Пост навеян беседами о колонизации Марса и космоса вообще. Речь идет о текущем положении вещей. Без горячо мною любимой фантастики и туманных прогнозов. Вот как будто завтра надо будет разрабатывать план и готовиться к переезду.
Логика подсказывает, что колония на Марсе может быть либо автономной, либо не автономной. Да, степень автономности может разниться, но в общем, это два основных типа колоний. Давайте попробуем разобраться, с какой целью создаются колонии.
Одним из основных аргументов в пользу колонизации является защита от вымирания в случае грядущих катаклизмов на Земле. С этой точки зрения, не автономная колония, в случае проблем на Земле, также испытает на себе последствия этих проблем и может погибнуть, если прекратятся поставки. Таким образом, мы приходим к необходимости создания полностью автономной колонии, хотя бы в перспективе, т.к. в противном случае, игра не стоит свеч.
Давайте рассмотрим, что же должно быть в составе автономной колонии, и с какими трудностями придется столкнуться. Хотя бы на примере Марса.
Сырье
В первую очередь, для полноценной жизни в современном ее виде, нам нужны различные материалы, как для постройки собственно жилья, так и для всего остального. Огромная часть того, что мы используем, так или иначе завязано на ископаемых. Для оценки размаха, можно проследить цепочку нескольких продуктов до исходного сырья.
Итак, что нам нужно «для счастья»?
Металлы: железо, алюминий, медь, титан, золото, платина, серебро, свинец, литий, олово, ртуть, и это далеко не полный список. Конечно, потребность в каждом конкретном металле будет сильно розниться, но потребность будет в каждом из них. Отдельным пунктом уран. Он, мягко говоря, тоже пригодится.
А что с неметаллами? Да и неметаллы практически все нужны. О дереве мы не говорим, о нем придется забыть, как о строительном материале. Нефть нужна, метан пригодится. Даже не для использования в качестве топлива, а для синтеза пластика, без которого наша жизнь станет значительно сложнее. Я не большой специалист в химии и не возьмусь ручаться за все, но, на сколько я в курсе, очень многие пластики синтезируются из этилена или бензола, или других производных нефти, или метана, или каменного угля. От углеводородов не уйти. Либо, если не найдется нужного, нужно будет изобретать или применять другие способы синтеза из того, что имеется.
Для добычи полезных ископаемых потребуются шахты, скважины, установки, карьерная техника. Причем, нужно заметить, что те наработки, которые мы используем на Земле на протяжении многих лет, скорее всего либо не подойдут вообще, либо потребуют значительных изменений и адаптации под условия Марса.
Если говорить грубо, то в идеале, нам потребуется добывать все то, что мы добываем Земле. С некоторыми поправками на количество. Т.к., например, столько угля и газа нам будет попросту не нужно, электростанции на этом виде топлива работать не смогут, как и доменные печи, к примеру, которые в противном случае потребуют очень значительных затрат на кислорода.
Напомню, что все это разнообразие нужно будет найти на колонизируемой планете, и наладить не только добычу, но еще и переработку. С добычей все, вроде как, понятно горное дело у нас достаточно развито. Да, для начала нужно будет завезти достаточно много оборудования, очень тяжелого оборудования. Которое, допустим, уже адаптировано под марсианские условия работы. Далее, мы сможем расширять базу за счет уже добытых и переработанных ресурсов, но для этого потребуется не только сырье, пусть даже переработанное, но еще и очень много дополнительного оборудования, которое потребуется при изготовлении деталей, компонентов и т.д.
Под этим разделом ставим жирную галочку напротив энергозатрат и рисуем приличную цифру в поле минимальной популяции колонии для обеспечения всего этого рабочей силой. Не забываем про минимальный забрасываемый вес. А начинать нужно будет с размахом. Прогрессировать с каменных топоров не получится — топоры там вообще без надобности.
Промышленность
Коль уж мы заговорили о том, что все необходимое должно производиться в самой же колонии, нужно поговорить о промышленности. Необходима будет, как легкая, так и тяжелая. Станки, от небольших, до громадных, печи, прокатные станы, обогатительные комбинаты, с их центрифугами и всем остальным, и так далее. Думаю, что не стоит объяснять, что такое промышленность. Все это должно быть построено из того самого сырья, что мы добыли в предыдущем разделе. Парадокс в том, что для производства многих инструментов нужны эти самые инструменты. А технологические цепочки для производства одного только винтика в каком-нибудь станке могут быть на столько сложны и витиеваты…
Отдельным пунктом электроника. Заводы по производству электроники тоже нужно будет переносить с Земли или строить заново, но на базе привезенного оборудования. Думаю, что про необходимость подобных производств сомнению не подлежит.
