У подальші кілька десятиліть люди збираються вирушити на Марс і звести там постійні поселення. Однією з нагальних проблем, яку належить перед цим вирішити, є нестача енергії через відсутність на Червоній планеті багатьох її джерел, до яких ми звикли на Землі.
Навіщо на Марсі електроенергія
Людство вже не перше десятиліття поспіль плекає мрії щодо підкорення Марса. І у найближчі 30 років там нарешті може з’явитися поселення, де колоністи житимуть роками. Однак на шляху туди — чимало перешкод, і однією з найскладніших є енергетична проблема.
Наша цивілізація спирається на використання електроенергії і викопного палива. Абсолютна більшість речей, що роблять життя простим і комфортним, потребує або приєднання до розетки, або чогось, що горить, як-от дрова в каміні або газ на плиті.
Переселенці не зможуть довго перебувати на Червоній планеті без надійного джерела енергії. Це на навколоземній орбіті астронавти звели її використання до мінімуму, однак на Марсі економія енергії не надто помічна для виживання.
Найбільш докучатиме проблема з теплом, що має властивість передаватися від одного тіла до іншого та з часом розсіюватись у просторі. На МКС це не так помітно, оскільки за бортом — вакуум, тож єдиний механізм втрати тепла — випромінювання, та воно не дуже дієве.
Інша річ — Марс. Ґрунт за стіною модуля та й загалом атмосфера планети — надзвичайно холодна, бо навіть поблизу марсіанського екватора температура не надто часто піднімається вище 0°С. А у вищих широтах вона падає нижче -100°С. В таких умовах значно ефективніші за випромінювання механізми теплопередачі та конфекції дуже швидко висмоктують тепло крізь тонку стінку житлового приміщення.
Ефективним і дешевим рішенням убачається теплоізоляція. Однак навіть із нею неможливо роками підтримувати всередині нормальну температуру, якщо єдиними джерелами тепла тут будуть тіла людей та комп’ютери. Відтак доведеться забезпечувати колоністів обігрівальними приладами.
Витрати електроенергії на побутові проблеми
І тут виникає наступна проблема. Традиційні, «наземні» способи нагріти приміщення на Марсі використовувати неможливо. Ані дров, ані газу, ані вугілля там просто немає, а везти їх із Землі надто дорого. Та й випалювати кисень каміном або грубкою в умовах достатньо проблематичної його регенерації — ідея дуже погана.
Наявність горючих корисних копалин на Землі визначається тим, що вона вже мільйони років поспіль має біосферу. На Марсі ж нічого такого не було, тож і шанс, що ми досі просто погано шукали, практично нульовий. Тому єдиним джерелом тепла, яке можна масово використовувати в марсіанській колонії, є електрообігрівачі. І саме на них припадатимуть чи не найбільші витрати енергії.
Крім того, багато енергії споживатимуть інші інженерні мережі: водопостачання, водовідведення, вентиляція. Всі три системи потребуватимуть насосів, які качатимуть гази і рідини, та фільтрів, що їх очищатимуть.
Тут варто згадати, що, на відміну від МКС, у марсіанській колонії технічно можливо облаштувати нормальний душ і туалети, але це потребує додаткових витрат енергії. Щодо їхньої необхідності — жодних сумнівів, адже жити там доведеться роками.
Натомість освітлення приміщень потребуватиме куди менших витрат. За винятком, звісно, теплиць, де рослинам слід забезпечити задовільний рівень освітлення, оскільки світло Сонця на Червоній планеті значно слабше, ніж на Землі.
Ще однією статтею витрат має стати транспорт. Бензин, як і газ, із Землі не завезеш, а своєї нафти на Марсі немає. Тож усі марсоходи заряджатимуться від «розетки», як електромобілі.
Чи можна звести на Марсі промисловість
Увесь наведений вище перелік витрат уже вказує на велику потребу створення надійних джерел електричного струму. Однак він є вичерпним тільки для початкового етапу освоєння Марса. У разі ж будівництва на Червоній планеті цілого міста та потужної промисловості, саме вони стануть головними споживачами енергії. Перше виробництво, що потребуватиме електрики, має з’явитися незалежно від того, чи почнуть люди переселятися на Марс. Якщо астронавти хочуть колись повернутися на Землю, слід забезпечити виробництво палива для старту з марсіанської поверхні. Усі компоненти для цього там є, але знадобиться ще чимало енергії.
Наступне, що потребуватиме великої кількості енергії — саме будівництво. Завезення матеріалів для нього з Землі виправдане лише коли йтиметься про перші модулі. Надалі доведеться, знову ж таки, все виготовляти на місці. На щастя, місцеві силікатні й алюмінатні породи можуть стати будівельним матеріалом. Щоправда, для цього їх треба розплавити, а це — найбільші витрати енергії з усього, що згадувалося досі.
Сонце, вода й вітер
На Землі одним із головних джерел енергії є викопне паливо. Електростанції, які ми називаємо тепловими, працюють на гарячій воді та парі, що утворюються внаслідок спалювання вугілля, газу чи мазуту, проте всього цього на Марсі немає, тож цей варіант відпадає.
