Терраформирование Марса

Расчёты: Терраформирование Марса

TL;DR

  • Главная проблема: Марс потерял магнитное поле 4 млрд лет назад → атмосфера сдувается солнечным ветром
  • Решение: Орбитальное кольцо сверхпроводящих магнитов (100–1000 спутников, ~10²¹–10²² А·м²)
  • Энергопотребление щита: ~100 ГВт постоянно (сопоставимо с выходом Роя Дайсона)
  • Последовательность: магнитный щит → нагрев → парниковый эффект → жидкая вода → биосфера
  • Вывод: Терраформирование Марса — отдельный мегапроект после завершения Гелиоса

Проблема Марса

Параметр Марс Земля
Магнитное поле Нет (потеряно 4 млрд лет назад) 25-65 мкТл
Атмосфера 0.6% земной 100%
Температура −60°C средняя +15°C
Вода Заморожена Жидкая

Без магнитного поля: - Солнечный ветер сдувает атмосферу (~100 г/с) - Поверхность облучается радиацией - Любая созданная атмосфера улетит

Зачем нагревать планету?

Логика терраформирования

Шаг 1: Магнитный щит
        ↓
Атмосфера перестаёт улетать
        ↓
Шаг 2: Нагрев зеркалами
        ↓
CO₂ в полярных шапках испаряется
        ↓
Шаг 3: Парниковый эффект
        ↓
Температура растёт → ещё больше CO₂ испаряется
        ↓
Шаг 4: Лёд тает
        ↓
Жидкая вода на поверхности
        ↓
Шаг 5: Биосфера
        ↓
Растения производят кислород

Что есть на Марсе

Ресурс Количество Где
CO₂ (замороженный) ~4 трлн тонн Полярные шапки
Водяной лёд ~5 млн км³ Полюса + грунт
CO₂ (связанный) ~100 трлн тонн В породах

Проблема: Всё это заморожено при −60°C. Нужен нагрев.

Магнитный щит: Серьёзный вариант

Почему не диполь в L1

Концепция NASA (2017) — минималистичный диполь в точке L1: - Мощность: ~150 МВт - Проблема: Это “зонтик”, а не полноценная магнитосфера - Не защищает от космических лучей - Не создаёт радиационные пояса

Полноценная магнитосфера

Вариант: Орбитальное кольцо сверхпроводящих магнитов

Параметр Значение
Орбита Экваториальная, 400-1000 км
Количество спутников 100-1000
Магнитный момент (суммарный) ~10²¹–10²² А·м²
Поле на поверхности ~10-50 мкТл 
Сравнение:
Земля: 8 × 10²² А·м² (в центре планеты) → 25-65 мкТл на поверхности
Наш щит: орбитальное кольцо ближе к поверхности

Уточнённый расчёт:
Для поля 10 мкТл на поверхности от орбиты 500 км:
m ≈ 3×10²¹ А·м² (в 30 раз выше первоначальной оценки)

Примечание: Расчёт требует уточнения — для орбитального кольца геометрия отличается от точечного диполя. Порядок величины: 10²¹–10²² А·м².

Энергопотребление щита

Каждый спутник:
- Сверхпроводящая катушка: ток ~10⁶ А
- Криогенное охлаждение: ~10-100 МВт
- Масса: ~50-100 тонн

1000 спутников:
- Суммарная мощность охлаждения: 10-100 ГВт
- Суммарная масса: 50 000 - 100 000 тонн

Энергия щита: ~100 ГВт (постоянно)

Нагрев планеты

Цель: Испарить полярные шапки

Масса CO₂ в шапках: 4 × 10¹⁵ кг
Теплота сублимации CO₂: 571 кДж/кг
Энергия на испарение: 4 × 10¹⁵ × 571 × 10³ = 2.3 × 10²¹ Дж

При мощности 500 ТВт:
Время = 2.3 × 10²¹ / 5 × 10¹⁴ = 4.6 × 10⁶ секунд ≈ 53 дня

НО: нужно ещё нагреть сам лёд с −120°C до −78°C (точка сублимации)
Добавляем ~30% → ~70 дней

Вывод: При 500 ТВт направленного тепла — полярные шапки испарятся за ~2-3 месяца.

Как направить тепло

Зеркала Роя перенаправляют солнечный свет на полюса Марса:
- 500 ТВт = ~6 млн зеркал (100×100 м каждое)
- Это ~2.5% от Роя к году 3

Парниковый эффект

После испарения CO₂

Текущее давление Марса: 0.6 кПа (0.6% земного)
+ 4 трлн тонн CO₂: +10-20 кПа
Новое давление: ~10-20 кПа (10-20% земного)

Парниковый эффект CO₂:
Δt ≈ 5-10°C на каждое удвоение концентрации
При 10-20 кПа CO₂: +30-50°C

Новая средняя температура: −60 + 40 = −20°C

Ещё холодно, но лёд на экваторе начнёт таять летом.

Усиление парникового эффекта

Для дальнейшего нагрева: 1. Продолжать греть зеркалами (+10°C) 2. Добавить другие парниковые газы (SF₆, CF₄) 3. Выделить связанный CO₂ из пород (нагрев)

Временная шкала терраформирования

Согласовано с событиями пролога (2075 год).

Год проекта Календарный Событие Результат
0 ~2030 Посадка на Меркурий —
3 ~2033 Рой работает (9 500 ТВт) Энергия доступна
3-25 2033-2055 Приоритет: Земля Энергомост, инфраструктура
25-30 ~2055-2060 Строительство щита 100 000 т доставлено
30 ~2060 Активация щита Атмосфера перестаёт улетать
30-35 2060-2065 Нагрев полюсов CO₂ испаряется
35-40 2065-2070 Парниковый разгон Температура растёт
40 ~2070 Маска вместо скафандра Давление 10-15 кПа
42 2072 Первое озеро Жидкая вода!
45 2075 200 000 колонистов Города под куполами
70-100 2100-2130 Комфортный климат 0°C средняя
150-300 2180-2330 Дышащая атмосфера 21% O₂

Энергобюджет терраформирования

Задача Мощность % Роя Время
Магнитный щит 100 ГВт 0.001% Постоянно
Испарение шапок 500 ТВт 5% 2-3 месяца
Поддержание тепла 500-1000 ТВт 5-10% 100+ лет
Электролиз воды (O₂) 100 ТВт 1% Постоянно
Промышленность 50 ТВт 0.5% Постоянно

Суммарно на Марс: ~15-17% мощности Роя

Сравнение с Роем

Параметр Значение
Мощность Роя (год 3) 9 500 ТВт
Потребление Марса ~1 500 ТВт
Остаток на другие проекты ~8 000 ТВт 
Марс потребляет 15% Роя.
Остальные 85% доступны для:
- Энергоснабжение Земли
- Другие планеты (Венера, спутники)
- Межпланетная логистика
- Промышленность в космосе

Реалистичные ожидания

Что возможно за 100 лет

Параметр Сейчас Через 100 лет
Давление 0.6 кПа 30-50 кПа
Температура −60°C 0 - +10°C
Вода Лёд Озёра, реки
Атмосфера 95% CO₂ 95% CO₂, следы O₂
Жизнь Нет Растения под куполами

Что нужно для “дышащей” атмосферы

Нужно: 21% O₂ при 100 кПа = 21 кПа кислорода
Масса: ~5 × 10¹⁶ кг O₂

Источник: Электролиз воды
2H₂O → 2H₂ + O₂
Энергия: 286 кДж/моль O₂ = 9 МДж/кг O₂

Для 5 × 10¹⁶ кг:
E = 5 × 10¹⁶ × 9 × 10⁶ = 4.5 × 10²³ Дж

При 100 ТВт: время = 4.5 × 10²³ / 10¹⁴ = 4.5 × 10⁹ с ≈ 140 лет

Вывод: Даже с Роем Дайсона создание дышащей атмосферы займёт ~150-500 лет.

Итоги

Этап Год проекта Календарный Что нужно
Магнитный щит 25-30 2055-2060 100 ГВт + 100 000 т
Испарение CO₂ 30-35 2060-2065 500 ТВт × годы
Первое озеро 42 2072 Парниковый эффект
Комфортный климат 70-100 2100-2130 1000 ТВт постоянно
Дышащая атмосфера 150-300 2180-2330 100 ТВт на электролиз

Почему не раньше?

Первые 25 лет (2033-2055) приоритет — Земля: - Строительство фотоприёмников - Развёртывание Энергомоста - Решение земных проблем (голод, энергия, экология)

Марс — второй приоритет. Только после стабилизации Земли начинается масштабное терраформирование.

Главный вывод: Терраформирование Марса — проект на века, но Рой Дайсона делает его возможным. Первое озеро в 2072 году — через 42 года после начала проекта.

См. также

Источники