Machbarkeit: autarke Kolonie auf dem Mars vs. Raumstation

Was ist machbarer: eine autarke Kolonie auf dem Mars oder als autarke Raumstation zu bauen? Das 1976 erschienene Buch The High Frontier befürwortet Letzteres, während Elon Musk ziemlich zuversichtlich zu sein scheint, dass der Mars die bessere Option ist. Wieso den? Berücksichtigen sie andere Faktoren? Ich frage nicht, wo es schöner wäre, eine Station zu haben, sondern wo es einfacher ist, sie zu erledigen.

Dinge, die für eine Station auf dem Mars sprechen:

  • Sie haben bereits eine gewisse Schwerkraft.
  • Weniger Strahlung ( 0,7 vs. 1,8 mSv/Tag )
  • Eine Art Rohstoff an Ihrer Haustür
  • Viel Platz zum Verstauen von Sachen, ohne dass es wegschwimmt.

Dinge, die für eine Raumstation sprechen, sagen ein Design ähnlich einem aktualisierten O'Neil-Zylinder wie dem Kalpana One (oder gibt es etwas Aktuelleres?) im GEO- oder erdnahen Weltraum:

  • Näher an der Erde. Ich schätze, wenn Sie den Mars in weniger als drei als in vollen sechs Monaten erreichen wollen, brauchen Sie viel mehr Treibstoff als um zur Raumstation zu gelangen. (Ich kann viele verschiedene Delta-V-Schätzungen finden, wahrscheinlich abhängig von vielen Parametern, wie z. B. wie stark Sie aerobrake und in welcher Konstellation sich die Planeten befinden. Und ja, ich bin mir bewusst, dass Delta-V zu Dollar exponentiell ist.)
  • Der kleine Delta-V musste Asteroiden hin- und herbewegen, was es einfacher machen sollte, sie abzubauen. Sie können dann (bis zu einem gewissen Grad) Rohstoffe von Asteroiden pflücken.
  • Viel mehr Sonnenenergie (keine Atmosphäre, keine Sandstürme, keine/weniger Nacht)
  • Einige Prozesse sind in 0g wahrscheinlich tatsächlich einfacher.
  • Scheint, als wäre keine Heizung erforderlich (oder ist das ein Minus, weil es schwierig ist, die überschüssige Wärme loszuwerden?)

Noch mehr Faktoren? Wie würden Sie sie in Bezug auf die Machbarkeit abwägen?

Bearbeiten : Objektiver, was denken Experten und wie kommen sie zu diesem Schluss? Haben sich unsere Kenntnisse/Annahmen zwischen den Ansätzen von O'Neill und Musk geändert oder haben sie nur unterschiedliche Meinungen?

Edit2 : Mit "autark" meine ich die Fähigkeit, sich ohne größere Materialimporte von der Erde zu erhalten, was das Unterfangen bei den derzeitigen Startkosten sehr teuer machen würde. Der Import kleiner Massen von Spezialausrüstung (wie Computer und Instrumente) von der Erde ist erlaubt, ebenso wie natürlich alles, was Sie brauchen, um alles in Gang zu bringen. Noch wichtiger ist, dass der regelmäßige Import von Rohstoffen von Asteroiden (und / oder der Marsoberfläche für die Marskolonie) erlaubt ist – für den Zweck dieser Frage betrachte ich diese Einrichtungen als Teil der Kolonie.

