Экзамен на разумность
Шрифт:
Даже эти моменты, несмотря на свою принципиальную выполнимость, требуют таких затрат энергии и такого высокого уровня развития технологий, что настоящее время и все обозримое будущее эти задачи решить невозможно. Кроме этого, испарение всего объема полярных шапок Марса, которое обычно представляется средством увеличения плотности атмосферы, способно, по современным оценкам ученых, лишь удвоить ее вес, что не может представляться удовлетворительным решением задачи. Проблемы азотной недостаточности и защиты поверхности планеты от радиации и вовсе не имеют видимого решения, даже принципиального.
Итак, на мой взгляд, терраформирование Марса — вещь принципиально невозможная в просматриваемой исторической перспективе и путь человечества не в попытках превращать другие планеты в подобия Земли, а в приспособлении к их условиям. Путь человечества — это использование ТБС-поселений для освоения Марса и других планет и спутников.
Ну и, конечно же, главная трудность — отсутствие заинтересованности общества и как следствие отказ от финансирования дорогостоящего и бесполезного с точки зрения большинства проекта. Пока развитие ситуации происходит в нужном направлении и с вполне нормальной скоростью, в данный исторический момент Марс является наиболее исследуемым объектом космоса. Каждое «окно» используется для отправки к планете нескольких исследовательских аппаратов, и те из них, что успешно выполняют свои программы, дают в копилку науки о Марсе все новые и новые сведения. Это просто замечательно, так как в настоящее время уровень знаний о Красной Планете совершенно недостаточен для сколько-нибудь подробного планирования ее колонизации.
Существуют несколько сценариев дальнейших шагов человечества в сторону Марса. Наиболее реален следующий — проведя предварительный сбор данных с помощью автоматических станций, общество предпримет пилотируемую экспедицию на Марс, любой исход которой положит конец интересу человечества к этой планете, до сих пор искусственно поддерживаемый желтой прессой. Достаточно наивно надеяться на действительно сенсационные находки вроде сфинксов, пирамид, кораблей инопланетян и прочего подобного. Скорее всего, человечество испытает после марсианского полета столь же сильное разочарование в своих иллюзиях, как после лунной программы, когда стало ясно, что Луна это безжизненная каменная глыба, не присыпанная слоем бриллиантов вперемешку с обломками НЛО.
Поэтому, отбросив бессмысленные идеи терраформирования, обратимся к рассмотрению различных аспектов задачи создания марсианских ТБС-поселений.
Формирование воздушной среды в марсианских ТБС-поселениях
Задача проектирования ТБС для условий Марса является на порядки более сложной, чем для любых земных (к примеру, Арктики). Главным затруднением такого проекта является отсутствие на Марсе привычного для Земли, дарового воздуха. На Марсе воздух придется делать в буквальном смысле этого слова. Исходным сырьем данного производства должны стать газы марсианской атмосферы.
В данной главе предварительно рассматриваются общие принципы формирования воздушной среды в марсианской ТБС.
Потребности человека в кислороде
Уровень кислорода у поверхности Земли колеблется незначительно: от 20,7 % до 20,95 %. Выраженное ухудшение самочувствия, снижение работоспособности у людей наблюдаются при очень значительном падении содержания кислорода — до 15–17 % (при норме — почти 21 %) (при н. у.).
Общее количество воздуха, проходящее через легкие в единицу времени, называется легочной вентиляцией и измеряется в л/мин. В состоянии покоя легочная вентиляция равна 5–6 л/мин, при физической нагрузке она увеличивается до 60–80 л/мин.
Процентное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе составляет 21 %. Однако при дыхании используется не весь кислород. Значительная его часть выдыхается. В выдыхаемом воздухе содержится не меньше 16 % кислорода. Таким образом, при легочной вентиляции в 6 л/мин усваивается 0,3 л/мин кислорода.
При потреблении 1 (н) л кислорода (количество потребляемого кислорода, как и выделяемого углекислого газа, обычно измеряется в так называемых «нормальных литрах» (н) л, приведенных к нормальным условиям при давлении 101,3 кПа и температуре 0 °С) человек выделяет примерно 19–21 кДж (4,6–5 ккал) тепла. В среднем может быть принят энергетический эквивалент 1 (н) л кислорода 20 кДж, а 1 г кислорода — 14 кдж.
