Марсианские технологии.

[Максим0]

Чёрная металлургия:

Каньон Гебы замечателен сразу в нескольких номинациях:

0) Магнетит коренного происхождения перемешанный с глиной в количестве порядка триллиона тонн!

1) Огромные количества гипса.

2) Мало водорастворимых солей в грунте мокрого выветривания, соли туда заносила лишь пыль.

3) Бури реже, короче и слабей чем в других местах с такими же высотами.

4) Экваториальность делает его относительно тёплым.

Исходя из этих положений подготовка сырья будет относительно простой:

0) Сбор магнетито-глинистого грунта.

1) Сухое просеивание грунта от частиц мельче миллиметра (гранулометрия с точностью до порядка величины - по земным аналогам).

2) Магнитная очистка полученного песка.

3) Отмывка от пыли магнитного концентрата.

4) Прямое восстановление горячим водородом отмытого магнитного концентрата.

5) Горячее спекание (чуть ниже температуры плавления железа - для сплавления шлаков в крупные образования) под давлением грязного железа в электроды.

6) Электролитическое рафинирование в растворе сульфата железа.

7) Промывка катодного осадка чистой водой.

8) Сушка катодного осадка.

9) Переплавка катодного осадка в кварцевом тигле.

На ферросплавы же пустить анодный шлам и накапливающиеся сульфаты примесей. Если с ферросплавами окажется совсем плохо - завозить с Земли металлический ванадий - для раскисления и микролегирования. Если с флюсами будет плохо - завозить тетрафторборат лития обогащённый бором-10 и литием-7 для САЗ тяжёловодника. Искусственного флюорита при переплавке катодного осадка потребуется совсем немного - из-за его чистоты.

Изменено 13 Апреля, 2018 в 22:32 пользователем Максим0

[Velund]

Если с ферросплавами окажется совсем плохо - завозить с Земли металлический ванадий - для раскисления и микролегирования.

 

Можно конструкционные элементы посадочных модулей, которые нужны только на полетной стадии (всякие усиливающие распорки, косынки, перегородки), делать из легирующих материалов, с соотв. маркировкой. Для начального этапа небольшой запас будет, пока не осмотрятся.

[Максим0]

Можно конструкционные элементы посадочных модулей, которые нужны только на полетной стадии (всякие усиливающие распорки, косынки, перегородки), делать из легирующих материалов, с соотв. маркировкой. Для начального этапа небольшой запас будет, пока не осмотрятся.

Потому о ванадии и заговорил - у него есть замечательные сплавы легированные хромом (5-10%), титаном (5-10%) и бериллием (3-6%). При этом будет правда заметный проигрыш по плотности относительно заменяемых на него титановых деталей, но для микролегирования ванадий гораздо ценнее.

Тяжёловодная АЭС:

Почему именно тяжёловодник?

Заводить несколько ядерных топливных циклов в условиях Марса - непозволительная роскошь, там нужен единственный, как можно больше отвечающий условиям Марса. То есть прежде чем выбирать цикл, нужно представить что из себя будет представлять терраформированный Марс. Если терраформировать будет ГМО-архея выбрасывающая ЧХУ в атмосферу, то в итоге ожидаются примерно следующие параметры:

0) Глобальный парниковый эффект обусловленный углекислотой (5 кПа - 6К+12К), ЧХУ (0,5 Па - +8К) немножко кислородом и водяным паром (пока в модель не добавил, но в парниковом эффеке х роль второстепенна).

1) Давление кислорода будет довольно низким - исходя из оценок запасов углекислоты всего лишь 15 Па - что довольно немного.

2) Азот как был дефицитом, так и останется и озеленить по земному сценарию весь Марс не получится, а с Титана его будет ненавозится.

3) В Долине Маринера будет двухсекционный водоём - на западе пресный, на востоке - солёный. При высотах -4 км у уровня воды будет околонулевая температура и парциальное давление кислорода 20 кПа.

Других водоёмов на планете не будет, но они и не особо нужны - если там заведётся жизнь, то она оттянет часть азота из долины Маринера - самой удобной территории для проживания.

Отсюда можно сделать оценку - терраформированный Марс с нынешними запасами азота сможет прокормить лишь единицы миллионов человек, причём при биологическом ЧХУ-терраформировании людям придётся носить маски для защиты глаз от ультрафиолета и лёгких от углекислоты, озона и ЧХУ. Относительно низкая численность и плотность населения сделают ненужными гигаваттные реакторы, а самыми востребованными будут мощности на десятки мегаватт.