Beides ist nicht machbar, wir sind so weit davon entfernt, die Technologie für eine sich selbst erhaltende Kolonie auf einem anderen Planeten oder im Orbit zu haben, dass es keine Möglichkeit gibt, diese Frage zu beantworten.
@GdB Nun, das hat die Leute nicht davon abgehalten, fundierte Vermutungen anzustellen. Ich habe die Frage aktualisiert.
Es gibt wahrscheinlich eine viel größere Nachfrage nach einer sich selbst erhaltenden Marskolonie, weil es so viel schwieriger ist, dorthin zu gelangen.
Re So, obwohl Delta-V ungefähr gleich zu sein scheint ... Äh, nein. Delta-v zu Dollar ist eine stark nichtlineare Funktion. Es ist exponentiell.
Bei der Arbeit an einer ähnlichen Frage bekomme ich sehr detaillierte Diskussionen über Delta-V-Anforderungen, als ob sie allein alles bedeuten würden. Wir interessieren uns nur für Delta-V, weil wir damit die Kosten eines Projekts SCHÄTZEN. Kosten spielen keine Rolle, wenn jemand einen Grund für das Gehen definiert, den alle unterstützen können. Alle Delta-V-Kosteneinsparungen, die Sie sich vorstellen können, werden nichts bedeuten, wenn niemand einen solchen Grund entwickelt. Die Frage sollte also wirklich lauten, warum man überhaupt hingeht, und das ist wahrscheinlich eine für den Abschnitt Psychologie.
Okay, vielleicht sollte ich die Frage umformulieren in „Warum will Elon Musk schließlich eine Kolonie auf dem Mars statt einer Raumstation bauen? Gibt es gute wissenschaftliche/technologische Gründe oder ist es hauptsächlich psychologischer Natur?“
Diese Frage geht davon aus, dass eine sich selbst erhaltende Kolonie machbar ist. Es ist nicht. Wir können es nicht einmal auf der Erdoberfläche tun. Jeder Versuch ist nach kurzer Zeit gestorben. Wir wissen nicht, wie es geht.
@mb21: Sie sind politisch, was auf Makroebene „psychologisch“ ist. Die Menschheit hat kein wirkliches „Bedürfnis“ (gemäß Maslows Hierarchie), den Mars zu erforschen oder zu besiedeln. Es will nur. Die wissenschaftliche Erforschung des Mars zum Zwecke des Verständnisses der Geogeschichte und der aktuellen Bedingungen des Mars wird, wenn sie von Menschen durchgeführt wird, wahrscheinlich viel weniger Zeit und weniger Gesamtkosten in Anspruch nehmen als bisher diskutierte unbemannte Ansätze. Der Trick besteht darin, dass es mit den Wertesystemen derjenigen übereinstimmt, die die Rechnungen dafür bezahlen. Hier kommt die Psychologie ins Spiel. Jenseits der Wissenschaft? Es gibt kein kommerzielles Potenzial, das nur auf dem Mars zu finden ist.
Um die obige Frage direkter zu beantworten, möchte Elon Musk Geld verdienen, indem er einen dauerhaften Kunden für seine Raketen, Mannschaftskapseln usw. schafft. Der Mars ist ideal, da die NASA den Mars historisch als ultimatives Ziel betrachtet hat.
@MercuryPlus Sie sagen also, dass Personen mit Geld und die NASA mehr am Mars interessiert sind? Und deshalb strebt er danach.
Im Wesentlichen ja. Denken Sie jedoch daran, dass nur wenige „Individuen“ – tatsächlich keine – die Ressourcen haben, um eine menschliche Mars-Bemühung aus eigener Kraft aufrechtzuerhalten. Neben den Warren-Buffet-Typen gibt es fast immer Investoren, und Investoren können oft konkurrierende Motive haben.
@MercuryPlus Interessant ... Ich dachte immer, industrielle Investoren wären mehr daran interessiert, Asteroiden abzubauen und das Zeug zurück zur Erde zu bringen, als eine neue Wirtschaft auf dem Mars aufzubauen.
@mb21: Investoren sind daran interessiert, die Gewinne gegen die investierte Zeit und die investierten Ressourcen zu maximieren. Mars verliert bei diesem Geschäft, weil das aktuelle Paradigma den Transport von Material von der Erde zum Mars in Abständen von etwa 780 Tagen erfordert. Das Hinzufügen glänzender neuer Technologien zur Reduzierung der Reisezeit erhöht nur die Kosten, ohne die halbjährliche Transportbarriere zu ändern. Asteroiden haben es tatsächlich schlechter, da sie nur geringfügig häufiger verfügbar sind als der Mars, aber mit viel längeren Rückflügen. Erträglich für die Exploration, aber keine gewinnbringenden Unternehmungen.
@MercuryPlus Genau welche Asteroiden meinst du? Es scheint einige erdnahe Asteroiden zu geben, bei denen sehr wenig Delta-V erforderlich ist, um Material auf die Erde zu bringen. Der kostspielige Teil besteht darin, die Bergbauausrüstung hochzubringen und zu warten, aber hier würde die Raumstation ins Spiel kommen.
@mb21: Die NEAs haben sehr lange synodische Perioden. Normalerweise länger als die Erde-Mars-Periode von 780 Tagen. Etwas von einem Asteroiden abzubauen funktioniert nur dann kommerziell, wenn Sie es in einem "angemessenen" Zeitraum an die Käufer liefern können. Wenn synodische Perioden beginnen, sich mehreren Jahren zu nähern, gibt es echte Probleme, eine konstante Lieferrate zu erreichen. Stattdessen gibt es kurze Feste, gefolgt von sehr langen Hungersnöten. Gleiches gilt für Asteroiden im Hauptgürtel. Sie haben kürzere synodische Perioden (z. B.: #24 Themis = 360 Tage), aber viel höheres Delta-V. Etwa 15 km/s im Fall von Themis, IIRC.
HOPPLA! Ich habe vielleicht die synodische Periode für #24 Themis falsch. Ich denke, es sind eigentlich eher 447 Tage, aber ich habe aus dem Gedächtnis geschrieben - nie eine kluge Sache, wenn man 30 Jahre alt wird.
Wenn sich herausstellt, dass die Schwerkraft auf dem Mars zu gering ist, werden Raumstationen immer besser möglich sein, weil Sie die "Schwerkraft" über Rotation steuern können. Wahrscheinlich ist die Gravitation auf dem Mars zu gering, aber diese Frage will sich niemand stellen. wired.com/2014/02/happens-body-mars
Ich denke, eine autarke Kolonie, wo immer sie auch sein mag, muss das Äquivalent einer funktionierenden, fortgeschrittenen industriellen Volkswirtschaft sein – oder sie wird nicht autark sein. Ich denke, Eigenständigkeit muss eine aufstrebende Eigenschaft dauerhafter wirtschaftlicher Erfolge sein und nicht etwas, womit sie beginnt. Weltraumkolonien werden nicht unabhängig von der größeren Erdökonomie beginnen und müssen eine solide wirtschaftliche Basis darin haben, um groß genug zu werden, um unabhängig zu sein. dh profitabler Handel. Ich gehe davon aus, dass kostengünstige Asteroidenressourcen benötigt werden, damit beide Optionen realisierbar sind – die Bevorzugung von Weltraumlebensräumen gegenüber Marskolonien.

