Mars-siirtokunnan suuret haasteet

Nyt on yleisesti tiedossa että teknologiajätti SpaceX suunnittelee suuren ihmissiirtokunnan perustamista Marsiin, ja yleisö kiinnostuneena seuraa hankkeen etenemistä. Yleisesti uskotaan että elinkelpoiset olosuhteet on hyvinkin mahdollista rakentaa Marsin pinnalle. Teoriassa tämä näyttääkin mahdolliselle, mutta käytännön toteutus ei liene todellakaan ihan itsestäänselvää, ei millään rahalla tai resursseilla. Haasteet nousevat paikallisista olosuhteista, planeetan resurssien riittävyydestä ja kuljetusmatkan pituudesta.  

Ensimmäinen ja yleisluontoinen haaste asutukselle nousee Marsin olosuhteista, jotka ovat täysin elinkelvottomat ja niin ankarat, että mikään monisoluinen elämä ei hetkeäkään selviydy niissä suojaamattomana. Planeetan ohut ilmakehä koostuu vain hiilidioksidista, vapaata happea ei ole juuri ollenkaan. Ilmanpaine on keskimäärin 7 millibaaria, eli niin matala että vesi ei pysy nestemäisenä avoimessa tilassa sen alla. Alle 0 C:n lämpötilassa (kuten se yleensä Marsissa on) vesi on jään muodossa, ja lämpötilan noustessa edes jonkin asteen nollan yläpuolelle vesi haihtuu suoraan kaasuksi. Näin matalassa ilmanpaineessa nesteet siis ”kiehuvat” välittömästi, ja kaikki niiden sisällä olevat kaasut kuplivat ulos (samalla tavalla kuin käy maan olosuhteissa avatulle virvokejuomapullolle). Jos ihminen koettaisi Marsin pinnalla haukkoa henkeään, hänelle kävisi niin että happi haihtuisi suoraan verestä jo hänen keuhkoissaan. Ihminen tai muut happea hengittävät monisoluiset eliöt menehtyisivät Marsin ilmastossa välittömästi hapen puutteeseen.

Hapen puute on se tekijä joka tappaisi suojaamattoman Mars-vierailijan nopeimmin, ja seuraava tappava tekijä olisi kylmyys: lämpötila päiväntasaajan seudulla voi päiväsaikaan nousta jopa 20 celsius-asteen tuntumaan, mutta yöllä se laskee -60 celsiusasteen alapuolelle. Tämä hyytää ja jäätää suojaamattomat solukot tehokkaasti, ja edellyttää sitä että kaikki asuin- ja kasvatustilat ovat hyvin eristettyjä ja lämmitettyjä.

Seuraava uhkaava tekijä Marsin pinnalla on ilmakehässä usein lentävä hyvin hienojakoinen, myrkyllinen ja teräväsärmäinen hiekkapöly. Tämä tunkeutuu joka paikkaan kuten hengitysteihin, elimistöön, laitteisiin, suodattimiin, laakereihin ja moottoreihin. Se rikkoo, tukkii ja kuluttaa. Se kulkeutuu suojavaatteiden mukana sisätiloihin, ja peittää kaikkia ulkopintoja kuten aurinkopaneeleja. Joka paikkaan tunkeutuva pöly on haitallista ihmisten hengitysilmassa, mutta erityisesti haitallista se on kaikille mekaanisille laitteille, ja myös aurinkopaneeleille, joiden toiminta-aika jää rajalliseksi. 

Viimeisin, hitaasti haittaava mutta silti tappavan vaarallinen tekijä Marsin pinnalla on voimakas kosminen hiukkassäteily ja tuleva hiukkas- ja UV-säteily. Säteilyn määrä vaihtelee jonkin verran ajan mittaan ja eri sijaintipaikoilla, mutta se on haitallista sillä tavalla että se tunkeutuu myös ohuiden suojamateriaalien tai jopa avaruusalusten seinämien läpi. Aktiivisten auringonpurausten aikana se voi aiheuttaa akuutteja säteilyvammoja jopa ohuiden suojausten läpi. Pienempien annosten haitalliset vaikutukset kumuloituvat elimistössä, mutatoivat tai vaurioittavat uusiutuvia solukoita ja johtavat aikojen kuluessa solukoiden tuhoutumiseen.

Vielä eräs haittatekijä on tuo edellä mainittu matala painovoima. Siitä voi olla omat etunsa, ainakin se että rakettien laukaiseminen Marsista vaatii vähemmän energiaa kuin Maasta, ja myös kevyt liikkuminen voi olla hauskaa ja tehokasta Marsin pinnalla. Kuitenkin kevyt painovoima on haitallista sekä  ihmisen fysiologialle ja kehitysbiologialle. Elämä voi tuntua siellä ”sietämättömän kevyelle”, luusto ja lihakset eivät saa riittävästii rasitusta. Nuorten yksilöiden kasvu ja kehitys eivät etene samalla tavalla kuin Maassa, ja heidän ruumiin rakenteensa jää niin heikoksi että he eivät enää voisi selvityä Maan painovoimakentässä.

