Воздух на Земле примерно на 20% состоит из кислорода и примерно на 78% из азота. В лучшем случае кислорода (в воде) достаточно для поддержки колонизации полярных ледяных шапок. А остальные 4/5 атмосферы? Слишком много кислорода может быть вредным . На Земле мы достигаем баланса по соотношению кислорода к азоту.
По данным НАСА, марсианская атмосфера состоит из 2,7% азота (N2) и 0,13% кислорода (O2) . Разумно ли предположить, что мы сможем собрать достаточное количество азота из атмосферы, или его нужно будет импортировать или получать где-то еще?
Обратите внимание, что азот играет и другие важные роли в экосистеме, и его также следует учитывать.
Я думаю, можно с уверенностью предположить, что на Марсе много азота, заключенного в его месторождениях полезных ископаемых, поскольку это один из самых распространенных элементов Солнечной системы и планета, сформированная из того же протопланетного диска, что и Земля. Некоторые богатые азотом минералы — беспроигрышный вариант, особенно минералы магматического происхождения, которые могут быть легко доступны в верхних слоях марсианской почвы в регионах с более высокой вулканической активностью. Поскольку мы знаем о многих таких регионах, это не должно быть проблемой. Например, известно, что силикатные минералы удерживают значительные количества азота из окружающей среды при перегреве (лава/магма), а хондриты могут удерживать до 27,96 % азота по весу (например , синоит Si2N2O ).
Такие месторождения полезных ископаемых, богатые азотом, можно было бы использовать либо непосредственно в качестве удобрения, позволяя растениям и бактериям медленно обогащать им атмосферу в ходе азотного цикла, либо извлекать его химическим путем, путем перегрева или другими способами, возможно, в качестве побочного продукта извлечения других искомых веществ. после минералов и руд возможно титановый минерал осборнит (TiN), который состоит из 22,63 % азота по весу.
Таким образом, это извлечение азота зависит от того, сколько его вам нужно. В качестве атмосферного газа он не очень важен и может быть заменен другими нетоксичными инертными газами (возможно , аргоном , составляющим уже примерно 2% марсианской атмосферы?), например, для повышения атмосферного давления. Растения, естественно, не берут азот из воздуха (хотя теперь у нас есть технология , позволяющая им это делать), поэтому для этого он не является существенным, и потребности промышленности могут быть удовлетворены за счет уже упомянутого газообразного азота, побочного продукта других процессов, таких как как добыча руды.
Азот обычно считается ключевым недостающим элементом для терраформирования Марса. Возможно, где-то они и существуют, но да, Марсу потребуется гораздо больше азота, чем сейчас содержится в его атмосфере. Согласно этой статье , очень сложно обнаружить нитраты с помощью спектроскопии, и обычно они существуют только на глубине не менее 1 метра под поверхностью. Пока мы не начнем копать на Марсе, мы не узнаем, достаточно ли там азота для самообеспечения. Но да, азот будет ключом к жизни, какой мы ее знаем на Марсе, все остальное, необходимое для жизни, как мы знаем, мы можем найти там.
Марсианскую атмосферу можно собрать хорошими компрессорами. Такой компрессор представляет собой многовековую технологию и очень дешев.
После этого азот можно извлекать фракционной перегонкой , примерно так, как мы это делаем на Земле (охлаждение сделает быстро затвердевают, остальные усилия будут потрачены, чтобы отделить его от часть).
Все это не требует никаких высоких технологий и даже не слишком много энергии.
Это даже проще, чем следующие шаги (преобразование азота в аммиак или удобрения).
Все это гораздо проще, чем импортировать азот из других тел (например, с Земли).
Вероятно, в марсианской почве также есть различные азотистые минералы, потому что это также один из самых распространенных элементов в Солнечной системе, но наши нынешние образцы/зонды еще не подходят для горных исследований.
В статье Википедии «Атмосфера Марса» доля азота в атмосфере Марса составляет 2,6%. Тогда возможно, что азот можно было бы получать из атмосферы с помощью компрессора, удаляя другие компоненты, такие как CO2.
Статья в Википедии о герметизации кабины; Космический корабль указывает, что американские программы «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» не использовали азот и что современные космические скафандры используют чистый кислород низкого давления без примеси азота для сохранения гибкости.
Однако современная МКС и российские программы используют азот, инертный газ.
В статье Википедии « Марсианские полярные ледяные шапки » говорится:
Зимой полюс находится в сплошной темноте, охлаждая поверхность и вызывая осаждение 25–30% атмосферы в виде плит льда CO2 (сухого льда).
Он описывает отложения как «мороз», а не как снег, но я не уверен, есть ли там его точное описание. Мне не удалось найти много информации о том, существует ли твердый или жидкий аммиак в смеси с водяным льдом или сухим льдом из углекислого газа.
Я заметил, что вы не упомянули терраформирование в вопросе, поэтому я предполагаю, что вы спрашиваете о дыхательном газе для марсианской колонии. Возможно, фиксация азота и для тепличных хозяйств?
Согласно https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html , атмосфера Марса
95,1% углекислого газа (CO2),
2,6% азота (N2) и
2% аргона (Ar). Не забывайте об Аргоне.
На короткое время чистый O2 можно использовать в качестве дыхательного газа при физиологическом парциальном давлении (около 5 фунтов на квадратный дюйм). При длительном применении (недели+) необходимо смешивать с инертным газом для предотвращения ателектаза (спадения воздушных мешков в легких). N2 и Ar взаимозаменяемы в качестве инертных газов-разбавителей для дыхания O2. Кроме того, они оба пригодны для повторного использования в контурах ребризеров. Поскольку они не потребляются, требуется очень небольшой запас.
