Mars Base Design

Foto von Ken Treloar auf Unsplash

Stellen wir uns eine funktionierende Mars-Kolonie mit tausend Menschen vor. Wie kann es wirtschaftlich sein? Erze können nicht zur Erde exportiert werden - die Versandkosten sind zu hoch - und es können keine Lebensmittel oder andere schwere Güter exportiert werden. Dennoch muss es Geld von der Erde verdienen. Dies wird wahrscheinlich in Form von Tourismus und Forschung geschehen - sonst scheint nichts praktikabel. Infolgedessen sollte die Stadt am Rand eines Canyons oder einer anderen spektakulären Aussicht und in der Nähe von interessanten Forschungsgebieten liegen.

Letztendlich will die Stadt die geringstmögliche Masse an Materialien von der Erde importieren. Konzeptionell will es seine eigenen Lebensmittel, Luft und Baumaterialien produzieren und Computerchips importieren (die fast nichts wiegen und für deren Produktion gewaltige Fabriken benötigen). Es will die Landwirtschaft und den Bergbau und die Produktion robotisieren, weil der Mensch teure Lebensmittel und Unterkünfte benötigt Roboter brauchen nur Energie und Wartung. So werden Materialien von selbstfahrenden Ladern, Lastwagen und Hütten hergestellt; Die Fertigung erfolgt mit 3D-Druckern, Lasern und Fräsmaschinen. Montage durch Roboter; und Reparatur durch Roboter und gelegentliche Menschen. Die Landwirtschaft wird von spezialisierten Unkraut-, Pflanz- und Ernterobotern betrieben. Der Mensch, unterstützt von einer mächtigen KI, plant und organisiert diese Aktivitäten und führt Forschungen durch.

Der Rest dieses Papiers befasst sich mit der erforderlichen Fläche für Gewächshäuser und deren Gestaltung sowie mit Erweiterungsstrukturen für Wohnungen und Fabriken und dem erforderlichen Atomgenerator, befasst sich jedoch nicht mit Schmelzen oder Herstellung.

Elon Musk beabsichtigt, Menschen im Jahr 2024 auf den Mars zu bringen und einige Jahre später eine Kolonie zu errichten, damit es zur rechten Zeit ist

die grundlegenden Parameter eines solchen Unternehmens zu bestimmen. Welche Gewächshausgröße wird benötigt, welches Düngergewicht, wie viel Baumaterial pro Gewächshaus, welche Masse an Dämmung und Strahlenschutz etc.? Dieses Papier ist ein erster Schnitt bei solchen Berechnungen, aber andere müssen die Details ausfüllen.

Es wird angenommen, dass auf dem Mars Bewässerungswasser und Dünger (Phosphate usw.) gefunden wurden und dass vergrabene Strukturen eine ausreichende Abschirmung gegen Strahlung bieten. Mit freundlicher Genehmigung von Frank Williams wird ein Atomgenerator mit einer Leistung von 2 kW pro Kopf geliefert.

Die Gesamtmasse der Mission ist in erster Linie proportional zur menschlichen Masse, daher sollten sehr kleine Leute die Besatzung bilden. Das heißt, 100-Pfund-Turner essen weniger, benötigen kleinere Fahrzeuge und Quartiere und denken genauso gut wie 300-Pfund-Football-Lineman. Daher werden kleine, fitte und kluge Leute ausgewählt. Sie benötigen nur etwa 1600 Kalorien pro Tag. (1) (Dies wurde in den folgenden Berechnungen nicht verwendet, verspricht jedoch, die Größe der Gewächshäuser zu verringern.)

Größe der Kolonie

F.B. Salisbury diskutierte Experimente, die von seinem Labor und einem in der Sowjetunion mit Zwergweizen durchgeführt wurden. (2) Er kam zu dem Schluss, dass „… nur etwa 15 m² Pflanzenwachstumsfläche erforderlich wären, um ein einzelnes Besatzungsmitglied ausreichend zu ernähren, wenn dieses Besatzungsmitglied dazu bereit wäre iss nichts als Weizen! Mit Zugabe von anderen

Nutzpflanzen plus Sicherheitsfaktor sollten 50 m² ausreichen. “Für 1000 Kolonisten etwa 50.000 m²

würde gebraucht werden. Dies scheint niedrig zu sein, sodass ein weiterer Faktor von vier angewendet wird, der die Zahl auf 2.000.000 ft² erhöht. Für Wohnräume, Labors und Gehwege werden schätzungsweise 1.000 ft² pro Kopf oder 1.000.000 ft² für 1.000 benötigt. Die gesamte überdachte Fläche beträgt somit 3.000.000 ft².

