Космические жилища, ч. 3: как мы будем жить на Марсе

Мы уже поговорили о том, как люди будут жить в космических колониях и на естественном спутнике Земли — Луне. Настало время обсудить, как существовать на других планетах. Пришла очередь Марса.

Красная планета находится ближе всего к Земле, если не считать Венеры. Всего за 9 месяцев можно достигнуть точки назначения. Человечество разрабатывает технологии, которые позволят добраться до Марса, создать там постоянную базу, настроить добычу ископаемых и даже терраформировать эту планету, чтобы упростить жизнь людей на ней.





СССР изучал Красную планету в рамках программ «Марс» и «Фобос». Космический аппарат Марс-1, запущенный 1 ноября 1962 года, стал первым, выведенным на траекторию полёта к Марсу. На расстоянии 106 миллионов километров от Земли аппарат в последний раз вышел на связь, но в его задачи входил сбор данных о самом полёте: интенсивности космического излучения, распределении метеорного вещества, напряжённости магнитных полей Земли и межпланетной среды. Орбитальный аппарат Марс-2 более 8 месяцев изучал планету с орбиты. Спускаемый аппарат Марс-3 стал первым аппаратом, успешно севшим на поверхность планеты, хотя и отключился через 20 секунд. Орбитальные аппараты Марс-2 и Марс-3 помогли исследовать свойства поверхности и атмосферы Марса по характеру излучения, выявить тепловые аномалии, измерить температуру северной полярной шапки. Аппараты с порядковыми номерами 4, 5, 6, 7 делали фотографии поверхности, в том числе цветные, и продолжали собирать различные данные о планете, включая хмический состав атмосферы.

С 1962 по 1972 годы в рамках программы «Маринер» НАСА отправило к Марсу и Венере 10 космических аппаратов. Маринер-4 пролетел на расстоянии 9 846 километров от поверхности планеты и стал первым, сфотографировавшим Марс с близкого расстояния. Аппараты Маринер-6 и Маринер-7 пролетели ещё ближе, на расстоянии менее 3,5 тысяч километров от планеты. Маринер-9 стал первым искусственнником другой планеты и сфотографировал около 85% поверхности. В 1970-е годы НАСА запустило программу «Викинг». Два аппарата были отправлены в 1975 году и проработали первый до 1978 года, второй до 1980 года. Спускаемые аппараты брали образцы почвы для анализа на наличие жизни.

В 1996 году НАСА отправило беспилотную исследовательскую станцию «Марс Глобал Сервейор». В 2005 году эта станция стала первым космическим аппаратом, заснявшим другой аппарат на внеземной орбите. После почти десяти лет работы связь с аппаратом была утеряна.

На Марсе в 1997 году почти три месяца проработал марсоход Соджонер, с 2004 по 2010 год работал Спирит. Сейчас планету изучают Оппортьюнити, который должен был проработать всего 90 дней, но функционирует несколько лет с января 2004 года, и Кьюриосити, спустившийся на поверхность в августе 2012 года.

На сегодня Марс — самая изученная планета Солнечной системы после Земли. Но для его колонизации предстоит решить ещё очень много вопросов.



Американский астроном Карл Саган у макета автоматической марсианской станции «Викинг»

Полёт

Чтобы жить на Марсе, нужно до него долететь. Отправлять туда людей сразу стало бы огромной ошибкой, поэтому предполагается доставить на планету различное оборудование, которое в дальнейшем позволит развернуть жилые корпуса, модули для выращивания растений, завод по производству ракетного топлива (возвращаться же когда-нибудь на Землю нужно!)

В СССР в начале 1960-х приступили к разработке тяжёлого межпланетного корабля. Параллельно разрабатывались два проекта. Первый аппарат Максимова с экипажем на борту имел жилой отсек, рабочий со шлюзом для выхода в открытый космос, спускаемый аппарат, корректировочную двигательную установку. Аппарат Феоктистова предполагал сборку корабля на орбите, экипаж из 4 человек, спускаемый аппарат. Проект закрыли из-за лунной гонки.

