Ich habe eine Kolonie von Menschen auf dem Mars, die in geschlossenen Städten leben, um die Atemluft aufrechtzuerhalten. (Wenn sie gehen müssen, ziehen sie sich an.) Angenommen, die moderne Technologie, wie finde ich heraus, wie viele Menschen eine Stadt des Volumens V versorgen kann? Oder, um die Frage umzukehren, wie groß würde eine Kuppelstadt sein, um eine Bevölkerung der Größe P zu ernähren? (Ich nehme an, wenn wir eines davon lösen können, können wir auch das andere lösen, also greifen Sie es von beiden Seiten an.)
Die Schutzeinfriedung geht auf die Gründung der Kolonie zurück; Sein Zweck ist es, eine atembare Atmosphäre einzuschließen, damit sie auf dem Mars leben können. Ich bin davon ausgegangen, dass eine durchsichtige Kuppel vorzuziehen ist, um (a) Sonnenlicht zu bekommen und (b) das Gefühl der Enge zu bekämpfen, weil sie weiter als die Stadtgrenzen sehen können, aber ich bin offen für Alternativen.
Die Menschen, die auf dem Mars leben, müssen autark sein (keine Lieferungen von der Erde, obwohl sie die benötigte Startausrüstung hätten mitbringen können). Sie leben nicht unbedingt alle in derselben Stadt. (Wie ich meine Bevölkerung auf die Städte verteile, hängt teilweise von der Antwort auf diese Frage ab; ich versuche herauszufinden, was praktisch ist.)
Ich nehme an, dass es ausreichend Vegetation geben müsste, um CO2 zu verbrauchen und Sauerstoff abzugeben – was in Ordnung ist, weil diese Menschen sowieso eine Nahrungsquelle brauchen werden. Diese Vegetation benötigt Platz, also berücksichtigen Sie das in der Berechnung (oder sagen Sie mir, warum das kein Problem ist). Ich bin flexibel, was meine Leute essen.
Die Frage, wie groß eine Struktur technisch gebaut werden kann, ist eine andere. Hier versuche ich, die lebenserhaltende Seite des Problems in den Griff zu bekommen.
Es gibt hier keine wirkliche Möglichkeit, eine Zahl anzugeben, da die Stadt so viele Menschen unterstützen kann, wie Sie möchten. Die Unterstützungsinfrastruktur muss nur an die Größe der Bevölkerung angepasst werden.
Die wahrscheinlichste Situation wären große Hydroponikfarmen, die sowohl Sauerstoff als auch Nahrung liefern. Die Ernährung wäre im Wesentlichen vegetarisch. Möglicherweise haben Sie parkähnliche Bereiche in der Stadt, die etwas Sauerstoff beitragen, aber hauptsächlich Erholungszwecken dienen.
Die Hydroponik kann durchaus getrennte Kulturen haben, die für Lebensmittel und für die Sauerstoffproduktion optimiert (und höchstwahrscheinlich genetisch verändert) sind, oder die beiden Zwecke könnten kombiniert werden, solange die Ernte angemessen gestaffelt wurde, um die Sauerstoffversorgung aufrechtzuerhalten.
Eine Vielzahl von Pflanzen sollte verwendet werden, um die Kolonie vor allem zu schützen, was eine Pflanzenart stark beeinträchtigt und nicht die gesamte Kolonie tötet.
Es wäre möglich, das Gleiche zu tun, indem man einfach Gewächshäuser verwendet und Pflanzen auch in Beeten innerhalb der Gewächshäuser anbaut, ohne dass Hydroponik erforderlich ist. Hydroponik gibt jedoch mehr Kontrolle über den Prozess und mit etwas, das für die Stadt so wichtig ist, wird es wahrscheinlich ein wichtiger Faktor sein.
