В последующие несколько десятилетий люди собираются отправиться на Марс и построить там постоянные поселения. Одной из насущных проблем, которую предстоит решить, является недостаток энергии из-за отсутствия на Красной планете многих ее источников, к которым мы привыкли на Земле.
Зачем на Марсе электроэнергия
Человечество уже не первое десятилетие подряд лелеет мечты о покорении Марса. И в ближайшие 30 лет там наконец-то может появиться поселение, где колонисты будут жить годами. Однако на пути туда немало препятствий, и одним из самых сложных является энергетическая проблема.
Наша цивилизация опирается на использование электроэнергии и ископаемого топлива. Абсолютное большинство вещей, делающих жизнь простой и комфортной, требует либо присоединения к розетке, либо чего-то горящего, как дрова в камине или газ на плите.
Переселенцы не смогут находиться на Красной планете без надежного источника энергии. Это на околоземной орбите астронавты свели ее к минимуму, однако на Марсе экономия энергии не слишком поможет для выживания.
Наиболее досаждать будет проблема с теплом, которое имеет свойство передаваться от одного тела к другому и со временем рассеиваться в пространстве. На МКС это не так заметно, поскольку за бортом — вакуум, поэтому единственный механизм потери тепла — излучение, но оно не очень действенное.
Другое дело — Марс. Почва за стеной модуля и вообще атмосфера планеты — очень холодная, потому что даже вблизи марсианского экватора температура не слишком часто поднимается выше 0°С. А в более высоких широтах она падает ниже -100°С. В таких условиях значительно эффективнее излучения механизмы теплопередачи и конфекции очень быстро высасывают тепло через тонкую стенку жилого помещения.
Эффективным и дешевым решением может быть теплоизоляция. Однако даже с ней невозможно годы поддерживать внутри нормальную температуру, если единственными источниками тепла здесь будут тела людей и компьютеры. Следовательно, придется снабжать колонистов обогревательными приборами.
Расход электроэнергии на бытовые проблемы
И здесь возникает следующая проблема. Традиционные «наземные» способы нагреть помещение на Марсе использовать невозможно. Ни дров, ни газа, ни угля там просто нет, а везти их с Земли слишком дорого. Да и выжигать кислород камином или печкой в условиях достаточно проблематичной его регенерации — идея очень плохая.
Наличие горючих полезных ископаемых на Земле определяется тем, что она уже миллионы лет имеет биосферу. На Марсе же ничего такого не было, так что и шанс, что мы до сих пор просто плохо искали, практически нулевой. Поэтому единственным источником тепла, который можно массово использовать в марсианской колонии, являются электрообогреватели. И именно на них будут приходиться едва ли не самые большие затраты энергии.
Кроме того, много энергии потребляют другие инженерные сети: водоснабжение, водоотвод, вентиляция. Все три системы требуют насосов, качающих газы и жидкости, и фильтров, которые будут очищать.
Здесь следует упомянуть, что, в отличие от МКС, в марсианской колонии технически возможно обустроить нормальный душ и туалеты, но это требует дополнительных затрат энергии. В их необходимости нет сомнений, ведь жить там придется годами.
В то же время освещение помещений потребует куда меньших затрат. За исключением, конечно, теплиц, где растениям следует обеспечить удовлетворительный уровень освещения, поскольку свет Солнца на Красной планете значительно слабее, чем на Земле.
Еще одной статьей расходов должен стать транспорт. Бензин, как и газ, с Земли не привезешь, а своей нефти на Марсе нет. Все марсоходы будут заряжаться от «розетки», как электромобили.
Можно ли возвести на Марсе промышленность
Весь приведенный выше список затрат уже указывает на большую потребность в создании надежных источников электрического тока. Однако он является исчерпывающим только для начального этапа освоения Марса. В случае строительства на Красной планете целого города и мощной промышленности, именно они станут главными потребителями энергии. Первое производство, требующее электричества, должно появиться независимо от того, начнут ли люди переселяться на Марс. Если астронавты хотят когда-нибудь вернуться на Землю, следует обеспечить производство топлива для старта с марсианской поверхности. Все компоненты для этого там есть, но потребуется еще немало энергии.
Следующее, что потребует большого количества энергии — само строительство. Завоз материалов для него с Земли оправдан только когда речь пойдет о первых модулях. В дальнейшем придется, опять же, все производить на месте. К счастью, местные силикатные и алюминатные породы могут стать строительным материалом. Правда, для этого их нужно расплавить, а это наибольшие затраты энергии из всего, что упоминалось до сих пор.
Солнце, вода и ветер
На Земле одним из главных источников энергии является ископаемое топливо. Электростанции, которые мы называем тепловыми, работают на горячей воде и пару, образующихся в результате сжигания угля, газа или мазута, однако всего этого на Марсе нет, поэтому этот вариант отпадает.
