Атмосфера Марса, напротив, достаточно плотная, чтобы защитить от солнечных вспышек культуры, выращиваемые на поверхности. На Марсе, как мы видели, легко можно развернуть большие надувные теплицы, защитить их геодезическими куполами и тем самым быстро подготовить огромные площади для сельскохозяйственных нужд. Тамошний уровень освещенности, составляющий 43 % от такового на Земле, достаточен для фотосинтеза, который, кстати, можно ускорить, если заполнить купола газовой смесью с большей концентрацией двуокиси углерода, нежели на Земле.
Мы уже знаем, что для того, чтобы поддерживать в жилом помещении диаметром 50 метров давление до 5 фунтов на квадратный дюйм, понадобится упрочненная кевларовая ткань для купола толщиной в 1 миллиметр. Однако растениям требуется лишь 0,7 фунта на квадратный дюйм, или 50 мбар, атмосферного давления смеси из 20 мбар азота, 20 мбар кислорода, 6 мбар паров воды и менее 1 мбар диоксида углерода. Если 50-миллиметровый купол будет использоваться только в качестве теплицы, нам хватит ткани толщиной всего 0,2 миллиметра. Такой купол, занимающий около 2000 квадратных метров (половину акра) пахотных земель, потребует ткани массой порядка одной тонны, но щит из оргстекла для такого купола по-прежнему будет иметь массу 4 тонны.
Массу плексигласового щита, закрывающего геодезический купол, можно уменьшить почти вдвое, если верхнюю полусферу сделать в форме линзы вместо традиционной. Такой купол легче возводить, поскольку его высота меньше. Также значительно сократится время, за которое сельскохозяйственные культуры наполнят кислородом атмосферу купола.
Однако, если растения могут переносить давление 0,7 фунта на квадратный дюйм, люди на это не способны, так что внутри таких куполов придется носить скафандры. Повышение давления под куполом до 2,5 фунта на квадратный дюйм исключит потребность в скафандрах. Однако до тех пор, пока на базе будет мало обрабатываемой земли, вероятно, лучше делать парниковые купола пригодными для обслуживания при том же давлении в 5 фунтов на квадратный дюйм, что и в жилых куполах. Тогда можно будет построить туннели, позволяющие людям без скафандров свободно, без необходимости герметизации и разгерметизации, передвигаться между двумя типами куполов. Более того, благодаря общим элементам в конструкции их массовое производство окажется проще, а еще люди смогут переселиться в бывшие теплицы, когда планета станет перенаселенной. Основное различие между этими двумя типами куполов будет состоять в допустимом парциальном давлении двуокиси углерода. В жилых куполах это значение следует ограничить типичным земным – около 0,4 мбар. А в теплицах нужно использовать намного более высокий уровень углекислого газа, около 7 миллибар (атмосферное марсианское давление), поскольку это должно значительно повысить урожайность (растения на Земле страдают от недостатка двуокиси углерода). Как мы уже видели, существует множество способов подачи в теплицу воды. Таким образом, основные предпосылки для сельского хозяйства – хорошо освещенная и увлажненная почва – создать на Марсе вполне реально.
Таблица 7.1. Сравнение питательных веществ для растений в почвах на Земле и Марсе
Насколько плодороден марсианский грунт? Трудно сказать, но на основании того, что нам известно сегодня, он, вполне вероятно, может оказаться отличной средой для выращивания культур – значительно лучшей, чем почвы в большинстве стран на Земле.
В табл. 7.1 сравнивается концентрация необходимых для растений питательных веществ в земных и марсианских грунтах (последние данные основаны на результатах «Викинга» и анализе SNC-метеоритов [36]).
Из табл. 7.1 видно, что в плане содержания большинства питательных веществ, необходимых для растений, марсианский грунт богаче, чем земной. Проблема там только с азотом, содержание которого не удалось измерить из-за ограничений конструкции рентгеновского флуоресцентного прибора «Викинга», использовавшегося для анализа состава почвы. Однако известно, что азот есть в атмосфере Марса, поэтому, если грунт вдруг окажется бедным нитратами, можно синтезировать аммиак и нитратные удобрения. В самом деле, те же реакторы Сабатье, использующиеся для производства метанового топлива, вполне реально приспособить и для производства аммиака, если в качестве исходного сырья взять азот и водород. Большинство удобрений на Земле производится именно в таких реакторах. Однако, согласно нашему сегодняшнему представлению о формировании планет, изначально на Марсе должно было быть то же содержание азота, что и на Земле, и его большая часть по-прежнему остается на планете, несомненно, в связанном виде в грунте, то есть в виде нитратов. Природные слои этих соединений наверняка будут обнаружены на Красной планете и обеспечат базу грузовиками удобрений.
Еще одно питательное вещество, которое необходимо для растений и которым, как сейчас кажется, бедны типичные марсианские грунты, – это калий. Вероятно, его в высоких концентрациях можно будет найти в соляных слоях, отложившихся на ныне сухих берегах древних водоемов Марса.
По физическим свойствам марсианский грунт может вполне подходить для выращивания сельскохозяйственных культур, так как кажется рыхлым и пористым. Как уже говорилось ранее, марсианские почвы содержат смектитовые глины. Это хорошая новость для будущих марсианских фермеров, потому что смектиты весьма эффективны при буферизации и стабилизации рН почвы в слегка кислую сторону, а также обеспечивают большой запас заменяемых питательных ионов благодаря своей высокой обменной способности.
Я уже рассказывал, что марсианские теплицы будут находиться под давлением в 5 фунтов на квадратный дюйм (340 мбар), что в три раза меньше, чем давление на уровне моря на Земле. Поскольку сила тяжести на Марсе составляет одну треть от земной, поддержание такой плотности атмосферы также сделает возможным полет насекомых – пчел, которые станут опылять растения. Первоначально купола будут просто находиться под давлением марсианской атмосферы (95 % диоксида углерода) с несколькими миллибарами искусственно сгенерированного кислорода, добавленного для того, чтобы обеспечить дыхание растений. Поэтому марсианские будут расти в парниковой среде, богатой двуокисью углерода, и эффективность фотосинтеза у них соответственно увеличится.
На Земле, в бедной углекислым газом среде, растения преобразуют солнечный свет в химически связанную энергию с эффективностью по меньшей около 1 %. (Общая экологическая эффективность леса или дикой степи значительно ниже, возможно, 0,1 %, но это потому, что мертвые растения разлагаются. Сами по себе растения значительно эффективнее, так что для сельскохозяйственного применения мы можем воспользоваться этим преимуществом и убирать зеленую массу до того, как она будет разложена бактериями.) Хорошая оценка эффективности фотосинтеза в среде, обогащенной углекислым газом, может составлять около 3 %. Если предположить, что купол диаметром 50 метров представляет собой правильную полусферу, получается, что растениям с такой эффективностью фотосинтеза, устилающим пол теплицы, понадобится примерно 310 дней, чтобы превратить практически весь имеющийся под куполом углекислый газ в кислород. А вот если использовать купол с линзообразной верхушкой (радиус кривизны 50 метров вместо обычных 25), время его заполнения кислородом уменьшится всего до восьми дней.
