Дополнительный раздел – марсианский календарь
Марсианским колонистам понадобится календарь, связанный с физическими и сезонными условиями на Красной планете, – земной аналог на Марсе работать не будет. Если я скажу вам, что сегодня 1 февраля, вы сообразите, что в Миннеаполисе сейчас холодно, а в Сиднее в разгаре лето, – но что вы сможете понять из этого относительно условий на Марсе? В самом деле, потребность в марсианском календаре и в системе учета времени существует уже сегодня – по причине проводящихся и планируемых беспилотных исследовательских экспедиций. Вы знаете, какое время года сейчас на Земле, и можете с легкостью предсказать время года для любой перспективной даты, но без марсианского календаря вам будет трудно проделать то же самое в отношении Марса. Мы можем исправить это прямо сейчас.
Впрочем, есть одна проблема: марсианский год состоит из 669 марсианских дней, или солов. Как мы уже видели, правильно будет для измерения времени на Марсе использовать единицы, в 1,0275 раза более длительные, чем их земные аналоги. А вот месяцы одинаковой длины для Марса не подходят, потому что орбита планеты эллиптическая и времена года имеют неравную длину.
Нам нужно разделить орбиту планеты не на дни, а на дуги равной длины, которые планета проходит, вращаясь вокруг Солнца. Если мы хотим, чтобы месяцы были полезными единицами, и решаем сохранить земное определение этого понятия как 1/12 части года, значит, месяц должен представлять собой дугу в 30 градусов. Но как назвать эти временные отрезки? Использование существующих земных наименований будет вводить в заблуждение, а совершенно новая система окажется полностью произвольной. Однако существует набор имен, которые уже давно известны человечеству и имеют реальный физический смысл не только для Марса, но и для любой планеты Солнечной системы: это знаки зодиака. Все зодиакальные созвездия лежат в плоскости движения всех планет. Древние астрологи, имевшие геоцентрический взгляд на Вселенную, называли месяцы по имени того или иного зодиакального созвездия, на фоне которого Солнце находилось, если смотреть с Земли. Межпланетная культура все же должна опираться на гелиоцентрическую точку зрения, поэтому я решил назвать марсианские месяцы по именам созвездий, в которых будет находиться Марс, если смотреть на него с Солнца. Тогда марсианские колонисты смогут видеть знак текущего месяца высоко в небе около полуночи. В настоящее время у планетологов принято начинать год на планете с весеннего равноденствия (21 марта, начало весны в северном полушарии Земли), и в соответствии с этим обычаем марсианский год начинается с месяца Близнецов и заканчивается месяцем Тельца. Полный марсианский год приведен в табл. 6.3.
|
|
|
|
|
|
Рис. 6.2. Ареогатор для Марса
Чтобы преобразовать земные даты в марсианские, я изобрел устройство, названное мною ареогатором, – оно изображено на рис. 6.2. Вы можете использовать его, чтобы найти месяц (а потому и сезон) на Марсе для любого выбранного месяца на Земле, или наоборот, положения и углы для Земли и Марса относительно Солнца, а также определить, где в небе будет виден Марс, если смотреть с Земли, или наоборот, в любое заданное время в прошлом или будущем.
Таблица 6.3. Марсианский год
Допустим, вы хотите знать положение Марса для 2012 года. Поместите монету, представляющую Марс, на ромб на орбите Марса с надписью «12», и еще одну монету – Землю – на ромб на орбите Земли в начале января. Это будут сравнительные позиции планет на начало января 2012 года. Можно увидеть, что на Марсе – начало месяца Льва, поздняя весна в его северном полушарии. Теперь, чтобы переместиться вперед во времени, просто передвиньте монету-Марс вперед на один ромб и то же самое сделайте с монетой-Землей. Продолжайте, пока Земля не достигнет середины августа, времени прибытия «Кьюриосити». Вы увидите, что это будет конец месяца Скорпиона, или конец лета в северном полушарии Марса. Двигаясь вперед, вы обнаружите, что осталось еще два ромба, прежде чем Марс войдет в месяц Козерога – начало сезона пылевых бурь. Это соответствует ноябрю 2012 года, что дает «Кьюриосити» еще около трех земных месяцев хорошей погоды, прежде чем начнется сезон пылевых бурь.