Далее вспомним воду, которая на гидроэлектростанциях крутит турбины, производя электрический ток. Этот вариант тоже не для Марса, потому что рек там просто не существует, как и любых других постоянных потоков.
Еще можно было бы пользоваться геотермальными источниками. Мы уже знаем, что в марсианском прошлом магма поднималась из глубин и заставляла вечную мерзлоту таять и закипать, образуя гейзеры. Однако пока ни одного активного региона на поверхности Красной планеты нет. Так что от такого вида электростанции тоже придется отказаться.
Теперь рассмотрим энергию Солнца. Панели, работающие на фотоэлектрическом эффекте, используются на марсоходах уже не один год. Правда, функционируют они очень плохо.
Даже на Земле эффективность солнечных батарей настолько низка, что станции на их основе не способны сравниться по объемам производимой энергии с ГЭС того же размера. А Марс, вдобавок, в зависимости от положения на орбите получает в 2-3 раза меньше энергии от нашей звезды из-за большего расстояния до нее. Так что производить электрический ток от солнечных панелей возможно, но этого недостаточно.
В конце концов можно попробовать построить на Марсе ветрогенераторы, которые в последнее десятилетие очень популярны на Земле. Красная планета славится пылевыми бурями, поэтому кажется, что проблем с движением атмосферных масс там нет, и этот способ может сработать.
Однако следует учитывать, что газовая оболочка Марса у поверхности в 160 раз более разрежена земной. Соответственно, столь же меньшее количество энергии в нем несут воздушные течения, которые мы называем ветром. Ученые подсчитали, что на бытовые нужды первых модулей базы этого хватит, но для масштабных проектов ветрогенераторы подходят не лучше солнечных панелей.
РИТЭГ и ядерные реакторы
При отсутствии всего перечисленного практически единственным методом получения энергии на Марсе стают ядерные реакции. Самое простое устройство для этого — радиоизотопный термоэлектрогенератор, или РИТЭГ. Распад радиоактивных веществ на других планетах происходит так же, как на Земле. Если взять достаточно большое количество плутония-238, стронция-90 и кюрия-244, они будут разогреваться сами по себе. Конечно, ставить его в комнате для обогрева крайне опасно из-за риска быстрого развития острой лучевой болезни. Но если расположить их где-то подальше от людей и обернуть панелью термоэлементов на основе полупроводников, долгие годы можно получать определенное количество электроэнергии вроде бы из ничего.
РИТЭГи активно применяют на космических аппаратах уже несколько десятилетий подряд. Поэтому вполне вероятно, что на первых этапах колонизации Красной планеты значительно эффективнее ветрогенераторов и солнечных панелей термоэлектрогенераторы станут главным источником энергии. Ее должно хватить не только для бытовых нужд, но и для не очень сложных промышленных процессов, например, производства топлива для космических кораблей.
Впрочем, в дальнейшем все же придется строить значительно более надежный источник энергии — ядерный реактор. От РИТЭГ он отличается тем, что внутри инициируется управляемая цепная реакция. То есть по сути он является атомной бомбой, которой не дают взорваться. Звучит опасно, но современные энергоблоки разработаны так, чтобы в случае любой нештатной ситуации мгновенно заглушить процесс.
Конструкций ядерных реакторов — огромное количество, и по крайней мере некоторые из них смогут обеспечить марсианский город и производственные нужды независимо от того, насколько масштабными они являются.
Однако и у этого метода есть проблемы. Ученые пока не нашли на Марсе залежей урановых руд, служащих сырьем для производства ядерного топлива. Учитывая, что эта планета меньше, легче и вулканически «спокойнее» Земли, их там вообще может не оказаться. Поэтому сначала ядерное топливо придется возить с Земли. Но оно, в отличие от многих других вещей, безусловно, того стоит.
Термоядерный реактор
Лучшим способом обеспечить марсианскую колонию энергией мог бы стать термоядерный реактор. Синтез гелия из водорода — именно тот процесс, благодаря которому светит Солнце. Так что если Марс находится слишком далеко от него — почему бы не повторить этот процесс прямо на его поверхности?
Для создания подобных установок Марс подходит ничуть не хуже Земли. Проблема только в том, что и на нашей планете ученые до сих пор не могут получить управляемую термоядерную реакцию. Однако рано или поздно им это удастся.
В общем можно констатировать, что проблема с обеспечением колонистов на Марсе энергией таки есть. Однако на первое время им вполне хватит ветрогенераторов, РИТЭГ и солнечных панелей. В дальнейшем на помощь придут ядерные и термоядерные реакторы.
Если вы хотите узнать больше о Марсе, заказывайте новый номер нашего журнала. Он посвящен именно этой планете!