Die Pflanzen produzieren genug Sauerstoff, damit die Kolonisten atmen können. Salisbury berichtet über den Sowjet

BIOS 3 Experiment (2 S. 152), dass es drei Besatzungsmitglieder und drei Abteile insgesamt gab

63 m² groß und mit Gemüse bepflanzt.

Es kann sein, dass der Marsboden weniger fruchtbar ist als der Boden der Erde, daher müssen diese Zahlen erhöht werden. Für dieses Papier werden jedoch 3.000.000 ft² für die Vorleimung verwendet. Dies ist ein Quadrat von 1700 Fuß an einer Seite, ungefähr sechs Häuserblocks von 300 Fuß, eine angemessene Entfernung, die Kolonisten zum Gehen benötigen. Eine Kolonie von einer Million wird zehn Meilen im Quadrat sein, also werden die Kolonisten Fahrräder brauchen.

Grundlegendes Design eines Marsgewächshauses

Abbildung 1. Gesamtaufbau

Der Mars ist kalt, sodass die Pflanzen in einem Plastikgewächshaus an der Oberfläche gefrieren. Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht darin, die Häuser mit einer undurchsichtigen Isolierung zu bedecken und mit Atomkraft Licht zu betreiben. Eine bessere Möglichkeit ist jedoch, sie zu begraben

das Haus mit Ausnahme eines transparenten Streifens entlang der Oberseite, und verwenden Sie aluminisierte Mylar-Spiegel, um konzentriertes Sonnenlicht entlang des Streifens zu reflektieren. Mylar-Reflektoren mit geringer Masse können das Licht gleichmäßig auf die Pflanzen verteilen.

Die Luft muss von den Kunststoffmembranen aufgenommen werden, und die Dicke wird minimiert, indem der Durchmesser der röhrenförmigen Häuser so klein wie möglich gehalten wird, beispielsweise 16 Fuß (siehe Abbildung unten). Dies minimiert die Masse, die von der Erde gebracht werden muss.

Strukturiertes Design

Der wichtige Punkt ist, dass das Gewicht des Materials in der Gewächshausmembran zur Abdeckung der gleichen Fläche proportional zum Radius des Rohrs ist. Das heißt, obwohl sie den gleichen Bereich abdecken, wiegt ein Rohr mit einem Durchmesser von 32 Fuß doppelt so viel wie zwei Rohre mit einem Durchmesser von 16 Fuß. Dieses Gewicht muss von den Astronauten auf dem Mars herumgeschleppt werden, und das Material muss mit enormen Kosten zum Mars transportiert werden, so dass es wünschenswert ist, es zu minimieren. Daher sollten die Rohrdurchmesser so klein wie möglich sein, unter der Bedingung, dass sie groß genug sind, damit Astronauten hindurchgehen können (plus möglicherweise einige Fuß für psychologische Effekte).

Hier ist der Beweis, dass Materialvolumen und Masse mit dem Rohrdurchmesser zunehmen. Betrachten Sie zwei Strukturen, die dieselbe Spanne abdecken und jeweils eine Einheit in das Papier hineinragen. Man hat ein einzelnes Rohr, Durchmesser D; der andere hat n Röhren mit einem Durchmesser von jeweils D / n.

Figur 2.

