В качестве таких источников могут выступать на первых порах атомные электростанции, привезенные с Земли, а в дальнейшем энергетика ТБС-поселений должна строиться на основе использования местных возможностей — к примеру, энергии ветра, солнца или перепада ночных и дневных температур и т. п. В любом случае колонии обязаны иметь мощную энергетику.
Другой из возможных вариантов использования углекислого газа как источника углерода для дальнейшего синтеза сложных веществ:
Этот вариант основан на каталитических превращениях синтез-газа.
Первичной реакцией этого варианта также будет реакция разложения углекислого газа (CO2), протекающая при высоких температурах, но идущая до промежуточной стадии — образования угарного газа (CO). Ее можно представить следующим образом:
2CO2 = 2CO + O2
Данная реакция также требует больших затрат энергии.
Полученный кислород из реакционной зоны удаляется и идет на обработку его для дальнейшего использования, а угарный газ направляется на дальнейшее превращения.
Второй исходной реакцией данного варианта представляет собой реакция электролиза воды:
H2O = H2 + O2
Кислород также удаляется из зоны реакции и идет для дальнейшего использования.
Таким образом, мы получаем синтез-газ. Меняя катализаторы и условия, из него можно получать самые разнообразные соединения, причем ряд реакций достаточно хорошо отработан в промышленности.
Так, в настоящее время применяют следующие каталитические процессы переработки синтез-газа (CO + H2):
1) синтез метанола (катализатор — оксиды Cu — Zn — Cr):
CO + 2H2 = CH3OH
2) метанирование (катализатор Ni):
CO + 3H2 = CH4 + H2O
3) синтез углеводородных смесей (процесс Фишера — Тропша) (катализатор Fe):
CO + H2 = жидкие углеводородные смеси
4) синтез высших спиртов (катализатор Zn — Cr):
CO + H2 = смесь метанола и высших спиртов
5) синтез альдегидов и спиртов гидроформилированием олефинов (катализатор Co или Rh):
RCH=CH2 + CO + 2H2 = RCH2CH2CHO
6) синтез органических кислот гидроксикарбонилированием непредельных соединений (катализатор Ni):
CH2=CH2 + CO + 2H2O = CH3CH2COOH
7) синтез эфиров жирных кислот метоксикарбонилированием высших олефинов (катализатор Co):
RCH=CH2 + CO + MeOH = RCH2CH2COOMe
Наиболее крупнотоннажным среди них является производство метанола. Метанол — многоцелевой полупродукт, из которого можно получить различные химические соединения. В промышленности освоены, например, синтез формальдегида (катализатор Ag или оксиды Fe — Mo):
CH3OH + 1/2O2 = H2CO + H2O
и получение уксусной кислоты (катализатор Rh):
CH3OH + CO = CH3COOH
Из формальдегида, в свою очередь, в химической промышленности производят массу других продуктов. Это мочевиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, бутандиол, ацетальные смолы, пентаэритрит, гексаметилентетрамин, меламинформальдегидная смола, мочевиноформальдегидные концентраты, хелатообразующие агенты и другие продукты.
Также представляются перспективными следующие процессы:
Гомологизация метанола в этанол (катализатор Co):
CH3OH + CO + H2 = CH3CH2OH + H2O
(это к вопросу о получении топлива для транспортных средств, о чем говорилось выше)
Синтез низших олефинов из метанола на высококремнистых цеолитных катализаторах.
Синтез этиленгликоля:
CH3OH = HOCH2CH2OH
Полагаю, приведенные примеры показывают, что организация химической промышленности в условиях минимума ресурсов принципиально возможна.
Впрочем, есть и еще один подход к проблеме. До сих пор часть сырья для химической промышленности производится с помощью определенных сельскохозяйственных производств. Примером могут служить плантации гевеи, дающие каучук. Представляется, что в условиях ТБС-поселений возможна различная комбинация тех или иных подходов, в зависимости от внешних условий и установленной эффективности различных производств.
