Первая инопланетная колония: обзор технологий, которые позволят людям добывать еду и жить на Марсе

Обозреватель vc.ru узнал, как может выглядеть первая марсианская колония, с какими проблемами придется столкнуться первым людям на Красной планете и как их решить. Среди главных задач - доставка людей на планету, выращивание еды, добыча воды и борьба с радиацией.

27 сентября 2016 года Элон Маск рассказал о планах по колонизации Марса и о системе межпланетной транспортировки людей. Первый корабль с колонистами может отправиться на Марс уже в 2023-2025 году. Но готово ли человечество к заселению красной планеты и какие технологии помогут людям выжить на расстоянии 225 млн километров от Земли?

Элон Маск не зря выбрал Марс в качестве второго дома для землян - это наиболее подходящая для жизни планета в Солнечной системе. Правда, условия там суровые: атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа, температура колеблется от +20 `C до -127 `C, а уровень радиации во много раз выше, чем в окрестностях Чернобыля. Зато на планете много воды и углекислого газа, из которых можно делать пригодный для дыхания воздух и топливо для космических кораблей. Сутки на Марсе длятся почти столько же, сколько и на Земле, и гравитация в несколько раз меньше земной.

Первая проблема, которую предстоит решить SpaceX - это доставка людей на Красную планету. До Марса 400 миллионов километров, и пассажирам придется лететь восемь месяцев, чтобы туда добраться. При этом нужно вылететь в определенный период, когда Земля и Марс сблизятся на минимальное расстояние.

«До сих пор наши попытки долететь до Марса были довольно жалкими. И американцы, и русские, и европейцы, и японцы, и китайцы, и индусы отправили туда 44 ракеты, бЈльшая часть из которых либо потерялась, либо сломалась. Только треть миссий на Марс были успешными», - пишет автор книги «Как мы будем жить на Марсе» Стефан Петранек.

У Маска пока тоже не все ладно с безопасностью полетов. Авария Falcon 9 первого сентября 2016 года стала второй за историю коммерческих запусков SpaceX. Перед этим компания потеряла ракету и груз для МКС в июне 2015 года - ракета взорвалась в воздухе из-за неполадок во второй ступени. Правда после этого SpaceX провела девять успешных запусков и у Маска есть еще время, чтобы проанализировать причины катастроф и избежать их в дальнейшем.

Сама схема полета на Марс будет выглядеть следующим образом: ракета с астронавтами поднимется на земную орбиту, после чего ее первая ступень вернется за Землю, в нее загрузят капсулу с топливом и снова отправят к ракете с астронавтами. После дозаправки корабль вновь вернет танкер с топливом на Землю и начнет свой путь в сторону Марса. По словам Маска, это будет самая крупная ракета из существующих - диаметр корабля составит 17 метров, а общая высота стартового комплекса - 122 метра.

В конце сентября 2016 года SpaceX успешно провела испытания метанового ракетного двигателя Raptor, который будет использоваться в системе межпланетных перелетов (ITS).

Маск планирует совершить первое беспилотное путешествие на Марс уже в 2018 году. После этого миссии на красную планету будут отправляться каждые два года в период максимального сближения планет. По оценкам NASA, этот проект обойдется Маску в $320 млн. Первые миссии будут беспилотными, люди полетят на Марс только через 8-10 лет в случае успешности тестовых полетов.

Вода стоит на первом месте в списке необходимых для выживания вещей, но доставлять ее с земли дорого и тяжело, поэтому колонистам придется добывать ее прямо на месте. Грунт на Марсе содержит до 60% воды, а по данным спутников многие кратеры имеют слои льда внутри. Ученые предполагают, что в дополнение к ледникам на Марсе могут течь и подземные воды. Правда, для их добычи потребуется специальное оборудование, которое остановит замерзание воды сразу же после того, как она поднимется на поверхность.

Воду на Марсе можно добыть даже из атмосферы, которая часто имеет стопроцентную влажность. Осушитель воды был создан еще в 1988 году в Университете Вашингтона и может быть использован в суровых марсианских условиях.

Помимо воды, в NASA решили еще одну проблему - придумали, где взять воздух, которым будут дышать астронавты. Ученый Массачусетского технологического института (MIT) Майкл Хект разработал машину под названием Moxie - она всасывает марсианскую атмосферу и выкачивает кислород из углекислого газа. Следующий большой корабль NASA, запуск которого запланирован на 2020 год, будет оборудован одним из таких устройств. Тестовая версия Moxie сможет производить достаточно кислорода для обеспечения жизни одного человека.

С едой все несколько сложнее. По мнению Стефана Петранека, с помощью гидропоники (выращивании растений в воде с питательными веществами) можно будет получить не больше, чем 15-20% необходимой для пропитания астронавтов еды, остальную часть придется доставлять с Земли в высушенном виде.

Теоретически растения смогут расти в почве на основе марсианского грунта. Но ученые, изучившие образцы с марсоходов, пока что склоняются к выводу, что марсианская почва может оказаться слишком кислотной или слишком щелочной и потребует реабилитации и насыщения питательными веществами вроде азота. Поэтому на первых порах более надежным способом для выращивания растений станет гидропоника. При условии, что колонисты уже наладят добычу и хранение воды в жидком состоянии.

Биолог Анжело Вермюлен, проживший несколько месяцев в симуляторе марсианской среды на Гавайских островах, уверен, что первые посевы должны занимать мало места и быть максимально питательными. Например, это может быть фасоль или ставшая знаменитой после фильма «Марсианин» картошка. А вот зеленые салаты, укроп и петрушка станут для колонистов деликатесом - они малокалорийны и занимают много места.

