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火星任务设计 | Mars Colony: 0 to 1000 #11

Open NirViaje opened 5 years ago

NirViaje commented 5 years ago

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Rules

Mars Colony Prize

The contest is open to all people from every country. You can work alone or as part of a team. Each contestant will need to submit a report of no more than 20 pages presenting their plan by no later than March 31, 2019. A downselect will then be made to the top 10 plans, whose authors will be invited to present them in person in front of an audience of judges chosen by the Mars Society at the International Mars Society convention in Los Angeles California in September 2019.

殖民地设计得分将按以下规则进行积分：

项目 分值 内容
技术设计 40分 哪些系统将被使用？他们将如何运作？
经济 30分 殖民地怎样才能取得经济上的成功？
社会/文化 10分 火星社会应该是什么样的？ 应该有哪些类型的学校、艺术、体育和其他活动？ 如果重新开始，火星上的生命如何才能够比地球上的生命更好？
政治/组织 10分 殖民地如何组织、管理？
美学 10分 如何建设一个美丽的火星殖民地？

基本科学数据

Item Value
Semi-major axis 227939200 km(141634900 mi; 1.523679 AU)
Orbital period 686.971 d(1.88082 yr; 668.5991 sols)
Average orbital speed 24.007 km/s(86430 km/h; 53700 mph)
Mean density 3.9335 g/cm35
Surface gravity 3.72076 m/s2[7](12.2072 ft/s2; 0.3794 g)
Escape velocity 5.027 km/s(18100 km/h; 11250 mph)
Sidereal rotation period 1.025957 d, 24h 37m 22s
Surface temp. min mean max
Kelvin 130 K 210 K 308 K
Celsius −143 °C −63 °C 35 °C
Fahrenheit −226 °F −82 °F 95 °F

https://en.wikipedia.org/wiki/Mars

Resource

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image

MARSColonyi2.pdf

c0b281652f171623d12dad6e6a9ba03

参考项目

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NASA’s 3D-Printed Habitat Competition

Mars City Design Competition

UBC Mars Colony Project Airlock Challenge

最小可行 | MVP: Minimum Viable Plan

NirViaje commented 5 years ago

@沧海逸鲸 | 火星学会千人殖民地参赛方案

开头

  1. 假大空口水话
  2. 基本原则：最小地球依赖、灾备冗余、自给自足自复制
  3. 首先保障安全舒适居住、然后基本物资尽量自给、再谈支持科 学探索和经济活动
  4. 火星科学活动不仅包括探索火星，也包括探索如何让人类适应 火星的环境
  5. 1000 人规模的局限性 可能很难开展复杂的有机化工和露天开采以外的深矿物采掘
  6. 氢元素：物质循环的核心
  7. 科学任务：
    • “干”科学：火星大气地质研究；
    • “湿”科学：火星天然水相关；
    • “绿”科学：火星人造生境中的生物学及医学；
    • “红”科学/工程学：火星采矿、金属加工与土木工程

沧海逸鲸: 第二 参考文献和效果图可能要麻烦其他人帮忙

沧海逸鲸: 第三 如何做到征文要求中的经济可持续 以及相关的社会管理和美学设计那些 也要大家一起集思广益一下

火星学会千人殖民地参赛方案-1.0.2.pdf

NirViaje commented 5 years ago
  • 氢元素：物质循环的核心

@tianzhixing

一夜星辰: 有一本科幻作品

一夜星辰: 叫《文明》

一夜星辰: 智齿写的

一夜星辰: 里面关于星际文明的社会构想个人觉得挺深刻

一夜星辰: 有一章“论道”

一夜星辰: 从那里开始，比较不错

相比于《三体》的世界观，我更喜欢《文明》展示的未来世界。人类发展的意义，不仅在于存在。而《三体》过分强调了生存的意义。虽然生存是文明传承的载体，但存在本身，肯定还有更远大的目标。《文明》认为一个智慧种族也好、个体也好，生存的意义是知识或者说信息的获得，是智慧的不断发展。顶极生命对宇宙的不断认知，是为了超越。不是凌驾，而是对自身现有存在的超越……这种开放性的心态，避免了一种文明对另一种文明的征服或占有甚至毁灭，更多的存在意味着更多的可能性，这样的格局，显然比另一种极端性的格局，更值得期待……