Для извлечения газов из атмосферы криогеника является зрелой технологией промышленного масштаба. Если метан будет производиться на месте из СО2 на Марсе, то доступный N2, Ar и O2 будет в избытке.
Для очистки воздуха, пригодного для дыхания, следы CO2 легко отделяются от азота и аргона с помощью адсорбции при переменном давлении, еще одного отработанного химико-технологического процесса.
Не беспокойтесь, приятель, для колоний под давлением. Если вы планируете терраформировать, вам не повезло.
Атмосфера Марса примерно на 2,6% состоит из азота. Это означает, что только в атмосфере содержится около 6,5–14 кг азота.
Любая колония или даже давний исследователь Марса уже будет добывать газы из атмосферы. CO2 для топлива и кислорода, как минимум.
В марсианском воздухе азота столько же, сколько аргона в земном. Легко доступен, до него легко добраться, но для этого требуется много техники и много энергии. И почти бесплатный побочный продукт, если вы уже сжимаете и сжижаете воздух.
PS На Марсе тоже есть аргон, но в очень похожих количествах. Купите его, пока есть N2, удобная штука.
Всего 6,5–14 кг.
Так что в качестве буферного газа для любого количества куполов и в качестве удобрения для любой замкнутой тепличной экосистемы его более чем достаточно.
Нам не нужно будет импортировать азот для колоний, но нам нужно будет инвестировать в инфраструктуру его концентрации и добычи.
Но мы не смогли бы использовать его легкомысленно. Использование N2 в качестве одноразового промывочного газа или в качестве двигателей холодного газа для обычных наземных операций, вероятно, было бы нецелесообразно. Но для этих целей можно использовать много СО2.
Во-первых, вот большой ответ о том, с чего нам нужно начать на Марсе. Это из статьи « Атмосфера Марса » в Википедии.
Это давление значительно ниже предела Армстронга для незащищенного человеческого тела. Атмосферная масса Марса в 25 тератонн по сравнению с 5148 тератоннами Земли; Высота Марса составляет 11,1 км (6,9 мили) [2] по сравнению с 8,5 км (5,3 мили) Земли. [3]
Марсианская атмосфера состоит примерно из 96% углекислого газа, 1,9% аргона, 1,9% азота и следов свободного кислорода, окиси углерода, воды и метана, среди других газов [1] со средней молярной массой 43,34 г/моль. [4] [5] Возобновился интерес к его составу после обнаружения следов метана в 2003 году [6] [7], которые могут указывать на жизнь, но также могут быть результатом геохимического процесса, вулканической или гидротермальной активности. [8]
Есть несколько способов, которые могут сработать.
Вот эксперимент НАСА, чтобы сделать именно это
http://sciencenordic.com/scientists-are-trying-brew-oxygen-mars
Как варить кислород на Марсе
В атмосфере Марса практически нет кислорода, но аппарат MOXIE будет «варить» кислород из углекислого газа (CO2), которого в атмосфере планеты предостаточно.
Молекула углекислого газа состоит из атома углерода (C) и двух атомов кислорода (O2), и задача аппарата MOXIE состоит в том, чтобы разделить молекулы углекислого газа на части.
Процесс расщепления требует энергии, но конечным результатом будут молекулы кислорода и побочный продукт в виде угарного газа (СО).
«MOXIE работает как своего рода топливный элемент наоборот. Топливный элемент вырабатывает энергию, сплавляя водород и кислород для получения воды. Вместо этого мы будем использовать энергию для удаления атома кислорода из CO2», — говорит Мэдсен.
Он объясняет, что MOXIE будет получать энергию от теплового радиогенератора (РТГ), который вырабатывает электричество за счет тепла, выделяемого в радиоактивном плутонии.
Обеспечит кислородом людей на Марсе
Около 96 процентов марсианской атмосферы состоит из углекислого газа, поэтому сырья для производства кислорода предостаточно.
Представители НАСА заявили, что MOXIE — это только начало производства кислорода на Марсе.
«Возможность производить кислород на поверхности Марса — это большой шаг вперед, когда речь идет о будущем исследовании Марса человечеством», — сказал Майкл Мейер, ведущий ученый программы НАСА по исследованию Марса, Space.com.
План состоит в том, чтобы построить на Красной планете целую кислородную фабрику, которая будет примерно в 100 раз больше первого прототипа MOXIE, который будет запущен с Земли в рамках миссии Mars 2020.
Прототип кислородной фабрики должен быть готов, когда НАСА отправит первых людей на Марс где-то в 2030-х годах.
Марс со временем потерял свою атмосферу, рассеявшись в космосе. Чтобы поддерживать человеческую жизнь, атмосферу нужно было бы восстанавливать, а не создавать. На Марсе недостаточно ресурсов, чтобы восстановить достаточно атмосферы для поддержания жизни человека. Восстановление атмосферы должно было быть сделано ПОСЛЕ создания искусственной магнитосферы для защиты Марса от солнечного ветра и космического излучения.
Чтобы восстановить атмосферу Марса, потребуется сбросить в атмосферу огромное количество водяного льда. Где взять эту воду? Кометы, может быть. Поймай их и сбрось на Марс... Может быть, добуду водяной лед с Титана... Монументальное предприятие, которое будет... Даже тогда нам придется найти способ сбрасывать на Марс огромное количество азота. Где мы могли бы получить столько азота в нашей Солнечной системе? Даже если бы нам удалось собрать откуда-то достаточное количество азота, нам пришлось бы сбрасывать его в атмосферу Марса до тех пор, пока атмосферное давление не поднимется до комфортных 14,7 фунтов на квадратный дюйм с правильным соотношением азота и кислорода — 78% азота к 21% кислорода. .
Только если бы мы смогли сделать все это, мы смогли бы терра-формировать Марс.
МеркурийПлюс
Уве
Оскар Ланци