Budowa bazy na Marsie

Realizacja planów ludzkiego osadnictwa na Czerwonej Planecie zależy od opracowania całego zestawu nowych technologii pozwalających na szerokie wykorzystanie marsjańskich bogactw naturalnych. Będzie to możliwe dopiero wtedy, gdy na powierzchni Marsa powstanie stała baza, służąca do prowadzenia intensywnych prac badawczych z zakresu inżynierii lądowej, chemicznej i przemysłowej. Z bazy wyruszałyby pojazdy rakietowe o globalnym zasięgu, poszukujące zasobów mineralnych i obszarów interesujących z naukowego punktu widzenia. Dlatego też zadaniem pierwszych załogowych wypraw marsjańskich będzie wybór miejsca pod budowę przyszłej bazy.

Misje programu "Prosto na Marsa" ("Mars Direct") oraz pierwsze, prowizoryczne stacje badawcze będą wytwarzać paliwo i tlen z marsjańskiego powietrza, jednak podczas budowy większej bazy ten elementarny zakres wykorzystania lokalnych zasobów nie wystarczy. Przyszli budowniczowie dużej stacji załogowej muszą opanować różne techniki przekształcania marsjańskich surowców w użyteczne materiały. Założenie większej placówki na Czerwonej Planecie wymagać będzie znajomości metod otrzymywania wody i uprawy roślin w szklarniach, produkcji materiałów ceramicznych, szkła, metalu i tworzyw sztucznych, budowy modułów mieszkalnych i nadmuchiwanych konstrukcji oraz metod wytwarzania wszelkich potrzebnych materiałów i narzędzi. Celem budowy marsjańskiej bazy jest opanowanie technik produkcji pożywienia, ubrań, schronień i wszelkich środków, niezbędnych podczas kolonizacji Marsa.

Poniżej zamieszczamy opis technologii niezbędnych do powstania i rozwoju stałej bazy na Czerwonej Planecie oraz opis etapów jej budowy odbywającej się według schematu przedstawionego w książce Roberta Zubrina i Richarda Wagnera: "Czas Marsa - Dlaczego i w jaki sposób musimy skolonizować Czerwoną Planetę".

 URANOS  Spis treści  POLSKA  PRZEWODNIK  Układ
 Mars  Dane  Na Marsa  Kolonizacja  Towarzystwo  Odsyłacze

Wybór miejsca na bazę Założenie bazy na Marsie     Technologie budowlane Podukcja materiałów

Produkcja energii Czerpanie wody Rolnictwo na Marsie Transport marsjański

Wybór miejsca na bazę

Program "Prosto na Marsa" zakłada wysłanie na Czerwoną Planetę szeregu wypraw załogowych, z których każda lądowałaby w pewnym oddaleniu od wyprawy poprzedniej. Dzięki wykorzystaniu miejscowych zasobów do produkcji paliwa oraz przywiezionych z Ziemi pojazdów, każda z wypraw będzie mogła przejechać ponad 24 tysiące kilometrów, co pozwoli na dokładną penetrację ogromnego obszaru wokół modułu mieszkalnego. Dzięki temu zlokalizowane zostaną pokłady surowców mineralnych i inne zasoby niezbędne podczas budowy bazy i kolonizacji Marsa. Przede wszystkim astronauci odszukają łatwe do wydobycia pokłady lodu wodnego lub - jeszcze lepiej - znajdujące się pod powierzchnią zbiorniki wody, ogrzewane geotermicznie. Oprócz sprzętu przywiezionego ze sobą, każda wyprawa dysponować będzie wyposażeniem przywiezionym przez poprzednie wyprawy, w tym rozsianymi po powierzchni Marsa modułami mieszkalnymi, które utworzą na powierzchni planety sieć małych stacji badawczych.

Założenie bazy na Marsie

Po pewnym czasie zapadnie decyzja o budowie stałej bazy. Po wybraniu najkorzystniejszej lokalizacji będą tam lądować wszystkie statki kosmiczne. Każda kolejna wyprawa pozostawi po sobie jeden moduł mieszkalny, z połączenia których powstanie pierwsza prowizoryczna baza. Stała baza na Marsie, do której przybędą grupy naukowców oraz przyszłych kolonizatorów, powinna być jednak znacznie solidniejsza. Wybudowanie większych konstrukcji mieszkalnych będzie jednym z pierwszych zadań, którego realizacja pozwoli rozwinąć się samej bazie jak i umożliwi wysyłanie na Marsa coraz większych grup ludzi. Zgodnie z zasadą wykorzystywania lokalnych zasobów, dzięki której wysłanie ludzi na Marsa stanie się w ogóle możliwe, do budowy powinny zostać użyte marsjańskie materiały.

