Колонизация Марса: суждено ли прогнозам сбыться?

Возможна ли колонизация Красной планеты? Когда это произойдет и с какими проблемами придется столкнуться будущим марсианам, расскажем в этой статье.
Выгоды колонизации Марса
Как удалось получить кислород на Марсе
Терраформирование Марса
Проблемы колонизации Марса
Почему на Марс можно слетать лишь раз в жизни
Имитация полета на Красную планету
Предлагаемые миссии
Выгоды колонизации Марса
Как удалось получить кислород на Марсе
Терраформирование Марса
Проблемы колонизации Марса
Почему на Марс можно слетать лишь раз в жизни
Имитация полета на Красную планету
Предлагаемые миссии
Ещё
Колонизация Марса
Источник: Hi-Tech Mail.ru

С давних времен Красная планета приковывала к себе пристальное внимание ученых со всего света, а фантасты и футурологи предрекали ее колонизацию еще задолго до появления человека в Космосе. Однако до сих пор ни один из этих прогнозов так и не сбылся.

Почему же вопрос переселения на безжизненную планету в принципе нас волнует? Ведь она куда менее пригодна для жизни, чем любое самое ужасное место на Земле. Даже Антарктида в сравнении с Марсом может показаться вам курортом, а после изучения атмосферы и климата Красной планеты, любому становится очевидно — если бы она была одним из уголков Земли, ни у кого бы и мысли не возникало ее посещать.

Тем не менее, ученые стоят на своем и продолжают считать, что пока это единственное место во вселенной, которое может претендовать на роль будущей «колыбели» человечества.

Сравнение размеров Земли (средний радиус 6371,11 км) и Марса (средний радиус 3389,5 км[3]) / Wikimedia
Сравнение размеров Земли (средний радиус 6371,11 км) и Марса (средний радиус 3389,5 км[3]) / Wikimedia

Выгоды колонизации Марса

В первую очередь Марс интересен нам именно с точки зрения сохранения земной цивилизации. Да, пока что это безжизненная планета, но именно она является нашим единственным шансом для «резервного копирования» жизни на Земле.

Глобальные катастрофы, которые в один миг могут превратить наш Дом в руины, вполне реальны и произойти может все что угодно: от ядерной войны до падения огромного астероида. Поэтому уже сегодня мир готов заплатить любую цену за возможность сохранения жизни будущих поколений. Ученые считают, что как только мы распространимся в космосе и создадим там независимые колонии, наше будущее будет в безопасности.

Помимо этого, от колонизации Марса мы можем получить и некоторые другие преимущества. Например, экономическую прибыль от добычи полезных ископаемых, которыми по подсчетам инженеров Красная планета очень богата.

Кроме того, в перспективе она может стать удобным полигоном для проведения масштабных научных и технических экспериментов, которые было бы опасно и безрассудно проводить на Земле.

Что касается необходимости создания целых колоний, считается, что несмотря на огромные первоначальные затраты на их организацию, в перспективе такой шаг более выгоден, чем, к примеру, отправка возвращаемых экспедиций. Поэтому именно колонизация сегодня является первоочередной задачей для всего мира.

Как удалось получить кислород на Марсе

Де факто, Красная планета абсолютно не приспособлена для жизни человека. Ее разряженная атмосфера совсем не годится для дыхания, а давление меньше земного примерно в 160 раз. Но ученые долгое время не оставляли попыток произвести кислород прямо на ее поверхности, и, кажется, у них это наконец получилось.

В июле 2020 года инженеры NASA отправили сюда исследовательский аппарат Perseverance, который смог превратить углекислый газ в кислород.

Селфи «Персеверанс» с «Ingenuity» в кратере Езеро 7 апреля 2021 года / Wikimedia, NASA
Селфи «Персеверанс» с «Ingenuity» в кратере Езеро 7 апреля 2021 года / Wikimedia, NASA

На борту аппарата закреплено небольшое устройство MOXIE, которое работает по принципу так называемого твердооксидного электролиза.