Низкое атмосферное давление в разы снизит допустимые напряжения в ЛЭП, а кислородная основа атмосферы создаст высокую пожарную опасность - натриевый теплоноситель и графит будет гораздо огнеопаснее.

Высокое содержание дейтерия в водах Марса сделает полезным для снижения радиационной нагрузки на людей производство обеднённой дейтерием питьевой воды (не сидеть же только на отрицательных высотах) - а значит тяжёлая вода будет гораздо дешевле чем на Земле.

Если же вспомнить что урановые тяжёловодник эффективно использует уран-235 даже при малых массогабаритах не требует обогащения урана и переработки ОЯТ для повышения экономической эффективности, и управляется лучше реакторов любого другого типа - то выбор становится очевиден. Резюмирую:

Быстрым реакторам нужна мощность свыше ГВт для рентабельности.

Легководным реакторам нужно обогащение урана.

Графитовые будут чудовищно пожароопасны.

Ториевым тяжёловодникам нужна переработка ОЯТ.

Тяжёловодник на природном марсианском уране с открытым топливным циклом - по-моему лучшее решение компенсирующее ненадёжность солнечной энергетики.

[St2Ra3nn8ik]

Высокое содержание дейтерия в водах Марса сделает полезным для снижения радиационной нагрузки на людей производство обеднённой дейтерием питьевой воды (не сидеть же только на отрицательных высотах) - а значит тяжёлая вода будет гораздо дешевле чем на Земле.

Поясните пожалуйста, как радиационная нагрузка снизится от снижения концентрации дейтерия в питьевой воде - он же и так не радиоактивен.

[Максим0]

Тяжёловодник №0:

Он будет на существенную часть поставлен с Земли, причём активная зона (без биологической защиты) пойдёт цельным грузом - это позволит избежать проблему сварки циркония в условиях Марса. Поскольку большую часть её массы должна будет составить тяжёлая вода, то поставляться она будет незаправленной, тяжёлая вода для заправки будет получена на месте. Активную зону надлежит сделать необслуживаемой - она будет звенеть так что обслуживать её будет некем и нечем, это не Земля. Второй контур будет электрогенерирующий с чистой водой (0^оСрабочая<+370^оС), а в третьем будет циркулировать 54% водный раствор формиата калия (-64^оСрабочая<+250^оС).

Для снижения нейтронного потока и увеличения срока службы тяжёловодник будет работать на ТВЭЛах из тория и урана-235 - целиком поставляемых с Земли.

Также  для увеличения выгорания топлива (а значит снижения завозимой массы) предлагаю в качестве основы взять не двуокись, а тетраборид тория глубоко обеднённый по ¹⁰В, остаточное же количество нейтронного яда будет играть роль быстрого выгорающего поглотителя - заодно обеспечивающего достаточную подкритичность сборок в случае падения в водоёмы при авариях.

Тетраборидное топливо за счёт электронного газа должно быть гораздо более теплопроводным чем диоксидное, кроме того, в него для химического удержания продуктов деления - селена, брома, сурьмы, теллура и йода можно добавить немного неодима. Заодно ¹⁴³Nd, сечение захвата у которого вдвое меньше чем у ^233,235U будет выполнять роль медленно выгорающего поглотителя, выравнивая коэффициент воспроизводства нейтронов.

Поясните пожалуйста, как радиационная нагрузка снизится от снижения концентрации дейтерия в питьевой воде - он же и так не радиоактивен.

Он легко отдаёт свой нейтрон под действием вторичных космических лучей - потока быстрых нейтронов...

Хотя сейчас посчитал величину эффекта и пришёл к выводу что этот процесс несущественен - 10^-3 от общей радиационной нагрузки.

Есть ли заметные вредные эффекты от пятикратной концентрации тяжёлой воды ещё нужно выяснять.

[Максим0]

Воздушное производство:

Марсианский воздух предлагаю делать из электролизного кислорода и азотно-аргоновой смеси.

Азотно-аргоновую смесь сжатием и охлаждением атмосферы до сжижения углекислоты и вымораживания влаги, потом обезвреживать угарный газ гопкалитовыми патронами.

Марсо-разведочное на полезные ископаемые:

Предпосадочную разведку предлагаю сделать взорвав нейтронный боеприпас на большой высоте над каньоном Гебы и сделав гамма-снимки активированного каньона. Причём снимающее оборудование поместить на Фобосе, чтоб толща луны спасла от засветки взрывом. Заражение Марса предупредить обращённым в его сторону толстым свинцовым диском у заряда, чтоб вместо продуктов деления на Марс отправилась свинцовая плазма. Таких разведок чтоб накрыть экваториальный пояс потребуется с десяток и они дадут карту состава верхнего метра грунта Марса.