|
|
|
Я сделал маркировку ареогатора для всех годов между 2008-м и 2022-м. Если вы хотите знать относительные положения Земли и Марса на временных промежутках до или после отмеченных, просто добавьте или вычтите из года любое число, кратное 15 (другими словами, 1975 год – то же самое, что 1990, 2005, 2020, 2035 год и т. д.). Так получается, потому что взаимные положения Земли и Марса повторяются с синодическим циклом в 15 лет.[25]
Если вы хотите знать, в каком созвездии найти Марс, проведите прямую линию между ним и Землей, а затем еще одну, параллельную ей, но проходящую через Солнце. Так, в феврале 2008 года на Марсе будет месяц Рака, но прямая, параллельная линии «Земля – Марс» и проходящая через Солнце, в то же время укажет на месяц Близнецов, и, поскольку созвездия в действительности бесконечно далеки от Солнечной системы, именно там Марс будет виден с Земли в это время.[26] А вот если бы на Марсе находились астрономы, они увидели бы Землю в созвездии Стрельца.
|
|
|
Вы заметите, что маркеры-ромбы на орбите Марса удалены друг от друга не на равные расстояния. Так получилось, потому что при движении по эллиптической орбите Марс то ускоряется, то замедляется. Для тех, кто хочет построить свои собственные ареогаторы, правильное расположение маркеров-ромбов следующее: 0°, а потом плюс или минус 28,8°, 56,5°, 82,4°, 106,2°, 129,0°, 149,6° и 170,2° от перигелия (ближайшего положения Марса по отношению к Солнцу). Перигелий наступает в середине месяца Водолея, Марс при этом находится в том же самом положении относительно Солнца, что и Земля 1 сентября.
Далее для полной системы датировки нам необходимо знать не только месяц в году, но еще и год в некотором абсолютном смысле. Вы можете увидеть, что началу месяца Близнецов соответствует положение Марса рядом с 1 января 1946, 1961, 1976, 1991, 2006, 2021, 2036 годов и т. д.
Последний такой год, предшествовавший полетам марсианских космических зондов, – 1961-й. Потому я выбрал его для начала ведения марсианского календаря. На основе этой системы я рассчитал некоторые из великих дат в марсианской истории. Они показаны в табл. 6.4.
Таблица 6.4. Великие даты в марсианской истории
Для тех, кому интересен расчет точных дат, я приведу здесь использованное мною уравнение:
Марсианский год = 1 + 8/15(Земной год – 1961)
Вы должны сначала подставить земную дату в десятичной форме. Например, 1 июля 1973 года записывается как 1973,5. Уравнение даст вам марсианский год в десятичной форме. В случае 1 июля 1973 года результатом будет значение 7,667. Оно соответствует VII году на Марсе, а если вы возьмете дробную часть – 0,667 – и умножите на 669, количество марсианских дней (солов) в марсианском году, то получите сол номер 446. Заглянув в табл. 6.3, вы обнаружите, что это соответствует 25-му дню месяца Козерога.
Я твердо убежден, что мы теперь обладаем технологиями, позволяющими высадить людей на Марс в течение десяти лет с момента, когда будет принято решение запустить программу. Я пишу эти строки в 2011 году, и если мы запустим миссию в октябре 2022 года, первый экипаж людей прибудет на Марс 9 апреля 2023 года – или в 15-й сол месяца Льва XXXIV года, в самый разгар весны в северном полушарии. Погода будет прекрасной, с ясным небом и слабыми ветрами, и посадке ничего не помешает.
Глава 7
Создание базы на Марсе
Цель первых грядущих пилотируемых миссий на Марс – исследование и разведывание Красной планеты, а прежде всего – поиск ответа на вопрос, была ли она когда-либо пристанищем жизни. По мере ее изучения этот ответ так или иначе удастся найти, и вместо вопроса, была ли жизнь на Марсе в прошлом, встанет вопрос о том, будет ли она там. Мы уже убедились, что Марс – уникальная планета в Солнечной системе, а в этой и следующей главах мы увидим, что он не только наиболее разнообразен в плане условий, если сравнивать его с любой из других наших планет-соседок, но и единственный, кроме Земли, обладает полным набором материалов и источников энергии, необходимых для поддержания как жизни вообще, так и человеческой цивилизации.
