Колонизация солнечной системы⁠⁠

Часть 4. Трава у дома

Рассмотрим инфраструктуру колоний на Луне и Марсе.

Очевидно, первые полеты на другие планеты будут похожи на высадку американцев на Луну - прилетели, поработали, улетели. Но со временем появятся постоянные базы для десятка человек, а потом и полноценные колонии на тысячи.

Начало постройки базы будет выглядеть как-то так:
- прилетает спутник ДЗЗ, который строит подробнейшие карты с рельефом, по которым определяются лучшие места для посадки;
- прилетает пилотируемая миссия, подтверждается точка развёртывания базы, ставятся навигационные маяки в точки посадки (параллельно можно разворачивать лунный/марсианский «Глонасс»);
- в обозначенные точки прилетает куча беспилотных ракет, выгружают тонны оборудования, роботизированных модулей, манипуляторов и экскаваторов;
- выполняются все подготовительные работы, которые могут быть выполнены удаленно и автономно;
- в уже подготовленную временную станцию направляются отряды колонистов, которые должны будут обустроить основу для долговременной станции.

Собственно, что нужно для обеспечения колонии?
- космодром;
- жилые модули;
- электростанция;
- производство;
- биосферные модули;
- транспорт.


Космодром

Космодром - основная часть инфраструктуры любой действующей колонии.

Так как что на Луне, что на Марсе отсутсвует органика, то будет необходимо регулярно снабжать колонистов едой, пластиком и резиной.

Для посадочной площадки требуется довольно прочное основание и защита прилегающих территорий от пыли, поднимаемой двигателями. И если защититься от пыли можно растянув довольно легкую термостойкую пленку, то для поверхности площадки потребуются металические листы и небольшой слой связанного грунта (аналогично бетону) под ними.

С учётом того, что в целях безопасности посадочную площадку необходимо делать на удалении от обитаемых модулей, возникает вопрос доставки людей из герметичного корабля до герметичного помещения. И тут либо аналог «кишки» в аэропорту, лило скафандры и электробусы.

В любом случае, процесс разгрузки грузового корабля потребует тяжелой автотранспортной техники.

В 100 тонн можно уложить стальную площадку диаметром 50 м и толщиной 6 мм. Достаточно мало, но если превратить реголит с помощью «эпоксидки» в аналог бетона, то и 6 мм сверху такого основания будет вполне достаточно.


Жилые модули

Самая важная вещь для модуля - это герметичность и возможность выдерживать перепад давления в 1 атмосферу (на Марсе давлением местной атмосферы можно пренебречь).

Другой важный аспект - защита от радиации. Самый простой способ защитится от вредного космического излучения на планетах с твёрдой поверхностью - расположить людей за парой метров грунта. Делать панорамное смотровое окно в крыше над кроватью будет не самой хорошей идеей, если, конечно, оно не толщиной в метр. При этом маленькие боковые окна-трубы, которые идут сквозь защиту - вполне пригодны для создания психологического комфорта.

В целом, для этих целей (избыточное давление и необходимость держать массу земли) идеально подходит шарообразная форма купола, причём распределённый вес земли сверху, будет уравновешивать внутреннее давление. Это обеспечит минимальную массу конструкции и, как следствие, более дешёвую доставку модулей на Луну.

Для возведения такого модуля необходимы:
- луноход-трактор для углубления и выравнивания площадки, насыпи грунта на поверхность модуля (рыть в глубь слишком сложно, а если строить на поверхности, то все равно придётся рыть яму, чтобы добыть грунт для насыпи сверху);
- стальные арочный каркас-основа и панели, которые соединяются сваркой;
- роботы-манипуляторы, типа «Kuka» для автоматической сборки всей конструкции.

Технологический аналог таких модулей - большие нефтяные резервуары типа РВС-20000, на Земле делают без особых проблем.

Масса полусферического купола (каркас и обшивка) радиусом 10 м составит около 25 тонн, а с учётом внутренних помещений и системы жизнеобеспечения можно спокойно уложиться в 100 тонн. Стоит отметить, что объём такого строения около 4200 м3. Для человека на Земле вполне комфортно жить в 50 м3. Таким образом, купол, запускаемый одной ракетой с Земли, обеспечит жильем примерно 50 человек в комфорте или 125 по нормативам общежития, и при этом в центральной части останется большое общее пространство.


Электростанция

На любой внеземной базе все оборудование будет электрическим. Отсюда возникает потребность в большом количестве мегаватт.