Потребление кислорода в среднем на одного человека составляет 22 (н) л/ч или 528 (н) л/сут.
Человеку массой порядка 80 кг потребуется в среднем 26,4 (н) л/ч.
Средние экспериментальные данные о легочной вентиляции, истинном количестве потребляемого кислорода и тепловыделении приведены в нижеследующей таблице:
| Табл. 1. Средние экспериментальные данные о теплопродукции, легочной вентиляции, истинном количестве потребляемого кислорода у человека массой 60–70 кг, ростом 170–180 см | ||||
|---|---|---|---|---|
| Состояние организма; характеристика выполняемой работы | Легочная вентиляция, (н) л/мин | Истинное потребление кислорода, (н) л/мин | Теплопродукция | |
| Вт | ккал/мин | |||
| Покой | 5–6 | 0,25–0,3 | 83–105 | 1,25–1,5 |
| Очень легкая работа | 6–10 | 0,3–0,5 | 105–175 | 1,5–2,5 |
| Легкая работа | 10–16 | 0,5–0,8 | 175–280 | 2,5–4,0 |
| Средняя работа | 16–25 | 0,8–1,2 | 280–420 | 4,0–6,0 |
| Тяжелая работа | 25–40 | 1,2–2,0 | 420–700 | 6,0–10,0 |
| Очень тяжелая работа | 40–50 | 2,0–2,5 | 700–874 | 10,0–12,5 |
| Чрезвычайно тяжелая работа | 50–60 | 2,5–3,0 | 874–1050 | 12,5–15,0 |
| Изнурительная работа | Более 60 | Более 3,0 | Более 1050 | Более 15,0 |
Углекислый газ
Содержание диоксида углерода в атмосферном воздухе Земли относительно постоянно и составляет 0,03–0,04 %. Содержание диоксида углерода в городском воздухе может быть выше, чем в чистой атмосфере, и составлять до 0,05 %.
При вдыхании больших концентраций углекислого газа нарушаются окислительно-восстановительные процессы. Чем больше диоксида углерода во вдыхаемом воздухе, тем меньше его может выделить организм. Накопление диоксида углерода в крови и тканях ведет к развитию тканевой аноксии. При увеличении содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе до 3–4 % отмечаются симптомы интоксикации, при 8 % возникает тяжелое отравление и наступает смерть.
ПДК диоксида углерода в воздухе лечебных учреждений равна 0,07 %, а в воздухе жилых и общественных зданий — 0,1 %. Последняя величина принимается в качестве расчетной при определении эффективности вентиляции жилых и общественных зданий.
Азот
Азот по количественному содержанию является наиболее существенной частью атмосферного воздуха.
Азот принадлежит к инертным газам, он не поддерживает дыхание и горение, жизнь в атмосфере чистого азота невозможна. Однако в природе нашей планеты происходит его круговорот. Азот усваивается некоторыми видами бактерий почвы, а также сине-зелеными водорослями.
Азот является своеобразным разбавителем кислорода, выполняя в этой связи жизненно важную функцию, т. к. дыхание чистым кислородом приводит к необратимым изменениям в организме. При этом отмечено, что его повышенное содержание во вдыхаемом воздухе способствует наступлению гипоксии и асфиксии вследствие снижения парциального давления кислорода. При увеличении содержания азота до 93 % наступает смерть. Наиболее выраженные неблагоприятные свойства азот проявляет в условиях повышенного давления, что связано с его наркотическим действием. Известна также его роль в происхождении кессонной болезни.
Принципиальная схема газовых потоков ТБС
Рис. 1. Схема газовых потоков ТБС.
Обозначения на схеме:
1 — Блок газоразделительного оборудования.
2 — Камеры составления воздушной смеси.
3 — Блок водорослей.
4 — Химические производства.
5 — Жилая зона.
6 — Камеры промежуточного обогащения воздуха кислородом и удаления углекислого газа.
7 — Рабочая зона.