При этом по цветным, драгоценным и редким металлам могут найтись лучшие места чем каньон Гебы, но для чёрной металлургии лучше этого каньона ненайти, а с учётом того что на Земле основа индустрии - железо и его сплавы, место центрального поселение и начальной базы определяется однозначно - в каньоне Гебы, независимо от последующих анализов.

После посадки перспективные районы потребуется доисследовать, но бурить на большую глубину или в прочных породах бессмысленно - если там чего и найдётся, то туда будет недорыться. В каньоне Гебы ожидаются на всю целесообразную глубину бурения глины/гипс/пески/обломочные породы мокрого выветривания, с неизвестной глубины пропитанные пресным льдом. 

Чем бурить?

Ввиду высокой открытой пористости грунта исключается применение буровых растворов, и в качестве выносящего средства остаётся использовать лишь сжатый атмосферный газ - но этот  способ пока не исследован.

Касательно исследованных же способов пригодно лишь шнековое бурение, и глубины бурения - десятки метров - подходят для карьерной добычи.

При бурении будут интенсивно истираться шнеки и долота. Причём если сырьё для шнеков легкодоступно, то основной компонент долот -вольфрам будет на Марсе предположительно труднодоступен, а значит долота нужно будет завозить с Земли.

Машиностроительное производство:

Для машиностроения потребуются материалы, и из местных ресурсов можно будет бюджетно изготовить:

0) Железо электролитическое  (коррозийно стойко, очень пластично и прекрасно сваривается).

1) Сталь инструментальная (много углерода и кремния, вероятно легирование ванадием, хромом, марганцем - и выйдет к примеру Х12Ф1).

2) Сталь динамная.

3) Керамика каолиновая.

4) Полиформальдегид.

5) Стекло ( если найдётся кварцевый песок - то будет бюджетным, если нет, то придётся получать из каолина).

В принципе на этом всё... но это уже немало! Если привезти с Земли или как-либо добыть ещё немного следующих материалов:

0) Медь.

1) Резиновая смесь.

2) Стекло.

3) Полупроводниковые компоненты.

4) Твёрдосплавные компоненты.

То из этого набора можно сделать:

0) Большую часть оборудования АЭС.

1) Электромобили с кабельным питанием.

2) Линии электропередач.

3) Электрифицированные железные дороги с подвижным составом.

4) Строительный металлопрокат.

5) Заправочное оборудование для сжиженных кислорода и метана.

6) Буровое оборудование.

В общем живи - и радуйся... но ради этого на Марс потребуется доставить прорву станков! Если же изначально заняться ещё и станкостроением, то оно поглотит столько времени, что завоз выйдет дешевле.

Строительное производство:

В качестве прототипа предлагаю земное ЖБИ производство, но следующие причины вызовут отличия в производстве:

0) Низкое атмосферное давление повлечёт необходимость герметизации плит на период до набора цементным камнем окончательной прочности.

1) При марсианских пыльных бурях строения будут посыпаться смесью сульфатов железа и магния. В первом нестойки углеродистые стали, во втором - бетон на базе алюмосиликата кальция.

2) Гораздо выше требования к герметичности возводимых сооружений.

3) Непригодность атмосферы для жизни человека сделают ремонтопригодность собранных сооружений на Марсе гораздо большей чем на Земле.

4) Низкое тяготение снизит требования к несущим способностям плит, и в частности к заполнителю.

5) Температуры всегда ниже комфортных для человека повысят требования к теплоизоляционным способностям плит.

Этим требованиям удовлетворяют конструкции имеющие комплект следующих особенностей:

0) Внешний корпус герметичный из листового переплавленного электролитического железа.

1) Сквозные каналы из электролитического железа.

2) Канавки под деформируемый уплотнительный шнур из полиформальдегида.

3) Противоположные стороны стянуты приваренными перемычками из углеродистой стали.

4) Закладные детали под болтовые соединения вместо сварки.

5) Заполняющий бетон: вода + цемент + формиат кальция + керамзитовый песок + керамзитовый гравий.

Изменено 19 Апреля, 2018 в 15:12 пользователем Максим0

[yatcheh]

Предпосадочную разведку предлагаю сделать взорвав нейтронный боеприпас на большой высоте над каньоном Гебы

 

 

... ветреная Геба,

Кормя Зевесова орла,

Громокипящий кубок с неба,

Смеясь, на землю пролила...

 

Эпиграф к "Прикладной аресолитологии" первого издания.

[Максим0]

... ветреная Геба,

Кормя Зевесова орла,

Громокипящий кубок с неба,

Смеясь, на землю пролила...