Haittatekijöistä mainittakoon vielä eristetyn yksinäisen paikan psyykkinen rasittavuus. Ei ole mitään tietoa siitä miten ihmisten mieli kestäisi elämää kaukana kotiplaneetasta ja sen yhteiskunnasta, palveluista, kulttuurista ja turvaverkoista, paikassa missä elämän jatkuvuus on täysin hauraan teknologian varassa.

Mars ei siis ole mikään ystävällinen ympäristö asuttavaksi, eikä elinkelpoisen asumuksen rakentaminen sinne ole mitenkään yksinkertaista. Selviytyminen tuon planeetan pinnalla edellyttää että ihminen sulkeutuu koko ajan suojaavien rakenteiden sisälle, joko avaruusalukseen tai maan alaisiin luoliin. Asuintilojen pitää olla täysin ilmatiiviit, lämmitetyt, koneellisesti ilmastoidut ja yhdistetyt johonkin luotettavaan happea tuottavaan järjestelmään. Ulkona voi liikkua rajoitettuja aikoja mutta vain avaruuspukuun pukeutuneena, ja karuja maisemia voi ihailla vain sähköisten näyttöruutujen välityksellä.

Ihmisten selviytyminen edellyttää että paikan päällä voidaan tuottaa koko ajan riittävä määrä happea, puhdasta vettä ja ruokaa. Nämä tarvikkeet ovat päivittäisiä ylläpito- ja kulutustarvikkeita, ja niitä kuluu niin paljon että on mahdotonta että niitä kuljetettaisiin koko ajan siirtokunnassa tarvittava määrä Maasta, vaan niitä täytyy tuottaa paikallisista raaka-aineista. Suunnitelmat tähtäävät siihen että siirtokunnasta tulee ajan kuluessa täysin omavarainen ainakin näiden perus-ylläpitotuotteiden suhteen.  

Elämän ylläpito-tarvikkeiden tuottaminen voi tapahtua Marsissa samalla tavoin kuin se tapahtuu myös Maassa, eli kasvien fotosynteesireaktio avulla. Tässä reaktiossa kasvit muuttavat hiilidioksidin ja veden sokereiksi, ja jätteenä reaktiosta vapautuu happea. Juuri nämä Marsista löytyvät vesi ja hiilidioksidi ovat kaikista tärkeimmät  resurssit ylläpitojärjestelmien rakentamiseksi.

Ensimmäinen tärkeä vaihe Mars-siirtokunnan perustamisessa on sijaintipaikan valitseminen niin että sen läheisyydessä on saatavana riittävästi vettä. Vettä tarvitaan kaikkeen. Sitä tarvitaan ihmisten päivittäiseen käyttöön, juomavedeksi, ruuan valmistukseen ja henkilökohtaiseen hygieniaan, minimissään noin 15 litraa henkeä kohden päivässä. Sitä tarvitaan merkittäviä määriä myös hapen tuotantoon ja kasvien kasvattamiseen, rakentamiseen, maaperän kunnostamiseen ja puhdistamiseen, ja muiden tuotteiden valmistamiseen (prosessiteollisuuteen!) – mutta tätä kulutuksen kokonaismäärää on vaikeampi arvioida.

Vettä on Marsissa olemassa napajäätiköissä, pinnanalaisissa jääkerroksissa, mineraaleihin sitoutuneena, ja ehkä myös pinnanalaisissa nestealtaissa. Vesijäätä on löytynyt huomattava määrä esim. laajalla alueella Valles Marineris -laakson pohjalla, ja sitä on siis saatavilla sieltä kaivamalla ja sulattamalla. Seuraava ongelma veden käytössä on että se sisältää paljon suoloja, perkloraatteja ja muita reaktiivisia aineita (erilaisia happiradikaaleja), jotka ovat kaikille eliöille myrkyllisiä. Ennen käyttöä vesi siis pitää puhdistaa esimerkiksi tislaamalla tai osmoottisilla menetelmillä. Käyttöveden tuottamiseen tarvitaan tehdasmaisia puhdistuslaitteita.

Toista tärkeää raaka-ainetta, hiilidioksidia, on saatavana Marsin ilmakehästä. Paikallinen ilmanpaine, 7 mbar, kertoo että hiilidioksidin pitoisuus on paljon korkeampi kuin se on Maan ilmakehässä (n. 400 ppm, eli n. 0,4 mbar), joten sen pitoisuus ilmassa riittää hyvin pitämään yllä kasvien fotosynteesiä. Kuitenkin hiilidioksidin määrä koko planeetalla on aika rajallinen: Jos tuota 7 mbar vastaava ilmakerros tiivistyisi nestemäiseen tai kiinteään muotoon planeetan pinnalle, sen paino olisi 70 kg neliömetriä kohti.

Kasvien ja muun biomassaan tarvitaan veden ja hiilidioksidin ohella toki muitakin aineita, kuten fosforia, typpeä, rikkiä ja erilaisia hivenaineita. Fosforia on Marsissa runsaasti saatavana mineraaleissa. Typpeä ei ole ilmakehässä, kuten on Maassa, mutta sitäkin, samoin kuin muita mineraaleja, esiintynee ainakin jonkin verran sitoutuneena mineraaleihin. Näiden esiintymiä tai eristysmenetelmiä kiviperästä tosin ei vielä tunneta, mutta oletetaan että niitä on saatavilla kasvien ravinteiksi sopivalla kallioperän käsittelyllä.