Technologie budowlane

Krypty z cegły
Jedną z najstarszych i najprostszych technik budowlanych jest produkcja cegieł. Do produkcji cegieł potrzebna jest drobno zmielona ziemia, którą należy zmoczyć, następnie umieścić w formie odlewniczej, wysuszyć i wypalić. Temperatura wypalania nie musi być bardzo wysoka, wystarczającą temperaturę można uzyskać przy pomocy paleniska ze zwierciadłem słonecznym lub wykorzystując ciepło odpadowe reaktora jądrowego marsjańskiej bazy. Proces wstępnego suszenia cegieł pozwoli odzyskać prawie całą wodę poprzez jej odparowanie z cegieł. Jako materiał na cegły posłuży wszechobecny na powierzchni Marsa gliniasty pył. Pył ten nadaje się również na zaprawę murarską - po dodaniu odpowiedniej ilości wody.

Dzięki wyprodukowanym z miejscowych materiałów cegłom i zaprawie murarskiej możliwa stanie się budowa podpowierzchniowych konstrukcji przypominających rzymskie krypty. Budowa hermetycznej konstrukcji rozpocznie się od wykopania głębokiego rowu, wewnątrz którego stanie budowla. Po wybudowaniu krypty, należy ją przysypać warstwą ziemi, która zrównoważy ciśnienie powietrza wewnątrz budynku. Następnie pomieszczenia krypty zostaną wypełnione powietrzem wyprodukowanym w instalacjach chemicznych lub szklarniach. By zapobiec ulatnianiu się powietrza, ściany krypty zostaną pokryte cienką warstwą szczeliwa z tworzywa sztucznego.

Kopuły z tworzyw sztucznych
Marsjańska atmosfera jest wystarczająco gęsta, by chronić ludzi przebywających na powierzchni przed promieniowaniem kosmicznym, dlatego życie na Marsie nie musi ograniczać się do podziemnych budowli. Alternatywę dla podpowierzchniowych krypt stanowią wielkie, nadmuchiwane kopuły z przezroczystego tworzywa sztucznego, osłaniane przez cienkie kopuły z mocnego, odpornego na ścieranie i nie przepuszczającego ultrafioletu pleksiglasu. Wewnątrz takiej kopuły, dzięki efektowi cieplarnianemu, panowałyby warunki umożliwiające uprawę roślin i przebywanie ludzi. Kopułę można wkopać w ziemię i wypełnić jej dolną część gruntem lub ustawić bezpośrednio na powierzchni jako wolno stojącą sferę lub zakotwiczony namiot. Kopuła o średnicy 50 m ważyłaby około 8 ton, przy czym dalsze 4 tony przypadałyby na niehermetyczną osłonę z pleksiglasu. W początkowym okresie kopuły przywożono by z Ziemi, jednak z czasem na Marsie rozpocznie się produkcja kopuł o coraz większych średnicach.

Podukcja materiałów

Tworzywa sztuczne
Produkcja tworzyw sztucznych ma kluczowe znaczenie dla wytwarzania kopuł mieszkalnych jak również wyrobu ubrań, toreb, materiałów izolacyjnych, opon, butelek, pojemników różnej wielkości, aparatury medycznej, smarów, szczeliw, klejów, taśm i wielu innych użytecznych narzędzi i materiałów. Na Marsie nie brakuje węgla i wodoru, pierwiastków niezbędnych w produkcji tworzyw sztucznych. Podstawowym półproduktem wykorzystywanym w produkcji tworzyw jest etylen C₂H₄. Do produkcji etylenu w marsjańskiej bazie może posłużyć rozbudowana instalacja do produkcji paliwa rakietowego, wykorzystywana w projekcie "Prosto na Marsa".

Szkło i materiały ceramiczne
Z pomiarów wykonanych przez sondy Viking 1 i 2 wynika, że najpowszechniej występującym składnikiem marsjańskiej gleby jest krzemionka SiO₂, której zawartość w próbkach wynosiła wagowo około 40%. Krzemionka jest podstawowym składnikiem szkła, możliwa więc byłaby na Marsie produkcja szkła z zastosowaniem metod topienia piasku. Niestety, kolejnym związkiem, w jaki obfituje marsjańska gleba, jest tlenek żelaza Fe₂O₃, stanowiący około 17% zawartości próbek. Do wytwarzania szkła optycznego potrzebny jest piasek pozbawiony żelaza, dlatego konieczne byłoby wstępne oczyszczanie piasku. Do wielu zastosowań, np. do produkcji włókien szklanych, wystarczy szkło gorszej jakości, wytwarzane z piasku nieoczyszczonego. Powierzchniowa warstwa marsjańskiej gleby zawiera również minerały ilaste, które można wykorzystać do produkcji materiałow ceramicznych. Ich produkcja byłaby zbliżona do produkcji cegieł opisanej powyżej.