Es ist auch wahrscheinlich, dass ein Großteil der Sauerstoffproduktion (und möglicherweise ein Teil der Lebensmittelproduktion) in Form von Algen in transparenten Röhren erfolgt. Dadurch können Sie eine große Oberfläche dem Licht präsentieren und auf diese Weise Sauerstoff produzieren. Diese Technologie wird bereits für die Herstellung von Biokraftstoffen entwickelt und dürfte daher bis zum Bau einer Marsstadt bereits weit entwickelt sein.
Energie würde entweder aus Sonne oder Kernspaltung (Fusion in einem potenziellen Zukunftsszenario) stammen und im Wesentlichen unbegrenzt sein. Auf dem Mars macht die dünne Atmosphäre Solar ziemlich effizient, obwohl sie weit von der Sonne entfernt sind.
Mit anderen Worten also "wie groß darf es sein" ist: "wie groß Sie es haben wollen" und "wie viele Leute passen hinein": "wie überfüllt Sie sie machen wollen"
Die Siedlung würde in der Nähe einer Eisquelle errichtet und das Eis erhitzt, um Rohstoffe für Wasser bereitzustellen. Dieses Wasser kann auch gespalten werden, um im Notfall mehr Sauerstoff zu produzieren.
Eine der größten Gefahren ist jedoch die Strahlung aufgrund der dünnen Atmosphäre und des Fehlens einer Magnetosphäre. Die Stadt würde höchstwahrscheinlich unterirdisch gebaut und/oder stark abgeschirmt sein – oder zumindest unterirdische Schutzräume haben, in die sich die Bewohner bei Sonnenstürmen zurückziehen.
Paolo Soleri, der italienische Architekt, der die Idee von Arcologies entwickelt hat: Städte in einer Flasche, dh: Kuppelstädte, berechnete, dass die maximale Besiedlung in einer ultraurbanen Umgebung mit allen notwendigen Dienstleistungen usw. 10.000 Menschen pro Quadratmeile betrug, was entspricht 15 pro Hektar. Dies umfasst alle städtischen und menschlichen Dienste, die für die Sicherheit und fortgesetzte Unabhängigkeit der Kolonie benötigt werden.
Das vorliegende Buch ist Red Mars. Darin finden wir ziemlich viele Details der ersten Städte auf dem Mars, Infrastruktur (einschließlich Luft), Wasserversorgung (nicht recycelt), Strahlenschutz usw.
Sie müssen das Nötigste überprüfen:
Wie viel Platz braucht ein Mensch? Manila hat eine Bevölkerungsdichte von 42.000 Einwohnern pro km2 (die gesamte Stadt). 1 Sie können das mit höheren Gebäuden bis zur Kuppelgrenze noch größer machen.
Wie viel Energie braucht ein Mensch? Nicht wirklich wichtig, da Sie Tausende von Solarpanels einfach aus der Kuppel herausstellen können.
Wie viel Sauerstoff braucht ein Mensch? Eine Person verbraucht etwa 550 Liter reinen Sauerstoff pro Tag 2 und das ist ungefähr die Produktion von sieben oder acht Bäumen 3 , aber Bäume sind sehr ineffizient. Wie wäre es, jeden einzelnen Quadratzentimeter (einschließlich der vertikalen Seiten von Gebäuden) mit Gras zu bedecken? Das Problem ist, dass Gras tatsächlich keinen Sauerstoff 4 produziert , also brauchen wir Pflanzen, die Kohlenstoff speichern. Kartoffeln, Karotten und Soja sind die beste Wahl, da sie Kohlenstoff speichern, den wir später essen (und freisetzen) können, und während des Wachstums Sauerstoff produzieren.
Wie viel Wasser braucht ein Mensch? Unwichtig, da alles auf kurzer Fläche wiederverwertet werden kann.
Das Hauptproblem beim Leben in einer Oberflächenkuppel wird die Strahlung sein. Die Marsstrahlung ist zu hoch für eine ständige Exposition. Die Menschen verbringen die meiste Zeit unter Strahlenschutz.