Марс не просто какое-то место, куда отправляют исследователей, или объект научного интереса – это целый мир, по сравнению с которым все другие известные небесные тела кажутся чрезвычайно пустыми и бедными. На Марсе есть ресурсы, которые позволят путешественникам выращивать пищу, изготавливать пластмассы и металлы, а также генерировать энергию в большом объеме. Нет такого химического элемента, широко использующегося в современном человеческом обществе, которого не было бы в достаточном количестве на Марсе, а природно-климатические условия на планете – такие как освещенность Солнцем или суточные колебания температуры – находятся в пределах, приемлемых для различных этапов организации человеческих поселений. Благодаря этому Красная планета способна со временем стать домом не только для горстки исследователей, но и для динамично развивающегося общества из миллионов колонистов, создающих новый уклад жизни в новом мире.
Полезные материалы – еще не ресурсы, если нет технологий для их эксплуатации. Чтобы заселить Марс или хотя бы основать там постоянный научный центр любого размера, сперва нужно разработать и применить на месте набор новых технологий использования ресурсов. Для этого на планете понадобится крупная база для проведения интенсивных программ сельскохозяйственных, общественных, химических и промышленных исследований. База также позволит поддерживать работу реактивных ракетных транспортных средств, способных достичь любой точки планеты, что поможет находить минеральные ресурсы и получать научную информацию.
Таким образом, после некоторого количества исследовательских миссий можно будет выбрать оптимальное место для базы, и марсианская программа перейдет от разведки ко второй фазе – строительству. В то время как в первых исследовательских миссиях «Марс Директ» астронавты будут использовать марсианский «воздух», чтобы производить топливо и кислород, на стадии строительства этот элементарный уровень использования местных ресурсов удастся преодолеть, и экипаж постоянной базы станет осваивать все больше и больше способов преобразования местного сырья в полезные ресурсы. Обустраивая большую базу, мы научимся добывать воду из марсианского грунта и прямо на месте растить парниковые культуры, производить керамику, стекло, металлы, и пластмассы, возводить жилые модули и надувные конструкции, изготавливать все виды полезных материалов, инструментов и строительных конструкций. В то время как начальная фаза, разведка, может осуществляться силами небольших экипажей – человека по четыре в каждом, – живущих в спартанских лагерях на огромных просторах марсианской поверхности, создание базы потребует разделения труда, а следовательно, и увеличения числа работающих людей, вероятно, до пятидесяти человек, экипированных разнообразным оборудованием и имеющих хорошие источники энергии. Целью периода строительства станет разработка и освоение технологий для производства прямо на Марсе пищи, одежды, жилья и всего необходимого для колонизации планеты.
Основать базу
В рамках плана «Марс Директ» экипажи с целью разведывания и возможного заселения будут каждые два года открыть на Марсе новые территории. Рано или поздно один из этих форпостов сочтут лучшим местом для первой постоянной марсианской базы, после чего все новые экипажи будут высаживаться на специально выделенном участке. План «Марс Директ» предполагает, что жилой модуль, в котором находится экипаж во время перелета на Марс, после посадки остается на месте. Таким образом, по мере реализации программы каждая миссия будет добавлять один обитаемый модуль к инфраструктуре базы. Хабы, расположенные на ее месте (а одним из условий его выбора станет способность вместить необходимое количество модулей), можно будет оснастить колесами, прикрепив те к опорным стойкам, а затем с помощью троса и лебедки сдвинуть ближе, чтобы состыковать или соединить с помощью надувных туннелей. Также вероятно, что будут построены жилые модули второго поколения, чьи опорные стойки смогут двигаться не только вверх-вниз (как у всех шасси), но и из стороны в сторону, позволяя шестиногим хабам передвигаться примерно так, как это делали марсиане в «Войне миров» Герберта Уэллса. В любом случае с помощью одного из перечисленных методов можно будет быстро построить первоначальную марсианскую базу в виде сети жилых модулей.
Вероятно, стальные мужчины и женщины из первых исследовательских экипажей согласятся жить в хабах бок о бок как селедки в банке, но вот большой научный штат на такое вряд ли согласится, а для программы колонизации Марса такой вариант не годится и подавно. Потому для начала придется возвести несколько крупных жилых зданий, в равной степени пригодных для развития базы и для того, что за этим последует. Для строительства будут использоваться марсианские материалы.
