Groen maak op die rooi planeet: hoe kan ons 'n ekonomie op Mars bou? - Ruimte - 2022
In die komende dekades wil ruimte-agentskappe en private ondernemings mense na Mars begin stuur. Sommige van hierdie organisasies is van plan om die eerste menslike nedersetting daar te vestig.
Met al hierdie beplanning is dit redelik om te sê dat die idee om Mars te koloniseer, moontlik van die gebied van wetenskapfiksie kan beweeg na die ware moontlikheid. Dit bring egter ook allerlei kwessies na vore wat baie verder strek as die gewone tegniese hindernisse en kostebepalings.
Daar is ook geldige vrae oor die vraag of mense op die langtermyn op Mars sou kon oorleef. En daar is etiese vrae rakende hoe mense die omgewing van Mars kan transformeer - nie net deur middel van terraformasie op volle skaal nie, maar ook deur enige veranderinge aan die Marslandskap.
As ons dit in ag neem, is daar ook die heeltemal geldige vraag of 'n kolonie op Mars op die langtermyn ekonomies lewensvatbaar sou wees. Die ernstigste voorstelle om 'n Mars-skikking te skep, is 'n punt daarvan om die kwessie van selfvoorsiening in terme van hulpbronne aan te spreek.
Dit is dus belangrik om te oorweeg of ons 'n werkende ekonomie op Mars kan opbou om saam met 'n menslike nedersetting te gaan. Watter uitdagings moet oorkom word om dit te doen, en (bowenal) is dit die moeite werd?
Mars as die 'nuwe grens'
Vir entoesiaste van Mars-kolonisasie word die hoop op 'n 'nuwe grens' vergelykbaar met die verkenning en kolonisering van Noord-Amerika geopper. As u die vele lelike aspekte van daardie fase in ons geskiedenis (dws verowering, volksmoord en slawerny), wat in elk geval waarskynlik nie op Mars herhaal sal word nie, ter syde stel, is daar 'n duidelike logika in hierdie benadering.
Deur die Marslandskap as 'n nuwe grens voor te stel, is die voorstanders van Mars-kolonisasie 'n beroep op mense se avontuurlike gevoel. Om in so 'n omgewing te woon, sal baie uitdagend wees, maar dit is presies wat dit vir baie mense aantreklik maak.
Deur na Mars te reis en die eerste te wees wat op die Rooi Planeet woon, sou Mars-koloniste effektief 'pioniers' wees. En daar is iets om te sê vir hoe harde take die beste in mense na vore bring. Soos president John F. Kennedy in sy beroemde toespraak in 1963 aan die Rice Universiteit gesê het:
"Ons kies om maan toe te gaan. Ons kies om in hierdie dekade maan toe te gaan en die ander dinge te doen, nie omdat dit maklik is nie, maar omdat dit moeilik is, omdat daardie doel sal die beste van ons energie en vaardighede organiseer en meet, want daardie uitdaging is een wat ons bereid is om te aanvaar, een wat ons nie wil uitstel nie, en een wat ons van plan is om te wen, en die ander ook. "
Natuurlike rykdom op Mars
'N Ander aantreklike aspek wat dikwels gepaard gaan met hierdie' grens '-gesprek, is die idee dat Mars ryk is aan hulpbronne. Met sy oorvloedige minerale rykdom, is daar diegene wat glo dat koloniste wat na Mars reis, aan 'n ander 'goudstormloop' of 'n ander ekonomiese minerale aangevuur sal deelneem.
Op die oog af het hierdie argument meriete. Wat sy struktuur en samestelling betref, is Mars baie "Aardagtig". Dit bestaan ​​hoofsaaklik uit metale en silikaatminerale wat onderskei word tussen 'n metaalkern en 'n silikaatmantel en kors.
Daar is ook bewyse van die bestaan ​​van volop metale op Mars wat nuttig kan wees vir industriële toepassings. Die bewyse vir die aanwesigheid van hierdie minerale sluit in studies van Mars meteoriete, sowel as bewyse wat versamel is deur robotlanders en rovers wat op die oppervlak werk.
NASA-missies soos die Viking I en II landers, sowel as die Mars Pathfinder, Gees en Geleentheid rovers, het aluminium, yster, magnesium en titaan geïdentifiseer terwyl hulle monsters van Marsgrond ondersoek het. Wetenskaplikes het ook bewyse gevind van spoorhoeveelhede van ander minerale, soos chroom, litium, kobalt, nikkel, koper, sink, wolfram en goud.