В США с 2004 по 2010 годы работали над программой «Созвездие», в рамках которой планировали пилотируемые полёты на Марс. Одной из целей был новый пилотируемый исследовательский корабль «Орион».

Американская компания SpaceX работает над Межпланетной транспортной системой. Проект предполагает создание многоразового космического транспорта для доставки людей на Марс. Система будет состоять из возвращаемой ракеты-носителя, космического корабля и межпланетного корабля для дозаправки.

Одна из главных угроз пилотируемого полёта на Марс — радиация. Солнечные вспышки, гарантирущие повышенную дозу облучения, возможно, придётся пережидать в специальных помещениях. Полная защита космического корабля может сильно утяжелить его, а также увеличит стоимость полёта. Но есть и иной способ — создать магнитное поле, которое будет нужно включать при сильных солнечных вспышках.



Важно сказать и о несостоявшейся программе Mars One, которая до 2015 года была одной из самых известных благодаря открытому набору желающих полететь на Марс и огромному количеству пиара в интернете, в СМИ и на телевидении. Спустя пять лет после начала работы над ней выяснилось, что ни денег, ни технических решений для реализации проекта нет.

Сельское хозяйство

Доставка грузов к Марсу в любом случае останется довольно дорогой задачей. Между окнами для полёта проходит 26 месяцев. Сам полёт занимает 9 месяцев, плюс необходимо время на проработку деталей, составление и сбор груза. Поэтому для создания колонии максимально важно как можно более автономное существование людей на планете.

Одна из самых главных проблем, которую предстоит решить, это развитие сельского хозяйства. Уже более пятидесяти лет учёные и космонавты исследуют вопросы влияния микрогравитации на семена, продумывают возможности создания ферм на космических станциях и других планетах. В 1960 году вместе с Белкой и Стрелкой на орбиту отправили семена кукурузы, пшеницы, гороха и лука, а в 1974 году на орбитальной станции «Салют-4» была установка «Оазис» для культивирования растений.



«Оазис-1» в Мемориальном музее космонавтики. Источник

Космическое растениеводство не ограничивается экспериментами в условиях микрогравитации. Необходимо понять, как растения будут себя вести в отличном от земного грунте и в атмосфере с иным составом. Метеоритный грунт, как выяснили в 2014 году, пригоден для выращивания спаржи и картофеля, но его для этих целей необходимо измельчить. На Марсе много песка и пыли, это упрощает задачу. Но есть и другая проблема: тяжёлые металлы.

С 2013 года голландские учёные выращивают растения в имитации марсианской почвы. Содержание тяжёлых металлов в горохе, редисе, ржи и помидорах оказалось безопасным для человека. Сейчас продолжаются исследования других культур, например, картофеля.

Атмосфера Марса на 95% состоит из углекислого газа, что поможет поддерживать растительность.



Исследователь Вагер Вамелинк инспектирует растения, выращиваемые на имитированной марсианской почве. Фото: Joep Frissel/AFP/Getty Images

Кроме собственно питания людей растения, водоросли и микроорганизмы могут сыграть особую роль в терраформировании планеты — созданию на ней пригодных условия для жизни человека.

Терраформирование

Марс и сейчас по ряду характеристик частично пригоден для жизни людей при наличии специального оборудования, в том числе пневмокостюма. Сутки на Марсе длятся 24 часа 39 минут 35. На планете есть смена времён года, хотя на Марсе это в два раза более длительный процесс. Атмосфера с плотностью 0,007 земной даёт некоторую защиту от солнечной и космической радиации. Там точно есть лёд, а возможно — вода в жидком виде.

В процессе терраформирования возможно решить несколько задач. Во-первых, это повышение атмосферного давления, при котором вода будет существовать в жидком виде. Сейчас вода на планете закипает при +10 градусах, то есть изо льда превращается сразу в пар. Также при повышении давления можно будет вместо скафандров использовать высотно-компенсационный костюм.

