Как выжить на Марсе - Роберт Зубрин

Вот я и говорю: зачем мучиться? Сталь — прекрасный материал для постройки крепких сооружений и, благодаря низкой марсианской гравитации, весит почти столько же, сколько алюминий на Земле. Да, в особых случаях желательно использовать алюминий — например, в электропроводке или как компонент системы корабля, когда необходимы, в первую очередь, его электрическая проводимость или легкий вес. Но для таких ситуаций я рекомендую покупать его в портовых синдикатах, предлагающих широкий ассортимент прекрасных сложных алюминиевых сплавов, использующихся в лишних запчастях покинутых на ночь правительственных средств передвижения.

Кремний

В современном мире кремний, использующийся при производстве любой электроники, является, пожалуй, третьим по важности после стали и алюминия. На Марсе он имеет даже бо́льшую ценность, поскольку с его помощью можно сделать фотоэлектрические панели и тем самым постоянно увеличивать энергетический запас своего поселка (при условии, что у вас есть простак, готовый регулярно протирать их от пыли). Сырье для производства кремния — диоксид кремния, SiO2 — составляет примерно 40 % поверхности Марса по весу. Чтобы получить кремний, нужно смешать его диоксид с углем и нагреть в электрической печи. В результате реакции «карботермического восстановления», получим чистый кремний и угарный газ.

Опять же, уголь можно получить с помощью пиролизации метана, который вы синтезируете с помощью топливного реактора. Реакция получения кремния поглощает много тепла — хотя и не так много, как реакция синтеза алюминия. Да и общее количество поглощенной в этих процессах энергии невозможно сравнить, ибо в алюминии вы нуждаетесь гораздо меньше.

Для некоторых целей кремниевый продукт реакции карботермического восстановления недостаточно хорош. Например, его можно использовать для создания карбида кремния — крепкого жаропрочного материала (используется в экранах для защиты посадочных аппаратов при их входе в атмосферу). Тем не менее любые остатки гематита в реакторе также будут восстановлены и придадут продукту легкий железный привкус. Чтобы получить очень чистый кремний, пригодный для производства компьютерных чипов и солнечных панелей, нужен еще один шаг: купание грязного кремния в горячем водородном газе, в результате чего кремний превратится в кремневодород (SiH4). При комнатной температуре и выше он имеет форму газа, поэтому его можно легко отделить от гидридов твердых металлов. Затем, если вам нужен самый чистый кремний, нужно отвести газообразный кремневодород с помощью трубы в другой реактор, где и расщепить его при высокой температуре на чистый кремний и водород. Затем можно к кремнию прибавить фосфор или другую примесь и получить полупроводник именно того качества, которое вам нужно.

Интересный исторический факт: столетие тому назад несколько шарлатанов, нанятых НАСА для продажи его лунной программы Конгрессу США, выполнили это задание. Они утверждали, что на Луне можно производить огромное количество кремния и фотоэлектрических панелей, а затем отправлять энергию на Землю для потребителей. В этой идее было много существенных изъянов. Не последний из них заключается в том, что солнечную энергию с тем же успехом, но с гораздо меньшими затратами, можно аккумулировать в пустынях Земли. Да и помимо этого всем должно было быть ясно: хотя диоксид кремния на Луне и широко распространен, там нет угля и водорода, столь необходимых для превращения сырья в кремниевый полупроводник. Да, можно (и нужно) построить систему повторного использования этих реагентов, но на самом деле такие устройства всегда неидеальны, требуют больших вливаний водорода и угля. Если сложить эти факты с тем, что на Луне нет песочного кремния для использования в качестве сырья, становится очевидно: спутник Земли — худшее место для постройки солнечных панелей.

Но НАСА все еще не оставляет надежды.

Медь

На Марсе медь есть. Она присутствует в почве почти в той же концентрации, что и на Земле. Это не слишком много — примерно 50 частей на миллион. Поэтому, если вам нужно достаточное количество меди, не добывайте ее из почвы. Вместо этого поищите места, где природа сконцентрировала ее в виде медной руды. Коммерчески наиболее важные запасы ее на Земле — это сульфиды меди. То же верно и для Марса. Но здесь сера распространена в большей степени, нежели на Земле, поэтому залежи медной руды принимают форму сульфида меди на основании лавового покрова. Если вы их обнаружите, то сможете легко выделить медную руду с помощью выплавки или выщелачивания, известных на Земле с давних времен.

