تصميم قاعدة المريخ

الصورة بواسطة كين Treloar على Unsplash

دعونا نتخيل مستعمرة المريخ العاملة من ألف شخص. كيف يمكن أن تكون قابلة للحياة اقتصاديا؟ لا يمكنها تصدير الخامات إلى الأرض - تكاليف الشحن كبيرة للغاية - ولا يمكنها تصدير الأغذية أو أي شيء آخر ثقيل. ومع ذلك يجب كسب المال من الأرض. من المحتمل أن تفعل ذلك في شكل سياحة وأبحاث - لا يبدو أي شيء آخر عمليًا. نتيجة لذلك ، يجب أن تطفو المدينة على حافة الوادي أو منظرًا خلابًا آخر ، وبالقرب من مناطق البحث المثيرة للاهتمام.

في النهاية ، تريد المدينة أن تستورد من الأرض الحد الأدنى من كتلة المواد الممكنة. من الناحية النظرية ، تريد إنتاج المواد الغذائية والهواء والبناء الخاصة بها ، واستيراد رقائق الكمبيوتر (التي لا تزن شيئًا تقريبًا وتتطلب مصانع هائلة لإنتاجها.) إنها تريد تنشيط الزراعة والتعدين والتصنيع ، لأن البشر يحتاجون إلى طعام وسكن باهظ التكلفة ، بينما الروبوتات تحتاج فقط الطاقة والصيانة. وبالتالي ، سيتم إنتاج المواد بواسطة اللوادر ذاتية القيادة والشاحنات والمصاهر ؛ سيتم التصنيع عن طريق الطابعات ثلاثية الأبعاد والليزر وآلات الطحن ؛ تجميع بواسطة الروبوتات. وإصلاح بواسطة الروبوتات والإنسان في بعض الأحيان. الزراعة ستكون بواسطة روبوتات متخصصة في إزالة الأعشاب الضارة وزراعة وحصاد. البشر ، بمساعدة منظمة العفو الدولية القوية ، سوف يخططون وينظمون هذه الأنشطة ، ويجرون البحوث.

تتناول بقية هذه الورقة المساحة المطلوبة من الدفيئات الزراعية وتصميمها ، وهياكل تمديد الإسكان والمصانع والمولد النووي المطلوب ، لكنها لا تتناول الصهر أو التصنيع.

يعتزم Elon Musk وضع البشر على سطح المريخ في عام 2024 وإطلاق مستعمرة بعد بضع سنوات ، لذلك فقد حان الوقت

لتحديد المعايير الأساسية لمثل هذه المؤسسة. ما هو حجم الدفيئات الزراعية المطلوبة ، وما وزن الأسمدة ، وكمية المواد الإنشائية لكل دفيئة ، وما كتلة العزل والإشعاع وما إلى ذلك؟ هذه الورقة هي الخطوة الأولى في مثل هذه الحسابات ولكن يجب على الآخرين ملء التفاصيل.

من المفترض أنه تم العثور على مياه الري والأسمدة (الفوسفات وما إلى ذلك) على سطح المريخ ، وأن الهياكل المدفونة ستوفر حماية كافية ضد الإشعاع. يتم تضمين تصميم مولد نووي من 2kW للفرد ، من باب المجاملة فرانك وليامز.

بالنسبة إلى التقريب الأول ، فإن إجمالي كتلة المهمة يتناسب مع الكتلة البشرية ، لذلك يجب أن يتكون الأشخاص الصغار جدًا من الطاقم. أي أن مئات الجنيهات من لاعبي الجمباز سيأكلون كميات أقل من الطعام ، ويتطلبون مركبات وأرباعًا أصغر ، ويفكرون أيضًا في ثلاثمائة من رعاة كرة القدم. سيتم اختيار الأشخاص الصغار والملائمين والأذكياء. إنهم يحتاجون فقط إلى حوالي 1600 سعر حراري يوميًا.