Daarbenewens het die Geleentheid rover het klein bolvormige strukture (bekend as "bosbessies") op die oppervlak gevind. Dit is gemaak van hematiet, 'n algemene vorm van ysteroksied. Albei Gees en Geleentheid het ook meteoriete gevind wat uit yster-nikkel bestaan ​​wat op die oppervlak sit. Dit kan almal deur koloniste versamel en geoes word.
Natuurlik is daar 'n ander kant van die muntstuk. As dit heeltemal daarop neerkom, het Mars baie min gemeen met die Aarde se "grense". Om mee te begin, die omgewing is heeltemal vyandig teenoor die lewe soos ons dit ken en het toestande wat selfs die moeilikste omgewings op aarde aangenaam laat lyk.
Die atmosfeer op Mars is ongelooflik dun, en wissel van 'n laagtepunt van 30 Pa op Olympus Mons na 'n hoogtepunt van 1 155 Pa (1,155 kPa) in die Hellas Planitia (een van die grootste impakkraters op Mars). Gemiddeld is die atmosferiese druk ongeveer 0,636 kPa op die oppervlak, wat minder is as 1% van wat ons op aarde het (101.325 kPa).
Behalwe dat dit ongelooflik dun is, is die Mars-atmosfeer ook giftig vir mense en soogdiere. Terwyl die aarde se atmosfeer bestaan ​​uit 78% stikstof en ongeveer 21% suurstofgas, bestaan ​​die atmosfeer van Mars uit 96% koolstofdioksied en spoorhoeveelhede argon, stikstof en waterdamp.
Mars is ook baie droog, tot op die punt dat woestyne nat lyk as dit vergelyk word. Waterdamp maak gemiddeld 'n fraksie van 'n persent van die atmosfeer uit (0,0210%). Op aarde verskil dit, maar waterdamp in ons atmosfeer is steeds gemiddeld 1%. In werklikheid word die oorgrote meerderheid van die planeet se water as ys in die pole toegesluit.
Temperatuurswaaie is ook baie ekstreem op Mars, wat wissel van 20 ° C (70 ° F) om die middag om die ewenaar tot 'n minimum van -153 ° C (-225 ° F) om die pole. En aangesien die atmosfeer so dun is, ontsnap die hitte van die son maklik. Ter illustrasie: 'n persoon wat die middaguur op die ewenaar op Mars staan, het warm voete (24 ° C; 75 ° F), maar 'n baie koue kop (0 ° C; 32 ° F).
As gevolg van seisoenale variasies in temperatuur, ervaar Mars dikwels stofstorms wat sterk genoeg kan word om die hele planeet te bedek. Dit kan maande duur en kan so intens word dat dit verhoed dat sonlig die oppervlak bereik, en dit lei tot maande van duisternis en uiterste koue. Een so 'n storm, wat in 2018 plaasgevind het, het veroorsaak dat die Geleentheid rover om bedrywighede te staak.
Straling is nog 'n groot gevaar op die oppervlak van Mars. In ontwikkelde lande word mense op aarde blootgestel aan gemiddeld 0,62 roede (6,2 mSv) bestraling per jaar. As gevolg van die dun atmosfeer van Mars en die feit dat dit geen beskermende magnetosfeer het nie, ontvang die oppervlak ongeveer 24.45 rad (244,5 mSv) per jaar.
Die situasie word selfs ekstremer tydens sonprotongebeurtenisse (ook bekend as sonfakkels). Langdurige blootstelling aan hierdie vlak van bestraling sal die risiko van akute bestralingsiekte, kanker, genetiese skade en selfs die dood dramaties verhoog.
Dan het u die swaartekrag op Mars, wat ongeveer is 38% van wat ons hier op aarde ervaar (of 0.3794 g). Alhoewel dit onbekend is wat die langtermyn blootstelling aan hierdie swaartekrag kan wees, is daar al talle studies gedoen oor die langtermyn effekte van blootstelling aan mikrogravitasie, en die resultate is nie bemoedigend nie.