Марсианские базы и поселения
Можно предположить, что при освоении Марса потребуется два типа ТБС-поселений — базовые поселения и исследовательские поселки. На первом этапе также потребуются первичные базы. Задачи создания первичных марсианских баз, построения базовых поселений и исследовательских поселков сильно различны между собой. Так, первичная марсианская база — это объект, который должен быть собран на месте высадки из привезенных с Земли блоков и материалов и обеспечить безопасную работу и жизнедеятельность первых партий поселенцев Марса. Базовые же поселения — это уже капитальные постройки, которые должны быть созданы с применением местных строительных материалов и призваны служить домом для поколений населения Марса. Исследовательские поселки — это передвижные временные поселения, задачей которых является проведение разведки и различных исследований.
Из разницы задач вытекает и разница в предъявляемых к этим классам объектов требований.
Первичная марсианская база должна отвечать следующим требованиям:
— простота и скорость сборки из готовых блоков и материалов,
— стопроцентная эффективность использования площадей (ничего лишнего);
— возможность разборки и перенесения базы на новое место;
— замкнутый цикл жизнеобеспечения;
— возможность развертывания систем частичного самообеспечения.
Базовые поселения (сеть базовых поселений) должны отвечать следующим требованиям:
— полное самообеспечение при замкнутом цикле жизнеобеспечения;
— наличие рядом с каждым из поселений месторождений каких-либо полезных ископаемых;
— наличие предприятий добычи и переработки этих полезных ископаемых;
— наличие внутреннего транспорта и транспорта, связывающего поселение с другими подобными;
— эффективное использование площадей, предполагающее, однако же, при этом и достаточную комфортность среды обитания;
— полная защита от радиации и других вредных факторов, безопасность среды обитания.
Исследовательский поселок должен отвечать следующим требованиям:
— мобильность, возможность быстрого перемещения с одного места на другое;
— наиболее возможная защита от радиации и других вредных факторов;
— замкнутый цикл жизнеобеспечения;
— наличие всей необходимой исследовательской аппаратуры, нужных инструментов и приборов, лабораторного оборудования и достаточных для проведения исследований помещений.
Начало колонизации Марса предполагает долгое предварительное изучение планеты автоматическими межпланетными станциями (АМС). Прежде чем на Марс отправятся люди, необходимо получить гораздо более полное представление о планете и об ее ресурсах, чем имеется на настоящее время. Постройке баз должны будут предшествовать разведочные экспедиции АМС, желательно с роботами-марсоходами, которые осуществят осмотр наиболее подходящих, выбранных заранее мест и снимут необходимые для привязки базы к местности замеры. Использовать для этих целей экспедиции с людьми нецелесообразно в силу их огромной затратности и большого риска. Из нескольких мест, проверка которых была проведена роботами, будут выбраны наиболее перспективные.
Одной из проблем строительства марсианских поселений станет тот факт, что наиболее пригодным для обитания районом является экватор с его более теплым климатом и гораздо более разнообразным — а следовательно, и более привлекательным с геологической и промышленной точки зрения рельефом, однако признаков больших количеств воды там пока не обнаружено. Полагают, что грунт в умеренных и экваториальных широтах, между параллелями 60 град. значительно прогревается и лед там отсутствует в слое толщиной от нескольких десятков до 300–400 м. (при этом на данный момент нет доказательств, что он имеется там вообще даже на больших глубинах). Поэтому, возможно, что если лед или другие источники воды (к примеру, гидраты солей) в более умеренных широтах не будут обнаружены, то придется строить как минимум одну базу в высоких широтах исключительно для решения задачи обеспечения водой главного района развития. При этом придется решать также проблему доставки этой самой воды в основной район развития, расположение которого естественно предположить в экваториальной местности. Задачу такой доставки нельзя назвать простой, т. к. применение на Марсе авиации труднопредставимо, прокладка же дорог или трубопроводов на большие расстояния в условиях неизученной и враждебной человеку планеты — задача не для начальных этапов колонизации. Подходящим средством для решения этой проблемы на первых порах представляется ракетный способ. Предполагая необходимость создания сети исследовательских баз, нужно представлять, что в любом случае придется решать проблему их сообщения между собой, а это, ввиду достаточно большой удаленности друг от друга, требует применения именно ракетного транспорта. В качестве такового возможно использование аппарата небольших габаритов и небольшой грузоподъемности, работающего на кислород-водородном топливе местного производства, получаемого электролизом все той же воды. В дальнейшем, при развитии на Марсе соответствующей инфрастуктуры, эта проблема должна быть решена другим способом — прокладкой дорог и (или) трубопроводов.