حجم المستعمرة

أف ب ناقش سالزبوري التجارب التي أجراها معمله وواحد في الاتحاد السوفيتي باستخدام قمح قزم. (2) وخلص إلى أنه "... لن يتطلب الأمر سوى حوالي 15 متر مربع من مساحة نمو النبات لتوفير التغذية الكافية لأحد أفراد الطاقم إذا كان هذا الطاقم مستعدًا لا تأكل سوى القمح! مع إضافة أخرى

المحاصيل بالإضافة إلى عامل الأمان ، يجب أن يكون 50 متر مربع كافيًا. "بالنسبة إلى 1000 مستعمر ، حوالي 50000 متر مربع أو 500000 قدم مربع

ستكون هناك حاجة. يبدو هذا منخفضًا ، لذا يتم تطبيق عامل آخر من أربعة ، مما يجعل الرقم يصل إلى 2،000،000 قدم مربع. تشير التقديرات إلى أن أماكن المعيشة والمختبرات والممرات تتطلب 1000 قدم مربع للفرد ، أو 1،000،000 قدم مربع لكل ألف شخص. وبالتالي تبلغ المساحة الإجمالية المغطاة 3،000،000 قدم مربع.

تنتج المحاصيل كمية كافية من الأكسجين كي يتنفسها المستعمرون. سالزبوري تقارير عن السوفياتي

السير 3 التجربة (2 ص 152) أنه كان هناك ثلاثة من أعضاء الطاقم وثلاثة مقصورات مجموع

مساحة 63 م 2 مزروعة بالخضار ، "... والتي توفر قدرة كبيرة على تجديد الهواء".

قد تكون تربة المريخ أقل خصوبة من تربة الأرض ، لذا يجب زيادة هذه الأرقام ، لكن هذه الورقة ستستخدم 3،000،000 قدم مربع للتحجيم الأولي. تبلغ مساحتها 1700 قدم مربع على الجانب ، على بعد حوالي ست مباني في المدينة تبلغ مساحتها 300 قدم ، وهي مسافة معقولة يمشي بها المستعمرون. ستكون مستعمرة المليون متر مربع ، لذا سيحتاج المستعمرون إلى الدراجات.

التصميم الأساسي للمريخ الدفيئة

الشكل 1. التصميم العام

المريخ بارد حتى تتجمد النباتات في دفيئة بلاستيكية على السطح. تتمثل إحدى طرق منع ذلك في تغطية المنازل بعزل غير شفاف واستخدام الطاقة النووية لتشغيل الأضواء ، ولكن هناك طريقة أفضل هي دفن المنازل.

المنزل باستثناء شريط شفاف على طول الجزء العلوي ، واستخدام المرايا مايلر بالألمنيوم لتعكس أشعة الشمس المركزة على طول الشريط. يمكن لعاكسات مايلر ذات الكتلة المنخفضة أن تشتت الضوء بالتساوي على النباتات.

يجب الاحتفاظ بالهواء بواسطة الأغشية البلاستيكية وتقليل السُمك عن طريق جعل قطر المنازل الأنبوبية أصغر ما يمكن ، على سبيل المثال ، 16 قدمًا كما هو موضح أدناه. هذا يقلل من الكتلة التي يجب إحضارها من الأرض.

التصميم الهيكلي

النقطة المهمة هي أن وزن المادة في غشاء الدفيئة لتغطية نفس المنطقة يتناسب مع نصف قطر الأنبوب. أي أنه على الرغم من أنها ستغطي نفس المنطقة ، فإن قطر أنبوب واحد يبلغ طوله 32 قدمًا يزن ضعف أنبوبين يبلغ قطرهما 16 قدمًا. يجب رفع هذا الوزن على سطح المريخ بواسطة رواد الفضاء ، ويجب نقل المادة إلى المريخ على نفقة كبيرة ، لذلك من المستحسن تقليلها. لذلك ، يجب أن تكون أقطار الأنبوب هي الحد الأدنى الممكن ، مع مراعاة القيد المتمثل في كونه كبيرًا بما يكفي لرواد الفضاء (حتى بالإضافة إلى بضعة أقدام للتأثيرات النفسية).