Далі згадаймо воду, яка на гідроелектростанціях крутить турбіни, виробляючи електричний струм. Цей варіант теж не для Марса, бо річок там просто не існує, як і будь-яких інших постійних потоків.
Ще можна було б скористатися геотермальними джерелами. Ми вже знаємо, що в марсіанському минулому магма піднімалася з глибин та примушувала вічну мерзлоту танути й закипати, утворюючи гейзери. Однак наразі жодного активного регіону на поверхні Червоної планети немає. Тож від такого виду електростанції теж доведеться відмовитися.
Тепер розглянемо енергію Сонця. Панелі, що працюють на фотоелектричному ефекті, використовуються на марсоходах уже не один рік. Щоправда, функціонують вони доволі погано.
Навіть на Землі ефективність сонячних батарей настільки низька, що станції на їхній основі не здатні зрівнятися за обсягами виробленої енергії з ГЕС того ж розміру. А Марс, до того ж, залежно від положення на орбіті отримує в 2-3 рази менше енергії від нашої зорі через більшу відстань до неї. Тож виробляти електричний струм від сонячних панелей можливо, але цього недостатньо.
Зрештою, можна спробувати збудувати на Марсі вітрогенератори, які в останнє десятиліття дуже популярні на Землі. Червона планета славиться пиловими бурями, тому здається, що проблем із рухом атмосферних мас там немає, і цей спосіб може спрацювати.
Проте варто зважати, що газова оболонка Марса біля поверхні у 160 разів більш розріджена за земну. Відповідно, настільки ж меншу кількість енергії у ній несуть повітряні течії, які ми називаємо вітром. Вчені підрахували, що на побутові потреби перших модулів бази цього вистачить, але для масштабних проєктів вітрогенератори підходять не краще за сонячні панелі.
РІТЕГ і ядерні реактори
За відсутності всього переліченого фактично єдиним способом отримання енергії на Марсі стають ядерні реакції. Найпростіший пристрій для цього — радіоізотопний термоелектрогенератор, або РІТЕГ. Розпад радіоактивних речовин на інших планетах відбувається так само, як на Землі. Якщо взяти достатньо велику кількість плутонію-238, стронцію-90 та кюрію-244, вони розігріватимуться самі по собі. Звісно, ставити їх у кімнаті для обігріву вкрай небезпечно через ризик швидкого розвитку гострої променевої хвороби. Але якщо розташувати їх десь подалі від людей і обгорнути панеллю термоелементів на основі напівпровідників, довгі роки можна отримувати певну кількість електроенергії ніби з нічого.
РІТЕГи активно застосовують на космічних апаратах уже кілька десятиріч поспіль. Відтак цілком імовірно, що на перших етапах колонізації Червоної планети значно ефективніші за вітрогенератори і сонячні панелі термоелектрогенератори стануть головним джерелом енергії. Її має вистачити не лише для побутових потреб, але й для не дуже складних промислових процесів, наприклад, виробництва палива для космічних кораблів.
Утім, надалі все ж доведеться будувати значно надійніше джерело енергії — ядерний реактор. Від РІТЕГ він відрізняється тим, що всередині ініціюється керована ланцюгова реакція. Тобто по суті він є атомною бомбою, якій не дають вибухнути. Звучить небезпечно, але сучасні енергоблоки розроблені так, щоб у разі будь-якої нештатної ситуації миттєво заглушити процес.
Конструкцій ядерних реакторів — величезна кількість, і принаймні деякі з них зможуть забезпечити марсіанське місто й виробничі потреби незалежно від того, наскільки масштабними вони є.
Проте й у цього методу є проблеми. Вчені поки що не знайшли на Марсі покладів уранових руд, які служать сировиною для виробництва ядерного палива. З огляду на те, що ця планета менша, легша та вулканічно «спокійніша» за Землю, їх там узагалі може не виявитися. Тож принаймні попервах ядерне паливо доведеться возити з Землі. Але воно, на відміну від багатьох інших речей, безперечно, того варте.
Термоядерний реактор
Найкращим способом забезпечити марсіанську колонію енергією міг би стати термоядерний реактор. Синтез гелію з водню — саме той процес, завдяки якому світить Сонце. Тож якщо Марс перебуває занадто далеко від нього — чому б не повторити цей процес просто на його поверхні?
Для створення подібних установок Марс підходить анітрохи не гірше за Землю. Проблема лише в тім, що й на нашій планеті науковці досі не можуть отримати керовану термоядерну реакцію. Однак рано чи пізно їм це вдасться.
Загалом можна констатувати, що проблема з забезпеченням колоністів на Марсі енергією таки є. Однак на перший час їм цілком вистачить вітрогенераторів, РІТЕГ і сонячних панелей. А надалі на допомогу прийдуть ядерні та термоядерні реактори.
Якщо ви хочете більше дізнатися про Марс, замовляйте новий номер нашого журналу. Він присвячений саме цій планеті!