Eine hohe, dünne Kuppel bietet keinen großen Strahlenschutz. Obwohl einer, der selbst ein starkes Magnetfeld erzeugt, einiges liefern würde. Wahrscheinlicher war, dass die Kuppel als Ansammlung kleiner Kuppeln begann, die zur Abschirmung mit Schmutz bedeckt waren. Später, als die Kolonie wuchs, konnten einige der Absichtskuppeln miteinander verbunden werden, um größere Kuppeln zu unterstützen, und so weiter. Schließlich könnte ziemlich dickes Bleiglas verwendet werden, obwohl dies eine sehr schwere und massive Struktur wäre, wie ein riesiger Stapel von CRT-Bildschirmen der alten Schule.
Die Kuppel wäre nur in der Lage, einen hellen Teil des Jahres zu zeigen. Im Winter würden sich CO2 und Wassereis darauf bilden, es sei denn, es würde stark erhitzt (genau wie auf der Erde). Schlimmer noch, der Marsstaub, besonders in den monatelangen Stürmen, würde es überziehen. Eine große Kuppel aus Glas oder Kunststoff, selbst geerdet, wäre ein höllischer Generator für statische Elektrizität.
Energie müsste nuklear sein. Solar wäre unerschwinglich und würde die gleichen Probleme mit Staub, Eis und Stürmen erleiden, die die Pathfinder-Roboter dazu zwangen, monatelang zu überwintern.
Primärer Sauerstoff wird aus Algentanks mit Nahrungspflanzen stammen, die Sauerstoff im Kohlenstoffkreislauf liefern. Algen werden auch Teil des Abfallrecyclings sein.
Das Problem mit Kuppeln besteht darin, dass sie zwar sehr effiziente Volumeneinschließungen sind, aber schlechte Flächeneinschließungen. Wenn Sie sich Bilder von Innenräumen großer bestehender Kuppeln ansehen, sehen Sie kleine Bereiche mit riesigen Mengen an offener Luft darüber. Auf dem Mars wird all diese Luft erzeugt, gefiltert, erhitzt und unter Druck gesetzt. Um den Raum effizient zu nutzen, müssten Sie ihn mit großen Hochhäusern füllen, und dann haben Sie Ihre Freiflächen verloren.
Eine bessere und größere Kuppel könnte unter Verwendung einer Kernladungstechnik hergestellt werden, mit der bereits in den 60er Jahren experimentiert wurde. Eine unterirdische Atombombe in relativ weichem Gestein komprimiert das Gestein und schmilzt es, gefolgt von einer Injektion von Wasser in das Zentrum der geschmolzenen Masse, die sich ausdehnt und das geschmolzene Material zu einem dichten Glas presst, dann wird eine Art Zement injiziert. Die Sowjets nutzten das, um große Kammern zur Lagerung von Öl zu bauen. Nach dem Abkühlen wird es durch eine Beschichtung aus Kunststoffdichtmasse luftdicht verschlossen. Die Strahlung ist minimal, tatsächlich weniger als die Oberflächenkonstruktion auf dem Mars. Sie müssen sich keine Gedanken über die Erwärmung der Luft, externe Strahlung oder Sandstürme oder eine effiziente Raumnutzung machen. Außerdem sind die Materialien, die Sie für den Versand zum Mars benötigen, viel leichter.
Die Bevölkerungsdichte der Kuppel hängt wirklich davon ab, wie dicht Sie sie hineinpacken möchten. Die Energieerzeugung und der Rest der physischen Pflanze befinden sich außerhalb der Kuppel, ebenso wie die Landwirtschaft. Pflanzen brauchen keine Aussicht und Pflanzen müssen auf dem Mars sowieso unter falschem Licht wachsen. Wie immer ist Energie Ihre letzte Begrenzung. Mit genug Energie kannst du alles schaffen.