هنا هو دليل على أن حجم المواد وزيادة الكتلة مع قطر الأنبوب. النظر في هيكلين تغطي نفس الفترة ، ولكل منها تمدد وحدة واحدة في ورقة. واحد لديه أنبوب واحد ، قطر د. الآخر لديه أنابيب n ، قطر D / ن لكل منهما.

الشكل 2.

مجال كلا النظامين هو نفسه. مساحة الامتداد المفردة هي 1 (وحدة في الورقة) × D / 2 = D / 2

Units2. تبلغ مساحة المساحة المتعددة (لكل فترة) وحدة واحدة في ورقة x D / 2n = D / 2 x 1 / n. ولكن هناك وحدات n بحيث تكون المساحة الكلية هي D / 2 x 1 / n x n = D / 2 - بنفس المنطقة التي تمتد فيها الفترة الفردية. وبالتالي مجال

البلاستيك المطلوب لتغطية نفس مساحة الأرض هو نفسه ، بغض النظر عن عدد المساحات. لكن ال

سمك مختلف. بالنسبة للاسطوانة S = Pr / t (حيث يكون S هو Stress ، P هو الضغط ، r هو نصف القطر ، t هو سمك و Sallowable هو ضغط العمل على المادة المعنية.) ثم trequired = Pr / Sallowable - أي t هو يتناسب مع ص. وبالتالي فإن سمك ، وبالتالي حجم وكتلة الغشاء ، تتناسب مع نصف قطرها. لذلك يجب أن تبقى دائرة نصف قطرها صغيرة بقدر الإمكان. (وينطبق الشيء نفسه على القباب. تكلف القباب الألف قدم المحبوب من الرسامين ركلة جزاء ضخمة إذا تم بناؤها على الإطلاق.)

يجب أن يكون الأنبوب أنبوبًا كاملًا ، وليس الأنبوب أعلاه. مشاكل التثبيت والتسرب ستكون شديدة لنصف الأنبوب.

لنفترض أن الضغط الداخلي هو 8 PSI ، أي حوالي 15000 قدم على الأرض (ربما مع أكثر من 21 ٪ من الأكسجين ، المستوى الطبيعي للأرض ، لتعويض "الارتفاع العالي"). يتكون غشاء الجدار من المثانة لعقد الهواء ، ر = 0.003 بوصة (تخمين يعتمد على مايلر ثلاثي الميل يبدو قوياً بما فيه الكفاية) بالإضافة إلى شبكة من ألياف كيفلر. استخدمت ناسا تصميمًا مشابهًا لتصميم Mars Transhab القابل للنفخ ، مع عامل أمان 4.0. يبدو هذا الأمر مرتفعًا ولكن الناس سوف ينامون في ترانثاب وهناك العديد من الميكروميتوريت في الفضاء ؛ هنا سيتم استخدام 3.0 لأن الناس لن يناموا عادة في الدفيئة وبالتالي يمكنهم الخروج بشكل أسرع في حالة حدوث تسرب. (لا يمكن نسخ تصميم Transhab مباشرة لأنه مخصص للاستخدام في الفضاء ولديه دروع ثقيلة مضادة للميكروميتريت.)

ألياف Kevlar لها قوة شد نهائية تبلغ 435000 رطل (3) ؛ القسمة على سادس يعطي الإجهاد المسموح به من 145Ksi. Trequired = Pr / Sallowable = 8psi x 96in / 145،000 = .0053in سماكة ، أو ما يعادلها في ألياف الاتجاه العرضي. ومع ذلك ، فإن الضغط المحوري في الأسطوانة المضغوطة هو نصف الإجهاد الموضعي تمامًا ، لذلك ستكون هناك حاجة إلى ألياف محورية مكافئة لسمك 0.0027 ، ليصبح المجموع 0.008. السماح لتأثيرات التفاعل في المواد المركبة ، ويقول 0.009 بوصة مجموع سمك. بالإضافة إلى المثانة .003 بوصة يعطي ما مجموعه جراند من سمك 012 بوصة. يزن Kevlar 0.052 pci (افترض أن المثانة تزن نفس الشيء ؛ ومعظم المواد البلاستيكية تفعل ذلك)