Во-вторых, на планете можно повысить температуру до 10-20 градусов Цельсия. Сейчас cредняя температура составляет −50 °C и колеблется от −153 °C на полюсе зимой и до более +20 °C на экваторе в полдень.

В-третьих, нужно создать биосферу — заселить планету растениями, грибами, бактериями.



Тёмные полосы — предполагаемые потоки жидкой воды на Марсе. Фото: НАСА

На данный момент существует ряд способов, которые, как предполагают учёные, позволят изменить Марс. На поверхность планеты можно, например, обрушить астероиды, чтобы разогреть атмосферу и наполнить её водой и газами. На орбиту можно поместить искусственные спутники, способные сфокусировать солнечный свет на её поверхность для разогрева.

Для того, чтобы на Марсе выделить парниковые газы и получить в больших объёмах необходимые вещества из тех, что уже есть на планете, предлагают использовать экстремофилов — это живые существа, в том числе бактерии и микроорганизмы, которые способны жить и размножаться в экстремальных условиях. Некоторые виды лишайников и цианобактерии за 34 дня смогли приспособиться к имитированным марсианским условиям и начать процесс фотосинтеза.

Илон Маск высказывал предположение, что наиболее быстрый и эффективный способ терраформирования Марса — несколько взрывов ядерных зарядов на его поверхности в определённых регионах. Но заражение радиацией в этом случае может свести на нет результат.

На данный момент точного решения для задачи терраформирования нет, все перечисленные способы являются лишь предположениями.



Этапы терраформирования Марса. Википедия

Жилище

Илон Маск описал свои планы колонизации Марса. Третим этапом станут доставка оборудования для строительства Mars Base Alpha и строительство завода по производству ракетного топлива. Для людей будут построны геодезические куполы из стеклянных панелей с рамами из углеродного волокна. Такие купола защитят колонистов от ветров во время пылевых бурь. В дома со временем будет накачен воздух под давлением, что позволит людям жить в приятной экосистема в окружении растений.

Как и в случае с Луной, есть предположение, что жить будет удобнее под поверхностью. На марсе есть лавовые трубки и пещеры, которые можно использовать для этих целей. Грунт позволит ещё и защитить от радиации, а также уберечь людей и оборудование от метеоритного дождя.



На данный момент готовых технологий строительства зданий на Марсе нет. По сути, всё ограничивается какими-либо эскизами и планами, подробностей о которых меньше, чем в случае с колонизацией Луны. Чтобы получить новые идеи, НАСА в 2015 году провело конкурс, среди участников которого: архитекторы, инженеры и учёные. Все проекты должны соответствовать одному пункту: для создания некоторых или всех элементов необходимо использовать 3D-принтер. Также в условиях прописали площадь жилья не менее 93 квадратных метров и наличие систем жизнеобеспечения, сантехнических узлов, места для приготовления пищи и спальных мест.

Одной из лучших идей стал проект LavaHive. Это надувная система, некоторые элементы которой нужно будет распечатать. Одно из полезных свойств такого здания — возможность сдуть, собрать и перевезти.



Менее, на первый взгляд, реалистичный проект — Staye A While. Здание предлагается разместить под землей под замерзшим морем рядом с экватором.



Сегодня мы имеем технологии, позволяющие с высокой долей вероятности доставить на Марс грузы. Что о людях — нужно решить еще множество проблем, включая радиацию, чтобы говорить о таком длительном перелёте, по результатам которого экипаж останется живым и здоровым. На самой планете есть материалы, в теории пригодные для строительства зданий с помощью тех же 3D-принтеров, но и эту технологию необходимо будет обкатать, чтобы говорить о её эффективности. С учётом времени между возможными запусками кораблей колония должна обеспечивать себя самостоятельно года три. Взять с собой провизию, материалы и инструменты на такой срок было бы расточительностью, поэтому важно продумать сельское хозяйство на Марсе.

Когда мы полетим на Марс? Как будет выглядеть жилище колониста? Точного ответа пока нет ни у меня, ни у НАСА, ни у Роскосмоса.

Источник: geektimes.ru/post/282016/