Pozyskiwanie metali
Najczęściej wykorzystywaną na Ziemi rudą żelaza jest hematyt Fe₂O₃, występujący również na Marsie, i to tak powszechnie, że odpowiada za czerwoną barwę powierzchni planety. Redukcję hematytu do żelaza można przeprowadzić na kilka sposobów, między innymi poprzez reakcje z wodorem lub tlenkiem węgla. Obie reakcje są egzotermiczne, czyli zachodzą bez dostarczania energii. Na Marsie rozpowszechnione są wszystkie cztery podstawowe pierwiatki stopowe do produkcji stali - węgiel, mangan, fosfor i krzem, a także chrom, nikiel i wanad. Dodając do żelaza odpowiednie ilości tych pierwiastków, można otrzymać dowolny rodzaj stali węglowej lub nierdzewnej.

Drugim pod względem ważności dla przemysłu metalem jest aluminium. Na Marsie, podobnie jak i na Ziemi, aluminium występuje w postaci korundu Al₂O₃. Mimo powszechnego występowania korundu na Marsie, podczas budowy bazy aluminium będzie używane raczej rzadko, ze względu na wysoką energochłonność procesu produkcji.

Produkcja energii

W początkowym etapie rozwoju bazy marsjańskiej podstawowym źródłem energii będą przywiezione z Ziemi reaktory jądrowe, jednak z czasem bilans może się zmienić na korzyść energii słonecznej i geotermicznej. Na Marsie można produkować energię słoneczną w źródłach dynamicznych i fotowoltaicznych. Działanie systemu dynamicznego jest bardzo proste: paraboliczne lustra skupiają światło na kotle, ogrzewając znajdującą się wewnątrz ciecz, która następnie rozpręża się, napędzając turbinę prądnicy. Wadą takiego systemu jest to, że pracuje on wydajnie jedynie przy bezchmurnym niebie. Warunek ten jest spełniony przez połowę roku marsjańskiego, dlatego źródła tego typu nadają się do zasilania procesów nie wymagających stałego dopływu energii, np. do produkcji metali i innych materiałów.

Do stałego zasilania bazy potrzebne są źródła energii innego typu. Być może będą to wytwarzane z miejscowych materiałów ogniwa fotowoltaiczne, które są praktycznie niewrażliwe na zmiany zachmurzenia. Ich wadą jest to, że dostarczają jedynie energię elektryczną, podczas gdy baza potrzebuje głównie energii cieplnej. Na niektórych obszarach prawdopodobnie możliwe będzie wykorzystanie wiatraków do produkcji energii z wiatru.

Znacznie wydajniejszym źródłem energii byłaby energia geotermiczna. Energia ta powstaje w wyniku wykorzystania wysokich temperatur, występujących na dużych głębokościach pod powierzchnią planety, poprzez doprowadzenie do wrzenia cieczy, a następnie użycie powstałej pary do poruszania turbiny prądnicy. Na Ziemi wykorzystanie tego typu źródeł jest ograniczone ich oddaleniem od siedlisk ludzkich, jednak bazy marsjańskie można będzie usytuować w bezpośrednim sąsiedztwie takich źródeł.

Czerpanie wody

Zasoby naturalne
Najprostszą (w teorii) metodą pozyskiwania wody jest znalezienie jej naturalnych zasobów. Na Marsie prawdopodobnie istnieją podziemne źródła podgrzewane energią geotermiczną. Za pomocą radaru podróżujący po Marsie astronauci poszukiwaliby basenów wodnych znajdujących się na głębokości do 1 km pod powierzchnią planety. Innym źrółem wody w stanie ciekłym mogą być solanki. Nasycone roztwory soli pozostają w stanie ciekłym w bardzo niskich temperaturach, sięgających -55°C, co oznacza, że nawet bez źródeł geotermicznych, płytko pod powierzchnią Marsa może znajdować się płynna woda. Kolejnym, po wodzie w stanie ciekłym i solankach, interesującym znaleziskiem byłby lód. Wokół północnego bieguna Marsa występują spore pokłady lodu, jednak również bardziej na południe, w łagodniejszej strefie klimatycznej, lód można znaleźć płytko pod powierzchnią, prawdopodnie w postaci wiecznej zmarzliny, czyli zamrożonego błota. Jego wydobycie odbywałoby się metodami górniczymi, ponieważ w marsjańskich temperaturach lód jest bardzo twardy.