Antworten (3)

Es gibt eine zentrale Frage bei der Gründung einer Kolonie an einem unbewohnten Ort: Ressourcen.

Materielle Ressourcen

Bei einer Schiffskolonie ist die materielle Ressource genau das, was Sie dort aufstellen, und dann die Sonnenenergie, die Sie sammeln können. Um autark zu sein, müssen Sie daher in der Lage sein, ein geschlossenes System zu erstellen, das keine weiteren Eingaben erfordert. Gegenwärtig sind wir diesem Ziel technologisch sehr nahe, und ich denke, mit etwas zusätzlicher Unterstützung von der Erde ist eine Kolonie jetzt innerhalb unserer Möglichkeiten.

Auf dem Mars (oder dem Mond) gibt es eine verfügbare Ressource unter Ihren Füßen und über dem Kuppeldach, also ist die Grenze wirklich unsere technologische Kapazität zur Wiederaufbereitung der Atmosphäre und des Gesteins. Zum Glück enthält die Atmosphäre eine kleine Menge Sauerstoff und die Gesteine ​​ähneln Erdgestein, sodass wir durchaus in der Lage sind, Rohstoffe vom Mars selbst zu extrahieren. Selbst wenn wir es nicht wären, könnten wir auf eine hermetische Umgebung wie die der Schiffskolonie zurückgreifen, also ist es zumindest nicht schlechter als die Schiffskolonie.