يغطي الجزء الذي يبلغ طوله 16 قدمًا أعلاه 16 قدمًا ووزنه: .012 × 12 "× 16 قدمًا × 12 بوصة / قدم × × 0.05 بكسل = 4.4 رطل ، أو 0.27 رطل لكل قدم 2 مغطى. بالنسبة للمنشآت المسببة للاحتباس الحراري ، يلزم توفير حوالي ثلاثة ملايين قدم مربع لكل 1000 شخص ، لذلك تزن المستعمرة بأكملها 800000 رطل. إضافة إلى ذلك ، فإن 176000 رطل للمولدات النووية تعطي 976000 رطل. قد تؤدي إضافة آلات البناء والمصاهر وآلات الألياف الزجاجية وما إلى ذلك إلى مضاعفة الكتلة إلى مليوني رطل. بسعر 225 دولار / رطل (أدناه) تم تسليمه إلى المريخ ، وهذا يكلف 450 مليون دولار. بالنسبة إلى مليون شخص تبلغ التكلفة 450 مليار دولار. يفترض SpaceX أن المستعمرين سيدفعون ثمن تذاكرهم ذهابًا وإيابًا بقيمة 200000 دولار لكل منهم ، أو 200 مليون دولار لألف شخص.

التكلفة التقديرية لكل رطل من الحمولة المقدمة إلى سطح المريخ

يقول مهندس ومقدم SpaceX Paul Wooster أنهم يحاولون بأقل من 500 دولار للكيلوغرام ، أو 225 دولارًا لكل رطل (5)

هل سيسحق الضغط الهيدروستاتيكي الأنبوب؟

يزن الرمل الجاف 100 رطل لكل قدم مكعب ، لذلك على عمق 8 أقدام على الأرض ، يكون الضغط الهيدروستاتي 800 قدم مربع أو 5.5 رطل. تبلغ جاذبية كوكب المريخ 3/8 جاذبية كوكب الأرض ، لذلك عند ارتفاع 8 أقدام على سطح المريخ ، يبلغ الضغط 2.0 رطل فقط. سيتم ضغط الأنبوب إلى 8 رطل لذلك هناك عامل أمان من أربعة ضد التكسير.

مشكلة التظليل

يوضح الشكل 3 مشكلة التظليل في المرايا. إذا كانت البيوت الزجاجية تلامس كما في الشكل 3 أ ، فإن المرايا سوف تظلم بعضها البعض. وبالتالي يجب أن تنتشر المرايا كما هو الحال في 3B ، أو وضعها على منحدر كما هو الحال في 3C. يجب أن ينتظر التصميم الدقيق اختيار موقع للمستعمرة. إذا كان التباعد يبلغ ثلاثة أضعاف قطر الأنبوب ، فيمكن وضع الأنابيب مع أماكن المعيشة بين أنابيب الدفيئة وتكون المستعمرة بنفس الحجم كما كان من قبل. (بدون تطبيق عامل الأربعة على منطقة الدفيئة. مرة أخرى ، سيتم تحديد تصميم دقيق.)

الشكل 3.