作者：安小雨 链接：https://www.zhihu.com/question/56031621/answer/367393303 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

文明 : : 第二章 论道 http://www.quanben-xiaoshuo.com/n/wenming/40.html

NirViaje commented 5 years ago

Liuyj方案

liuyj: 挖沟，烧砖，取水，制甲烷，从地球运来的居住舱段埋沟里，砖可以用来砌非耐压建筑物。

制甲烷设备改成制乙烯、苯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯，用苯乙烯单体溶解聚苯乙烯做成树脂可以糊玻璃钢也可以光固化。

熔石头拉岩棉纤维，混上树脂做更多复材舱段埋沟里。

liuyj: 磁铁选矿，氢气还原炼铁，电炉炼钢，轧钢。(假设还没开发小行星)

liuyj: 用水(循环使用)把土里的盐类洗出来，制三酸两碱，用酸碱提取氧化铝，炼铝

liuyj: 然后各种3D打印和机加工

liuyj: 每个步骤尽量能不用人就不用人，早期住地球带来的舱段的时候，食物甚至可以依赖地球携带

liuyj: 有聚乙烯再做大棚种菜

liuyj: 必不可少的人达到1000人，工业规模多大？

liuyj: 农业方面，甲醇蛋白养鸡

liuyj: 淀粉用转基因微生物？

liuyj: 蔬菜还是蔬菜

liuyj: 另外还有个恶搞的：土里熬出来的高氯酸盐混上树脂做固推，类似熬硝土做鞭炮

liuyj: 大规模机器人工业的好处：人比较舒服

liuyj: 开始简陋的时候少些人

liuyj: 后面到1000人的时候设施很好了 指数深空火星有人debug版

liuyj: 估计每一期需要多少人？

NirVa: 嗯，我觉得这个思路对

NirVa: 优先级每阶段基础任务，然后定设备定人数

liuyj: 感觉可以全程吃鸡不吃虫子

liuyj: 开始人少地面带，后面有甲醇蛋白养鸡

liuyj: 循环氧气用的植物另说

liuyj: 人吃不了多少东西

liuyj: 一天1kg，一年365kg

liuyj: 循环氧气也不用植物啊，电解水

liuyj: 其实火星救援是地面带的东西吃完了之后的事。。。

liuyj: 所以种菜的好处是备份？

liuyj: 种红薯

liuyj: 根茎叶都能吃不需要等收获

liuyj: 红薯当蔬菜还行，蔬菜总得就地种

liuyj: 吃虫子就彻底免了

liuyj: 水肯定管够，一期设备主要产水

liuyj: 挤出光固化可以做大件

liuyj: 建筑级

liuyj: 热挤型材也可以有

NirVa: 我觉得建筑有个很重要的特性就是内部承压，所以纤维曲面是最合适的

liuyj: 气压问题膜结构需要厘米级厚度

liuyj: 这样做舱段如何 UHMWPE复合材料气瓶爆破压力预测 https://wk.baidu.com/view/f58dca7602768e9951e73880?pcf=2

NirVa: 避免扎破做双层结构，中间隔一下，保温也好

liuyj: 火对氧浓度比氧分压更敏感

liuyj: 人死了火都没事

liuyj: 除非每时每刻舱内服

liuyj: 火的特性就是这样

liuyj: 低气压燃烧和富氧燃烧都有实验数据图表

liuyj: 直接照着3米或者5米复材储箱来吧

liuyj: 地球用的数控缠绕机想办法拆了折叠发到火星

liuyj: 先带碳纤维和树脂，然后自产玄武岩纤维和三元乙丙橡胶

liuyj: 后者缠绕的时候加热熔

liuyj: https://baike.baidu.com/item/%E4%B8%89%E5%85%83%E4%B9%99%E4%B8%99%E6%A9%A1%E8%83%B6