Paikalliset raaka-aineet Marsissa luultavasti riittäisivät kasvien kasvatukseen ja hapen tuotantoon, erityisesti siksi että tämän tuotannon pitäisi tapahtua siellä täysin ilmatiiviissä tiloissa, ja täysin suljetussa aineiden kierrätyksessä. Siirtokunnan ylläpito ei siis hukkaisi raaka-aineita, vaan ainoastaan kierrätettäisi niitä muodosta toiseen ulkoa tuodun (ydin)energian avulla. Suunniteltu paikanpäällä tuotettu ruoka sisältäisikin lähinnä kasvistuotteita, sekä eläinproteiinia hyönteisten muodossa. Hyönteisten kasvattaminen olisi edullista koska se voisi hyödyntää kasvintuotannon sivuvirtoja ja hukkamateriaaleja. Myös keinolihan tuottaminen on mahdollista pienissä tiloissa, mutta vaatii puolestaan hyvin spesifisiä ja hyvin varustettuja laboratoriotiloja ja materiaaleja.

Samoin kuin ihmisten asuintiloiksi, myös kasvien, hyönteisproteiinin ja keinolihan tuotannolle täytyy rakentaa sopivat ja tiiviit kasvatustilat jotka on paineistettu,  lämmitetty ja valaistu. Maanalaisia tuotantotiloja voisi valmistua käyttöön vähitelleen ja  asteittain — mutta laskennallisesti, tuo miljoonan hengen yhdyskunta tarvitsisi täyttä omavaraisuutta varten viljeltävää (kasvit + hyönteistuotanto) pinta-alaa lopulta yhteensä 4600 hehtaaria ( = 46 m2/henkilö, eli aika vähän!!). Jos tämä toteutettaisiin n. 4 metrin levyisissä maanalaisissa kasvatustunneleissa, näitä tunneleita tarvittaisiin 14 500 km.  

Paitsi että ruuan tuotannolle pitää pystyä rakentamaan nuo suotuisat kasvuolot, myös kasvualusta pitää olla kasveille kelvollinen. Mars-perästä saatava mineraalialusta tai vesi molemmat pitää puhdistaa myrkyllisistä suoloista ennenkuin niitä voi käyttää kasvien kasvualustoina.

Tämän kaiken rakentamiseen tarvitaan loputtoman paljon kaikkia laitteita ja tarvikkeita Maasta. Tarvitaan energianlähteitä eli ydinreaktori ja plutonium-polttoainetta sekä aurinkopaneeleja, sähköverkkoja, kaivinkoneita, tietokoneita, tietoverkkoja, puhelinverkkoja, sähkölaitteistoja, kuljetuskalustoa, pumppuja, putkistoja, rakennustarvikkeita, venttiileitä, laakereita, työkaluja, kasvatusalustoja kasveille ja laboratoriotarvikkeita ja kemikaaleja soluviljelmiin — ja mitä kaikkea. Marsissa on vain hiekkaa ja mineraaleja – ja joitakin mineraaliperäisiä suoloja, joista on enimmäkseen vain haittaa – paitsi jotkut niistä ovat tarpeellisia ja arvokkaita resursseja kasviravinteina.

Siirtokunnan asuttamiseen ja ylläpitoon tarvitun kuljetuskapasiteetin määrää on laskettu Cannon & Britt’in artikkelissa ”Feedin one millionpeople on Mars” (2019, viite 1). Laskelmien mukaan Maasta kuljetettavan ylläpito-ruuan ja hapen määrä vaihtelee riippuen siitä miten nopeasti omavaraisuutta Marsissa voidaan kehittää. Parhaimmassa tapauksessa, jos vain 25% tarvikkeista tarvitsee kuljettaa, rahtilentoja tarvitaan sadan vuoden aikana noin 53 000. Jos taas kaikki ylläpitotarvikkeet kuljetetaan Maasta, kuljetuslentoja tarvitaan yli 200 000. Lisättynä 7000 matkustajalentoon (yhteensä 60 000 – 207 000 lentoa) tämä tarkoittaisi että jokaisen noin 50 laukaisuikkunan aikana  Maasta Marsiin lähtisi 12 000 – 41 000 massiivista kuljetuslentoa. Tähän kuljetuskapasiteetin määrään EI OLE vielä laskettu mukaan kaikkea rakennusmateriaalien kuljetusta, joka hyvinkin saattaa olla samaa kokoluokkaa kuin ruuan kuljettaminen.

Edellisessä blogissani kerroin että avaruusrahdin kuljettaminen Maasta Marsiin vaatii polttoainetta 200 kiloa jokaista rahti-kilogrammaa kohti, siis tuo 100 tonnin lastin kuljettaminen vaatii polttoainetta 2 x 107 kg. Paluumatkalla polttoainetta ilmeisesti kuluu hiukan vähemmän, eli ”vain” sen verran että yhtä lentoa kohti se voidaan valmistaakäyttämällä  n. 600 m3  vettä ja 800 m3 hiilidioksidia. Mitenkähän kunkin planeetan raaka-aine varat riittäisivät tämän toteuttamiseen??