مشكلة التظليل

الشكل 4. التصميم الحراري

التحليل الحراري

ويبين الشكل 4 قسم نموذجي. لم يتم تحديد العزل ولكن معظم العزل (airgel ، لوح الرغوة الخشبية ، إلخ ، R10 لكل بوصة ، لذلك يتطلب R50 حوالي 5 بوصات من العزل ، وهو ما يبدو معقول. (4) يوفر نصف الأنبوب المملوء بالرمل كتلة حرارية (تحقيق الاستقرار في

درجة الحرارة من المريخ إلى الليل.) متوسط ​​درجة حرارة المريخ هو -50 درجة فهرنهايت والدفيئة تعمل 80 درجة فهرنهايت

تي هو 130 واو

النظر في قسم قدم واحدة في ورقة. مساحة العزل 2x 8 قدم × 1 قدم = 50 فرنك سويسري. يكون فقد الحرارة يوميًا 50 × 130 درجة مئوية × 1/50 × 24 = 3100 وحدة حرارية بريطانية. المدخلات هي 16 sf x 317 btu / hour sf x 10 ساعة من ضوء النهار = 51000 btu / day. هذا أكثر من الخسارة ، لذلك يجب تهوية الحرارة من خلال مشعات (غير موضحة). (يتم تحديد مستوى الإدخال بواسطة متطلبات التمثيل الضوئي للنباتات ، المفترض أنها تنتج أقصى نمو على مستوى الأرض الطبيعي من التشميس.)

لا يتم حساب كتلة العزل لأنه من شبه المؤكد أن يتم إنتاجه على سطح المريخ. العزل خفيف ولكنه ضخم لذا لا يمكن إحضاره من الأرض. لن يكون هناك مجال في كبسولات الهبوط لذلك. بالنسبة لأول دفيئات بلاستيكية ، سيتم إحضارها ورغائها في مكانها ، وبالنسبة للمستعمرة ، سيقوم المستعمرون الأوائل بتصنيع الألياف الزجاجية أو الهوائيات من رمال المريخ. تحديد أفضل طريقة سيكون بالتأكيد موضع اهتمام.

توفر البيوت الزجاجية الأكسجين والغذاء لألف مستعمر. إذا كانت هناك عاصفة ترابية لمدة ثلاثة أشهر وتجمدت البيوت الزجاجية ، فإن المستوطنين يموتون جميعًا ، وهذا أمر غير مقبول. الدفيئات يجب أن تبقى دافئة خلال أسوأ حالة عاصفة ترابية لعدة أشهر.

كيف سيبقى النظام دافئًا في عاصفة رملية؟

تربة المريخ هي -50 درجة فهرنهايت. ثم T في بداية التبريد = 80 - (-50 درجة) = 130 درجة فهرنهايت. في النهاية هو فقط 32 - (-50)

= 82 درجة فهرنهايت ، وفي المتوسط ​​106 فهرنهايت. يبلغ متوسط ​​الخسارة في اليوم الواحد 50 قدمًا مربعًا × 1/50 × 1080 فهرنهايت × 24 = 2500 وحدة حرارية بريطانية في اليوم.

في اليوم العادي ، ستختلف درجة الحرارة فقط من يوم إلى آخر. يبلغ حجم الرمل الموجود في الجزء السفلي الدائر من المنزل 1 قدم × × × × 2 × 100 قدم مكعب. عند 100 رطل / قدم 3 ، يزن 10،000 رطل مع كتلة حرارية تبلغ 0.2 وحدة حرارية / رطل = 2000 وحدة حرارية / فهرنهايت. يصل ذلك إلى 130 وحدة حرارية بريطانية / ساعة × 12 ساعة / 2000 وحدة حرارية بريطانية / درجة فهرنهايت = 0.8 درجة فهرنهايت.

يمكن أن تستمر عواصف الغبار المريخية بضعة أسابيع ولكن من الضروري العثور على أسوأ الحالات ، والتي قد تكون أطول من ذلك بكثير.