Die bekende wetenskapskommunikator Bill Nye (die Science Guy) het hierdie uitdagings aangespreek tydens een van sy vele praatjies oor die onderwerp. Soos hy dit gestel het:
"Ken jy die staatsmotto van Kalifornië? Eureka! (Mense het ontdek) salm wat so uit die Sacramento-rivier kom (hou arms wyd uit). Hierdie proteïen swem net in jou skoot. En uiteindelik het hulle gevind dat hul rotse is gemaak van goud ... Daarom (Eurto se staatsmotto) OK. Julle. As julle Mars toe gaan, is dit nie so nie ... U maak die deur van die ruimteskip oop (laat snak geluid), dit is ten minste 20 onder celsius ... As u regtig dink dat dit cool is om na Mars te gaan, om 'n pionier of setlaar te wees, om kamp op te slaan en van die land af te leef, gaan net Antarktika toe ... Neem al die duiktenks wat u benodig vir twee jaar, en kyk of u dink dit is regtig iets vir u. '
Die mees dwingende argument teen die instelling van 'n winkel op Mars (of die maan of in die asteroïde gordel, is die beste afstand). Wanneer Mars en Aarde die naaste punt in hul wentelbane is, is dit ongeveer (gemiddeld) 54,6 miljoen km (33,9 miljoen myl) van mekaar af.
Dit staan ​​bekend as 'n 'opposisie', wat verwys na die feit dat die son en Mars gedurende hierdie tydperke weerskante van die lug is (soos opgemerk vanaf die aarde). Dit kom ongeveer een keer elke twee jaar voor. Op ander tye is Mars buite die son (relatief tot ons) en verskyn dit in dieselfde hemelruim.
By hierdie geleenthede, wat bekend staan ​​as 'n 'voegwoord', kan die aarde en Mars net soveel wees as 401 miljoen km (249 miljoen myl) uitmekaar. Dit is 'n baie lang pad om te gaan om erts (of ander edelmetale) op te tel en terug te bring aarde toe.
Boonop sou die prys vir die oprigting van 'n kolonie ter ondersteuning van hierdie mynaktiwiteite astronomies wees. Volgens Elon Musk se eie beramings ('n belangrike voorstander van Mars-kolonisasie) kan dit tot 10 biljoen dollar kos!
Onder die omstandighede is dit baie meer ekonomies sinvol om net hier te bly en grondstowwe uit die aarde te onttrek.
Maar kan dit gedoen word?
Al wat gesê word, is daar nog maniere waarop ons 'n kolonie op Mars sowel as 'n ekonomie daar rondom kan bou. Wat edelmetale en erts betref, bestaan ​​daar 'n aantal metodes waarmee koloniste die erts van Mars kan opspoor, onttrek en verfyn.
En as dit by die grootste uitdagings, logistiek en vervoer kom, is daar ook oplossings. Kom ons begin met logistiek en vervoer. Vir alle onbemande missies wat na Mars van stapel gestuur is, het die tyd wat dit geneem het om daar te kom, gewoonlik geneem 150 aan 300 dae.
Dit was egter onbeman missies, wat beteken dat hulle 'n aansienlik laer massa het as 'n ruimtetuig met bemanning en baie vinniger kan reis. Om hierdie probleem op te los, sal die mensdom nuwe aandrywingskonsepte moet ontwikkel soos kern-termiese en kern-elektriese aandrywing (NTP / NEP).
As dit goed besef is, kan ruimtetuie wat met kernenjins toegerus is, binne net 100 dae na Mars reis. Nog steeds nie vinnig genoeg om Mars-mynbou of ander sulke ondernemings winsgewend te maak nie, maar dit is tog 'n verbetering.
'N Ander besparingsmaatreël sou wees om ertse op die perseel te verwerk en om dit deur robotte te laat uitvoer. In 'n onlangse studie het planetêre wetenskaplike Gary Stewart uiteengesit hoe 'n outomatiese fasiliteit in 'n metaalryke krater op Mars gevestig kan word wat verantwoordelik is vir die opmeting, ontginning en verfyning van metale om afgewerkte materiale en produkte te skep.
Die basis sal die gebruik van sonpaneelplase, plaaslike ys- en soutneerslae en die gebruik van plaaslike hulpbronne (ISRU) benut om selfonderhoudend te wees. Sodra erts deur robotwerkers onttrek word, word dit na outomatiese gieterye gebring wat op 3D-druktegnieke staatmaak om ysterlegeringsprodukte te skep.