liuyj: 三元乙丙橡胶最好造

liuyj: 乙烯丙烯丁二烯

liuyj: 燃气发生器产物

liuyj: 其实是煤油或者丙烷燃气发生器产物，但至少比带有其他基团的东西好办

liuyj: 而且性能也好，经常用作隔膜泵

liuyj: 还有固推内衬

liuyj: 又一种现成工艺

liuyj: 防火问题，加一点溴化阻燃剂就行，十年前消费电子刚禁用，火星又不差这点健康环保问题

liuyj: 聚乙烯聚丙烯做各种塑料容器，然后甲醇养细菌

liuyj: 合成氨也拿发动机改？

liuyj: 用得上发动机的零件而已

liuyj: 同一个设计团队做到同样重量就行

liuyj: 不需要在火星改

liuyj: 一期工程解决喝水洗澡、地下辐射屏蔽、返航推进剂问题(得带个固体火箭作为备用返航)

二期工程解决吃饭和基地扩建问题

liuyj: 人必须轮换，出差debug延期会崩溃

liuyj: Its本身能往返，但是任务计划侧重塞人

liuyj: 而且没考虑备份固推

liuyj: 过度依赖isru

liuyj: 类似火星救援电影里最后用的逃生固推必须有

NirVa: 不是没造完燃料就不发人吗

NirVa: 噢你的意思是固体随时能走

liuyj: 没造好燃料就不发人，没人调试可能变成永远造不好燃料

NirVa: 火星5km/s的逃逸速度对火箭要求低多少

NirVa: 另外是不是搞个轨道站随时待命，固发上去对接就行

NirVa: 轨道站燃料可以先无人上去加注完

NirVa: 备份两套系统，随时保证一套可用

liuyj: 还是靠化学火箭复用吧，用电用核把问题复杂化太多

liuyj: 另外有个问题，着陆点精度

liuyj: 载人着陆器最好跟固推做在一起，否则落偏了回不来

liuyj: 要长途跋涉

liuyj: Isru造燃料也有同样问题

liuyj: Isru一直得有固推备份

讨论形势总结

NirViaje commented 5 years ago

Sadya.Url.Mahraam方案

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Dispinocynops: http://elib.biblioatom.ru/text/litvinov_izbrannye-trudy_2014/go,562/ 好像有，但不確定。

Dispinocynops: 爆炸-氘能源 核爆氘-氘聚变能电站——聚变能和平利用的一种可能的途径.pdf 499db920c2c181e1ebc2caa679231da

289ab0adc2d20e11d2d970d33254af5 fe7385bceae64ba496de0796914e14a

Dispinocynops: 大概是這樣

Dispinocynops: http://www.karat-avto.ru/deyteriy/1.php4還有個，我不確信，但是你可以試試

我只是想到了毛子當年確實開過不止一個核爆地下倉而已。所以就一直懷疑所謂崩塌的問題。

NirViaje commented 5 years ago

沧海逸鲸 方案

沧海逸鲸: 载荷可以是核反应堆 或者必须整体运输的车辆及挖机等工程机械 或者干脆就是放大完善版的火星直击蜗居

沧海逸鲸: 一次性 落到火星表面就完事了

沧海逸鲸: 这个 相关章节我也完善一下

沧海逸鲸: 我有一个小标题叫做ITS的能与不能的

沧海逸鲸: 改天多装点内容进去

一夜星辰: 在题目范围内，暂时不用考虑地球禁运，与地球产生摩擦，文中明确提到了交换了

沧海逸鲸: 有些容易争议的问题可能要单独写个番外

一夜星辰: 这个mission的主要任务是让1000人活下去，并且发展成一个经济体，成就一个小社会，并在此基础上尽量发展的更适宜人居

沧海逸鲸: 医生医疗资源直接抄一下大型游轮医务室的配置就行了

沧海逸鲸: 主要还是救治机械性外伤 缺氧 控制微生物传染病

NirViaje commented 5 years ago

NirVa讨论

NirVa: @沧海逸鲸 另外理论上火星三分之一多一点的重力很支持BFR作为常规航班和运载工具，只要计算下燃料供应经济性怎么样就能评估

NirVa: 一发一百吨还是能干很多事情的，说不定比地球上用得还早（itar限制

NirViaje commented 5 years ago

Angela🚀讨论

Angela🚀: 有个联合公约那种

沧海逸鲸: 这是现实问题

NirVa: 啥时候出现标语 #火星属于火星人

NirVa: 就像波士顿倒茶

沧海逸鲸: 无需避讳

Angela🚀: 在社会 经济

NirVa: 这个到可以编点段子. ..