100500 других производств, о которых сейчас мы даже не задумываемся, но которые нам потребуются, продуктами которых мы так или иначе будем вынуждены пользоваться. Производства мебели, продуктов питания, одежды. Ведь мы решили, что колония будет автономной, что мы будем на месте производить все, что мы производим на Земле. От маленькой скрепки до тех самых ракет, которые запускаются в космос.
Ставим галочку напротив энергоснабжения и прибавляем минимальное население.
Транспорт
Во-первых, давайте посмотрим на Землю, на то, как у нас на Земле размещаются полезные ископаемые. Где-то густо, где-то пусто. Едва ли добыча всех сырьевых ресурсов будет производиться в метре от места размещения колонии. Конечно, до того, как основать колонию, лучше подумать над тем, где ее разместить. И место выбрать с учетом близлежащих запасов первой необходимости. Но как бы там ни было, а транспорт нужен.
Особенность в том, что при всем желании старый добрый ДВС у нас в пролете. Ну и ладно! Скажете вы. И будете правы, но лишь отчасти.
Лирическое отступление. В чем, собственно, особенность в сжигании углеводородов? Особенность в том, что для сжигания условного водорода, нам нужен водород и кислород. На Земле нам при этом не приходится думать над получением кислорода, мы забираем его напрямую из атмосферы. Если же мы все-таки остановимся на ДВС, нам нужно будет подумать над обеспечением его не только углеводородами, но и кислородом, который также придется возить с собой. И если пересчитать энергоемкость бензина с учетом перевозки с собой всего кислорода, необходимого для его сжигания, то будет уже не так здорово.
Тоже самое касается и аккумуляторов. В них также происходят реакции, в которых участвует пара веществ, которые приходится постоянно возить с собой. Но и это постепенно уходит — воздушно цинковые элементы, например, имеют такую высокую энергоемкость в том числе и из-за того, что второй компонент — воздух, который с собой возить не приходится. Даже сами люди, кстати, тоже относятся к роду «устройств», которые окисляют углерод и водород, поглощая пищу и возвращая назад углекислый газ и водяной пар.
На Марсе такой фокус не пройдет — аккумуляторы придется возить с собой, но и это еще не все. Литиевые аккумуляторы нельзя заряжать при отрицательных температурах, а при средней температуре в -50 градусов это уже проблема. Для обогрева аккумуляторов тоже нужны дополнительные меры.
Теперь представим себе карьерный грузовик и аккумулятор для него. Я почему-то аккумулятор вижу только в кузове. Полагаю, что возить за собой аккумуляторы может быть не совсем выгодно и удобно, так что придется строить контактные сети и ездить на «троллейбусах» и «электричках». Либо же все-таки, все возить с собой, и окислитель и топливо, но тут надо считать, что будет выгоднее.
Авиация при такой разряженной атмосфере и с электроприводом представляется весьма сомнительной затеей.
Ракетная техника. Запуск при меньшей гравитации естественно потребует меньших энергозатрат, но кислород, который сейчас не редко используются в качестве окислителя в ракетах, получать будет гораздо сложнее. Например, расщепляя воду. По энергозатратам это будет больше той энергии, которую вырабатывает двигатель ракеты за все время ее работы. А следовательно, не самый оптимальный вариант, опять же.
Ставим галочку напротив энергоснабжения. Еще одна жирная галочка.
Жилье
Дома нужны. Из чего их строить вроде как понятно. Небольшой нюанс — практически нулевое давление снаружи и весьма приличное внутри. Пускай это будет не одна атмосфера, а пускай 0,3 и чистый кислород, чтобы сохранить парциальное давление. Пускай 0,3 килограмма на квадратный сантиметр. 3 тонны на квадратный метр. Это вроде бы не много. Допустим, для максимальной прочности, мы будем рассматривать конструкции в виде трубы.
Дюралевая труба с толщиной стенки 3 миллиметра диаметром 3 метра лопнет при давлении в 4 атмосферы. Если я ошибся в расчетах – поправьте. Не очень большой запас прочности, когда речь идет о жизни. Крупные строения будут требовать еще больше материала. Значительно больше.
Еще один нюанс — повышенный уровень солнечной радиации, от которой так же нужно защищаться. Это тоже затраты. Причем, пока не ясно даже примерно, на сколько большие.
Утепление – тоже затраты. Несмотря на небольшую плотность атмосферы охлаждаться конструкции все равно будут, а это сулит выпадение конденсата, со всеми вытекающими.
Неизбежна так же коррозия (вообще атмосфера из чистого кислорода это круто), повреждения в результате различных происшествий.
Разгерметизация с высокой вероятностью приведет к легкому случаю смерти. По этому, герметичные переборки с люками вместо дверей будут уместны. В общем то очень похоже на авиалайнеры. Условия похожие.