Net so kan edelmetale soos goud in goud, elektroniese komponente en selfs juweliersware vervaardig word. Op grond van skattings van Stewart, 'n daaglikse goudproduksie van net 0,001 m³ kan vertaal word in 'n jaarlikse inkomste van alle edelmetaalprodukte vir meer as miljard dollar. '
Met verloop van tyd sou hierdie fasiliteit nie net self betaal nie, maar ook verdere outomatiese mynbougeriewe kon instel. Dit kan weer die skepping van 'n Mars-nedersetting vergemaklik deur die basis van 'n uitvoerekonomie vroegtydig te vestig.
Van die oprigting van 'n Marskolonie, was dit om hierdie rede (benewens die opknapping van ruimteverkenning) dat Elon Musk die private lugvaartonderneming, bekend as SpaceX, gestig het in 2002. Intrinsies hiervoor is die ontwikkeling van herbruikbare vuurpylfases, wat SpaceX bereik het met hul Valk 9 en Valk Swaar lanseerders.
Tussen 1970 en 2000 het die koste per kilogram om loonvragte of bemanningslede in die ruimte te stuur, relatief stabiel gebly - gemiddeld $18,500 per kilo ($ 8,390 per pond). Vir die Valk 9 en Valk Swaar, die koste om ladingvragte na Low Earth Orbit (LEO) te stuur, is net $2,720 per kg ($ 1 236 per lbs) en ongeveer $1400 (Onderskeidelik $ 640 per pond).
Met die ontwikkeling van die Sterreskip en Super-swaar lanceervoertuig - 'n heeltemal herbruikbare stelsel - SpaceX kom nader aan die punt waar dit bemanningslanseerdienste na die baan, die maan en Mars sal kan bied. Soos hulle op hul webwerf noem, sal die missietydlyn begin met 'n verkennende missie in 2022:
"Die doelwitte vir die eerste missie is om waterbronne te bevestig, gevare te identifiseer en aanvanklike infrastruktuur vir krag, mynbou en lewensondersteuning in te stel. 'N Tweede missie, met beide vrag en bemanning, is gerig vir 2024, met die primêre doelwitte van die bou van 'n dryfstofdepot en voorbereiding vir toekomstige bemanningsvlugte. Die skepe vanaf hierdie aanvanklike missies sal ook dien as die begin van die eerste Mars-basis, waaruit ons 'n vooruitstrewende stad en uiteindelik 'n selfonderhoudende beskawing op Mars kan bou. '
In onlangse jare het Musk aangedui dat hierdie eerste basis (Mars Base Alpha) reeds in 2028 saamgestel kon word. In ooreenstemming met Musk se visie sou die stad ongeveer 20 jare om te bou sou behels 1000 Sterre skepe. Teen 2050 hoop Musk dat hy die voorsitterskap van 'n volwaardige Marsstad met 'n bevolking van een miljoen inwoners sou hê.
Wat die stad se ekonomie betref, het Musk ook daaroor gedink. Hy stem saam dat mynbou en 'n uitvoerekonomie nie binne die onmiddellike toekoms lewensvatbaar sal wees nie. As sodanig sou 'n Mars-ekonomie grootliks gebaseer wees op die aankoop van vaste eiendom.
Die sleutel hiertoe is om na Mars aantreklik te maak. Soos Musk gesê het tydens sy beroemde toespraak, "Making Humans a Multi-Planetary Species", wat hy gelewer het tydens die Internasionale Astronautiese Kongres in 2016
"As ons die koste van die verhuising na Mars kan bekostig tot die koste van 'n gemiddelde huisprys in die VSA, wat ongeveer $ 200.000 is, dan is ek van mening dat die waarskynlikheid om 'n selfonderhoudende beskawing tot stand te bring baie hoog is ... Byna almal hulle het bespaar en dit was hul doel, hulle kon uiteindelik genoeg geld bespaar en 'n kaartjie koop en na Mars verhuis - en Mars sou 'n lang tyd 'n tekort aan arbeid hê, sodat werk nie tekort sou skiet nie. '
Hierdie sentimente weerspieël die bekende lugvaartingenieur en skrywer Robert Zubrin oor die bou van 'n Mars-ekonomie. Soos hy in 'n studie oor die onderwerp saamgevat het, sou die goedkoop bekendstellingsdienste toenemend goedkoop wees om na Mars te emigreer sodra 'n selfonderhoudende kolonie gevestig is.