Kosten der ersten Mission

Wenn es technisch möglich ist, was sind die Kosten für die Erdbewohner bei beiden Wegen?

Eine Mars-Mission zum Aufbau einer ganzen Kolonie (und nicht nur zum Entsenden von 1 oder 2 Astronauten) wäre um einiges teurer. Die Ausrüstung und die Ressourcen für eine Marskolonie wären nicht weniger massiv als für eine Orbitalkolonie, und dann sind wir der Tyrannei der Raketengleichung für den Treibstoff für die Reise ausgesetzt. Hier gibt es ein schwieriges Gleichgewicht; Je langsamer und effizienter die Reise (mehr Gravitationsschleudern, Nutzung der "interplanetaren Autobahnen" usw.), desto mehr Material ist erforderlich, um das Leben während des Fluges zu erhalten. Die Mars-Mission könnte jedoch viel langsamer durchgeführt werden, indem eine kleine Basis errichtet und langsam erweitert wird, wobei hauptsächlich lokale Ressourcen verwendet werden.

Im Vergleich dazu haben wir, nachdem wir nur ein paar kleine Metallklumpen zum Mars gebracht haben, eine ganze Raumstation in den Orbit gebracht. Die Kosten sind weit geringer, da die Delta-V-Anforderung geringer ist. Es ist denkbar, dass eine Station in der Nähe der Erde gebaut und besiedelt und dann über Ionenantriebe usw. zu einem Lagrange-Punkt verschoben wird, die größtenteils solarbetrieben sind, wodurch die zu hebende Masse weiter reduziert wird. Aufblasbare Behausungen scheinen eine besonders geeignete Option zu sein, die es einer großen Struktur ermöglichen, ein minimales Volumen und eine minimale Masse auf der Rakete zu erfordern.

Zeit zur Unabhängigkeit von den Ressourcen der Erde

Hier gewinnt der Lebensraum Weltraum. Eine Marsmission würde viel mehr Vorbereitung und viel mehr Zeit erfordern, um von der anfänglichen Nutzlast bis zu einer Arbeitsumgebung aufzubauen. Es wäre im Gegensatz zum Habitat ausbaufähig, aber es würde viel länger dauern.

Potenzielle Einwohner (und damit Sponsoren)

Der Lebensraum Weltraum gewinnt hier wieder. Ein Lebensraum in der Erdumlaufbahn oder ein Lebensraum am Lagrange-Punkt wäre beide in Tagen von der Erde aus erreichbar, sodass eine reiche Familie dort Urlaub machen und ältere Menschen sich dort zurückziehen könnten (berücksichtigen Sie die Vorteile einer Umgebung mit geringerer Schwerkraft für ältere Menschen). Der Mars ist eher ein unentdecktes Land; Amerika wurde größtenteils von den Armen bevölkert, weil die Reise so lang war und mehr Chancen als Lebensqualität versprochen wurden. Allerdings müssten Reisende zum Mars von den Regierungen gut finanziert werden, so dass es nicht in die Lebensersparnisse der gewöhnlichen Menschen käme.

Zusammenfassung

Ich würde den Unterschied veranschaulichen als Wahl zwischen der Errichtung eines Ferienortes auf einer Insel im Meer oder der Errichtung einer Kolonie am Südpol. Trotz der Grenzen der Insel würde der Kompromiss aus Nähe, Kosten und Timing es sowohl zu einem besseren anfänglichen Vorschlag als auch zu einer besseren langfristigen Wette machen.

Eines Tages werden wir den Mars bevölkern, aber ich vermute, dass es keine expandierende Kolonie sein wird, bis es mehrere Lebensräume in der Nähe der Erde gibt.