سيكون هناك محطة للطاقة النووية. مطلوب مولد نووي لأن الخلايا الشمسية لا تعمل بدون ضوء ، كما هو الحال أثناء العاصفة. يمكن استخدامها لإنتاج لتشغيل سخانات؟ ينتج المصنع النووي لـ 1000 شخص ينتج 2 كيلووات للفرد الواحد 2 ميجاوات ، وهو 6820،000 وحدة حرارية في الساعة. (8MW الإخراج الحراري و

2MWe الناتج الكهربائي في كفاءة 25 ٪. يبلغ الإنتاج الحراري للمولدات 27 مليون وحدة حرارية في الساعة. ويوجد 187،000 قدم من الدفيئات الزراعية ، يفقد ما معدله 2500 وحدة حرارية في اليوم لكل قدم ، أو 104 وحدة حرارية في الساعة. بعد ذلك ، يفقد 187000 قدم 19.4 مليون وحدة حرارية في الساعة ، مقارنة بـ 27 مليون وحدة حرارية في الساعة من المولدات. يمكن للمولدات بالفعل تسخين الدفيئات.

القادم هناك مشكلة إنتاج الأوكسجين. في عاصفة ترابية لن تقوم النباتات بعملية التمثيل الضوئي. يجب أن يتكون إنتاجهم من إنتاج الأكسجين من المولد. في الأوقات الجيدة ، يجب تخزين الطعام والأكسجين أيضًا.

تتعرض حياة المستعمرين للخطر إذا كان تحليل عاصفة الغبار خاطئًا. يجب توخي الحذر الشديد مع هذه الحسابات.

مولد نووي

بإذن من فرانك ويليامز

سيكون توليد الطاقة الكهربائية وتوزيعها عبارة عن مزيج من المفاعلات النووية القائمة على اليورانيوم ونظام الحد الأدنى من البطاريات والمكثفات الفائقة لتخزين الطاقة وتسوية الأحمال. ستكون تطبيقات المفاعلات النووية المناسبة مستقلة عن الظروف البيئية ، وبالتالي توفر طاقة ثابتة حتى في الظروف القاسية ، مثل العواصف الترابية التي يمكن أن تستمر لعدة أسابيع والفترة التي تلت التنقيب عن الكثبان الناتجة.

نقترح نهجًا متدرجًا بدلاً من مفاعل واحد أحادي الليثيوم بقوة 2 ميجاوات

(بمتوسط ​​2 كيلووات لكل عضو في المستعمرة). هناك اسباب كثيرة لهذا.

التنفيذ بمرور الوقت: يمكن تشغيل المفاعلات عند بدء تشغيل معدات بناء الموقع الأولية.

o قبل وصول الإنسان ، تستطيع المهمات الآلية إعداد معدات أولية

o يمكن إطلاق المفاعلات بموجات من البشر مع نمو المستعمرة

يلغي وضع فشل نقطة واحدة

o على الرغم من أن الفشل الكامل لمفاعل كبير غير مرجح ، فإن أخذ مفاعل كبير واحد خارج الخط للإصلاح سيكون له آثار سلبية كبيرة على المستعمرة

o يصعب إصلاح المفاعلات الكبيرة بطبيعتها للمشاكل الرئيسية ببساطة بسبب أحجامها الكبيرة وكتل مكوناتها

بدء التشغيل الآلي أسهل للمفاعلات الأصغر قبل وصول الإنسان.

o يمكن تصميم المفاعلات الصغيرة لتكون ذاتية التشغيل

المفاعلات الأصغر هي أسهل في التصميم والتشغيل كنظم تعديل ذاتي في المقام الأول.

o تصبح المفاعلات ذاتية التعديل أقل حرارياً (وبالتالي كهربائياً)

كفاءة كما يزيد حجمها والطاقة

يمكن تشغيل عدة مفاعلات أصغر كمجموعات لتغطية الاختلافات في متطلبات الطاقة اليومية أو الأسبوعية أو الشهرية

يجب أن تختلف متطلبات الطاقة بمرور الوقت.

o يجب تصميم المفاعلات لتلبية متطلبات الطاقة القصوى أو الطاقة الكبيرة

يحتاج نظام التخزين والصرف إلى التنفيذ.

o استخدام مفاعلات متعددة يمكن إدخالها على الإنترنت حسب الحاجة و / أو الإشراف عليها حسب الحاجة ، سوف يقلل الحاجة إلى أي نظام تحميل وتسوية الطاقة الكهربائية