Lisäkysymys on vielä tämä: Kun Maa-planeetan ekosysteemien kestävyysvaje tällä hetkellä osittain liittyy siihen että kuljetamme planeetalla niin paljon tavaraa ja elintarvikkeita pitkiä matkoja tuottajilta kuluttajille, joko paikallisesti tai jopa maanosasta  toiseen, niin mitenkäs se sitten reagoisi siihen että jonkinlainen merkittävä ihmismäärä ruokittaisiin aina Marsiin asti?

K. Cannon and D. Britt. https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/space.2019.0018     

15 Comments

  1. Ollakseen taloudellisesti toteuttamiskelpoinen, siirtokunnan pitää olla omavarainen ja pystyä kasvamaan. Jos ensimmäinen porukka on esimerkiksi 30 henkilöä, heidän pitää pystyä rakentamaan elintilat suuremmalle joukolle joka seuraa perässä, ja Maasta tuotava tavara per henkilö saisi olla korkeintaan muutama sata kiloa. Esimerkiksi mikroprosessorit on tuoteryhmä joka on tuontitavaraa Maasta varsin pitkään, mutta onneksi ne ovat kevyitä.

    En ole kovin vakavasti miettinyt Marsin pinnalla olevaa siirtokuntaa, koska siinä on se painovoimajuttu ja ihmisen fysiologia, ja lisäksi sähköenergian tuotannon kysymys. Fissiovoimala tuntuu vaikealta, koska siinä tarvitaan raskaan teollisuuden tuotteita (paineastia, höyryturbiini). Niiden tuominen Maasta tai tekeminen Marsissa kuulostavat vaikeilta. Entä aurinopaneelit? On olemassa Maana Electric -niminen hollantilainen startup-firma, jonka tavoitteena on tehdä rekkakonttiin mahtuvia robottitehtaita, jotka aavikolle vietynä rakentavat autonomisesti aavikon hiekasta aurinkopaneelikenttiä. En tiedä kuinka vakavasti otettava tuo firma on, mutta aurinkopaneelien pääraaka-aineet ovat alumiini, pii ja lasi, ja niiden lähtöaineet hiekassa varmasti on.

    Vapaassa avaruudessa energiantuotto on halpaa verrattuna planeettaan, koska auringonvaloa voidaan kohdistaa parabolisella heijastimella aurinkopaneeliin tai aurinkouuniin haluttu määrä. Heijastin voi olla kevyt, koska sen ei tarvitse kestää painovoimaa eikä tuulikuormaa. Energiaa ei tarvitse varastoida, koska aurinko paistaa ilman taukoja.

  2. Niinhän se suunnitelma menee periaatteessa; siirtokunnan pitää tulla aika nopeasti omavaraiseksi. Omavaraisuuden saavuttaminen noissa olosuhteissa on vain pitkällisen rakennustyön takana — siksi että tuottaville ja toimiville viljelmille tarvitaan tosiaankin nuo varsin mukavat olosuhteet. Ja viljelyalaa tarvitaan niin paljon että kullekin ihmiselle tuotetaan energiapitoista ravintoa vähintään sen minimiannoksen eli 2000 kcal:n verran. Mikä on huvittavaa noissa SpaceXn suunnitelmia esittelevissä jutuissa on se että tuon minimitoimeentulon lisäksi tavoitteena länsimäistä elintasoa ja kuluttajan valinnanvapauksia tarjoava elämätapa.

    Kaikista tehokkaimman tuotantotaso-laskelman perusteella yhden ihmisen ravinnon tuotantoon tarvitaan vähintään tuo 46 neliömetrin ala (ja aika tiukkaa tuo tekee, ja taitavaa puutarhurityötä, ja optimaalisia olosuhteita!). Ehkä pienen ryhmän — joidenkin kymmenten ihmisten, max sadan – elintarvikkeet voidaan tuottaa jossakin konttimaisessa rakennelmassa, sekin jo vaatii viljelyalaa n. 5000 neliömetriä – eli puoli hehtaaria. Ja tuo tuotantoteho on todella puskemista, mutta näillä parametreillä lasketaan! 1000 ihmistä tarviis ylläpitoalaa 5 hehtaaria .. jne. vaikka tuo ala kuulostaa näin Maan tuotantoluvuilla kovin pienelle.