Внешний вид MOXIE / Wikimedia
Внешний вид MOXIE / Wikimedia

Сначала марсианский воздух поступает в специальный компрессор спирального типа, задача которого отфильтровать углекислый газ от разного рода загрязнений и увеличить его давление до земного. После этого за счет специальных теплообменников, напечатанных на 3D принтере, газ нагревается до 800 . Именно при такой температуре становится возможен электролиз твердых оксидов.

Электролизные ячейки расщепляют углекислый газ, забирая из него один атом кислорода. Очищенный кислород помещается в изолированную камеру, а побочный продукт в виде угарного газа выпускается обратно в атмосферу.

В ходе первого такого испытания за час было получено 5,4 грамма кислорода, и предварительные результаты показали, что он был почти на 100% чистым. Конечно такого запаса будет недостаточно даже для одного человека, но нужно понимать, что сегодня MOXIE — лишь опытный микрообразец, который пока больше напоминает обычный тостер. В дальнейшем ученые планируют воссоздать его полную копию в масштабе 200:1 и весом более тонны.

Терраформирование Марса

Близость Красной планеты и ее относительное сходство с Землей породили множество теорий для терраформирования. Вы наверняка слышали этот термин в контексте какой-нибудь фантастической истории. Несмотря на сложное определение, понять его довольно легко. Терраформирование означает изменение условий космического тела до максимально приближенных к земным, пока они не станут более пригодны для обитания человека.

Рис. 4 Концепция Mars Ice Home / Wikimedia
Рис. 4 Концепция Mars Ice Home / Wikimedia

Другими словами, сначала нам придется сделать Марс похожим на свой дом, а уж потом можно будет говорить о полномасштабном переселении. А для этого, как минимум, необходимо скорректировать несколько основных параметров безжизненной планеты:

  1. Повысить температуру в ее экваториальной части до +10−20°С
  2. Создать аналог озонового слоя для защиты от ультрафиолетового излучения и радиации
  3. Создать биосферу, а также полноценное магнитное поле планеты.
Один из возможных вариантов биокупола. Источник: Voyager
Один из возможных вариантов биокупола. Источник: Voyager

Как именно человечество будет этого достигать, пока остается под вопросом. Ясно только одно — первым колониям какое-то время придется жить практически в аквариумных условиях. То есть те параметры атмосферы, к которым приспособлен человеческий организм, сначала придется создавать искусственно.

Вероятнее всего это будет некий купол, под которым придется поддерживаться необходимые для жизни давление и температуру. Однако, если мы действительно планируем обуздать красную планету, в дальнейшем придется поддерживать эти условия не только внутри купола, но и за его пределами. А для этого нужно научиться добывать воду.

На Марсе очень много воды, но вся она находится здесь в виде бесконечных ледяных формирований, разбросанных преимущественно по полюсам планеты. Температура на них зимой достигает −153°С, поэтому первоочередная задача состоит в том, чтобы каким-то образом ее повысить.

Если нам удастся поднять температуру в атмосфере Марса хотя бы на 4 , это приведет к частичному таянию льда и парниковому эффекту. Таким образом ученые планируют запустить цепную реакцию, которая сделает обитание человека на Марсе пусть и не совсем комфортным, но хотя бы возможным.

Водяной пар должен уплотнить атмосферу до такой степени, что она начнет удерживать больше тепла, а это в свою очередь создаст достаточные условия для посадки первых растений. Проведенные эксперименты показали, что земная флора действительно сможет расти в марсианской почве, если ей будет хватать влаги, света и углекислого газа.

Кстати, если вы вдруг не знали, основному росту растения обязаны вовсе не земле, а углекислому газу.

Когда высаженные растения подрастут, подключится процесс фотосинтеза, который существенно повысит уровень кислорода в атмосфере. На первых порах этого вряд ли хватит для свободного дыхания без масок, но согласитесь — это уже кое-что. Так как же растопить лед?

На этот счет у ученых также есть несколько возможных сценариев. Например, можно разместить много зеркал в космосе и направить их на южный полюс Марса для концентрации солнечных лучей. Еще один способ — управляемое обрушение на поверхность Красной планеты кометы Галлея, которая по подсчетам сможет разогреть атмосферу достаточно, чтобы наполнить ее водой и газами.

