Экзамен на разумность

Хохлов Сергей Никанорович

Поставщиками кислорода для Камер составления воздушной смеси (2) и Камер промежуточного обогащения воздуха кислородом и удаления углекислого газа (6) является Блок водорослей (3), где происходит переработка углекислого газа в кислород (П-4, состоящий из O₂) с помощью устройств, в которых поддерживается жизнедеятельность биомассы культур простейших водорослей. (Аналогом подобных устройств является, к примеру, разработанная в России система «Биос».)

Углекислота может вводиться в автотрофно выращиваемые культуры водорослей различными методами. Наиболее распространенный способ — это подача углекислоты в виде газовоздушной смеси, осуществляющей, помимо снабжения водорослей источником углерода, функцию перемешивания культуры. Найденные применительно к условиям высокоинтенсивного культивирования хлореллы насыщающие и полунасыщающие концентрации CO₂ не превысили значений 1,6–1,7 % CO₂ в газовой фазе (35–40•10^{– 5} моля растворенной CO₂ на 1 л) при насыщающих интенсивностях

света и плотности суспензии 600 млн. клеток в 1 мл.

Изучение зависимостей роста водорослей от условий показывает, что при наибольшей насыщающей интенсивности света продуктивность культуры в 4 раза выше при концентрации 1 %, чем при 0,25 % CO₂ и обратно: при одной и той же концентрации CO₂ продуктивность тем выше, чем выше интенсивность света. А чем выше продуктивность культуры, тем большее количество углекислого газа будет переработано в кислород.

Биомасса водорослей, получаемая при этом процессе, может быть использована как источник белка и физиологически активных соединений и идти как на корм сельскохозяйственным животным, так и непосредственно в питание человеку.

Табл. 3. Состав сухой атмосферы Земли (по объему)
Составляющая	Доли в единице объема	Молекулярная масса
N2	0,780840	28
O2	0,209476	32
Ar	9,34•10– 3	40
CO2	3,14•10– 4	44
Ne	1,818•10– 5	20,2
He	5,24•10– 6	4
CH4	2•10– 6	16
Kr	1,14•10– 6	83,8
H2	5•10– 7	2
O3	4•10– 7	48
N2O	2,7•10– 7	44
CO	2•10– 7	28
Xe	8,7•10– 8	131,3
NH3	4•10– 9	17
SO2	1•10– 9	64
NO2	1•10– 9	46
NO	5•10– 10	30
CCl4	1,2•10– 10	154
H2S	5•10– 11	34
HBr, BrO	примерно 10– 11	81; 96

Представляется естественным, что при составлении искусственной атмосферы ТБС не будет никакой необходимости в полном повторении состава земного воздуха, включая все микровключения. Состав искусственного воздуха может быть предположен следующим: N₂ — около 78 % (может варьироваться в сторону уменьшения за счет некоторого увеличения доли других компонентов), O₂ — 21 % (или более), Ar — 1 % и более. Для дальнейших расчетов в этой работе будет принят состав: N₂ — 78 %, O₂ — 21 %, Ar — 1 %.

Первичные расчеты показывают, что при переработке 1000 м³ марсианской атмосферной смеси (при «марсианских условиях» — м. у.), получим порядка 1,95 кг N₂ (27 м³ (м. у.)), 1,65 кг O₂ (20 м³ (м. у.)), 1,65 кг Ar (16 м³ (м. у.)),

а также 104,75 кг CO₂ ((937 м³ (м. у.)).

На формирование воздушной смеси (состав: N₂ — 78 %, O₂ — 21 %, Ar — 1 %) объемом 1000 м³ (н. у.) потребуется порядка 975 кг N₂ (780 м³ (н. у.)), 300 кг O₂ (210 м³ (н. у.)), 18 кг Ar (10 м³ (н. у.)).

Для того, чтобы получить из марсианской атмосферы такое количество N₂, необходимо переработать порядка 500•10³ м³ атмосферной смеси.

Из этого объема при этом также будет выделено: 825 кг O₂, 825 кг Ar и 52375 кг CO₂.