Своды из кирпича
В серии статей, опубликованных в конце 1980-х годов, инженер Брюс Маккензи подробно осветил эту тему и пришел к выводу, что оптимальный местный материал для строительства первых крупных сооружений на Марсе – кирпич [28]. Простая идея на первый взгляд может показаться несколько неожиданной, но на самом деле у предложения Маккензи много достоинств. Изготовление кирпичей – довольно простой процесс. Вот почему первые города на Земле возводились из кирпича, и по той же самой причине этот материал можно будет использовать для строительства первого поселения людей на Марсе. Для производства кирпича достаточно взять сильно измельченный грунт, увлажнить его, поместить его в форму под умеренном давлением, высушить, а затем обжечь. Высокие температуры для этого не требуются – много где до сих пор используется сырцовый кирпич, – при температуре печи 300 °C можно делать довольно качественные строительные блоки, особенно если замешать в материал что-нибудь вроде обрезков парашютного шелка, чтобы увеличить прочность. (Можно вспомнить, как в Библии описывается создание кирпичей египтянами: они смешивали грязь и солому. Это хороший инженерный ход, ранний пример производства композитных материалов.) На Марсе легко можно получить температуру в 900 °C, как в печи для обжига, чтобы сделать первоклассные современные кирпичи, используя либо печь с солнечными отражателями, либо тепло от ядерного реактора базы. Правда, понадобится вода, но, если печь сконструирована правильно, необходимое количество влаги даст пар, полученный при сушке кирпича при температуре 200 °C перед обжигом. На Марсе прекрасный материал для производства строительных блоков доступен почти повсеместно – это тонкая, богатая железом пыль вроде сухой глины, которая покрывает большую часть планеты слоем минимум в несколько сантиметров. При смешивании с водой та же красная пыль может быть использована для получения строительного раствора, который потребуется для укладки кирпичей. В самом деле, в экспериментах с имитацией марсианской почвы, проведенных в «Мартин Мариетта» в конце 1980-х годов, химик Роберт Бойд показал, что, просто смачивая и высушивая марсианскую почву, можно создать материал – он был назван дюрикрет (duricrete), – который схватывается почти так же хорошо, как земной бетон [29]. Результаты миссии «Викинг» показали, что марсианская почва содержит очень высокое количество кальция (около 5 %) и серы (2,9 %), в то время как анализ SNC-метеоритов, которые прилетели на Землю с Марса, показал, что названные химические элементы присутствуют на Красной планете в виде гипса (CaSO4 × 2Н2O). На Земле гипс используют для изготовления штукатурки, а если подвергнуть ее термической обработке, она станет известью. При добавлении извести к строительному раствору получается особо крепкий портландцемент.
Строительные материалы имеют различные степени прочности при растяжении и сжатии. Веревка или трос обладают большой прочностью при растяжении, но не наоборот. Стальная балка имеет большой запас обоих видов прочности. Кирпичные стены и колонны демонстрируют прочность при сжатии, но почти не выдерживают растяжения. Их очень трудно разрушить, но они оказываются почти бесполезны, если попытаться ими что-то скрепить. Тем не менее здания из блоков и цементного раствора, построенные три тысячи лет назад в Древнем Египте, стоят и сегодня. Строения из кирпича могут оказаться такими же прочными и на Марсе при условии, что их проектировщики будут придерживаться основного правила практически всей древней архитектуры: строения должны находиться под давлением.