Фактически единственный способ получить какой-либо геохимически редкий элемент в нормальном количестве — это разработка его богатой минеральной руды. Но такие руды вы найдете только там, где проходили сложные гидрологические и вулканические процессы, сконцентрировавшие эти элементы. В пределах Солнечной системы такие процессы проистекали только на Земле и на Марсе. Поэтому на Красной планете руда есть, а на Луне нет. Но, в отличие от Земли, за последние 4000 лет лучшие залежи на нашей планете не были разграблены мерзкими первобытными существами, искавшими блестящий металл для производства никчемных безделушек. Это дает таким удачливым парням, как вы, возможность стать первооткрывателем концентрированной руды какого-нибудь очень редкого металла, ценного для строителей современного общества — или для желающих стать очень-очень богатыми.

Техническая заметка (внимание: высоконаучный текст). Уравнения для создания любого вещества

Чтобы облегчить вашу работу по производству топлива, пластика, взрывчатки, металлов и полупроводников в домашних условиях, я привел здесь химические уравнения для большинства процессов, описанных в этой главе. Они показывают, какое количество каждого химического вещества требуется для получения того, что вам нужно. Величина ДН в уравнении обозначает энергетический баланс. Если ДН отрицательна, то реакция экзотермична, то есть высвобождает энергию, а если положительна — эндотермична, требует затрат энергии. Например, реакция конверсии (1) среднеэндотермична, а реакция Сабатье (метанизация) — существенно экзотермична. Поскольку обе они могут протекать при одинаковой температуре, в качестве источника тепла для реакции конверсии можно использовать реактор Сабатье. Неплохо, да? Вы получаете высокоэффективное метановое топливо и бесплатную энергию одновременно.

Веселитесь!

Таблица 1

9. Как вырастить пищу (которая годилась бы в пищу)

Правление Марса предлагает разнообразную пищу, выращенную в Центральном сельскохозяйственном куполе (ЦСК) в Нью-Плимуте, но на вкус она ужасна. Потому что, несмотря на свидетельства о результатах, высокие ответственные умы настаивают на использовании ЦСК в качестве полигона переработки отходов человеческой жизнедеятельности. Провинциальные оранжереи предлагают более вкусные продукты. Однако, если только они не находятся в непосредственной близости от вас, транспортировка будет стоить вам очень дорого. Более того, если вы будете слишком зависеть от своих соседей в пищевом плане, они не преминут ободрать вас как липку. По этой причине (и для того, чтобы самому иметь возможность обдирать других) ваш поселок должен уметь производить собственную полностью съедобную продукцию.

Чтобы успешно достичь этой цели, нужно сначала обзавестись оранжереями. Если небольшое количество декоративных растений можно вырастить с помощью искусственного света, то количество электричества, необходимого для освещения сколько-нибудь значительного съедобного урожая, просто несоизмеримо. Подумайте: солнечный свет, попадающий на каждые 100 гектаров почвы на Земле, соответствует 1300 мегаваттам электричества. Это количество энергии, необходимое примерно миллионному городу. На Марсе уровень освещенности составляет лишь 40 % земного, и растениям этого достаточно. Но все равно: у кого есть 500 мегаватт лишнего электричества для фермы? Это почти половина всей энергетической мощности планеты на данный момент. Нет, единственный способ выращивать урожаи — использовать природный свет. А значит — оранжереи.

Все марсианские оранжереи — надувные, и сделаны из полипропиленовой пластмассы с покрытием, защищающим от ультрафиолетовых лучей. Эта пленка укреплена внутренней кевларовой, спектровой (материал, из которого делают парашютные стропы) или нанектровой сетью, придающей объемному материалу прочность, равную 14 тонн на квадратный сантиметр. Основная разница между куполами состоит в их номинальном давлении. Существуют модели разных размеров с давлением 68 мбар, 170 мбар, 340 мбар и 1000 мбар. Чем меньше номинальное давление, тем тоньше материал купола, легче конструкция и меньше цена. Популярная 50‑метровая модель сферического купола с давлением 170 мбар требует покрытия толщиной 0,5 мм с суммарной массой пластика 2 тонны, а модель с давлением 340 мбар — 4 тонны материала толщиной 1 мм. Остальные — больше или меньше, в зависимости от номинального давления. Какой же вариант выбрать?