Nachdem ich einen Sommer damit verbracht habe, in einem Schutzanzug herumzuklopfen und Luftsprays zu dirigieren, bezweifle ich, dass die Menschen auf dem Mars große Fans von weiten Flächen sein werden. Der schönste Frühlingstag verblasst beim Blick durch eine Blende und gefilterte Luft. Eine 3 Milliarden Jahre unveränderliche Landschaft wird schnell alt werden. Höchstwahrscheinlich würde eine tiefe, sichere, effiziente unterirdische Einrichtung mit einigen schönen Erdprojektionen an den Wänden und Decken besser rüberkommen.
Ich würde vorschlagen, einen Blick auf die Bevölkerungsdichte des heutigen Tokio zu werfen, eine der höchsten der Welt, um ein Gefühl dafür zu bekommen, wie viele man hineinstopfen könnte.
Obwohl ich keine Antworten habe, kann ich Ihnen einen Ausgangspunkt geben: Vergiss die Lautstärke, ignoriere, was die Menschen zum Leben brauchen. Es spielt keine Rolle.
Der limitierende Faktor wird die Nahrungsmittelproduktion sein. Wenn die Pflanzen direkt in der Stadt wachsen, wird der Bedarf hier erheblich sein - denken Sie daran, dass der Mars nur 60 % des Sonnenlichts abbekommt wie die Erde, Sie sehen etwa die Hälfte der Wachstumsrate, die Sie auf der Erde erhalten würden.
Ich habe gelesen, dass man mit nur 10% des Lichts auskommt, indem man nur die besten Frequenzen liefert, aber alle Umwandlungsverluste mit eingerechnet, bedeutet das eine Fläche von Sonnenkollektoren, die fast so groß ist wie die Anbaufläche, wenn man Dinge direkt anpflanzt. Fossile Brennstoffe kommen offensichtlich nicht in Frage und Atomkraft wäre ziemlich problematisch, weil es so schwierig wäre, die Reaktoren zu kühlen. (Denken Sie daran, dass sich Reaktoren auf der Erde im Allgemeinen an Flüssen befinden, um Kühlwasser zu erhalten.)
Bauen Sie Ihre Kuppel, die Oberflächenschicht besteht so ziemlich aus Nahrungspflanzen, die Menschen leben darunter. Sie haben genug Platz für die Menschen.
Ich werde mit den beiden Informationen spekulieren:
http://www.space.com/26603-interstellar-starship-colony-population-size.html
Und die Größe eines Stadions
Wir brauchen zwischen 20.000 und 40.000 Kolonisten (und vielfältige Genetik), um einen gesunden Genpool zu erhalten.
Ein Stadion kann 100.000 (hunderttausend) Menschen fassen, die in der Erde sitzen. Nehmen wir also an, wir sind in der Lage, mit dem gleichen Bauaufwand und den gleichen Ressourcen eine viermal größere Struktur auf einem Planeten in der Nähe der halben Schwerkraft zu errichten. Und es sollte mindestens 20.000 (zwanzigtausend) mit genügend lockeren (sagen wir 10.000 Personen mehr) Menschen aufnehmen.
Im Venus -Projekt schlägt Jacques Fresco kreisförmige Städte mit fester Bevölkerungsgröße (etwa 10.000 Menschen) vor. Nachdem die Stadt an ihre Grenzen stößt. Sie bauen ein neues und migrieren.
Eine Sache noch :
In Stanley Robinsons Roman „Red Mars“ ( http://www.amazon.com/Red-Mars-Trilogy-Stanley-Robinson/dp/0553560735 ) setzen Kolonisten einen thermischen Kernreaktor unter eine Eiskappe am Nordpol des Mars. Mit der Zeit taucht eine Höhle auf (eine riesige Iglu-förmige Blase in Stadtgröße) und sie leben glücklich bis ans Ende ihrer Tage darunter.
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