Чтобы построить на Марсе кирпичное здание под давлением, придется выкопать траншею, а затем в ней – в римском стиле – построить катакомбы, или, еще лучше, несколько сводчатых строений, или даже атриум, как показано на рис. 7.1. Своды нужно будет засыпать грунтом, чтобы обеспечить нагрузку на конструкцию, и только потом заполнить помещения воздухом, пригодным для дыхания (произведенным либо с помощью химических модулей для получения кислорода, описанных в главе 6, либо в теплицах, которые будут описаны далее в этой главе). Количество грунта для покрытия конструкции зависит от того, сколько закачанного под давлением воздуха мы собираемся использовать. Если мы будем придерживаться предложенного ранее марсианского стандарта 5 фунтов на квадратный дюйм (3,5 фунта кислорода и 1,5 фунта азота, как в «Скайлэб»), своды помещения будет распирать направленное вверх давление около 3,5 тонн на квадратный метр. Если предположить, что марсианский грунт имеет в среднем плотность, в четыре раза превышающую плотность воды, получается, что слоя толщиной около 2,5 метра над сводами было бы достаточно, чтобы строение оставалось под давлением (помните, что сила тяжести на Марсе составляет всего 0,38 от таковой на Земле, где мы бы обошлись слоем в один метр). Такое количество грунта также обеспечит хорошую защиту от радиации, уменьшив ее примерно до земного уровня, а также отличную теплоизоляцию, так что суточные колебания температуры на поверхности Марса будут незаметны для живущих под сводами и появится возможность значительно сократить затраты энергии на обогрев жилого модуля. Строение из кирпича и грунта, вероятно, будет пропускать наружу воздух, хотя и очень медленно. Избежать утечки позволит тонкий слой пластикового герметика, либо распыленного на стены, либо нанесенного на них в виде обоев. Впрочем, со временем даже небольшие утечки прекратятся, поскольку относительно влажный воздух, выходящий из здания, приводит к образованию в диффузных путях в окружающем грунте льда. Как показано на рис. 7.1, с использованием этих относительно простых, главным образом старинных методов на Марсе можно строить здания размером с современные торговые центры.
Рис. 7.1. Катакомбы в римском стиле по отдельности или серией (а) могут быть использованы для строительства большого герметичного жилого модуля под поверхностью Марса, включающего даже просторные атриумы (б) (рисунки Маккензи, 1987)
Под куполом как дома
Жизнь в помещении размером с торговый центр под поверхностью Марса – большой шаг вперед по сравнению с обитанием в похожем на консервную банку модуле миссии «Марс Директ» (моя дочь Рейчел, наверное, не упустила бы шанса пожить в торговом центре), но в дальнейшем мы можем устроиться на Марсе и еще лучше. Нет необходимости укрываться под поверхностью планеты от радиации (как это было бы на Луне), потому что атмосфера Марса достаточно плотная, чтобы защитить людей от солнечных вспышек . Просторы планеты будут открыты для нас, и даже во время строительства базы мы легко сможем развернуть большие надувные конструкции из прозрачного пластика, защищенные тонкостенными износоустойчивыми геодезическими куполами, не пропускающими ультрафиолетовое излучение, – так мы создадим обширные площадки для проживания и для возможного выращивания урожая. Замечу, что на Луне такие простые прозрачные структуры на поверхности – даже при отсутствии проблем, связанных с солнечными вспышками, и суточном цикле длиной в месяц – были бы бесполезны, так как воздух внутри них нагревался бы до невыносимо высоких температур. На Марсе ситуация другая: внутри куполов будет создаваться нужный температурный режим.
Во время строительства базы можно развернуть купола до 50 метров в диаметре и закачать в них воздух под давлением 5 фунтов на квадратный дюйм, чтобы создать условия для жизни людей. Если купола сделать из высокопрочных пластмасс, например из кевлара (предел текучести волокна у которого 200 тысяч фунтов на квадратный дюйм, то есть он в два раза прочнее стали), при толщине стенки в один миллиметр они будут обладать тройным запасом прочности и весить всего около 8 тонн (считая вместе с нижним полушарием), плюс потребуется негерметичная защита из оргстекла весом в 4 тонны. (Конструкция из кевларового полотна, изготовленного по технологии рип-стоп,[27] вряд ли обвалится. Даже если кто-то прострелит купол диаметром 50 метров крупнокалиберной пулей, понадобится более двух недель, чтобы вышел весь воздух, то есть времени для ремонта хватит вполне.) В первые годы заселения планеты готовые купола можно будет привозить с Земли. Позже они, а также более крупные купола станут производиться на Марсе. (Масса герметизированного купола увеличивается пропорционально кубу его радиуса, а масса негерметизированного – пропорционально квадрату радиуса: 100-метровые купола будут весить 64 тонны, для них потребуется 16-тонная защита из оргстекла и т. д.)