    Ongelma näissä lasskelmissa on että tuo optimaalinen tuotantoteho tietyn ravitsemustason tuottamiseksi on laskettu perus-enegiatuottokasveilla, eli vehnällä, soijalla, maissilla, perunalla ja bataatilla. Mitenhän tuo korkeaa elintasoa tavoitteleva siirtokunta tyytyisi näihin? Teksteissä todetaan että eläinproteiineja pitää olla — itse asiassa kalorimäärä on laskennallisesti noinkin pieni siksi että siihen lasketaan tietty osuus eläinproteiineja jotka tulevat hyönteisistä (näitä elppo kasvattaa pienissä tiloissa kasvisjätteillä) – sekä keinolihasta — jonka tuotanto taas KALLISTA, raaka-aineiden puolesta. Tuoreita herkkuja, kuten salaattia, hedelmiä tai masikoita ei voi kuljettaa vuoden pituisen matkan takaa, joten ne pitäisi tuottaa paikan päällä — ja ne vievät paljon alaa, työtä ja erikoisoloja tuotantoyksikköä kohti. Tämä osoittaa sitä että kaikkea ei voi millään tuottaa niissä oloissa, vaan noiden optimaalisiksi puristettujen suunnitelmien perusteella ainakin neljännes ravinnosta pitää kuskata maasta. Tämä tarkoittaa että tarvitaan vähintään 50 000 rahtilentoa, kaikkien niiden matkustusalusten ja kone-, laite-, varaosa-, materiaalirahtien lisäksi.

    Kaiken kaikkiaan vaikuttaa mielestäni siltä että elämäntaso – ruuan määrä ja valikoima, kulutustaso, valinnan mahdollisuudet — jäävät noissa oloissa minimaalisiksi, tai riittämättömiksi — riippuen siitä, miten paljon sitä lisäruokaa kannattaa maasta käsin lähettää. Jos on pakko lähettää 50 000 alusta että selviävät hengissä, niin ehkä sitten 100 000 alusta lisää, jotta syövät vähän paremmin. Luulen että elämä siellä muistuttaisi elämää pakolaisleirillä, missä nälkäiset ihmiset odottavat huoltorekan/avaruusaluksen tuomaa riisisäkillistä. Varmaankin yksi tärkemipiä ammattilaisryhmiä siellä olisivat kokit jotka voivat loihtia pelkästä bulkkimateriaalista jotakin herkullisempaa syötävää.

  3. Olen enemmän huolissani leivästä kuin vihanneksista. Viljan sato on tyypillisesti vain 0.5 kg/m2, tosin maissilla jopa 2 kg/m2. Mutta tomaatin sato kasvihuoneessa voi olla 100 kg/m2, ja kurkulla ja salaatilla useita satoja kiloja En ole asiantuntija, mutta löydän tällaisia lukuja opinnäytetyöstä https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/26465/Keitaanpaa_Teemu.pdf?sequence=1&isAllowed=y , liitteet 1-3, pdf-sivut 76-78.

    Toisaalta Wikipedian Närpiö-artikkelin mukaan Närpiön kunnassa kasvatetaan 60 prosenttia Suomen tomaateista ja 35 prosenttia kurkuista, kasvihuoneissa joiden kokonaispinta-ala on 77 hehtaaria, ja viljely työllistää 1200 henkilöä, eli yhtä työntekijää kohti on 640 m2 kasvihuonetta. Siis noin tuhat ihmistä tuottaa vähän vajaa puolet Suomen vihanneksista, eli yksi närpiöläinen työntekijä tuottaa vihannekset noin 2000 suomalaisen pöytään. Yhden suomalaisen syömien tomaattien ja kurkkujen tarvitsema kasvihuonepinta-ala on noilla luvuilla vain noin 0.4 m2. Vihannesten saanti ei näyttäisi olevan ongelma, eikä silloin myöskään eläinvalkuaisen, koska syöväthän vaikkapa etanat mielellään salaattia. Mutta leipä voi olla ongelma.

  4. Heippa!
    Tuo kasvinvilejyn todellinen tuottavuus on aika vaihteleva käsite. Selasin MTT:n tutkittuja tuotantotuloksia tomaatin osalta viime vuosina — ympärivuotisessa viljelyssä suomalaisissa kasvihuoneissa näyttää olevan 66 kg/m2 kasvukaudessa, talviviljelyssä taas 37 – 44 kg/neliömetriä kohti (Tomaatin ympärivuotisen lyhytviljelyn tuotantokustannus ja kannattavuus
    https://journal.fi › smst › article, PDF by Timo Karhula, Pia Outa, MTT Taloustutkimus (MTTL), ja Talvitomaatin tuotanto- kustannus ja kannattavuus – MTT http://www.mtt.fi › mtts › pdf › mtts13, PDF by P Österman). Nuo ovat siis realistesempia lukuja.

    Noista jutuista käy ilmi että kasvihuonevihannesten tuotanto Suomessa (kuten varmaankin myös avaruussiirtokunnassa) vaatii paljon valoa, lämpöä, ja on tarkkaa touhua, ja optimointia kustannusten ja tuoton välillä niin että taloudellinen tulos ollenkaan jää positiiviselle puolelle. Eli tuotantokustannukset ovat korkeat — mutta avaruussiirtokunnassa ruoka on tietysti niin arvokasta että se on hintansa väärttiä. Vihannekset ovat jokatapauksessa tärkeä osa dieettiä, mutta ne eivät voi olla kovinkaan oleellista ylläpitoruokaa väestölle siksi että ne eivät sisällä paljoakaan kaloreita. Siis ihmisten ruokkiminen viljalla (leivällä) on myös tuotannollisesti tehokkaampaa kuin tomaateilla. Mutta toki – kyllä jokaiselle asukkaalle pitää kasvattaa myös vihanneksia, ainakin yhden tai kahden neliömetrin alalla (siis n. 60 – 120 kg/vuodessa) – mutta ei riitä ylläpitoon.