Не стоит надеяться, что марсианские теплицы будут похожи на иллюстрации из советских журналов - скорее всего, они будут скрыты под толстым слоем почвы или в лавовых каналах, чтобы избежать воздействий губительной солнечной радиации.

Что касается удобрений для марсианских растений, то Джим Кливс из исследовательского института Blue Marble Space выразил мнение, что для подпитки почвы марсиане смогут использовать тела погибших на красной планете колонистов.

«Астронавты уже сейчас нарушают земные табу на тему отходов, употребляя переработанную мочу в качестве питьевой жидкости. Если нам удастся преодолеть табу смерти, активное компостирование человеческого тела будет не сильно отличаться от его захоронения в земле», - считает Джим.

Следующий ключевой момент для выживания марсиан - это помещения, где они будут жить. Людям нужно будет защищаться не только от холода, но и от космической радиации. На Земле от излучения нас защищает плотная атмосфера и чем выше поднимаются люди, тем больше они подвержены воздействию космической радиации.

В отличии от Земли, на Марсе практически отсутствует магнитное поле и поселенцы получат немногим меньше радиации, чем в открытом межпланетном пространстве - от 400 до 900 миллизивертов облучения в год. Для сравнения, среднестатистический житель Земли в течении года накапливает в своем организме 3 миллизиверта, при 4000 мЗв развивается лучевая болезнь с большой вероятностью летального исхода, а 6000-7000 мЗв считается смертельной дозой.

Предварительные результаты радиационной обстановки на Марсе есть уже сейчас: так, марсоход Curiosity за 500 дней, проведенных на Марсе, получил суммарную дозу облучения в 1,01 зиверта. Но измерения Curiosity - не окончательные, так как радиационное окружение Марса может меняться в зависимости от солнечной активности как в большую, так и в меньшую сторону.

Из этого следует, что первые жилища колонистов, скорее всего, будут укрыты большим слоем реголита (марсианского грунта) или камня, или же вовсе закопаны под землю. Американский инженер и основатель «Марсианского общества» Роберт Зубрин допускает, что слой кирпичей из реголита в 3-4 метра толщиной сможет защитить людей от облучения.

Кстати, в NASA уже придумали технологию создания таких кирпичей - в агентстве собираются добавлять в них полимерный пластик и после этого засовывать в микроволновку. Многие сторонники колонизации Марса считают, что минералы с красной планеты могут годиться для производства пластмассы, также там можно добывать железо, медь и производить сталь. Но пока это все теория - на практике для этого понадобится огромное количество энергии и оборудования, доставка которого с Земли обойдется в десятки миллиардов долларов.

И, наконец, одежда. Профессор аэронавтики из Массачусетского технологического института уже более семи лет работает над созданием скафандра нового типа. Скафандр BioSuit по внешнему виду напоминает гимнастическое трико из многослойной ткани, плотно облегающей тело человека. В отличие от традиционного скафандра весом более 100 килограмм, BioSuit не сковывает движения космонавта, в нем можно даже ходить и бегать. А за счет давления на тело, BioSuit минимизирует атрофию мышц, вызванную длительным перелетом в условиях невесомости.

По замыслам Маска, марсианские колонисты не будут жить в информационном вакууме - он планирует подключить красную планету к земному интернету на высокой скорости. Для этого он намерен разместить на марсианской орбите несколько сотен спутников, которые будут связываться со спутниками на земной орбите и передавать через них данные. Маск оценивает стоимость проекта примерно в $10 млрд и планирует окупить его за счет прибыли от спутникового интернета на Земле.

Это только базовые вещи, благодаря которым человек может выжить на негостеприимной красной планете. Первые колонисты будут жить в спартанских условиях: с минимальным набором лекарств, обтираться влажными салфетками вместо душа и страдать от непривычной силы тяжести.

Дальнейшие прогнозы уходят уже в область полунаучной фантастики, ведь для сравнительно хорошей жизни понадобится терраформирование планеты, и здесь у человечества есть только предположения. Вот как описывает этот процесс в лекции на Ted Стефен Петранек:

Для начала планету нужно нагреть. Марс невероятно холодный, потому что у него разреженная атмосфера. Ответ находится на южном и северном полюсах Марса, каждый из которых покрыт невероятным количеством замёрзшего углекислого газа - сухого льда. Если мы нагреем его, он испарится прямо в атмосферу и уплотнит атмосферу так, как он делает это на Земле.

И, как мы знаем, СО2 - это очень мощный парниковый газ. Я считаю, что нужно соорудить огромный солнечный парус и сфокусировать его - он работает как зеркало - на южном полюсе Марса. Так как планета вращается, этот парус нагреет весь сухой лёд, испарит его, и он выйдет в атмосферу. Это не займёт много времени: температура на Марсе начнёт расти меньше, чем через 20 лет.

В идеальный день на экваторе, в середине лета на Марсе температура может достигать 21 `C, но потом она падает до минус 40 `C ночью. То, к чему мы стремимся, - это быстрый парниковый эффект: температура поднимется достаточно, чтобы можно было увидеть, как весь лёд на Марсе - особенно подземный лёд - растает. Потом начнется магия.

Атмосфера станет толще, и всё наладится. Мы получим больше защиты от радиации, атмосфера будет согревать нас, согревать саму планету, мы получим проточную воду и сможем собирать урожаи. Потом пар пойдёт в воздух, формируя ещё один парниковый газ. На Марсе пойдут дождь и снег. И плотная атмосфера создаст достаточное давление, чтобы мы могли выбросить скафандры. Нам нужно всего 2,5 кг давления, чтобы выжить. Со временем Марс станет очень похож на Британскую Колумбию.

Источник: vc.ru