Die Fläche beider Systeme ist gleich. Der Bereich mit einer Messspanne ist 1 (Einheit in das Papier) x D / 2 = D / 2

Einheiten2. Die Mehrfeldfläche beträgt (pro Feld) 1 Einheit in Papier x D / 2n = D / 2 x 1 / n. Es gibt jedoch n Einheiten, sodass die Gesamtfläche D / 2 x 1 / n x n = D / 2 ist - identisch mit der Fläche der einzelnen Spanne. So ist das Gebiet von

Der für die Abdeckung der gleichen Bodenfläche erforderliche Kunststoff ist unabhängig von der Anzahl der Spannweiten derselbe. Aber die

Dicke ist unterschiedlich. Für einen Zylinder S = Pr / t (wobei S Spannung ist, P Druck ist, r Radius ist, t Dicke ist und Sallowable die Arbeitsspannung für das fragliche Material ist.) Dann ist trequired = Pr / Sallowable - das heißt, t ist proportional zu r. Die Dicke und damit das Volumen und die Masse der Membran sind also proportional zum Radius. Daher sollte der Radius so klein wie möglich gehalten werden. (Das Gleiche gilt für Kuppeln. Die 1000-Fuß-Kuppeln, die von Illustratoren geliebt werden, kosten eine enorme Gewichtsstrafe, wenn sie überhaupt gebaut werden.)

Die Röhre sollte eine volle Röhre sein, nicht die darüber liegende halbe. Verankerungs- und Leckageprobleme wären für ein halbes Rohr schwerwiegend.

Angenommen, der Innendruck beträgt 8 PSI, was etwa 15.000 Fuß auf der Erde entspricht (möglicherweise mit mehr als 21% Sauerstoff, dem erdnormalen Niveau, um die „große Höhe“ auszugleichen). Die Wandmembran besteht aus einer Blase zum Halten der Luft, t = 0,003 Zoll (eine Vermutung, die auf drei Mil Mylar basiert, das stark genug zu sein scheint) plus ein Gewebe aus Kevlar-Fasern. Die NASA verwendete ein ähnliches Design für das aufblasbare Mars Transhab-Design mit einem Sicherheitsfaktor von 4,0. Dieser sf scheint hoch zu sein, aber die Menschen werden in der Transhab schlafen und es gibt viele Mikrometeoriten im Weltraum; hier wird 3.0 verwendet, da die menschen normalerweise nicht im gewächshaus schlafen und so im fall einer leckage schneller raus können. (Das Transhab-Design kann nicht direkt kopiert werden, da es für den Einsatz im Weltraum vorgesehen ist und eine starke Abschirmung gegen Mikrometeoriten aufweist.)

Kevlarfaser hat eine Reißfestigkeit von 435.000 psi (3); dividieren durch den sf ergibt eine zulässige belastung von 145 ksi. Trequired = Pr / Sallowable = 8 psi x 96 in / 145.000 = 0,0053 in Dicke oder das Äquivalent in Tangentialrichtungsfasern. Die axiale Spannung in einem unter Druck stehenden Zylinder ist jedoch genau halb so groß wie die tangentiale Spannung, sodass axiale Fasern mit einer Dicke von 0,0027 für insgesamt 0,008 erforderlich sind. Unter Berücksichtigung von Wechselwirkungseffekten im Verbundmaterial, beispielsweise einer Gesamtdicke von 0,009 Zoll. Außerdem ergibt die 0,003-Zoll-Blase eine Gesamtdicke von 0,02 Zoll. Kevlar wiegt 0,052 pci (vorausgesetzt, die Blase wiegt dasselbe; die meisten Kunststoffe tun dies).

Der obere Abschnitt von einem Fuß mal 16 Fuß bedeckt 16 sf und wiegt: 0,02 in x 12 Zoll x 16 Fuß x 12 Zoll / Fuß x 0,05 pci = 4,4 lbs oder 0,27 lb pro bedecktem Fuß². Für die Gewächshaus-Plus-Anlagen werden für 1000 Menschen etwa drei Millionen Quadratmeter benötigt, sodass die gesamte Kolonie 800.000 Pfund wiegt. Wenn man die 176.000 Pfund für die Atomgeneratoren hinzufügt, erhält man 976.000 Pfund. Durch Hinzufügen von Baumaschinen, Schmelzen, Glasfasermaschinen usw. kann die Masse auf zwei Millionen Pfund verdoppelt werden. Bei 225 USD / Pfund (unten), die an den Mars geliefert werden, kostet dies 450 Mio. USD. Für eine Million Menschen belaufen sich die Kosten auf 450 Milliarden US-Dollar. SpaceX geht davon aus, dass die Kolonisten für ihre eigenen One-Way-Tickets jeweils 200.000 US-Dollar oder 200 Millionen US-Dollar für tausend Menschen zahlen werden.