Можно также попытаться растопить полярные шапки полюсов, покрыв их пылью с поверхности Фобоса и Деймоса (два естественных спутника красной планеты). Это должно затемнить полюса достаточно для того, чтобы они начали поглощать больше солнечного света и в конце концов растаяли.

Проблемы колонизации Марса

Помимо терраформирования, у колонизации хватает и других проблем. Во-первых, это банально дорого. В SpaceX подсчитали, что отправка одного человека на Марс может достигать $10 млрд. Постройка космического корабля, который бы смог доставить экипаж, — дело крайне затратное, и на сегодняшний день нет даже хоть сколько-нибудь приближенного к реальности проекта для отправки людей. Автоматические станции, которые сегодня успешно отправляются на Красную планету, — не в счет, так как для живой экспедиции нужен корабль, который сможет нести как минимум в 100 раз больше груза.

Другая проблема заселения связана с постоянно меняющимся расстоянием между двумя планетами. Представьте себе двух людей, бегущих по разным кольцам стадиона. Так вот, Марс — это человек бегущий по верхней более длинной дорожке, а Земля — по более короткой нижней. В зависимости от своего относительного расположения, расстояние между Землей и Марсом постоянно меняется от 55 до 100 млн километров, поэтому на одной линии они оказываются крайне редко — один раз в 26 месяцев.

Минимальное расстояние между двумя планетами
Минимальное расстояние между двумя планетами

Именно это «окно» является наиболее удачным для старта миссии. Но даже в этом случае полет туда и обратно составит более года.

Попробуйте представить себе отрезок длиной 384 000 километров (да, это сложно). Именно такой путь преодолел Нил Армстронг, когда достиг поверхности Луны. Так вот, для того, чтобы добраться до Красной планеты, поселенцам предстоит преодолеть это расстояние около 143 раз. Для лучшего понимания можно провести еще одну аналогию. Вообразите себе Землю, нарисованную в уменьшенном размере на огромном листе бумаги. Если Земля на нем будет шариком размером в 1 см, то Луну следует нарисовать на расстоянии 30 см от этого шарика, а Марс — только в 40 метрах.

Все это означает лишь одно — в случае любых внештатных ситуациях космонавты не смогут рассчитывать на быструю эвакуацию, поэтому для выживания колония должна иметь гарантированный срок автономии не менее трех земных лет. Добавим к этому сильные сезонные и суточные колебания температуры, метеоритную опасность, а также песчаные и пылевые бури, и любому станет ясно, что миссия на Красную планету — дело крайне рискованное и опасное.

Другие трудности связаны с адаптацией экипажа к недружелюбным условиям Красной планеты. Гравитация здесь составляет около 40% земной, поэтому приспособиться к ней будет крайне сложно. Низкая гравитация приводит к постоянному наполнению головы кровью и к отеку тканей в области шеи. С другой стороны, первые минуты после выхода на поверхность Марса могут оказаться даже забавными. Поселенцы смогут прыгать по скалам высотой с трехэтажный дом без риска получить травму.

Куда хуже дела обстоят с магнитным полем. Оно на Марсе слабое и крайне неустойчивое. Стоит ли упоминать про другие, более очевидные проблемы, например, длительное пребывание в невесомости, нарушение сна, неполноценное питание, вероятность развития декомпрессионной болезни, а также болезни Паркинсона и ортостатической неустойчивости. С большинством из этого списка первым марсианам так или иначе придется столкнуться.

Почему на Марс можно слетать лишь раз в жизни

Несмотря на то, что по прогнозам ученых людей смогут отправлять на Марс уже совсем скоро, вряд-ли туда выстроится очередь из желающих. Помимо всех вышеперечисленных проблем, мы забыли рассказать вам о самой главной из них — космической радиации, которая в случае полета на Марс совершенно точно нанесет непоправимый вред вашему здоровью.

Кадр из к/ф «Вспомнить все» (режиссер Лен Уайзман) / Источник: YouTube-канал Лучшие Моменты Кино
Кадр из к/ф «Вспомнить все» (режиссер Лен Уайзман) / Источник: YouTube-канал Лучшие Моменты Кино

Дело в том, что радиация в космосе разительно отличается от наземной, а защититься от нее крайне сложно. Тяжелое галактическое излучение наполнено частицами всей системы Менделеева, при этом скорость этих частиц может достигать околосветовых скоростей. Такая радиация легко проникает сквозь обшивку космического корабля и любой даже самый технологичный костюм.