يمكن وضع المفاعلات الصغيرة بالقرب من احتياجات الطاقة

o يمكن وضع المفاعلات الصغيرة ذات الكميات المعتدلة من التدريع بالقرب من احتياجات المعدات والطاقة من المفاعل الكبير الواحد

من المتصور حاليًا أن يكون مفاعل خط الأساس بمثابة تطور لمفاعل Kilopower التابع لناسا والموضح في الشكل 5. وسيؤدي هذا التطور إلى مفاعل 100 كيلووات من الحد الأقصى للتصميم المتوخى حاليًا وهو 10 كيلووات. (تعتقد ناسا أن تصميم مفاعل كيلو باور الحالي يمكن أن يتطور إلى 10 كيلووات). وسيحل التصميم المتطور محل النواة الفردية واليورانيوم العالي التخصيب (HEU) بنواة مركزية واحدة محاطة بحلقات متحدة المركز من اليورانيوم HEU. سوف تتخللها العناصر المركزية بين الحلقة المركزية والحلقة التالية من HEU: مُشرفون لامتصاص النيوترونات البورون ، ومُشَغِّلات نيوترونات Beryllium Oxide وأنابيب تسخين فلز الصوديوم ، وفواصل ذات معامل عالٍ للتمدد الحراري (CTE). الاسطوانة المركزية البورون في مركز الاسطوانة HEU المركزية (كما في مفاعل Kilopower) وعناصر البورون

بين النواة المركزية لليورانيوم العالي التخصيب وطبقة متحدة المركز من اليورانيوم المخصب ستتم إزالتها عند بدء تشغيل المفاعل وإعادة إدخالها في مفاعل الإغلاق. توفر فواصل CTE العالية بين توفير الاعتدال الذاتي للمفاعل مما يسمح له بالجري عند الحد الأقصى القريب دون مراقبة بشرية ثابتة.

الصورة مجاملة ناسا GRC ، لا يشكل استخدام وتأييد من قبل ناسا.

الشكل 5. مفاعل كيلوباور النووي للفضاء التابع لناسا والذي يوضح تحويل الطاقة الاسترليني

الأنظمة.

سيستخدم التنسيب المبكر للمفاعلات القليلة الأولى أنظمة رفض الحرارة في الغلاف الجوي كما يتصورها حاليًا مفهوم NASA لاستخدام مفاعل Kilopower كما هو موضح في الشكل 6. بعد وصول البشر ويمكنهم تثبيت المفاعلات ، سوف يستخدمون نظام تبريد أكثر قوة بواسطة وضع أنابيب الحرارة لرفض الحرارة في سطح المريخ ، والتي سوف تسمح بالوعة حرارة ثابتة خلال جميع الظروف البيئية.

الصورة مجاملة ناسا GRC. لا يمثل استخدام هذه الصورة تأييدًا لهذه الورقة من قِبل وكالة ناسا.

الشكل 6. مفهوم ناسا للمنشآت نوع مفاعل كيلو باور على المريخ.

من المتوقع أن تكون كتلة المفاعل الفردي ونظام تحويل الحرارة حوالي 4000 كجم لكل منهما.

سيسمح ذلك بإطلاق هذه المفاعلات من الأرض كجزء من مهام أكبر وأكثر ضغطًا

بدلاً من القيام بمهام قائمة بذاتها لمفاعل واحد بقدرة 2 ميجاوات والذي يمكن أن يكون له كتلة بسهولة

أكبر من 18000 كجم. وهذا يعطي مرونة مهمة إضافية مع تطور المستعمرة.

كتلة المولدات

هناك حاجة إلى ما يقرب من عشرين مولد كهربائي بقوة 100 كيلووات لكل 2 ميجاوات لمستعمرة من 1000 شخص. ويبلغ وزن كل منها 4000 كيلوغرام ، ويبلغ مجموع كتلتها 80.000 كيلوغرام أو 176000 رطل.

