Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете - Роберт Зубрин

Неоднократно предлагалось производить кремний на Луне, чтобы изготавливать прямо там большое количество солнечных батарей. Эта идея имеет серьезные недостатки. Да, совершенно верно, диоксид кремния очень распространен на Луне, лучшего пожелать нельзя, но углерод и водород, необходимые для его превращения в чистый металл, отсутствуют. Хотя в описанных выше процессах эти реагенты используются повторно, в действительности всегда есть потери. Если вы хотите производить металлический кремний или любой другой металл на Луне, в конечном итоге вам придется завозить много углерода и водорода. На Марсе, напротив, оба этих элемента доступны в естественных условиях.

В качестве последнего примера получения ключевого промышленного металла на марсианской базе рассмотрим медь. На Луне ее нет, а вот в SNC-метеоритах ее удалось обнаружить примерно в тех же концентрациях, что и в почве на Земле. Однако они довольно низки, всего около 50 частей на миллион. Если вы хотите получить сколько-нибудь значительные количества меди, вам не удастся извлечь ее из почвы. Вместо этого вам придется искать участки, где природа сосредоточила металл в виде руды. В коммерческом плане наиболее важными источниками медной руды на Земле служат сульфиды меди. Как мы уже видели, сера гораздо более широко распространена на Марсе, нежели на Земле, и вероятно, что месторождения медных руд имеются на Красной планете в виде залежей сульфидов меди, сформировавшиеся на основе лавовых потоков. После обнаружения руды медь легко можно будет восстановить выплавкой или выщелачиванием, как это практикуется на Земле с древних времен.

Приведенный пример доказывает тот факт, что, в общем, единственный способ доступа к геохимически редким элементам – добыча местных концентраций богатых минеральных руд. Однако найти руды удастся только там, где проходили сложные гидрологические и вулканические процессы, которые сосредоточили элементы в рудных месторождениях, а в пределах Солнечной системы такие процессы имели место только на Земле и Марсе. Таким образом, у нас должна быть возможность найти на Красной планете концентрированные руды почти любого металла, редкого или распространенного, который понадобится нам для построения современной цивилизации.

Должно быть очевидно, что доступность больших количеств тепловой и электрической энергии – необходимое условие для строительства основательной марсианской базы. Может быть, так не принято говорить, но, безусловно, лучший способ обеспечить эту энергию в первые годы – импорт готовых ядерных реакторов. На Земле сегодня основными источниками энергии для нашей цивилизации являются ГЭС, АЭС, а также ископаемое топливо и древесина для сжигания. Геотермальное тепло когда-нибудь станет четвертым источником, а вот солнечная энергия и энергия ветра стоят далеко позади него по значимости и играют очень незначительные роли. На Марсе гидроэлектростанции и сжигание ископаемого топлива использовать невозможно. В долгосрочной перспективе окажется доступна энергия термоядерного синтеза, поскольку отношение дейтерия (тяжелого изотопа водорода, который необходим как топливо для термоядерных реакторов) к обычному водороду, найденному на Марсе, в пять раз выше, чем на Земле. К сожалению, термоядерных реакторов в настоящее время не существует. Это значит, что ядерная энергетика остается единственным вариантом для получения больших объемов энергии в начале колонизации Марса.

Ядерный реактор, способный производить 100 кВт электрической и 2000 кВт тепловой энергии круглосуточно в течение 10 лет, должен весить около 4000 килограммов – всего 4 тонны, – то есть он будет достаточно легким, чтобы привезти его с Земли. В противоположность этому, массив солнечных батарей, способный произвести то же количество электрической энергии при круглосуточной работе (и всего 1/20 часть тепловой энергии) в течение примерно того же срока службы, будет весить около 27000 килограммов и займет площадь в 6600 квадратных метров (около 2/3 футбольного поля). Если мы захотим получить то же количество тепловой энергии (для изготовления кирпичей и производства воды), нам понадобится солнечная батарея, весящая 540 000 килограммов и занимающая 13 футбольных полей. Очевидно, на это уйдет слишком много материала, который придется везти с Земли. Преимущество ядерной энергетики для освоения Марса огромно – настолько велико, что нынешнюю неспособность американской политической элиты профинансировать эффективную программу исследований и разработки космических ядерных электростанций можно только осуждать в самых жестких выражениях. Если мы откажемся от атомной и ядерной энергетики, мы откажемся от целого мира.

Если энергоснабжение на начальных этапах освоения Марса должно быть основано на ядерных источниках, то после постройки полноценной базы условия, вероятно, изменятся. В какой-то момент должна появиться возможность построить солнечные энергетические системы из местного сырья. Если вы живете на Марсе, то добыть сотни тонн местных материалов будет гораздо легче, чем импортировать четыре тонны оборудования с Земли.

Есть два вида солнечных энергетических систем, которые могут быть изготовлены на Марсе: динамические и фотоэлектрические. Первые, также называемые гелиотермальными, являются низкотехнологичными. Принцип их работы основан на использовании параболического зеркала. Оно концентрирует солнечный свет на бойлере, где жидкость нагревается и расширяется, запуская турбинный генератор. Эти системы могут иметь довольно высокую эффективность (около 25 %), но на сегодняшний день они не получили широкого применения в космической программе, так как из-за того, что в них используются движущиеся части, многие считают их ненадежными. Однако на постоянной марсианской базе люди все время будут находиться поблизости, чтобы поддерживать работу систем солнечных батарей и ремонтировать неисправное оборудование. В этом случае аргумент надежности, выдвигаемый против динамических систем, становится значительно менее убедительным.

Более того, поскольку они будут представлять собой низкотехнологичные конструкции из зеркал, котлов и прочих подобных элементов, относительно легко увидеть, что из этого возможно изготовить на Марсе. Например, зеркала делаются из пластика, покрытого очень тонким слоем алюминия для увеличения отражательной способности. Трубы, котлы, вал турбины и лопасти можно выполнить из стали. Чтобы в действительности достичь уровня эффективности в 25 %, турбины придется изготовить с допусками, слишком точными для марсианской базы. Впрочем, это не проблема: при необходимости легко можно будет принять более низкие допуски и смириться с эффективностью в 15 %. В дополнение к этим преимуществам динамические системы также позволяют получить большое количество полезного тепла, возможно, в четыре-шесть раз превышающего их электрическую мощность.

Солнечные динамические системы, однако, требуют чистого неба. Для того чтобы параболические зеркала эффективно концентрировали свет, весь он должен приходить из одного и того же места – непосредственно от Солнца. Он не может исходить от диффузных источников, размазанных по всему марсианскому небу. На основании данных, полученных «Викингом», достаточного количества погожих дней для эффективной работы солнечных динамических систем можно ожидать только в течение северной весны и лета. В оставшуюся половину года зеркала, вероятно, станут давать очень мало энергии. Такие сезонные колебания могут быть приемлемы для некоторых целей. Не обязательно производить металлы круглый год. Но если солнечной энергии суждено стать основным источником питания базы, потребуются более надежные технологии.