NirViaje commented 5 years ago

作者：Shen Li 链接：https://www.zhihu.com/question/28295355/answer/40269755 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

以下文字转自：科学松鼠会

[小红猪]《赶往火星》——在火星上建基地（上）

最早几次载人火星飞行任务的目的是探索、调查，并解答关于这个红色星球是否曾经承载过生命这一重要问题。随着开发的进程，这个问题一旦以某种方式得到解答，另一个问题便会随之浮现，成为首要任务：不是关于火星上曾经的生命，而是关于火星上将来能不能有生命存在。正如我们所见，火星在太阳系中是独一无二的，本章和下一章都将探讨，它不仅比其他任何行星邻居更丰富多变，也是除地球以外唯一拥有大量物资和能源的星球，这些物资和能源足以支持生命。不仅如此，还可能支持人类文明的另一分支。 火星不只是探险或科学研究的对象，与其他已知的地外星体相比，它是一个世界，与它相比其他星体都只是全然无味的贫瘠之地。火星上的资源能允许旅行者种植食物，生产塑料和金属，产生大量能量。如今人类社会大量使用的一切元素，在火星上都可以找到充足的储备；它的环境条件，从辐射情况、可用的阳光、日夜温差几方面来评估，也都在人类地表定居不同阶段的可耐受范围内。火星的能源终有一天会令这颗红色星球从探险乐园跃身变为百万居民可以建立新生活的活力社区，它将被打造为一个新世界。 不过，只有发展出开采利用这些有用原材料的技术，它们才能成为真正的资源。如果人类需要定居到火星，哪怕仅仅是要建立一个永久性的任意大小的科学设施，都需要开发一套新的能源利用技术，并在火星上加以演示。为了完成这一目标，我们需要在火星上建立大型基地，从而进行农业、土木、化工和工业方面的各种工程学研究。基地还使我们能够进行火箭推进的飞行器活动，去往全火星，这会大大增强我们在这颗红色星球上寻找矿物资源和科学财富的能力。 因此，进行了一定数量的探测任务后，就可以在火星上选择最佳发展位置，届时火星任务就可以从探测升级到第二阶段，即基地建设。初始的火星直击探索任务中，火星空气被用来提供燃料和氧气；而在基地建设阶段，这一初级水平的当地资源利用将会被超越，永久性的火星基地将主导一系列可以把火星原料转化为有用能源的新技术，而且技术会越来越丰富。要建立一个庞大的火星基地，我们需要学习如何在火星上提取原生水，并种植温室作物；如何生产陶瓷、玻璃、金属和塑料；如何构建居住舱和充气性结构；以及如何制造各种有用的材料、工具和建筑。探险期的初期任务可以用4名成员这样的小队人马来完成，利用斯巴达时期的简陋基地帐篷在火星表面的广袤领域中活动；但建立基地需要很多人员进行劳动分工，也许需要50人，他们会携带各种设备并耗费大量能源。简而言之，基地建设阶段的目标是开发大量有用的技术，在火星上生产食物、衣服、住房，以及其他一切需要的东西，使移民到这颗红色星球上的可能性越来越大。