  5. Mielenkiintoisia tarkasteluja. On varmaan paljon erilaisia haasteita muille planeetoille siirtymisestä. Onkohan mietitty painovoiman merkitystä? Monilla kasveilla juuriston ja kasvin verson kehittymiseen voi myös maan vetovoima vaikuttaa, muista mahdollisista voimista puhumattakaan. Samoin ihmisen kehoon vaikuttaa olennaisesti mm. vetovoiman muutokset: luusto ja lihakset heikkenevät pitkäaikaisesta oleskelusta alentuneessa painovoimassa. Miten sitten pitkäaikainen oleskelu marsissa tai muissa vastaavissa oloissa.

  6. Otan kiinni tuosta valon ja lämmön vaatimisesta. Vapaassa avaruudessa aurinko paistaa koko ajan samasta suunnassa, jolloin sen valo voidaan kohdistaa parabolisella heijastimella sisään kapeasta raosta, ja sisällä on toinen peili jolla valon suunta jälleen käännetään. Tällöin peilejä totteleva valo tulee sisään, mutta suoraan etenevä kosminen säteily jää ulos. Toki edellyttäen että paksujen seinien säteilysuojamassa on ensin jaksettu nostaa lähellä olevalta kappaleelta (Deimos tai Ceres). Tyhjiössä lämmitys ei ole ongelma, koska haluttu lämpötila valitaan lämpösuunnittelulla, kuten satelliiteissa.

    Marsin pinnalla nämä tekniikat eivät sellaisenaan toimi, koska aurinko liikkuu taivaalla ja koska lämpö pyrkii siirtymään ilmakehään konvektiolla ja marsperään johtumalla. Jos sähköenergiaa on niin paljon että luonnonvaloa ei tarvita kasvihuoneissa, yksi tapa on rakentaa laaja ja yksi- tai useampikerroksinen yhdistetty asumus ja kasvihuoneisto, jonka lattian alla ja katon päällä on 10 metriä Marsin hiekkaa. Sisällä oleva ilmanpaine kantaa katon hiekan, jolloin periaatteessa Maasta riittää tuoda ohutta ilmatiivistä kalvoa. Kattohiekka toimii säteilysuojana, meteorisuojana ja lämpöeristeenä, lattiahiekka toimii lämpöeristeenä alaspäin. Jos lähellä on saatavilla paljon hiekkaa, riittää siirrellä sitä kaivinkoneella ja kuormurilla ja kovan maan kaivamista ei tarvita.

    1. Varmaan onkin juuri niin että noilla avaruudessa vapaani kiertävillä asemilla on teknisiä useita etuja verrattuna Marsin maaperään kaivettavaan asutukseen. Se mikä minua näissä suunnitelmissä arveluttaa — tai siis mikä näyttää suorastaan mahdottomalle — on näiden suunnitelmien mittakaava, ja niiden vaatimien resurssien suuruus, jopa suhteessa monimilajrdöörin varallisuuteen. Mielestäni vastaan tulee juuri kummankin planeetan, Marsin tai Maan, resurssien riittävyys.

      Tuon 10 metriä paksun hiekkaisen säteilysuojan kannatteleminen ei onnistune pelkän ilmanpaineen avulla. I atm:n ilmanpaine riittää kannattelemaan 10 metriä vettä, ei 10 metriä hiekkaa. Ja pitää kai varautua myös tilanteeseen missä ilmanpaine satunnaisesti laskee, ei liene hyvä että koko asumus silloin romahtaa.
      Tuo taas liittyy yleisempään ongelmaan ylläpito-teknologian haavoittuvuudesta.

      Pekka – elä nyt lannistu vaikka minä koko ajan väitän vastaan näitä suunnitelmia. Mielestäni näissä avaruus-siirtokuntasuunnitelmissa on kysymys niin tärkeistä askelista, koko ihmiskunnan kannalta, että niistä pitää puhua avoimesti.

      1. Joo, maassa 10 metriä vettä, mutta Marsin painovoimassa osapuilleen saman verran hiekkaa. Itse asiassa 10 m hiekkaa on turhankin paksu ajatellen säteilysuojausta ja lämpöeristystä, joten se voi olla ohuempikin jolloin sisällä oleva paine voittaa hiekan painon.

        Marsin ilmakehän massa on 2.5e16 kg. Kun 1 kg siirto vaatii 200 kg ajoainetta, planeettojen välillä voisi siis siirtää jopa 1e14 massaa eli sata tuhatta kertaa enemmän kuin Muskin kaavailema miljoona tonnia. Maan ilmakehässä on luokkaa 3e15 kg hiilidioksidia eli kertaluokkaa vähemmän kuin Marsissa, mutta silti 10000 kertaa enemmän kuin Muskin miljoonan tonnin ja miljoonan asukkaan siirto-operaatio vaatisi.