Geschätzte Kosten pro Pfund Nutzlast, die an die Marsoberfläche geliefert werden

Der SpaceX-Ingenieur und Moderator Paul Wooster gibt an, weniger als 500 US-Dollar pro Kilogramm oder 225 US-Dollar pro Pfund zu verlangen. (5)

Wird der hydrostatische Druck das Rohr zerdrücken?

Trockener Sand wiegt 100 Pfund pro Kubikfuß, sodass sein hydrostatischer Druck in 8 Fuß Tiefe auf der Erde 800 psf oder 5,5 psi beträgt. Die Erdanziehungskraft des Mars beträgt nur 3/8 der Erdanziehungskraft. Bei 8 Fuß auf dem Mars beträgt der Druck also nur 2,0 psi. Das Rohr wird mit einem Druck von 8 psi beaufschlagt, sodass ein Sicherheitsfaktor von vier gegen Quetschen besteht.

Schattenproblem

Abbildung 3 zeigt ein Abschattungsproblem mit den Spiegeln. Wenn sich die Gewächshäuser wie in Abbildung 3A berühren, beschatten sich die Spiegel gegenseitig. Daher müssen die Spiegel wie in 3B ausgebreitet oder wie in 3C an einem Hang platziert werden. Ein genaues Design muss auf die Auswahl eines Standorts für die Kolonie warten. Wenn der Abstand das Dreifache des Rohrdurchmessers beträgt, können die Rohre mit den Wohnräumen zwischen die Gewächshausrohre gestellt werden, und die Kolonie hat die gleiche Größe wie zuvor. (Ohne den Faktor vier auf die Gewächshausfläche anzuwenden. Auch hier ist eine genaue Auslegung zu bestimmen.)

Figur 3.

Schattenproblem

Abbildung 4. Thermisches Design

Thermische Analyse

Abbildung 4 zeigt einen typischen Schnitt. Die Isolierung ist nicht spezifiziert, aber die meisten Isolierungen (Aerogel, Holzschaumplatte usw.) sind R10 pro Zoll, so dass R50 etwa 5 Zoll Isolierung erfordern würde, was vernünftig erscheint. (4) Die Hälfte des mit Sand gefüllten Rohrs liefert thermische Masse (Stabilisierung der

Temperatur von Tag zu Nacht.) Die durchschnittliche Temperatur auf dem Mars liegt bei -50 ° F und im Gewächshaus bei 80 ° F

T ist 130 F.

Betrachten Sie einen Abschnitt einen Fuß in das Papier. Die Isolationsfläche beträgt 2 x 8 ft x 1 ft = 50 sf. Der Wärmeverlust pro Tag beträgt 50 x 130 ° T x 1/50 x 24 = 3100 BTU. Die Eingabe beträgt 16 sf x 317 btu / Stunde sf x 10 h Tageslicht = 51.000 btu / Tag. Dies ist mehr als der Verlust, so dass Wärme durch Heizkörper (nicht gezeigt) abgeführt werden muss. (Der Eingangspegel wird durch den Photosynthesebedarf der Pflanzen bestimmt, von dem angenommen wird, dass er ein maximales Wachstum bei erdnormaler Sonneneinstrahlung erzeugt.)

Die Masse der Isolierung wird nicht berechnet, da sie mit ziemlicher Sicherheit auf dem Mars erzeugt wird. Die Isolierung ist leicht, aber voluminös, sodass sie nicht von der Erde gebracht werden kann. In Landekapseln wäre kein Platz dafür. Für die ersten Gewächshäuser wird Kunststoff gebracht und aufgeschäumt, und für die Kolonie stellen die ersten Kolonisten Fiberglas oder Aerogel aus Mars-Sand her. Die Ermittlung der besten Methode wäre sicherlich von Interesse.

Die Gewächshäuser versorgen tausend Kolonisten mit Sauerstoff und Nahrung. Wenn es einen dreimonatigen Staubsturm gibt und die Gewächshäuser einfrieren, sterben alle Kolonisten, was inakzeptabel ist. Die Gewächshäuser müssen im schlimmsten Fall mehrere Monate lang warm bleiben.

Wie bleibt das System in einem Sandsturm warm?