Круглогодичное отопление, системы жизнеобеспечения, освещения — все это выливается в приличные затраты энергии.
Отдельно стоит отметить, что если человеку подойдет чистый кислород, то растениям нужен еще и азот. Соответственно, либо давление надо поднимать для поддержания парциального давления кислорода, либо содержать различную атмосферу в разных отсеках. Шлюзование, скафандры для теплиц и так далее.
Вода
Вода есть. Уже хорошо. Но в каком виде? На полюсах вроде как ледники есть, но там будет не вполне комфортно, как в зимнее время года, из-за очень низких температур за бортом, так и во время таяния углекислотных шапок. На экваторе жидкой воды также нет, и ледников тоже нет. Пробурить скважину и накачать водички, или начерпать из реки наверняка не получится. Придется растапливать, фильтровать, выкидывать высушенную породу. Похоже на добычу руды с последующим обогащением, не находите? Жить на экваторе, а воду доставлять с полюса? Далеко, а значит дорого.
Да, со временем некий баланс установится, и потребление внешней воды сократится, но оно все равно будет из-за потерь и роста колонии. Да и в первое время воды нужно будет добывать много. А теперь вспомним о том, что на Земле, с нашими океанами и дождями, существуют области, где люди страдают от нехватки воды.
Как бы мы не надеялись, а это опять галочка на энергозатратах.
Еда
Понятно, что все придется выращивать самим. И растения и животных. Если с животными нам потребуются не столько большие помещения, сколько затраты на пищу, то вот для растений потребуются поля, причем очень больших площадей, ведь население, как мы понимаем, нам уже требуется очень немалочисленное.
Все это придется дополнительно освещать, не думаю, что растения будут рады солнечной радиации, да и света от Солнца будет не достаточно, даже не говоря о периоде, во время пылевых бурь.
Для выращивания рыбы потребуются большие по площади бассейны, освещение, фильтрационные установки. Опять же — большая площадь и энергозатраты. Тут все как будто более менее понятно, аэропоника работает уже сейчас, рыбу успешно выращивают в неволе, все эти системы откатаны. Выращивать только надо будет все разнообразие, обеспечивать различные условия для различных культур.
Как будут чувствовать себя растения, животные и рыбы в условиях пониженной гравитации — вопрос. Понятно, что с деревьями точно будет не легко, им ветер нужен, они без него хрупкие вырастают, да и что вырастет при низкой гравитации (и каких размеров) — вопрос.
Медицина
Начиная от медикаментов, которых очень-очень много, и их нужно будет производить, а большинство из них придется производить из того, чего в принципе на Марсе не существует, и заканчивая томографами, которые, кстати говоря, весьма немало весят.
Энергии надо не так много, а вот квалифицированные кадры — очень даже уместны.
Также сыграют роль абсолютно иные условия пребывания. Состав атмосферы, питание, гравитация. Как все это в долговременной перспективе повлияет на людей, на здоровье, какие надо будет применять меры? Это даже не год на орбите с заготовленной едой. Это вся жизнь.
Энергетика
Так как энергии солнца поверхности достается вдвое меньше — так или иначе от половины, до полной мощности надо будет компенсировать. Скорее всего полную мощность, от солнца надо будет прятаться. Это и освещение садов и отопление помещений. То, что на Земле происходит «само» — фильтрацию сточных вод, полив, регенерацию кислорода тоже надо будет, так или иначе, компенсировать. Растениям нужно порядка 250 Ватт на квадратный метр (увлекающиеся гидропоникой, не дайте соврать).
Пускай световой день 12 часов, половина. Для разных видов будут нужны разные условия, кому больше света, могу меньше, кому дольше, кому короче. В среднем возьмем 125 Ватт на квадратный метр. Пускай в одной теплице у нас ночь, в другой — день. Постоянная мощность — все те же 125 Ватт на квадратный метр. На квадратный километр потребуется уже 125 Мегаватт. Это только свет.
Для отопления такой мощности может быть недостаточно, для земных домов затраты в 100 ватт на квадратный метр это не очень много, бывает больше. Бывает и поменьше. Но на Земле нет таких мест, где бывает ночью -100. Пускай для ровного счета будет 150 Ватт на квадратный метр. Одного гигаваттного реактора хватит на 6.6 квадратных километров, если считать только по электричеству и на 21.3 квадратных километра по теплу. Нам не все нужно в виде тепла, но часть энергии можно отбирать именно так. Не сбрасывать же ее.
Это затраты только на компенсацию энергии солнца. То, что на Земле нам достается даром. Вдумайтесь: даром. Все остальные затраты ложатся сверху. На производство, на транспорт.