Ключевая проблема в использовании куполов – их фундаменты. Предполагается, что естественная форма для находящейся под давлением гибкой емкости контейнера – это сфера, так как в ней нагрузка распределяется везде одинаково. Несмотря на то что такая форма проста и надежна, она способна повлечь за собой серьезные трудности, если использовать ее в качестве основы для купола убежища, потому что в таком случае придется очень много копать. Представьте надувной мяч, у которого нижняя половина зарыта в землю. Чтобы погрузить его в грунт, придется выкопать яму, равную по размерам нижней полусфере. Задача кажется пустячной, если вы развлекаетесь на пляже, а вот на Марсе, когда вы планируете построить 50-метровый купол, вам придется копать и копать. Мало того, вы сначала должны будете выкопать яму и положить в нее сферу, а потом засыпать только что вынутый грунт внутрь купола, чтобы заполнить его нижнюю половину. В результате вы получите грандиозное помещение 50 метров в поперечнике и высотой 25 метров от земляного пола до вершины (рис. 7.2а) – это красиво, но трудоемко, потому что вам придется поднять на поверхность, а затем засыпать обратно около 260 000 тонн грунта. Естественный кратер нужного размера дал бы вам большое преимущество, но очень маловероятно, что вы сможете отыскать такой, и уж тем более вы не найдете двух или большего количества подходящих естественных углублений, которые бы располагались на предполагаемом месте базы.
Рис. 7.2. Методы строительства куполов на поверхности Марса: а) закопана половина сферического купола; б) нижняя половина купола имеет радиус кривизны вдвое больше, чем верхняя; в) укрепление купола в виде шатра; г) сферический жилой комплекс с кевларовыми перекрытиями, полностью расположенный над поверхностью (рисунок Майкла Кэрролла)
Впрочем, можно обойти эту неприятность, если делать верхнюю и нижнюю половины купола с различным радиусом кривизны. Сравните две монеты разного достоинства, и вы поймете, что я имею в виду. Монета большего размера имеет больший радиус. Дуга, которую вы проведете вдоль ее края, будет гораздо более пологой, чем дуга вдоль монетки поменьше. Поэтому, чтобы долго не копаться в грунте, мы могли бы вместо целого полушария расположить под поверхностью секцию с большим радиусом кривизны, чем у верхней половины купола (рис. 7.26). Так, если конструкция над поверхностью почвы – это полноценное полушарие 50 метров в диаметре (с радиусом кривизны 25 метров), а внизу предполагается расположить секцию с радиусом кривизны 50 метров, то вместо полусферического котлована глубиной 25 метров достаточно будет выкопать яму глубиной всего 3,35 метра, а количество перемещаемой туда-обратно почвы с 260 000 тонн уменьшится до 6500. Последняя цифра делает предложенную идею весьма заманчивой. Если задействовать оборудование, способное извлекать один самосвал (20 кубических метров) почвы в час, работа над котлованом займет 48 часов.
Еще один вариант – использовать полусферический тент. Если в случае со сферическим куполом нужно погрузить в грунт его нижнюю половину, то в случае с тентом достаточно будет укрепить шатер на поверхности, закопав его кольцеобразный край («юбку») глубоко под землей (рис. 7.2в). Однако это по-прежнему потребует значительных экскаваторных работ, так как купол 50 метров в диаметре, заполненный атмосферой под давлением 5 фунтов на квадратный дюйм, будет испытывать направленную вверх силу в 6926 тонн, пытающуюся оторвать его от поверхности планеты. Это 44 тонны на метр окружности. Таким образом, если «юбку» купола закреплять на полосе шириной 3 метра вдоль всей окружности купола, то при плотности грунта в четыре раза больше, чем у воды, закапывать придется на глубину в 10 метров, иначе вся конструкция может улететь. Для этого нужно будет вырыть траншею шириной 3 метра, глубиной 10 метров и 157 метров в окружности, опустить туда «юбку» купола и засыпать ее, для чего придется переместить 18 800 тонн грунта. Впрочем, того же эффекта можно добиться, проделав значительно меньший объем работы: вырыть относительно узкий и мелкий круговой желоб (скажем, 1 метр в ширину и 3 метра в глубину – для этого придется переместить всего 1900 тонн грунта), уложить в него «юбку», а затем закрепить ее длинными, глубоко забитыми кольями. Если последние сделать полыми и пустить сквозь них горячий пар, они вмерзнут в массив льда и надежно закрепят купол на месте.