Der Marsboden hat eine Temperatur von -50 ° F. Dann ist T zu Beginn des Abkühlens = 80 - (-50º) = 130ºF. Am Ende sind es nur noch 32 - (-50)

= 82 ° F und im Durchschnitt 106 ° F. Der durchschnittliche Verlust pro Tag beträgt 50 ft² x 1/50 x 106ºF x 24 = 2.500 BTU pro Tag.

An einem normalen Tag variiert die Temperatur von Tag zu Nacht nur um einen Grad. Der Sand im halbrunden Boden des Hauses hat ein Volumen von 1 ft x ½ x x ² = 100 ft³. Bei 100 lb / ft3 wiegt es 10.000 lb mit einer thermischen Masse von 0,2 btu / lb = 2000 btu / F °. Dies ergibt einen Verlust von 130 Btu / h × 12 H / 2000 Btu / F ° = 0,8 F °.

Marsstaubstürme können einige Wochen andauern, aber es ist notwendig, den schlimmsten Fall zu finden, der viel länger sein kann.

Es wird ein Atomkraftwerk geben. Ein Atomgenerator wird benötigt, weil Solarzellen nicht ohne Licht funktionieren, wie während eines Sturms. Kann seine Leistung zum Betrieb von Heizgeräten verwendet werden? Ein Kernkraftwerk für 1000 Menschen, die 2 kW pro Kopf produzieren, produziert 2 MW, was 6.820.000 BTU pro Stunde entspricht. (8 MW Wärmeleistung und

2MWe elektrische Leistung bei 25% Wirkungsgrad. Die Wärmeleistung der Generatoren beträgt 27 Millionen Btu / h.) Es gibt 187.000 Fuß Gewächshäuser, die durchschnittlich 2.500 Btu pro Tag und Fuß oder 104 Btu pro Stunde und Fuß verlieren. Dann verlieren 187.000 ft 19,4 Millionen Btu pro Stunde, verglichen mit 27 Millionen Btu pro Stunde von den Generatoren. Die Generatoren können in der Tat die Gewächshäuser erwärmen.

Weiter gibt es das Problem der Sauerstoffproduktion. In einem Staubsturm führen die Pflanzen nicht viel Photosynthese durch. Ihre Leistung muss durch die Sauerstofferzeugung aus dem Generator erbracht werden. In guten Zeiten sollten auch Lebensmittel und Sauerstoff aufbewahrt werden.

Das Leben der Kolonisten ist gefährdet, wenn die Staubsturmanalyse falsch ist. Diese Berechnungen sollten mit größter Sorgfalt durchgeführt werden.

Atomgenerator

Mit freundlicher Genehmigung von Frank Williams

Die Stromerzeugung und -verteilung wird aus einer Kombination von Kernreaktoren auf Uranbasis und einem Minimum an Batterien und Superkondensatoren für die Energiespeicherung und den Lastausgleich bestehen. Geeignete Implementierungen von Kernreaktoren sind unabhängig von den Umgebungsbedingungen, wodurch selbst unter schwierigen Bedingungen, z. B. bei Staubstürmen, die mehrere Wochen andauern können, und der darauf folgenden Ausgrabungsperiode aus den entstehenden Dünen, eine gleichbleibende Leistung bereitgestellt wird.

Wir schlagen einen skalierten Ansatz anstelle eines einzelnen monolithischen 2-Megawatt-Reaktors (MWe) vor

(durchschnittlich 2 kWe pro Mitglied der Kolonie). Dafür gibt es viele Gründe.

Implementierung im Laufe der Zeit: Reaktoren können gestartet werden, wenn die Erstausrüstung für den Standortaufbau gestartet wird.

o Vor der Ankunft des Menschen können Robotermissionen die Erstausrüstung einrichten

o Reaktoren können mit Wellen von Menschen gestartet werden, wenn die Kolonie wächst

Beseitigt einen Einzelpunkt-Fehlermodus

o Während ein vollständiger Ausfall eines großen Reaktors unwahrscheinlich ist, hat der Ausfall eines einzelnen großen Reaktors zur Reparatur erhebliche negative Auswirkungen auf die Kolonie

o Große Reaktoren sind aufgrund ihrer größeren Abmessungen und Bauteilmassen von Natur aus schwieriger zu reparieren

Für kleinere Reaktoren ist das Starten von Robotern vor dem Eintreffen des Menschen einfacher.

o Kleinere Reaktoren können so ausgelegt werden, dass sie selbststartend sind

Kleinere Reaktoren sind einfacher zu konstruieren und funktionieren in erster Linie als selbstmoderierende Systeme.

o Selbstmoderierende Reaktoren werden thermisch weniger (und anschließend elektrisch)

Effizient, wenn Größe und Leistung zunehmen

Mehrere kleinere Reaktoren können als Sets betrieben werden, um Schwankungen des täglichen, wöchentlichen oder monatlichen Energiebedarfs abzudecken

o Die Leistungsanforderungen müssen sich im Laufe der Zeit ändern.

o Drosseln müssen für einen Spitzenleistungsbedarf oder eine signifikante Energie ausgelegt sein

Speicher- und Auszahlungssystem muss implementiert werden.

o Die Verwendung mehrerer Reaktoren, die nach Bedarf in Betrieb genommen und / oder nach Bedarf aktiv moderiert werden können, minimiert den Bedarf an einem elektrischen Lastausgleichs- und Energiespeichersystem

Kleinere Reaktoren können in der Nähe des Strombedarfs platziert werden

o Kleine Reaktoren mit mäßiger Abschirmung können viel näher an den Geräte- und Leistungsanforderungen platziert werden als ein einzelner großer Reaktor

Der Basisreaktor soll derzeit eine Weiterentwicklung des in Abbildung 5 gezeigten Kilopower-Reaktors der NASA sein. Die Weiterentwicklung führt zu einem Reaktor mit 100 kWe aus dem Maximum der derzeit geplanten Auslegung von 10 kWe. (Die NASA geht davon aus, dass sich das derzeitige Kilopower-Reaktordesign auf 10 kWe entwickeln kann.) Das entwickelte Design wird den einzelnen zylindrischen Kern aus hochangereichertem Uran (HEU) durch einen einzelnen zentralen Kern ersetzen, der von konzentrischen Ringen aus HEU umgeben ist. Zwischen dem zentralen Kern und dem nächsten Ring der HEU werden mehrere Elemente eingefügt: Bor-Neutronen-Absorber-Moderatoren, Berylliumoxid-Neutronen-Moderatoren, Natriummetall-Wärmerohre und Spacer mit einem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE). Der Bor-Zentralzylinder in der Mitte des zentralen HEU-Zylinders (wie im Kilopower-Reaktor) und die Borelemente

zwischen dem zentralen HEU-Kern und der konzentrischen HEU-Schicht wird beim Anfahren des Reaktors entfernt und beim Abschalten des Reaktors wieder eingesetzt. Die Zwischenräume mit hohem CTE sorgen für eine Selbstmoderation des Reaktors, so dass dieser ohne ständige Überwachung durch den Menschen nahezu maximal laufen kann.

Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA GRC, die Verwendung stellt keine NASA-Genehmigung dar.

Abbildung 5. Der Kilopower Space Nuclear Reactor der NASA zeigt die Sterling-Energieumwandlung

systeme.

Bei der frühen Platzierung der ersten Reaktoren werden atmosphärische Wärmeabgabesysteme verwendet, wie dies derzeit vom NASA-Konzept für die Verwendung des Kilopower-Reaktors (siehe Abbildung 6) vorgesehen ist Platzieren Sie die Wärmeableitungsrohre in der Marsoberfläche, um unter allen Umgebungsbedingungen einen gleichmäßigen Kühlkörper zu gewährleisten.

Mit freundlicher Genehmigung der NASA GRC. Die Verwendung dieses Bildes stellt keine Billigung dieses Papiers durch die NASA dar.

Abbildung 6. Das Konzept der NASA für Installationen des Typs Kilopower Reactor auf dem Mars.

Die Masse der einzelnen Reaktoren und Wärmewandlungssysteme wird voraussichtlich in der Größenordnung von jeweils 4.000 kg liegen.

Auf diese Weise können diese Reaktoren im Rahmen größerer Kompressionsmissionen von der Erde aus gestartet werden

anstatt als eigenständige Missionen für einen einzelnen 2 - MWe - Reaktor, der leicht eine Masse von

mehr als 18.000 kg. Dies gibt weitere Missionsflexibilität, wenn sich die Kolonie entwickelt.