Может показаться, что будущие колонии будут утыканы солнечными панелями. Но это не так. Если на Марсе небольшие вспомогательные «поляны» панелей оправданы, то на Луне исключены. Основа энергетики - газовые ядерные реакторы.

Причины следующие:
- на Марсе слишком низкая энергия солнечного излучения и для 1 кВт потребуется 10 кг панелей. Есть смена суток, что повлечёт для среднего потребления 1 кВт - 20 кг панелей и 30 кг аккумуляторов, что даст 50 кг/кВт.
- на Луне очень длинная ночь, которая потребует огромного количества аккумуляторов, так как все системы должны работать круглосуточно.

Ядерный реактор может иметь удельную массу менее 30 кг/кВт (если верить данным по «Нуклону» и, что более важно, работать ночью.

Поэтому, вместо бескрайних «полей» солнечных - небольшой холмик с «полянкой» ярко-красного свечения радиаторов реактора.


Производство

Основа существования любой колонии - это воздух и вода.

На Луне вода содержится в районах полюсов в виде льда, а также в очень малой доле в реголите. На Марсе в районах полюсов в виде льда, а также под поверхностью, в том числе, в жидком виде.

В случае с Марсом, если повезёт, можно пробурить скважину. А так,потребуются экспедицию на элетрогрузовике с цистерной в кратеры, поближе к полюсам, где будут добывать лёд, и доставлять обратно на станцию.

Кислород для воздуха можно получать либо из воды, либо из оксидов методом электролиза. Если организована добыча металлов, то кислород может быть побочным продуктом.

Стоит отметить, что на Марсе можно получать азот для воздуха путём обогащения местной атмосферы.

Если есть вода и кислород, то можно рассмотреть возможность добычи местных полезных ископаемых.

На Луне в большом количестве представлены:
- Кремний;
- Кальций;
- Магний;
- Железо;
- Алюминий;
- Титан (не во всех районах).
Остальное представлено в малых количествах.
На Марсе плюс-минус тоже самое.

С учётом того, что на Луне есть вода и нет особых проблем с электричеством, можно достаточно просто наладить производство (металлургическое) основных конструкционных материалов, а также стекла.

Имея железо, титан, алюминий и выполнив доставку 3D-принтеров на Луну, можно изготавливать довольно сложные изделия из металла.

Тут возникает проблема: можно спокойно делать предметы из металла и керамики, но привычную пластмассу или резину можно получить только с Земли.

Целесообразно организовать производство изделий, типа электродвигателей или аналогичной сложности, которые практически полностью состоят из металла.

Помещение завода - все тот же металлический купол, аналогичный жилым.


Биосферные модули

Если вода в колонии имеет замкнутый цикл, то вот с едой возникают проблемы. Человеку нужно в среднем 2.5 кг еды в день. Разовая поставка в 100 тонн, обеспечит пищей 100 человек на год.

Современные теплицы позволяют иметь урожайность до 50 кг/м2 в год. Модуль диаметром 20 м, даст около 25 тонн овощей в год при двухъярусном варианте, а также будет утилизировать углекислый газ.

Выращивать животных спасла не имеет, так как они потребляют слишком много корма, который тяжело получить в замкнутых условиях. Проще привезти мясо с Земли.

Естественно, что биосферный модуль не сможет обеспечить полную автономность, но даст возможность несколько упростить снабжение и самое важное - обеспечить психологический комфорт людям.


Транспорт

Что на Луне, что на Марсе вариантов транспорта всего 2 (не считая велосипеда):
- электропоезд;
- электромобиль.

Развитие железнодорожной сети вполне оправдано - производство подвижного состава и рельс возможно непосредственно в колонии.


Что имеем в итоге?

Внешне - радиальная сеть холмов, соединенные между собой переходами. В центре большие с производственными и биосферными модулями, по периметру жилые меньшего размера. На удалении, с одной стороны посадочные площадки, с другой ядерная электростанция. Все это связано дорогами. Колонии связаны между собой сетью железных дорог и грунтовок.

Внутри - многоэтажные интерьеры из стекла и металла, квартиры по периметру полусферы с маленькими иллюминаторами, в центре просторное общее помещение (спортивные залы, столовые, зоны отдыха). Переход из одного купола в другой, а также до производственных модулей - по длинным коридорам.


PS: Следующий пост цикла будет про экономику и стоимость таких проектов.