"Hul motiewe om dit te doen, sal op baie maniere ooreenstem met die historiese motiewe vir Europeërs en ander om na Amerika te kom, insluitend hoër loonkoerse in 'n arbeidskorte ekonomie, ontsnap aan tradisie en onderdrukking, sowel as die vryheid om hul strewe na skep in 'n ongetemde en ongedefinieerde wêreld. Onder toestande van sulke grootskaalse immigrasie, sal die verkoop van vaste eiendom 'n beduidende bron van inkomste tot die ekonomie van die planeet toevoeg. '
'N Ander aspek van 'n Mars-ekonomie sou volgens Zubin neerkom op innovasie en idees. In wese sou die uitdaging om op Mars te woon, gekombineer met die vryheid van geleenthede, 'n Marskolonie in 'n "drukkoker vir uitvindsel" maak.
Die lisensies vir hierdie uitvindings sal 'n bestendige bron van inkomste vir Mars nedersettings bied (wat toelaat dat addisionele nedersettings gebou kan word) en bydra tot groter lewenstandaarde op aarde en op Mars.
Vergeet die koloniemodel!
Dan is die idee van 'n Mars-ekonomie miskien 'n ronde pen wat ons in 'n vierkantige gaatjie wil indwing. In plaas daarvan om 'n ekonomie te probeer opbou rondom die oes en uitvoer van hulpbronne, moet ons miskien 'n ekonomie opbou "van die grond af".
Dit is die idee wat voorgestel is in 'n studie van 2018 deur Matthew Weinzierl, 'n professor aan die Harvard Business School. Met die titel "Ruimte, die finale ekonomiese grens" het Weinzierl aandag gegee aan die opkoms van die kommersiële ruimtebedryf (ook bekend as New Space) en die kern van die proses van desentralisering.
Sodra die proses van die bou van die infrastruktuur wat sal verseker dat oorlewing voltooi is, sal koloniste in staat wees om 'n plaaslike ekonomie en politieke / sosiale stelsels van nuuts af te bou. Soos Weinzierl betoog:
"As sulke ruimtelike-ekonomievisies selfs gedeeltelik besef word, sal die implikasies vir die samelewing - en ekonome - enorm wees. Dit is immers ons beste kans in die mensegeskiedenis om ekonomiese samelewings te skep en te bestudeer vanuit 'n (byna) leë lei. Alhoewel ekonome die vooruitsig van 'n ontwikkelde ruimte-ekonomie met gesonde skeptisisme moet behandel, sal dit onverantwoordelik wees om dit as wetenskapfiksie te beskou. '
Helaas, daar is nog baie om te doen voordat 'n selfonderhoudende Mars-kolonie gebou kan word en 'n lewensvatbare ekonomie daar rondom opgebou kan word. Soos reeds opgemerk, moet die enorme koste om missies na en van Mars te stuur, aansienlik verminder word.
En hoewel herbruikbare vuurpyle 'n goeie begin is, is daar ook die kwessie om infrastruktuur tussen die aarde en Mars te vestig wat retoere goedkoper sal maak. Hiervoor sal niks minder as habitatte wat om die Maan en Mars wentel (sowel as vulstasies op albei) doen nie.
'N Werkende vloot herbruikbare ruimtetuie soos dié van Elon Musk Sterreskip of NASA se beplande-Diep ruimtetransport is ook nodig. Gegewe tyd en 'n koste-effektiewe manier om mense na en van Mars te kry, kan 'n kolonie mettertyd ontstaan.
As ons aanneem dat hierdie kolonie floreer en sy inwoners in staat is om 'n aansienlike hoeveelheid "Rooi Goud" uit die Rooi Planeet te haal, kan uitvoer moontlik begin. Dit sou op sy beurt waarskynlik lei tot die ontwikkeling van 'n ware interplanetêre ekonomie en die einde van die skaarste soos ons dit ken!
Forbes - Is daar 'n fortuin op Mars te verdien?
Marketplace - Die ekonomie van die kolonisering van Mars
Verken Mars - The Humans to Mars Report 2019
Reuters - Mars wys die mens die finale grens van sirkulêre ekonomie
ESA - Uitdagings van toekomstige stedelike nedersettings op die Maan en Mars
Planete Mars - 'n Ekonomiese model vir 'n Mars-kolonie van duisend mense
Lockheed Martin Astronautics - "Die ekonomiese lewensvatbaarheid van Mars-kolonisering" - Robert Zubrin
"Rooi Goud-praktiese metodes vir edelmetaal-opname, oop mynbou en opelui op Mars." - Gary Stewart (2019)