Zu diesem Ziel sind wir technologisch derzeit sehr nah . Nein, sind wir nicht. Jeder Versuch ist gescheitert. Was wir gelernt haben, ist, dass das Leben chaotisch und unglaublich miteinander verbunden ist. Raketenwissenschaftler und andere verwenden Mathematik dank der unvernünftigen Effektivität der Mathematik in den Naturwissenschaften ständig . Wir Techniker ignorieren ungeniert die unvernünftige Wirkungslosigkeit der Mathematik in der Biologie .
@DavidHammen Ich stimme dir zu, dass Physik und Biologie zwei verschiedene Paar Schuhe sind. Aber es scheint, dass wir keine ganze Biosphäre schaffen müssten : Hydroponik für Nahrung und Algen für Sauerstoff sollten uns ziemlich weit bringen.
@PhilH Danke für deine Antwort, werde sie akzeptieren, wenn nicht mehr reinkommen :) Ich neigte auch zur Raumstation, deshalb war ich überrascht zu hören, dass Elon Musk, der normalerweise die richtige Mathematik macht, so konzentriert ist Mars...
@mb21 - Nennen Sie ein vollständig geschlossenes System, das Ihre Körperausscheidungen, die ungenutzten Nahrungsteile, die toten Pflanzen usw. in einen vollständig ausgewogenen Satz wasserlöslicher Düngemittel für die Pflanzen im Hydrokultursystem umwandelt. Sie können nicht, weil es noch nie gemacht wurde. So wie ein Warp-Motor im Moment reines Sci-Fi ist, so ist es auch ein geschlossenes biologisches System. (Einige Biologen haben mir gesagt, dass dieses geschlossene biologische System noch mehr Science-Fiction als ein Warp-Motor ist.)
@DavidHammen: Ein Lebensraum im Weltraum sollte eher einem Teil der Biosphäre der Erde ähneln als einem cleveren Hydrokultursystem. Es ist wirklich nur einen Schritt von einer kleinen Insel entfernt; vom Rest der Biosphäre weitgehend isoliert. Es sei denn, es gibt etwas über Inseln, das ich nicht kenne, als ob sie undefinierte Nährstoffe aus dem Meer aufnehmen? Ich würde auch argumentieren, dass eine Marsmission ein geschlosseneres und klinischeres System als einen Lebensraum erfordern würde, weil die Reise so weit ist, dass Sie nicht viel Abfall produzieren oder viele Nährstoffe mitnehmen können, und das haben Sie auch ein System aufzubauen, wenn Sie ankommen.
@DavidHammen Ich stimme deiner Prämisse nicht zu. Nicht einmal die Erde ist "vollständig geschlossen", da sie Sonnenenergie aufnimmt. Und ich verstehe nicht, warum ein Lebensraum hier aufhören sollte: Zusätzlich zur Sonnenenergie können wir auch eine kleine Menge Sauerstoff und Mineralien injizieren, die vom Mars oder Asteroiden gewonnen wurden. Wenn wir beispielsweise 85 % der Ressourcen recyceln und den Rest abbauen können, sollte das ausreichen, um den Lebensraum am Laufen zu halten. Und ohne ein bestehendes Ökosystem, um das wir uns Sorgen machen müssen, zum Beispiel auf einer Raumstation, können wir den Müll einfach in den Weltraum oder vielleicht in die Sonne werfen.
@mb21 - Du verwechselst "geschlossen" mit "isoliert". Die Erde verliert ein winziges, winziges Stück Masse durch atmosphärischen Verlust und gewinnt ein winziges, winziges Stück Masse durch Mikrometeoroide. Diese Verluste und Gewinne sind sehr gering, was die Erde für alle praktischen Zwecke zu einem geschlossenen System macht. Es ist jedoch kein isoliertes System. Nicht irgendwo in der Nähe. Es gibt einen großen Unterschied zwischen geschlossen und isoliert.
@DavidHammen ah, danke für die Korrektur. scheint, wenn man von ökologischen Systemen spricht , das ist in der Tat die Terminologie. Nun, dann sehe ich keinen Wert darin, ein vollständig geschlossenes Ökosystem zu haben. Nur so?
@mb21 - Wegen deiner Frage! Das ist genau das, wonach Sie fragen, und wir wissen nicht, wie das geht . Sie hätten genauso gut fragen können, wie man ein Laufwerk baut, das schneller als das Licht ist, oder wie man Mr. Fusion baut.
@DavidHammen Oh, ich glaube, Sie haben meine Frage falsch verstanden, dh was ich mit "autark" meine. Kann nicht glauben, dass das erst jetzt auftaucht. Aktualisiert es mit Edit2.
In Bezug auf das Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Höhe der Lebenserhaltung könnte es angegangen werden, indem die Kolonieausrüstung im Voraus durch eine langsame, unbemannte Mission versendet wird. Tatsächlich würde wahrscheinlich die gesamte Basis auf dem Mars gebaut und getestet, bevor der bemannte Flug abhob, damit die Menschen Ersatzteile und Modifikationen bringen können, die sich während des Tests vor Ort herausgestellt haben.
Sie sagen, dass die Marsatmosphäre eine kleine Menge Sauerstoff enthält. 95,9 % der Marsatmosphäre besteht jedoch aus CO2. Denken Sie einen Moment darüber nach und Sie werden sehen, dass Sauerstoff tatsächlich das am häufigsten vorkommende Element in der Marsatmosphäre ist.