Сколько человек сможет обеспечивать один квадратный километр теплиц, я сказать не могу. Точно понятно, что плотность населения для городов тут подходит слабо, как и в целом по планете. Например, плотность населения Германии — 229 человек на квадратный километр. Это значит, что на обслуживаемой одним реактором территории будет жить, грубо, 3500 человек. Но это только допущение. При желании можно посчитать точнее.
Энергии потребуется много. Какие у нас есть варианты? Солнечная энергия это хорошо, облаков нет, но есть смена времени суток, времени года, пылевые бури, да и энергии, как таковой, вдвое меньше, чем на Земле. Для компенсации только той доли энергии, которую мы потратим на возмещение нехватки солнечной, нужно будет иметь солнечные батареи по площади вдвое больше, чем освещаемая территория. Не очень привлекательно.
Ветроэлектростанции в такой разряженной атмосфере будут, пожалуй, тоже не слишком эффективны. Волновые и приливные, по понятным причинам — мимо. Уголь и газ жечь не получится — окислителя нет.
Мирный атом? Выходит, чуть ли не единственный вариант. Надо только где-то добывать топливо и обогащать его.
И здесь встает самый главный вопрос — сойдется ли дебит с кредитом. Очевидно, что затратная часть человеческих ресурсов гораздо больше, чем на Земле, а значит и энергии потребуется гораздо больше. Следовательно, сырья нужно добывать больше. И здесь, еще один вопрос — смогут ли люди в условиях возросших затрат просто себя прокормить. Ведь может оказаться, что для обеспечения функционирования колонии потребуется больше человеко-часов, чем могут отработать живущие в колонии люди.
Хватит ли ресурсов на развитие? Грубо говоря, завезли ядерного топлива для реактора. Его хватает на одну кампанию. Хватит ли энергии этого реактора на обеспечение жизни колонии на все время кампании с учетом необходимости добыть и обогатить уран для следующей загрузки?
Социальные особенности
Ограниченная площадь, постоянный риск для жизни, замкнутое пространство, тяжелый труд, уровень психологического напряжения определенно будет высок. Нужны будут какие-то меры по поддержанию порядка, по управлению, в общем, все то же самое, что и на Земле.
Колонисты могут быть очень разнообразны, выжимка Земного населения. Как на подлодке. Только там военные с выправкой и дисциплиной, причем зачастую соотечественники, а тут полный спектр, причем часто враждующих людей. Враждующих в земных, практически тепличных, по сравнению с марсианскими, условиях. И каждому подавай демократию. Военная диктатура будет не слишком привлекательна для приезжих.
Колонизация
Последний штрих — люди. Колонию необходимо каким-то образом заселить. Пускай Маск доставит всех желающих всего по $499* тысяч долларов. Что это за цифра? Это 41 год по 1000 долларов в месяц. Да, есть некоторое количество людей, которые могут себе это позволить, не собирая на полет всю свою жизнь. Но в колонии будут нужны, в том числе и не миллионеры, которых, кстати, нужно будет кратно в десятки раз больше, чем так называемой интеллигенции. Горняки, сталевары, слесари, монтажники, сапожники, в конце концов. Причем нужно их будет очень много, а если их не будет, некому будет делать их работу, а значит и жизни не будет.
Так, все-таки, кто заплатит за их доставку? Вариант: одолжить денег, прилететь на Марс, быстренько заработать там и отдать долг? Получится ли?
Не автономная колония.
Допустим, мы отказались от идеи автономности, так как не в состоянии добывать все необходимое, либо не сошелся энергетический баланс, не суть важно. Большая часть ресурсов доставляется с Земли. Всем известно, что это дорого. Основной вопрос — чем платить?
Ну вот есть колония, получает она от земли некоторые блага, надо же за них как-то расплачиваться? Надо что-то производить и отправлять на Землю. Пускай стоимость доставки грузов будет порядка 5 000$ килограмм. Не так и много (?), но это с учетом расчетов Маска с Земли на Марс. А на Марсе у нас будет туго с топливом. Это уже отход от первоначальной установки «без фантастики» и «доступное сегодня». Но допустим даже так. Не так уж и много на Земле вещей, которые стоят таких денег за килограмм. А должно же быть дешевле. С учетом производства.
Третий вариант – последний
Третий вариант – это колония, которую кормит Земля. Вроде космических станций, только гораздо дальше и в содержании дороже. Вполне себе может существовать, но ровно до тех пор, пока у того, кто платит за весь этот банкет, не закончатся деньги, либо интерес к происходящему. И что тогда? Кислород по праздникам, вода на выходные?
Я не хочу показаться пессимистом, я призываю к попыткам осознать, а может быть и просчитать, все сложности и затраты для оценки хоть сколько-нибудь реальных перспектив создания колонии на том же Марсе.
Спасибо Bigbad за помощь в написании статьи.
Автор: frig