При этом следует учитывать, что необходимость в постоянной подпитке ТБС компонентами для составления воздушной смеси извне будет значительно уменьшена за счет внутрисистемного восстановления отработанной воздушной смеси. Так, азот может внутри системы ТБС циркулировать очень долго и его количество будет лишь немного уменьшаться за счет вовлечения в круговорот азота в биогеоценозах Зоны растениеводства (8), а, изымаемый из системы вместе с отработанным воздухом, он может быть вновь выделен в Блоке газоразделительного оборудования (1) и снова вовлечен в круговорот воздуха. Кислород, перешедший в отработанном воздухе в состояние углекислого газа, может быть частично восстановлен в Зоне растениеводства (8) или полностью в Блоке водорослей (3). Также углекислый газ должен удаляться в Камерах промежуточного дообогащения воздуха кислородом (6), будучи связываем там восстановимыми химическими поглотителями (к примеру, ХПИ (химический поглотитель известковый) — Ca(OH)₂, окисью кальция и т. п.). Таким образом, кислород и углекислый газ будут переходить друг в друга внутри системы, азот также будет циркулировать в ней и подпитка ТБС из атмосферы должна оказаться относительно невелика по отношению к циркулирующим внутри системы воздушным потокам, компенсируя потери газов ТБС в окружающую среду.

Являясь по своему характеру предварительной, данная глава этой работы ставит больше вопросов, чем решает. Вопросы, поставленные ею, представляются весьма важными для решения задач проектирования марсианских ТБС. Однако при этом, все вопросы представляются разрешимыми, а препятствия — принципиально преодолимыми.

Задача синтеза сырья для химической промышленности марсианской колонии

В нашем обществе нефть по сию пору используется в большей части как источник энергии, хотя еще Менделеев в свое время говорил о том, что использование нефти подобным образом равноценно «топке печи ассигнациями». Ведь нефть — это, прежде всего, богатейший источник углеводородов для синтеза разнообразных полимеров, без которых наша современная жизнь просто непредставима. Применение изделий из полимеров столь обширно и разнообразно, что наше время вполне можно было бы, по аналогии с различными прошедшими периодами в истории человечества, назвать Веком Полимеров. При планировании колонизации Марса естественным образом встает вопрос об источнике углеводородов. Итак, зададимся вопросом: «Есть ли на Марсе нефть?»

Вопрос этот может показаться наивным — настолько Марс представляется иным по сравнению с нашей Землей. Естественным предполагается отрицательный ответ. Однако, на мой взгляд, вопрос о наличии или отсутствии нефти на Красной Планете является отнюдь не столь уж и явным. Напомним, что о возникновении нефти на Земле бытуют два представления: согласно первому она образовалась в результате разложения неких живых организмов, по второму углеводороды присутствовали на нашей планете изначально, будучи достаточно равномерно распределены по сформировавшему Солнечную Систему газопылевому облаку. Второе представление в последнее время получает все большее подтверждение (к примеру, в его пользу свидетельствуют данные, полученные при бурении Кольской сверхглубокой скважины). При принятии именно этой гипотезы за базовую предположение о наличии нефти на Марсе представляется уже не столь малореальным и фантастическим — ведь если углеводороды есть на Земле, есть в системах планет-гигантов, то почему им в таком случае не быть и на «промежуточном» Марсе?

Тем не менее, при столь слабых познаниях нашей науки о марсианской геологии и о закономерностях планетологии вообще, мы не можем при проектировании марсианской колонизации полагаться на возможно имеющиеся там углеводородные ресурсы. Поэтому, даже предполагая наличие нефти на Марсе, мы не вправе рассчитывать на скорое открытие месторождений гипотетической «марсианской нефти» и на их быстрое включение в эксплуатацию при проведении колонизации Марса. Представляется необходимым, в любом случае, иметь замену самородной нефти — либо на первое время, либо вообще на случай ее полного и принципиального отсутствия. Марсианский Проект должен быть полностью автономен от расчетов на возможность наличия каких-либо легкодоступных ресурсов, кроме тех, присутствие которых на планете является абсолютно достоверным и доказанным.

В качестве таковой замены нефти как источника углеводородного сырья предлагается способ извлечения углерода из марсианской атмосферы и связывание его водородом, полученным из местной воды (существование значительных количеств которой на Марсе представляется вполне доказанным), либо хлором, с получением углеводородных соединений для последующего производства из них полимеров. «Побочным продуктом» процесса будет являться кислород, который, естественно, найдет свое применение в Марсианском Проекте.