F: Die Idee von Gerard K. O'Neill war, dass... er von "planetarischem Chauvanismus" sprach. Haben Sie darüber nachgedacht, Weltraumkolonien zu bauen, anstatt auf einer Planetenoberfläche zu bauen?

Elon Musk: Das Problem mit Weltraumkolonien ist nicht, dass es nicht geht, es ist nur der harte Weg. Um eine beträchtliche Weltraumkolonie zu schaffen, müssen Sie Masse von einem Planeten oder von einem Asteroiden oder so etwas übertragen. Sie müssen Masse von einem Ort zum anderen bewegen. Warum also Masse von einem Ort zum anderen bewegen, anstatt einfach dorthin zu gehen, wo sich diese Masse überhaupt befindet? Jede Art von Weltraumkolonie im Orbit muss immer Masse von irgendwoher ziehen, um sich auszudehnen, und warum sollte man sich das antun? Es scheint nur viel schwieriger zu sein, als einfach zu gehen ...

F: Nun, das Argument wäre, Asteroidenmaterial für die Kolonien zu verwenden, also haben Sie nicht die Schwerkraft, die Sie auf dem Mars oder einer Planetenoberfläche haben.

Elon Musk: Es wäre tatsächlich schwieriger, zum Asteroidengürtel zu reisen als zum Mars. Wenn Sie also von Menschen sprechen, die von der Erde kommen, wird es einfacher sein, zum Mars zu gehen. Wenn Sie die Atmosphäre haben, können Sie auch atmosphärisches Bremsen verwenden, und Sie haben einfach eine enorme Anzahl von Ressourcen auf dem Mars. Mars ist wie, es ist nicht perfekt, aber es ist ziemlich gut. Es hat eine Rotationsperiode von 24,5 Stunden. Es hat eine CO2-Atmosphäre, was bedeutet, wenn Sie nur eine transparente Kuppel und eine Pumpe hätten, könnten Sie tatsächlich Erdpflanzen in Marsboden anbauen. Tatsächlich hat sich kürzlich herausgestellt, dass Marsboden ungiftig ist, sodass man tatsächlich Erdpflanzen in Marsboden anbauen könnte, indem man ihn einfach erhitzt und mit CO2 unter Druck setzt ... vereinfacht ... [Gelächter]. Sie brauchen ein wenig Dünger, aber Mars hat eigentlich 2. 7 % Stickstoff in der Atmosphäre, was bedeutet, dass Sie auch Dünger synthetisieren können. Also ja, es ist eine ziemlich gute Option. Tatsächlich ist es die einzige Option, denke ich.

Nachhaltigkeit auf dem Mars erfordert keine hundertprozentige Schließung aller Kreisläufe in einem Lebenserhaltungssystem. Es erfordert nur ein wirtschaftlich nachhaltiges Maß an Schließung – „Gut ist gut genug“. Die NASA ist viel zu sehr auf eine vollständige Systemschließung fixiert, insbesondere für den Mars, wo es keine Frage gibt, dass dort wichtige Ressourcen vorhanden sind.

Machbarkeit: autarke Kolonie auf dem Mars vs. Raumstation
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