建立基地 火星直击任务中，队员们每隔一年都会打开火星上一片新的疆域，以供探索和可能的定居。最终，会有一个前哨基地被认为是第一个火星永久基地的最佳选择。一旦确定了这一位点，此后所有的新队员都将在这一选定位点降落飞船。在火星直击任务中，队员离开后，他们使用的居住舱会留在火星上。因此，随着任务进程的发展，各次任务都将在基地结构中增加一个居住舱。降落在基地位点（根据便利程度选定）的居住舱起落架上有轮子，在电缆和绞盘的帮助下，各居住舱可以移动到一起，直接连接或用充气隧道进行连接。另一种方法是，第二代蜗居的起落架不仅能上下连接（所有起落架都可以），还能左右连接，这令六条腿的蜗居可以像威尔斯（H. G. Wells）的《世界大战》 [1]中描写的那样，在火星表面到处行走！这两种方法中的任何一种，都可以令火星直击任务中“鱼罐头”式的居住舱成为互相连接的网络，迅速建立起某种规模的火星初级基地。【Woking tripod，图片出处：维基百科】 住在鱼罐头里，虽然对拥有钢铁般意志的首次火星探索队员中的男女来说可能够了，可这样的前景对于支持永久火星基地中的大量科研人员来说就不太令人满意了，作为移民火星计划的基础则更接近无望。因此，早期任务中包括基地的自我发展和大型居住结构的后续发展。这就需要使用我们在登陆火星时采用过的“远离家园生存”策略，采集当地材料组装新结构。 砖制拱顶在20世纪80年代末发表的一系列论文中，工程师布鲁斯•麦肯齐（Bruce MacKenzie）根据一些细节进行分析后，得出结论认为，在火星上最初进行大型建筑的最理想当地材料是砖。这一缺乏技术含量的概念乍听之下可能非常令人吃惊，但此提议也有很多优点。砖的制作相当简单，地球上很多最早的城市也是由砖块建造起来的。基于同样理由，砖块也可能成为火星首次人类定居的理想建筑材料。要想进行砖块的大规模生产，你只需要采集好的细土，把它弄湿，放入模具轻度压型，干燥，然后烘烤。

但人类对环保的投入与对太空开发的投入相比，大的不成比例。以中国为例，十二五规划中计划投入环境保护的资金为三万多亿人民币，但对太空探索，只计划投入三百亿左右。世界其它国家的情况也相差不多。

太阳系中有着巨量的资源，在八大行星上，在小行星带中，人类生存和发展需要的资源，从水到金属到核聚变燃料，应有尽有，按地球可以最终养活一千亿人口计算，那么整个太阳系中的资源总量可以养活十万个地球的人口。

现在，我们看到了这样一个事实：人类放弃了太空中的十万个地球，只打算在这一个地球上生存下去，而他们生存的手段是环保，一项与太空开拓同样艰巨同样冒险的事业。

作者：匿名用户 链接：https://www.zhihu.com/question/24635757/answer/28666328 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

在直播结束后，我和同学闲聊：如果你有机会去火星，作为火星人类文明的开拓者，你会去吗？他很犹豫。然后我似乎心血来潮了一般，突破很坚定的说，我想我一定会去。因为这会让我的人生充满意义，我也许去会和一群科学家建立一个火星合成生物学研究基地，可以让火星上产生更多生命的可能。

不由的又想起了童年时，从东方的地平线到西方的地平线，那个满天繁星的夜晚，第一次被浩瀚的宇宙吸引，那一晚激动的我无法睡眠，久久望着窗外。又想起了，童年时站在板凳上盯着火星看的那个傍晚，那是火星几十年里离地球最近的一天，它红红的大大的发着光，是如此的令人惊叹和向往。

也许在有生之年里，真的能够与火星结缘呢？至少见证人类登陆火星是应该可以实现的。

期待。

作者：孟凡康 链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/47390536 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

星际殖民第二代的基础教育将会遭受巨大的挑战，比较好的建议是并轨教育制度。即既接受一部分地球教育，同时也进行属地教育。这个过程中，随着星际移民增加，地球文明渐渐衰落，应该逐步进行去地球化。

建议先期以1+1+X的形式进行，也即是人类宇宙通识教育+地球部分文化教育+殖民地个性化教育。后期逐步将地球文化教育并入人类宇宙通识教育中去。

作者：汪画 链接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/25937407 来源：知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。

NirViaje commented 5 years ago

地下的熔岩管道也许可以将地下的冰溶化，之后水流往地表。类似黄石国家公园内温泉遗迹的地理特征已经被火星侦察轨道器发现[207][208]。和温泉相关的矿物，如蛋白石和硅石已经被精神号火星探测车发现，火星侦察轨道器的影像中也发现相关矿物[182]。奥林帕斯山等火山被认为在火星上是相对年轻的地质构造，但目前在这些火山表面并未发现高温区域。火星全球探勘者号使用TES对火星地表进行大量的红外线影像摄影。火星奥德赛号的THEMIS也使用红外线对火星表面进行摄影以测定地表温度。