Денис Нырков (perasperaadmars) wrote,
Денис Нырков
perasperaadmars

Categories:

Терраформирование Марса: бомбить иль не бомбить — вот в чём вопрос!

Недавно Илон Маск снова повторил идею о том, что Марс можно терраформировать просто «разбомбив» его полярные шапки. Действительно ли это возможно? Нет ли способа получше? Во сколько это может обойтись? Ответы на эти и другие вопросы ниже.

Musk_nuke_Mars.jpg

В первую очередь хотелось бы ответить на вопрос, возможно ли это сделать в принципе, так как многие люди заявляют, что человечество не способно это сделать в принципе. И на самом деле это чистый миф. В основном он основывается на том, что ядерное оружие считается безумно дорогой «игрушкой». И отчасти это действительно так: Манхэттенский проект обошёлся США в $1,89 млрд в текущих ценах (это целых $21,8 млрд с учётом инфляции на текущий момент), а советский проект из-за спешки видимо обошёлся СССР ещё в несколько раз дороже — в текущих ценах его стоимость оценили в 29,9 млрд руб. (что составляло $7,5 млрд по официальному курсу на тот момент). Сейчас же мировые расходы на ядерные вооружения составляют около $107 млрд в год, что хоть и не превышает 10% от военных расходов ядерных держав, но примерно на треть превосходит все мировые госрасходы на космонавтику в целом.

Однако в данном случае необходимо учитывать, что большая часть из первоначальных расходов приходилась на теоретические исследования и создание отраслей обогащения урана, в которые уже не требуется вкладывать средства, а большая часть от текущих расходов на обслуживание ядерных вооружений приходятся не на них самих, а на расходы связанные со средствами обслуживания их средств доставки — межконтинентальных баллистических ракет, подводных лодок и бомбардировщиков. Так например в стоимости МБР лишь 7% от её стоимости приходится непосредственно на боеголовки.

В текущих ценах американские свободно падающие ядерные бомбы на 340-1000 килотонн стоят около $8 млн за штуку, в то время как оценки производства новых перспективных боеголовок оценивают в $20 млн. Стоимость 225 английских боеголовок 100-килотонного класса под ракету «Трайдент II (D5)» обошлись Великобритании в $1,94 млрд — то есть по $8,6 млн за штуку. Для Марса придётся производить значительно более мощные заряды, класса 50-мегатонной «царь-бомбы», при этом изготавливать их придётся из более прочных и лёгких материалов, для того чтобы удешевить их доставку ракетами-носителями. Однако при этом изготавливаться они будут намного более крупной серией, чем всё что ранее производилось, так что можно ожидать их стоимость в диапазоне $50-100 млн.

Всего для того чтобы растопить полярные шапки Марса по разным оценкам требуется от 20 до 55 тыс. таких термоядерных зарядов для подземных взрывов, либо же в несколько раз больше количество зарядов при варианте взрывов в атмосфере — с созданием так называемого «искусственного Солнца» — которое предлагает Маск. Таким образом стоимость боеголовок для подобного проекта можно оценить в величину порядка $1-10 трлн.

В пике холодной войны число ядерных зарядов на Земле превышало 70 тыс. штук, что находится на уровне около требуемого для данного проекта.

Другой ключевой составляющей стоимости данного проекта является цена доставки ядерных зарядов на Марс: «царь-бомба» весила 26,5 тонн, и можно ожидать что требуемые для проекта заряды будут весить в диапазоне 15-20 тонн — едва ли в пределах одноразовой версии ракеты-носителя Falcon Heavy стоящей на данный момент $150 млн. Это удорожает общую стоимость проекта до $4-25 трлн, однако также фирма SpaceX планирует вскоре вывести на коммерческий рынок свою новую систему — Starship/Super Heavy — которая благодаря своей полной многоразовости должна будет стоить по оценкам Маска всего $8 млн за запуск 100 тонн на орбиту (и соответственно $24 млн за запуск 100 тонн на Марс, так как для этого потребуются 2 дополнительных запуска танкеров для дозаправки корабля на орбите). Это ставит стоимость запуска заряда на уровень в $4 млн — в 25-50 раз дешевле производство его самого, что даже в случае фактического удорожание запусков Starship в несколько раз от планируемого, составит незначительную долю от общих расходов проекта.