Четвертый вариант – взять опять же сферу, но не закапывать, а подвесить перекрытия на кевларовых кабелях, окружающих конструкцию, как параллели – глобус (рис. 7.2 т). Если использовать сферу 50-метрового диаметра, то первое перекрытие можно расположить на 4 метра выше основания сферы, следующее – на 7 метров, затем на 10, 13 и так далее через каждые 3 метра до пятнадцатого перекрытия, которое окажется на 46 метров над поверхностью. Общая жилая площадь рассматриваемой структуры будет огромной, около 21 000 квадратных метров. Из-за природы конструкции она не должна быть сильно нагружена, поэтому нужно использовать легкие перегородки, сделанные из материала вроде звукопоглощающего пенопласта, чтобы разделять этажи на квартиры, лаборатории, кафе, тренажерные залы, аудитории и т. п. Доступ внутрь помещения может осуществляться через туннель, ведущий к шлюзу в «южном полюсе» сферы. Укладка грунта вдоль ее основания поможет распределить нагрузки, создаваемые весом конструкции. Центральная колонна из кирпича увеличит несущую способность каждого перекрытия и позволит использовать лифт. Поскольку такая свободно стоящая сфера будет больше возвышаться над марсианской поверхностью, нежели другие рассмотренные нами варианты, для ее защиты понадобится куда больший негерметичный геодезический купол из оргстекла (впрочем, он будет весить всего около 16 тонн).
Мы видим, что создание крупных обитаемых куполов на поверхности Марса зависит от освоения новых методов гражданского строительства в новой среде. Так, первые марсианские строения могут сильно напоминать римскую архитектуру с преобладанием простых кирпичных сводов под поверхностью. Однако, как только удастся освоить необходимые технологии изготовления материалов и строительства, можно будет быстро произвести и развернуть сети куполов диаметром от 50 до 100 метров, тем самым сделав большие площади поверхности пригодными для жизни и сельскохозяйственных работ без использования скафандров. Внутри укрепленных на поверхности куполов (см. рис. 7.2) люди могли бы жить в домах более-менее привычных конструкций (за исключением того, что не будет надобности в крышах), изготовленных из, разумеется, кирпича. В случае с сельскохозяйственными участками купола получится сделать гораздо более легкими, так как растениям требуется атмосферное давление не больше 0,7 фунта на квадратный дюйм. Действительно, из-за более низких требований к давлению и надежности, вполне вероятно, марсианские купола впервые будут возведены для создания тепличного хозяйства и только потом станут использоваться для больших открытых поселений на поверхности.
Производство пластмассы
Как заметил друг семьи персонажа, которого играл Дастин Хоффман в фильме «Выпускник», главные вещи в современной жизни сделаны из пластмассы. Окружи себя пластмассой – и твое будущее гарантировано, мой мальчик! Что ж, поскольку Марс, как и Земля, обладает огромными запасами природного углерода и водорода, возможностей окружить себя пластиком там тоже предостаточно.
Ключ к производству пластмасс на Марсе – синтез этилена, который сам по себе может быть произведен в расширении реакции обратной конверсии водяного газа (ОКВГ), рассмотренной в главе 6 в качестве средства для получения кислорода.