Кроме того, при длительном перелете экипажу грозит еще и протонное излучение от солнца. Наиболее опасным является солнечный ветер, частицы которого при попадании в организм приводят к повреждению структуры ДНК и выработке активных форм кислорода, нарушающих структуру биологических макромолекул.

Согласно результатам радиационного детектора RAD на борту марсохода Curiosity во время перелета между Марсом и Землей воздействие космической радиации на членов экспедиции по прилету на Красную планету достигнет значения 0,66 зиверта, в то время как по стандартам NASA максимальная допустимая доза составляет от 0,6 до 1 зиверт для женщин и от 0,8 до 1,2 зиверт для мужчин. Выходит, что перелет желательно осуществлять только в один конец.

Имитация полета на Красную планету

Допустим вы все же отважились лететь. Тогда представьте, что вас и еще 5 человек поместили в комнату и оставили почти на 1,5 года без возможности ее покинуть. В вашем распоряжении остались только запас консервов и личных предметов гигиены. Вдобавок вам вырубили интернет и максимально ограничили вас в общении с близкими.

Примерно так проходил эксперимент по имитации пилотируемого полета на Красную планету — «Марс-500» под эгидой Роскосмоса и Российской академии наук.

Официальный логотип проекта «Марс-500»
Официальный логотип проекта «Марс-500»

Условия эксперимента были максимально приближены к реальному пилотируемому полету с возвращением на Землю, а основной его целью являлся сбор данных о здоровье членов команды и их работоспособности в таких условиях, а также проверка возможностей человеческого организма.

Во время экспедиции были проведены дополнительные эксперименты, именуемые сателлитными. Они были направлены на изучение воздействия радиации, профилактики воздействия невесомости и влияния пожаробезопасной атмосферы корабля.

Марс-500 завершился в ноябре 2011 года, а его результаты были тщательно изучены мировым сообществом. В частности, была составлена картина гиперкинетических нарушений, вызванных долгим пребыванием в невесомости. Также был определена вероятность возникновения радиационной болезни в зависимости от полученной общей дозы.

Подобный эксперимент провели и в НАСА В 2015 году. Шесть американских астронавтов находились один год в полной изоляции от внешнего мира в специальном комплексе. В состав экспериментальной команды вошли три мужчины и три женщины. Эксперимент завершился 28 августа 2016 года.

Предлагаемые миссии

Несмотря на все возможные проблемы, с которыми предстоит столкнуться будущим марсианам, человечество не собирается отступать. Ученые из разных стран ведут подготовку своих будущих марсианских экспедиций и рано или поздно кому-то это удастся.

Ведущим в этой области конечно пока является NASA. В планах космического агентства — осуществить пилотируемую миссию с использованием многоцелевого транспортного средства «Орион» и ракеты SLS уже в первой половине 30-х годов.

В дополнение к другим федеральным космическим агентствам существуют планы по освоению у частных корпораций и некоммерческих организаций. Концепции некоторых из них выглядят очень воодушевляюще.

Ну и конечно нельзя не упомянуть Илона Маска с его амбициозным проектом SpaceX. Маск считает, что тот день, когда многочисленные волны колонистов потянутся на Марс друг за другом и планета сможет получить жизнеспособную экономику, уже близок. По мере того, как население Земли будет расти, будет расти и желание людей убраться отсюда подальше. И как только система транспорта будет налажена, инвесторы будут рады начать строительство на новых землях.

https://hi-tech.imgsmail.ru/pic_original/ed01e3637ca529cf737d604619623e76/1224196/
https://hi-tech.imgsmail.ru/pic_original/66801ffe1e5beec4c6d5b235120219b0/1224195/
https://hi-tech.imgsmail.ru/pic_original/71b05a55499279ff7d1ec52c1964e56b/1224194/
https://hi-tech.imgsmail.ru/pic_original/6231a2bfc382a79b30cfa3f9f2c33a30/1224193/
10фотографий
Посмотрите на эти живые фотографии с Марса, сделанные марсоходом!