Тем не менее даже цифра в $10 трлн кажется безумно большой в глазах обывателя, но тем не менее она составляет лишь 1/8 от мирового ВВП за год, либо же мировые военные расходы примерно за период в 5 лет — огромная сумма для отдельно взятого государства, но вполне «посильная ноша» для международного проекта, растянутого на десятки лет. Таким образом данный проект вовсе нельзя назвать «принципиально не реализуемым».

Mars_terraforming.jpeg
Примерный процесс преобразования Марса. На первый его этап (чтобы люди смогли отказаться от скафандров в пользу одних лишь кислородных масок) в теории может быть завершён всего за 10 лет, а преобразование атмосферы в полностью пригодную для дыхания займёт ещё 17 лет. Однако это потребовало бы 100% эффективности переработки достигаемой Марса солнечной энергии в полезную работу, что нам на данный момент принципиально недоступно. То, на что мы можем рассчитывать в обозримой перспективе — это около 100 лет на первый этап и 10 тыс. лет на полное преобразование Марса в «зелёную планету».

Проблемы проекта

Главным недостатком проекта пожалуй является вовсе не его сложная реализуемость, а то что мы можем в итоге от него получить. По более ранним предположениям учёных растопления полярных шапок должно хватить чтобы запустить на Марсе «цепную реакцию», которая высвободит из почвы по всей планете поглощённый ею из-за низких температур углекислый газ (CO2). Однако по современным, более точным оценкам оказывается, что для того чтобы перевести Марс из текущего стабильно-холодного состояния в тёплое требуется поднять среднюю температуру на планете минимум на 20°C, что соответствует увеличению давления CO2 в атмосфере с текущего уровня в 6 мбар до целых 100 мбар (мбар в данном случае — это тысячная доля от давления атмосферы Земли на уровне моря). Однако по разным оценкам в полярных шапках находится лишь от 6 до 85 мбар углекислого газа — с большой натяжкой достаточно для того, чтобы после высвобождения CO2 из полярных шапок высвобождение его из почвы успело «добрать» недостающее давление прежде, чем углекислый газ обратно сконцентрировался бы в шапки на полюсах.

Другим, не менее важным недостатком этого проекта является его прямой подход, в то время как использую «эффект рычага» на базе различных принципов необходимые затраты энергии и денежных средств можно было бы сократить в разы, и даже на порядки. И пожалуй самым показательным примером для сравнения и наиболее перспективным вариантом является вариант предложенный Карлом Саганом в 1973 году — это понижение альбедо полярных шапок (то есть снижение доли отражаемого ими солнечного света) при помощи распыления на них материала схожего по цвету с сажей, что должно послужить их «естественному» разогреву. По оценкам Сагана, для создания слоя в 1 мм должно было потребоваться порядка 100 млн тонн вещества, хотя в последствии оказалось что для требуемая масса составляет лишь 1/300 части от этой величины, а весь процесс может уложиться в каких-то 7 лет. По оценкам учёных за это время тёмное покрытие полярных шапок придётся обновлять 3 раза, так как случающиеся почти каждый марсианский год (составляющий 1,88 от земного) глобальные пылевые бури должны сдувать напыление с полярных шапок. Для выполнения этого плана ими было предложено отправить аппарат для наблюдения за климатом Марса с установленными на нём несколькими ракетами со 100-килограммовыми боеголовками мощностью по 10 килотонн, которые в нужные моменты будут сходить с орбиты и замедляясь в атмосфере при помощи парашюта только до скорости в 1-2 км/с заглубляться в почву до глубины в 97 м, после чего взрывом в атмосферу Марса будет подниматься достаточно пыли, чтобы ветер мог разнести её на большую часть поверхности полярных шапок.

Даже если оценки учёных окажутся слишком оптимистичными и для создания пылевого слоя потребуется по несколько боеголовок за раз, а его обновление придётся проводить по нескольку раз за марсианский год, то требуемое число зарядов всё равно остаётся в пределах сотни. А общая стоимость проекта укладывается в сумму меньшую, нежели строительство и содержание МКС (это около $200 млрд на данный момент) — сумма на целых 2-3 порядка меньшая, нежели вариант с прямым разогревом полярных шапок!