البديل لكل حكم من الإبهام

كتلة مولد 100 كيلووات حوالي 4000 كجم والكتلة تزداد كجذر مربع للإخراج. (6) وبالتالي المولدات الكبيرة توفر نفس الناتج لأقل كتلة. اثنين من مولدات MW واحد يسمح لإصلاح واحد أو التزود بالوقود. كل كتلة 10.5 × 4000 كجم = 13000 كيلوغرام وبالتالي فإن المجموع سيكون

26000 كجم أو 57000 رطل ، ثلث من 176000 رطل أعلاه. من الواضح أن أفضل عدد من المولدات هو مادة غير دقيقة لأن لديها القدرة على خفض تكلفة المستعمرة بشكل كبير.

نقاش

معظم الكتلة المستوردة من الأرض هي مولدات نووية ومواد بناء للبيوت المحمية. وفي الوقت نفسه معظم المستعمرين هم مزارعون أو مستكشفون أو باحثون. يتم استبدال المزارعين بروبوتات وقد يتم استبدال المستكشفين أيضًا ، مع الروبوتات التي تجلب المواد للباحثين لدراستها. هذا يترك معظم المستعمرين عاطلين عن العمل. يتمثل الحل في جعل هؤلاء الأشخاص يعملون في بناء البنية التحتية للمليون نسمة المتوقع في نهاية المطاف ، وصنع مواد للبيوت الزجاجية من مواد المريخ. المثانات عبارة عن بلاستيك مشتق من البترول ولذا يجب استيراده من الأرض ، ولكن يمكن استبدال ألياف الكيفلار بألياف زجاجية مصنوعة من رمل المريخ. يمكن أيضًا استخدام الرمل لصنع عازل من الألياف الزجاجية أو airgel. استيراد الآلات لصنع هذه المواد سيكون أقل تكلفة من استيراد المواد بأنفسهم. الجزء الأكبر من الأرض من المولدات النووية لذا فإن التحسينات على هذه العناصر مهمة جدًا أيضًا. ربما يمكن صنع العديد من الأجزاء على المريخ.

وهكذا ينتقل المستعمرون من الزراعة والاستكشاف إلى البناء والتصنيع ، وكلما وصلوا يتم توظيفهم بالطريقة نفسها. في النهاية تم الانتهاء من المستعمرة ولن يكون أمام المستعمرين أي شيء ، لذلك قد يعملون على إعادة التشكيل. Terraforming Mars صعب لأنه لا يوجد مصدر معروف للنيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون لتحقيق الاستقرار في الغلاف الجوي ، وجو الأكسجين النقي أمر خطير في حالة نشوب حريق ، ولكن إذا تم العثور على مصدر للغازات غير التفاعلية ، يمكن للمستعمرين أن يصبحوا terraformers.

يقترح أن يكون موضوع العزل الجيد هو تصنيع المواد العازلة والهيكلية للبيوت الزجاجية وغيرها من الهياكل ، والأجزاء الثقيلة من المولدات. إن التحليل الحراري المفصل للأداء الحراري للاحتباس الحراري في العواصف الترابية هو أمر مهم ، وكذلك الحد الأقصى لمدة العواصف.

جو المريخ هو ثاني أكسيد الكربون. تنمو العديد من النباتات على الأرض بشكل أسرع في كثافة أعلى من ثاني أكسيد الكربون. إذا نمت النباتات بشكل أسرع ، فستكون هناك حاجة إلى عدد أقل من الدفيئات ، مما يوفر الأموال على الواردات من الأرض. يمكن أن يتركز ضوء الشمس إلى أكثر من الأرض بشكل طبيعي أيضًا. من المفترض أن يتم توفير التشميس الطبيعي للأرض ، حيث يتم تطوير النباتات الأرضية لذلك. ولكن هل تنمو النباتات بشكل أسرع مع مزيد من الضوء؟ ماذا لو تم تزويدهم بكل من ثاني أكسيد الكربون وضوء الشمس؟ سيكون مثيرا للإهتمام لمعرفة ذلك.