Марсианском грунте, если убрать из него прохлориты и добавить удобрения. Но еще лучше с этой задачей справятся гидропоника и аквапоника — так что у будущих жителей красной планеты будет полно свежих овощей, особенно картофеля.
Из реголита на Марса вполне реально создавать достаточно крупные постройки. Используя камеры высокого давления, можно спрессовать грунт в блоки разной формы, которые будут прочнее железобетона. Без необходимости в термообработке и большом количестве жидкости.
НАСА прямо сейчас испытывает самые разные экскаваторы и самосвалы, чтобы понять, как перевозить максимальный объем реголита, нужного для строительства.
Даже просто насыпав его поверх жесткой конструкции мы обеспечим защиту от радиации и контроль температуры. Но чтобы создать из реголита более сложные структуры, нужны гигантские 3-Дэ принтеры, которые слой за слоем построят жилые помещения.
Недавно НАСА провело конкурс на лучший 3-Дэ проект марсианского дома; приз в 100 000 $ разделили между собой три команды.
Команда Сэрч-Эпис-Кор придумала многоуровневые башни, которые можно укреплять по мере того, как они будут расти ввысь.
Свет в здание будет проникать через окна. Команда Зоферус разработала жилища, которые сможет печатать автономный марсоход-принтер. Напечатал дом и переместился в другое место!
Команда “Марс инкьюбэйтэр” придумала отличный дизайн, где отдельные здания сферической формы соединены друг с другом. Максимум прочности и минимум материала!
Утверждать что-то пока рано, но, похоже, все ресурсы, которые нужны человеку, чтобы выжить на Марсе, есть на Красной планете. Некоторые из них — например, реголит, легко добыть, а вот другие материалы потребует сложной обработки, прежде чем их использовать.
Постепенно на Марс будет отправляться все новое и новое техническое оснащение, которое позволит экономить усилия и продвигаться в решении наших задач.
Со временем, когда эти технологии будут освоены и проверены, а инженеры накопят необходимый опыт и сформируют целостную концепцию, человечество будет готово осваивать Красную Планету и даже жить на ней.
Pages: 1 2