Эпиграф к "Прикладной аресолитологии" первого издания.

Хотябы поэзия... а вообще может предложишь что-нибудь для пользы дела?

[yatcheh]

Хотябы поэзия... а вообще может предложишь что-нибудь для пользы дела?

 

Я тоже к звёздам хочу. Надо только на Земле сначала с делами разобраться. Тогда засрать Марс ещё успеем. 

 

-  ... марсианские прачечные.

-  В смысле - китайские прачечные, там же одни китайцы?

-  Марсианские!

 

Изменено 19 Апреля, 2018 в 19:39 пользователем yatcheh

[Максим0]

Производство каменных плит высокой прочности:

Как-то геологу-приятелю попался кусок нефрита прекрасного качества. И он решил его обработать чтоб получить наибольшую выгоду. Решил он нарезать колец, но чтоб меньше выкидывать провёл лазерную резку углекислотником. Потом алмазом довёл до кондиции и продал.

Это я к чему - даже на Земле лазерная резка камней окупается! А на Марсе, чтоб не тратить алмаз и твёрдый сплав окупится тем более.

Конечно материалы умеренной твёрдости которые успешно режутся углеродистой сталью (глина, гипс, магнетит) лазером будет резать невыгодно, но если найдётся к примеру марсианский базальт, то даже самые крепкие стали будут бодро им истираться и лазерная резка будет вне конкуренции.

Без понятия, есть ли в каньоне Гебы базальт, но если повезёт, то базальтовые плиты лазерной резки в строительстве весьма пригодятся - как твёрдый и коррозий стойкий стройматериал. И ещё... нынешние лазеры имеют КПД в пару раз выше советского углекислотника, да и компактней его при той же мощности.

Пределы терраформирования Марса.

Как я уже писал выше численность марсианской колонии имеет жесточайшее ограничение - азотное.

Оно в свою очередь порождает ограничение климатическое - с дилеммой либо делать северный океан, либо море Маринера.

Промежуточное состояние - когда в северный океан вода будет втекать, замерзать и сублимироваться - плачевно - в итоге пойдёт вынос из биосферы органического азота, он уйдёт в вечную мерзлоту.

Потом если добиться состояния с единственным водоёмом - морем Маринера, то его одного вместе с зоной водного питания хватит для снижения уровня атмосферного азота до предела возможностей биологической азотфиксации (типа клостридий с ванадиевой нитрогеназой). В случае же приготовления тёплого северного океана, за счёт внедрения более эффективных азотфиксаторов (типа азотбактера с молибденовой нитрогеназой) можнобует увеличить массу биосферы в единицы раз, и площади по которым она размазана - в сотни раз! Думаю вам очевидно, что во втором сценарии количество пищи, которую можно будет собрать окажется меньшим.

Таким образом у Марса есть температура оптимального нагрева - при котором на границе зоны водного питания Долины Маринера в самое тёплое время будет достигаться плавление пресного льда.

Это условие будет приводить к наличию в Долине Маринера каждый сол двух зим - когда снег будет накапливаться на самом берегу Моря Маринера, и двух лет - когда снег будет таять. Причём сезонные колебания температуры будут меньше суточных - всё-таки экватор.

В общем климат в лучших местах будет больше напоминать таковой на столовой горе Рорайма чем антарктический полуостров или Тибет.

Поэтому долговременную несущую способность по населению я похоже переоценил в разы... У Рораймы - единицы чел./ км², площадь территорий где хоть иногда будет положительная температура - сотни тысяч км² - значит несущая способность Марса - всего лишь сотни тысяч человек. Это оценка исходя из невозможности завезти в достаточных количествах азот на Марс.

Это может породить вопрос - нужно ли вообще терраформировать Марс, если ожидаемый результат столь скромен?

И я отвечу - нужно:

0) При наворачивании цивилизации на Земле будет кому заселить Землю снова.

1) Научится терраформировать рядовые планеты для ползучей межзвёздной экспансии - иначе до землеподобных планет недобраться.

2) Марс - ключ к освоению Солнечной Системы. Из такой гравитационной ямы как Земля обезвоженные продукты питания десятками килотонн в год будет ненавозится!

3) Золото и платиновые металлы (а может и уран с рением - когда их начнут ценить по-настоящему) с Марса на Земле очень пригодятся - перевоз их с Марса на Землю будет гораздо дешевле их стоимости, тут ненужно путать с перевозками с Земли на Марс, вдвое меньшая первая космическая скорость радикально поменяет затраты на полёт.

Изменено 20 Апреля, 2018 в 02:32 пользователем Максим0