Возможные альтернативы

Однако как уже было сказано ранее, одного лишь разогрева шапок может оказаться недостаточно — какие есть другие варианты? Впервые идею терраформинга планет предложил ещё Джек Уильямсон в 1940-х годах, и начиная с 70-х годов конкретно для терраформинга Марса было опубликовано уже несколько десятков научных работ со всевозможными вариантами, и пожалуй самым перспективным из них является использование особо эффективных парниковых газов.

По последним исследованиям, для этой цели достаточно выделить в атмосферу всего 0,2 Па из смеси газов, состоящей на 62,5% из C3F8, на 22,5% из SF6 и 15% C2F6 (либо же 0,4 Па только лишь одного C3F8), чтобы обеспечить весь необходимый эффект для разогрева атмосферы Марса. Это всего лишь 1/3000 доля от текущей, очень разреженной атмосферы Марса, но в рамках целой планеты даже эта скромная величина оборачивается в цифру около 8 млрд тонн газов, которые нужно как-то произвести, а главное добыть исходные материалы для них, в не очень гостеприимных условиях Марса. По оценкам, если их производство будет равномерно распределено на 100 лет, то для этого потребуется мощность порядка 25 ГВт. Для сравнения мощнейшая АЭС на данный момент производит около 8,2 ГВт, энергопотребление Москвы достигающем в 12,5-18 ГВт, а общее энергопотребление человечества сейчас составляет уже целых 18 230 ГВт — то есть в плане энергообеспечения проект хоть и является труднореализуемым, но уже вполне по силам человечеству на данном этапе технического развития.


Завод по производству парниковых газов на Марсе в представлении художника.

Таким образом до последнего времени главным вопросом в возможности реализации этого проекта являлось наличие необходимых химических элементов в пригодной для промышленной добычи концентрации. Найти углерод на Марсе не составляло большого труда: он составляет большую часть от атмосферы и повсеместно встречается в почве в виде карбонатов. Оксиды серы в концентрации 6-7% встречаются в марсианской почве также практически везде, и до последнего времени главной проблемой являлось лишь обнаружение фтор, который в выбранной смеси парниковых газов занимал по массе целые 81%. Но в 2012 году марсоход «Кьюриосити» впервые обнаружил на поверхности Марса и его: по полученным им данным фтор также должен быть распространённым элементом в почве Марса, а его концентрация в среднем должна составлять по массе 0,8-2,4%.

Производство необходимых газов конечно остаётся непростой задачей, так как требует добычи порядка 66 млн тонн фтора за год. Если же сравнить это с производством фтора на Земле, составляющим сейчас лишь 4,5 млн тонн это и вовсе кажется «непосильной ношей». Но в данном случае необходимо учитывать то, что производство фтора было значительно большим ранее, и сократилось из-за запрета на производство фреонов. И если сравнить общую необходимую для производства парниковых газов добычу фтора, углерода и серы в размере 82 млн тонн за год с добычей всех полезных ископаемых на Земле, составляющей сейчас 16 млрд тонн, то проект уже не кажется таким «безумным». Кроме этого если взять необходимое производство материалов за день (порядка 9,4 тыс. тонн) и примерную эффективность открытой добычи полезных ископаемых на Земле, то необходимое для добычи число рабочих оказывается всего лишь около 80 человек. С учётом высокой степени автоматизации процесса производства можно ожидать что для осуществления этого плана потребуется база численностью в пару сотен человек — то есть полную вместимость всего 2 кораблей «Starship» от SpaceX.