Woda z gleby i atmosfery
Następną metodą pozyskiwania wody jest odparowanie jej z gleby. Można tego dokonać na dwa sposoby - dostarczając ziemię do grzejnika, albo grzejnik do ziemi. Pierwszy sposób polegałby na dostarczaniu ciężarówkami wilgotnej gleby do pieca, w którym woda odparowałaby, po czym gromadzonoby ją w zbiornikach, a wysuszoną ziemię usuwanoby z pieca na hałdę. Drugi sposób polega na użyciu przenośnego grzejnika do bezpośredniego podgrzania gruntu. Rozpostarty nad ziemią namiot wychwytywałby uwalnianą wodę i również gromadził w zbiorniku. Kolejną metodą pozyskiwania wody jest wykorzystanie pary wodnej znajdującej się w marsjańskiej atmosferze. W tym celu można posłużyć się wentylatorami wymuszającymi przepływ powietrza i sprężarkami, których zadaniem byłoby podniesienie ciśnienia do poziomu wystarczającego do skroplenia pary wodnej zawartej w powietrzu. Ta metoda umożliwia równocześnie pozyskiwanie gazów niezbędnych w procesach przemysłowych i do napełniania szklarni.

Rolnictwo na Marsie

Aby zapewnić wyżywienie wzrastającej populacji bazy, konieczny będzie rozwój marsjańskiego rolnictwa. Wszystkie cztery podstawowe pierwiastki niezbędne dla rozwoju roślin - wodór, węgiel, azot i tlen - występują na Marsie. Atmosfera Czerwonej Planety jest wystarczająco gruba, by chronić napowierzchniowe uprawy przed rozbłyskami słonecznymi, a marsjańska doba jest prawie tej samej długości co ziemska. Wszystkie te czynniki sprawiają, że na powierzchni Marsa możliwa jest szklarniowa uprawa roślin na dużą skalę. Rolę szklarni pełnić będą kopuły z tworzyw sztucznych, opisane powyżej. Rośliny wewnątrz szklarniowych kopuł będą rosnąć w środowisku zawierającym duże ilości dwutlenku węgla, co zapewni wysoką wydajność procesu fotosyntezy. Niejadalne części roślin posłużą za pożywkę dla grzybów, które stanowią źródło wysokogatunkowego białka. Źródłem białka zwierzęcego mogą być ryby z rodzaju tilapii, karmione roślinnymi odpadkami. W sadach rosnąć będą owoce, dlatego do wykorzystania będzie również drewno. Nadaje się ono do produkcji mebli, ale może też trafiać, wraz z pozostałymi odpadami zawierającymi celulozę, do przemysłu produkującego tworzywa sztuczne.

Transport marsjański

Pojazdy spalinowe
Nawet idealnie zlokalizowana baza potrzebować będzie zasobów oddalonych o setki kilometrów. Rozwój bazy będzie nierozerwalnie związany z opracowaniem rozwiązań transportowych. Pierwszymi pojazdami, które pojawią się na Marsie, będą "rovery" przywiezione przez wyprawy programu "Prosto na Marsa". Będą to pojazdy o zasięgu do 1000 km, napędzane silnikami spalinowymi wykorzystującymi wyprodukowane na Marsie paliwo. Podczas budowy i eksploatacji marsjańskiej bazy potrzebne będą jednak bardziej zaawansowane środki transportu.

Do przenoszenia niedużych ładunków można wykorzystać sterowce i samoloty z silnikami przelotowymi. Silnik przelotowy wykorzystuje powietrze atmosferyczne do spalania paliwa, dzięki czemu zbędne staje sie zabieranie zbiornika z utleniaczem, co pozwala obniżyć masę pojazdu i zwiększyć jego zasięg. Ponieważ atmosfera marsjańska składa się głównie z dwutlenku węgla, potrzebne jest paliwo, które spalałoby się właśnie w dwutlenku węgla. Takim paliwem jest monosilan SiH₄, który można w prosty sposób produkować i przechowywać w marsjańskiej bazie.

Transport rakietowy
Do transportu ludzi i dużych ładunków na większe odległości potrzebne będą rakiety balistyczne i samoloty z silnikami rakietowymi. Silniki rakietowe potrzebują dużych ilości paliwa, których dostarczyć może jedynie produkcja w marsjańskiej bazie. Znacznie bardziej zaawansowaną propozycją transportu są rakiety NIMF, wyposażone w rakietowe silniki jądrowe. W takich pojazdach reaktor jądrowy podgrzewa dostarczany ze zbiornika dwutlenek węgla, który następnie wylatuje przez dyszę wytwarzając ciąg. Ponieważ dwutlenek węgla jest głównym składnikiem atmosfery Marsa, tankowanie pojazdu NIMF polegałoby na gromadzeniu marsjańskiego powietrza w zbiorniku przy pomocy zwykłej pompy.

Początek strony  Spis treści strony

Witrynę utrzymuje "Grupa URANOS"
Komentarze, opinie: kontakt@uranos.eu.org
Ostatnie uaktualnienie: 30.VIII.2001