        1. Noinhan se varmastikin on; tuo erilaisen painovoiman tekemä ero massojen määrässä on mulle vähän vaikeeta ottaa huomioon. Jatkuvan asutuksen ylläpito siirtokunnassa ei kuitenkaan rajoittuisi tuohon laskennalliseen ensimmäiseen 100 vuoteen, tai miljoonaan ihmiseen, ja hiiltä/hiilidioksidia — tarvitaan merkittäviä määriä muuhunkin kuin rakettipolttoaineeksi. Tosin tuo hiilen riittävyydestä huolehtiminen ei liene ihan relevanttia siksi että teknologia varmaan siirtyy johonkin ionimoottoreihin — tai ydinvoimaan — Monimutkaisia juttuja.

          Varmaankin rajoittavaksi tekijäksi Marsissa tulisi nopeammin veden riittävyys, Maassa energian (fossiilisen polttoaineen, tai synteettisen valmistukseen tarvittavan energian) riittävyys. Samoin Maassa MERKITTÄVÄ MERKITTÄVÄ haitta laukaisujen ja hankkeeseen tarvitun terästeollisuuden aiheuttama kuorma ilmakehän kasvihuonekaasuihin.

          Sensijaan taas Marsissa: laukaisut voisivat tuottaa sinne vähitellen paksumpaa ilmakehää (Maan kaltaistamisen suuntaan!) — ehkä — vai tapahtuuko enemmän niin että nuo laukaisussa käytetyt kallisarvoiset kaasut – vesi ja hiilidioksidi – katoavat sieltä planeetalta lopullisesti? Sieltäkin painovoimakuopasta nouseminen ja lähteminen vaatii paljon resursseja — eli se siirtokunta ”söisi” (matkustaisi) itsensä perikatoon nopeasti.

          1. Muskin ajatus on että jos siirtokunnassa on miljoona ihmistä, se on riittävän iso että täydennyksiä Maasta ei enää välttämättä tarvita. Silloin olisi syntynyt elämän haara joka säilyy Maasta riippumatta, mitä hän pitää tavoitteena.

            Kukaanhan ei tiedä missä täysin omavaraisen väkimäärän raja kulkee, eikä mitään kiinteää rajaa olekaan, koska se riippuu teknologian tasosta. Mutta Musk haluaa konkreettisen tavoitteen ja on muodostanut mielipiteen että miljoonan pitäisi riittää. Se on myös se mihin hänellä on suunnilleen varaa. Miljoonan tonnin siirtäminen Marsiin Starshipillä vaatii 2e11 kg polttoainetta, mikä maksaa 100 miljardia eli karkeasti Muskin henkilökohtainen realisoitavissa oleva nettovarallisuus, jos polttoaineen kilohinta on puoli dollaria.

            100.0% omavaraisuus on paljon vaikeampi saavuttaa kuin 99.99%. Viimeisessä promillen osassa ovat esimerkiksi mikropiirit, joitä niitäkin pitää tuottaa siirtokunnassa jos halutaan täydellinen riippumattomuus Maasta. Tai oltava ilman.

          2. Mitä tulee polttoaineeseen, en ihmettelisi vaikka Musk yhtäkkiä ilmoittaisi että Raptor korvataan uudella moottorilla, jonka polttoaine ei olekaan metaani, vaan vety. Sillä hän saisi polttoainekerrointa tiputettua 200:sta noin 80:een, ja raaka-aineeksi riittäisi vesi.

            Alunperin hän valitsi metaanin ehkä siksi että se on halpaa (siihen aikaan hän kelpuutti fossiilisen metaanin) ja että Robert Zubrin aikanaan näytti miten Marsin ilmakehän hiilidioksidista ja vedestä voidaan tehdä metaania Sabatier-reaktiolla ja elektrolyysillä. Mutta jos lähdetään hiilineutraalille linjalle, vety tarvitsee pelkän elektrolyysin eikä tarvitse miettiä mistä hiili saataisiin.

  7. Hei Hannu!! Hyvää alkanutta vuotta!
    Tuo matala painovoima, 38% Maan painovoimasta, on ilmeisestikin yksi Mars-ympäristön haittapuolista. Sen vaikutuksista ihmisen tai muiden eliöidien fysiologiaan ei ole kokeellista näyttöä, mutta varmasti se vaikuttaa. Ei todennäköisesti niin ankarasti kuin mikrogravitaatio, joka välittämästi käynnistää esim. calsiumin liukenemisen luista ja osteoporoosin kehittymisen, aiheuttaa lihasten surkastumista, ja sekoittaa monisoluisten alkioiden normaalin kehittymisen ja erilaistumisen. Tuo matalakin painovoima ehkä riittää ohjaamaan alkioiden normaalia kehitystä, mutta silti, eliön (ihmisen) kasvaessa sen vähäinen rasittavuus todennäköisesti siihen että lihakset (myös sydän, keuhkot) eivät kehity yhtä voimakkaaksi kuin Maassa, ja myös luusto jää heikoksi. Niinpä ne Marsissa kasvaneet uudet sukupolvet eivät sitten koskaan voi palata tänne vanhaan sukukotiin, Maan päälle. Tämä ehdoton isolaatti olisi tietystikin mielenkiintoinen evolutiivinen koe: mihin suuntaan ne pelkällä kasvisruualla kasvaneet, heikkorakenteiset ja koko ajan (kirjaimellisesti) ahtaissa oloissa saman kuplan sisällä elävät sukupolvet kehittyisivät. Hyvä aihe dystooppiselle kirjallisuudelle. Tai sitten vaikka niinkin, että juuri sellaiset ahtaisiin tiloihin sopeutuneet ihmiset olisivat niitä jotka olisivat psykologisesti jo sopeutuneet ja kykeneviä lähtemään vaikkapa tähtien välisille matkoille sukupolvialuksella.