Masse der Generatoren

Für 2 MW werden für eine Kolonie von 1.000 Menschen etwa 20 100 kW-Generatoren benötigt. Sie wiegen jeweils 4.000 kg, bei einer Gesamtmasse von 80.000 kg.

Alternative per Faustregel

Ein 100-kWe-Generator wiegt ungefähr 4000 kg und die Masse steigt als Quadratwurzel der Leistung. (6) Größere Generatoren liefern somit die gleiche Leistung bei geringerer Masse. Mit zwei Ein-MWe-Generatoren könnte einer repariert oder betankt werden. Jedes würde 10,5 x 4000 kg = 13.000 kg wiegen, also wäre die Summe

26.000 kg oder 57.000 lbs., Ein Drittel der oben genannten 176.000 lbs. Es ist klar, dass die beste Anzahl von Generatoren ein wichtiges Thema ist, da es das Potenzial hat, die Kosten der Kolonie signifikant zu senken.

Diskussion

Der größte Teil der von der Erde importierten Masse sind Atomgeneratoren und Baumaterial für die Gewächshäuser. Inzwischen sind die meisten Kolonisten Bauern, Entdecker oder Forscher. Die Bauern werden durch Roboter ersetzt, und die Entdecker können auch durch Roboter ersetzt werden, die den Forschern Material zum Studieren bringen. Dies lässt die meisten Kolonisten arbeitslos. Die Lösung besteht darin, diese Menschen dazu zu bringen, die Infrastruktur für die Millionen Einwohner, die letztendlich erwartet werden, aufzubauen und Materialien für die Gewächshäuser aus Marsmaterial herzustellen. Die Blasen sind aus Erdöl gewonnener Kunststoff und müssen daher von der Erde importiert werden. Die Kevlar-Fasern können jedoch durch Glasfasern aus Mars-Sand ersetzt werden. Sand kann auch zur Herstellung von Glasfaser- oder Aerogelisolierungen verwendet werden. Der Import von Maschinen zur Herstellung dieser Materialien ist kostengünstiger als der Import der Materialien selbst. Ein Großteil der Masse von der Erde sind die Atomgeneratoren, daher sind Verbesserungen auch sehr wichtig. Vielleicht können viele der Teile auf dem Mars hergestellt werden.

So wandeln sich die Kolonisten von der Landwirtschaft und Exploration zum Bauen und Fertigen und je mehr sie ankommen, desto mehr werden sie auf die gleiche Weise eingesetzt. Letztendlich ist die Kolonie fertig und die Kolonisten haben nichts zu tun, so dass sie möglicherweise Terraforming betreiben. Terraforming Mars ist schwierig, da es keine bekannte Quelle für Stickstoff oder Kohlendioxid zur Stabilisierung der Atmosphäre gibt und eine reine Sauerstoffatmosphäre im Brandfall gefährlich ist. Wird jedoch eine Quelle für nicht reaktive Gase gefunden, können die Kolonisten zu Terraformern werden.

Es wird vorgeschlagen, dass ein gutes Untersuchungsobjekt die Herstellung von Dämm- und Konstruktionsmaterialien für Gewächshäuser und andere Konstruktionen sowie die schweren Teile der Generatoren sein sollte. Eine detaillierte thermische Analyse der thermischen Leistung des Gewächshauses bei Staubstürmen ist ebenso relevant wie die maximale Dauer der Stürme.

Marsatmosphäre ist CO2. Viele Pflanzen auf der Erde wachsen bei höheren CO2-Dichten schneller. Wenn die Pflanzen schneller wachsen, werden weniger Gewächshäuser benötigt, was Geld für Importe von der Erde spart. Das Sonnenlicht kann auch auf mehr als die normale Erde konzentriert werden. Es wird davon ausgegangen, dass eine erdnormale Sonneneinstrahlung gegeben ist, da dafür Erdpflanzen entwickelt werden. Aber würden Pflanzen mit mehr Licht schneller wachsen? Was wäre, wenn sie sowohl mit mehr CO2 als auch mit Sonnenlicht versorgt würden? Es wäre interessant, das herauszufinden.