Н2 + CO2 → H2O + СО (1)
Мы можем использовать эту реакцию для получения всего того объема кислорода, который только понадобится нам на Марсе, соединяя марсианский атмосферный диоксид углерода с водородом, избавляясь от монооксида углерода, подвергая полученную воду электролизу а затем запасая кислород. Водород мы будем использовать повторно, чтобы получить еще больше воды и, соответственно, больше кислорода. Впрочем, можно поступить несколько иначе. Если использовать водород и диоксид углерода не в соотношении 1:1, как это сделано в уравнении (1), а в соотношении 3:1, мы получим вот что:
6Н2 + 2CO2 → 2Н2O + 2СО + 4Н2 (2)
(Да, я знаю, что мог бы разделить все части уравнения (2) пополам, и все было бы точно так же, но потерпите немного.) Далее следует взять воду, произведенную с помощью уравнения (2), и конденсировать. Может, мы подвергнем ее электролизу, может, не подвергнем – это зависит от того, что нам нужнее, собственно вода или водород и кислород по отдельности. Куда важнее то, что мы сделаем с прочими продуктами, после того как избавимся от воды. Если мы захотим, то направим оставшуюся смесь окиси углерода и водород в другой реактор, где в присутствии катализатора с железной основой они прореагируют следующим образом:
2СО + 4Н2 → С2Н4 + 2Н2O (3)
Ура! С2Н4 – это этилен, отличное топливо и ключ к нефтехимической и пластмассовой промышленности. Реакция (3) весьма экзотермическая и, как и производящая метан реакция Сабатье (см. главу 6), может быть использована в качестве источника тепла для эндотермической реакции ОКВЕ. Также она имеет высокую константу равновесия, что делает возможным получение большого выхода этилена. Однако обычно протекают и побочные реакции, результатом которых становится пропилен (С3Н6) – тоже отличное топливо и ценное сырье для производства пластмассы. А вот высшие углеводороды вроде парафина, производящиеся в процессе побочных реакций, – уже не так хорошо, поскольку они могут вызывать проблемы, если не удалять их из продукта. Хотя эта система и более сложная, она имеет важные преимущества над простой реакцией Сабатье.
Во-первых, этилен включает только два атома водорода на один атом углерод, в то время как метан – четыре. Таким образом, если использовать этилен в качестве топлива вместо метана, понадобится завозить с Земли вдвое меньше водорода или добывать в два раза меньше воды.
Во-вторых, точка кипения этилена (при давлении в одну атмосферу) -104 °C, что значительно выше, чем у метана (-183 °C). При давлении в несколько атмосфер этилен можно хранить без охлаждения при средних температурах окружающей среды, тогда как критическая для метана температура ниже тех, что обычно бывают по ночам на Красной планете. Потому этилен можно сжижать на Марсе без использования криогенного оборудования, тогда как метан – нельзя. Это сокращает энергию, необходимую на охлаждение системы для производства топлива на этилене и кислороде, примерно вдвое относительно энергозатрат на охлаждение системы для производства метан-кислородной смеси. Также это значительно устраняет необходимость изолировать топливные баки и делает работу с полученной смесью во всех отношениях проще.
В-третьих, плотность жидкого этилена на 50 % больше, чем плотность жидкого метана, что позволяет использовать более компактные и потому более легкие топливные баки для марсианского взлетного модуля или роверов для поверхности Марса. В-четвертых, этилен может применяться не только как топливо или для сварки. Он используется в качестве обезболивающего, как агент для созревания фруктов и как средство сокращения времени покоя для семян. Все эти особенности будут очень полезны для создания базы на Марсе. Но как бы чудесно ни звучало сказанное, это ерунда по сравнению с главным назначением этилена и пропилена: изготовлением полиэтилена, полипропилена, а также множества других видов пластика. Из этих материалов можно делать пленку или ткань для создания больших надувных конструкций (в том числе жилых куполов), а также для производства одежды, сумок, изоляции, шин и др. Пластмассы могут быть очень плотными и твердыми, пригодными для изготовления емкостей – как маленьких, так и огромных, – посуды, инструментов, инвентаря, медицинского оборудования и бесчисленного множества других небольших, но необходимых объектов, а также жестких конструкций любого размера и формы, прозрачных и непрозрачных. На основе пластиков могут быть изготовлены смазки, герметики, клеи, ленты – список почти безграничен. Развитие производства пластмасс на основе этилена на Марсе, таким образом, откроет широчайшие перспективы для заселения планеты.
Пластмассы, конечно же, – один из основных материалов, использующихся в современной жизни. Они могут быть произведены на Марсе благодаря тому, что там есть углерод и водород. Этот факт должен заставить задуматься тех, кто считает, что Луна более перспективна в плане заселения. На Луне нет доступного углерода и водорода в сколько-нибудь значимых количествах, кроме как в чрезвычайно холодных, постоянно находящихся в тени полярных кратерах, концентрация этих элементов на естественном спутнике Земли примерно такая же, как концентрация золота в морской воде. Производство дешевого пластика на Луне никогда не станет возможным. На самом деле пластмассы там еще очень длительное время будут в буквальном смысле на вес золота.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 322; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!