В завершение описания данного проекта также стоит упомянуть о том, что выбранные газы (как впрочем и большинство других парниковых газов), постепенно разрушаются под действием солнечного света. Однако уровень с которым это происходит, в 8,6 тыс. раз меньше выбранного для проекта (то есть чуть меньше 1 млн тонн в год), так что этот эффект начинает вносить заметный вклад лишь в том случае, если мы для снижения затрат решим растянуть проект на несколько тысяч лет. С другой стороны, этот эффект носит и положительный характер, так как в случае каких-то изменений в проекте позволяет полностью «откатить» изменения обратно и в последствии «начать с нуля». Другие проекты, которые кажутся проще на первый взгляд — такие как распыление генномодифицированных бактерий над Марсом, которые самостоятельно будут производить парниковые газы или понижать альбедо на всей поверхности Марса в целом — весьма опасны в этом плане, так как не предусматривают возможности возврата в «исходное положение».

Mars_first_phase.jpg
Так в представлении художника Майкла Кэрролла должно выглядеть обитание колонистов на Марсе после завершения первого этапа терраформинга.

Зачем это нужно?

Обычно в качестве аргументов за проекты терраформинга Марса заявляется экспансия человечества в космос и создание для него «запасного дома» на случай если с жизнью на Земле что-нибудь случится. Однако с учётом огромной стоимости подобного проекта эти аргументы воспринимаются большинством обывателей нейтрально, а то и вовсе «в штыки».

Однако я предлагаю поглядеть на это с абсолютно другой стороны. На данный момент глобальное изменение климата уже происходит «здесь и сейчас» — на Земле. И учёным трудно предсказать его поведение, так как нам не приходилось сталкиваться ни с чем подобным ранее. Проект терраформинга Марса может позволить собрать сведения о том, как влияют парниковые газы на климат планеты со схожими, но при этом заметно отличающимися от Земли свойствами. Это позволит им создать намного более точные модели изменения климата Земли, что в свою очередь позволит с большей эффективностью и меньшими затратами бороться с глобальным потеплением на Земле. И что стало не менее важным на данный момент, это также сможет убедить людей в том, что человек способен влиять на климат целой планеты. Ещё несколько лет назад этот аргумент мог бы показаться несущественным. Но после того, как даже президент США всячески стал пытаться выставить сам факт существования глобального потепления в шутку, и всячески препятствует своею властью борьбе с ним, этот аргумент выглядит уже столь же жизненно необходимым для человечества, как и предыдущий.

Mars_terraformation.jpg

Многими считается, что потраченные на терраформинг Марса средства просто будут «выкинуты в трубу» и никогда не окупятся, как и другие подобные космические проекты. Однако в космонавтики было множество примеров, когда созданные для космонавтики технологии с пользой затем применялись уже здесь на Земле, и данный проект также может оказаться намного полезнее для жителей земли, нежели для самой космонавтики. Единственная загвоздка на этом пути — это то, что как и в случае других научных проектов, точный результат мы не в силах предсказать до его завершения. Но одно можно сказать точно: если человечество как минимум хочет сохранить свой уровень потребления, а тем более если оно хочет всесторонне развиваться, ему придётся вкладывать средства в том числе и в такие на первый взгляд «бесперспективные» в обозримом будущем научные проекты, как терраформинг Марса.
Tags: Марс, терраформирование
Subscribe

Featured Posts from This Journal

  • Во сколько нам обходится космонавтика?

    Многие люди считают, что космонавтика является самой дорогой сферой нашей жизни. Но так ли это в действительности? Я собрал полсотни примеров…

  • Климат Марса: назад в будущее

    Где-то на орбите Марса спустя 50 миллионов лет. До недавнего времени климат планет Солнечной системы считался практически неизменным: только в…

  • Что нам дала космонавтика?

    Под многими статьями об запусках новых космических аппаратов, их научных открытиях или очередной экспедиции на МКС появляются комментарии типа:…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

  • 66 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →

Featured Posts from This Journal

  • Во сколько нам обходится космонавтика?

    Многие люди считают, что космонавтика является самой дорогой сферой нашей жизни. Но так ли это в действительности? Я собрал полсотни примеров…

  • Климат Марса: назад в будущее

    Где-то на орбите Марса спустя 50 миллионов лет. До недавнего времени климат планет Солнечной системы считался практически неизменным: только в…

  • Что нам дала космонавтика?

    Под многими статьями об запусках новых космических аппаратов, их научных открытиях или очередной экспедиции на МКС появляются комментарии типа:…