    Kyselit tuossa miten matala painovoima vaikuttaisi kasvien kasvuun, ovathan niiden juuret tunnetusti geohakuisia. Kokeet avaruusasemilla osoittavat että kasvit kasvavat painottomassa tilassa ihan OK, kunhan muuten olosuhteet ovat oikeat. Verson osaavat suuntautua valon mukaan tiettyyn suuntaan, ja juuret päinvastaiseen. Alkuaikoina MIR asemalla oli suuria vaikeuksia kasvattaa kasveja, niistä tuli aivan epämuotoisia, ja luulivat että se johtui mikrogravitaatiosta. Ongelma kuitenkin ratkesi sillä että järjestivät kasvatustilaan riittävän ilmanvaihdon. Nimittäin mikrogravitaatiossa ilma ei kierrä itsestään, ja kasvit olivat tukehtumassa niiden pinnoille rikastuviin omiin jätteisiin (happeen, etyleeniin) — ja nääntyivät hiilidioksidin puutteeseen. Ilmanvaihto auttoi, ja nyt esim. ISS:llä kasvattavat salaatit omaan käyttöön.

    Tuokin ilmankierto-ongelma osoittaa miten oleellinen asia on painovoima. Jos ei ilma liiku niin nukkuva ihminen kuolee siihen että happi loppuu nenän alta.

    1. Avaruussiirtokunnan eläminen omavaraisesti on tietenkin tavoite — mutta miten tuo voisi toteutua siellä kaukana, karuissa olosuhteissa, kun Maassakaan mikään kaupalliseen elämäntapaan siirtynyt yhteiskunta ei näytä pystyvän, tai haluavan, elää omavaraisesti. Vasta laajat kansainväliset markkinat tekevät talouselämän kannattavaksi. Samoin kaiken tuotannon kannattavuus perustuu siihen että tuottaja saa raaka-aineensa tai komponenttinsa joltakin globaalisti kilapiluteltu tuottajalta. Maassa vain kaikista matalimmalla elintasolla elävät yhteiskunnat ovat omavaraisia. Toisaalta, se valtakunta joka näyttää pystyvän tuottamaan ”kaikkea” on Kiina, ja sen tuotannon edullisuus (tällä hetkellä) perustuu siihen että sillä on globaalit markkinat, ja kaiksita halvin (?) työvoima. Kiinalaisen kaltaiseen ”ryöstötalouteen” tuskin pyritään avaruussiirtokunnassa.

  8. Avaruusasuminen on toisaalta helpompaa ja toisaalta vaikeampaa kuin Maassa. Helpompaa se on sikäli että taloja, vaatteita ja liikennevälineitä ei tarvita, sää on aina sama, ja energiaa tai ruokaa ei tarvitse varastoida. Vaikeampaa sikäli että ulkona tyhjiössä voivat toimia vain robotit ja avaruuspukuiset ihmiset, ja siellä täytyy toimia, koska siellä rakennetaan asumuksen laajennukset ja tehdään tarvittaessa ylläpitotöitä. Mutta yhtä tappava elementti on avomeri jossa laivat seilaavat ja taivas jossa lentokoneet lentävät, ja nykyinen talousjärjestelmä perustuu niihin.

    Minusta matalan kiertoradan keinopainovoimallinen hotelli on välitavoite. Siellä opetellaan maanviljelystä ja suljettua kiertoa ja pidennetään oleskeluja. Kun luotetaan että se toimii, tehdään sama Marsin tai suoraan Cereksen kiertoradalla, ja skaalataan. Jos Muskin ajatus on shokkiterapiamaisesti heittää ihmiset Marsiin ja huutaa perään että hätä keinot keksii, koen sellaisen vieraaksi. Luonnekysymys varmaan.

    1. Pekka,
      Mielestäni on tosi hienoa että sanot että tuollaisen habitaattikulttuurin ylösrakentamisessa pitää edetä vaiheittain, testaamalla teknologiaa jossakin lähiavaruudessa. Olen aivan samaa mieltä. Yhtään isomman ihmisjoukon vieminen elämään jonnekin avaruuksien ääriin (useamman kuukauden kestoisen kuljetuksen taakse) ja käytännössä ilman mitään avaluointimahdollisuutta edellyttää että ihmisten turvallisuudesta otetaan täysi vastuu. Asenne ”hätä keinot keksii” on täysin vastuuton. Tiedetäänhän se mitä ovat ne viimeiset keinot hädässä, mihin esim. vuoristoon pitkäksi ajaksi haaksirikkoutuneet lentomatkustajat ovat joutuneet turvautumaan. Siinä maksettaisiin kovin kallis hinta jonkun vastuuttoman yksittäisen yrittäjän suuruudenhulluista kuitelmista.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *