С тех пор, как человечество осознало, что Марс во многом похож на Землю, наше коллективное воображение разыгралось, мы начали думать о перспективах жизни на красной планете, в том числе о перспективах постоянного проживания на ней.
Так может ли человечество колонизировать Марс?
И как бы мы это сделали?
Находимся ли мы на таком технологическом уровне, на котором можно было бы создать колонию на Марсе?
Как вы, возможно, уже знаете, за многие годы на Марсе побывала не одна роботизированная исследовательская миссия, в число которых входят такие легендарные марсоходы, как Curiosity и Opportunity, а также InSight и совсем недавно прибывший на Марс Perseverance.
Их открытия, а также само путешествие, в которое они отправились, заинтересовали человечество, перед нами открылись перспективы этой планеты.
На данный момент к Марсу проявляют такой интерес, что для содействия его колонизации даже были созданы частные компании, такие как Mars Society и Mars One.
Все это увлечение оправдано тем, что наша соседняя планета имеет ряд характеристик, которые делают ее похожей на наш дом.
Марс также является ближайшим небесным телом, на котором в прошлом могла существовать жизнь.
Такие предположения появились ещё в 19 веке, когда астрономы начали объяснять геологию Марса существованием марсианской цивилизации.
В то время это не было безумным предположением, учитывая старые технологии, которые были у человечества.
Газетная статья из New York Times в 1911 году даже посвятила время обсуждению этой темы.
Однако недавно идея жизни на Марсе снова стала обретать все больше сторонников.
Даже НАСА считает, что на Марсе может быть что-то, что нам только предстоит обнаружить.
Основная цель марсохода Perseverance, который успешно совершил посадку на поверхность Марса 18 февраля этого года, состоит в том, чтобы найти доказательства жизни на красной планете.
Это является важным событием в исследовании Марса, потому что помимо программы «Викинг» в 70-х годах большинство других миссий не имело никаких устройств для осуществления поиска биологической жизни, скорее, все эти миссии были сосредоточены на поиске доказательств наличия жизни на Марсе в прошлом.
Они пытались найти признаки существовавших ранее жидких океанов, а не доказательства наличия микробов.
Все эти миссии закладывают основу для осуществления будущих полетов.
Многие космические агентства и компании сейчас задумываются о создании колоний на Марсе.
Но как колонистам добраться туда целыми и невредимыми, затем приспособиться к марсианской среде и выжить?
Само путешествие на Марс займет около 3 месяцев с наиболее оптимальными условиями запуска. Словно долгое путешествие на круизном лайнере.
Нужно учитывать, что люди проведут не менее 3 месяцев за пределами безопасного магнитного поля Земли.
Здесь они подвергнутся воздействию солнечного ветра и космического излучения.
Длительное воздействие этого вида излучения может вызвать у астронавтов рак и даже симптомы болезни Альцгеймера ещё до того, как они достигнут Марса.
К счастью, у ученых есть мысли о том, как от этого защититься.
Космонавтов можно защитить, используя в конструкции кораблей вещества, богатые водородом.
Фактически, кабина могла бы быть окружена резервуарами с водой в ее стенах.
Другой вариант - создать магнитное поле вокруг космического корабля, но для этого требуется генерировать огромное количество энергии из компактного реактора, но, к сожалению, у нас пока нет безопасного способа получения подобной технологии.
Кроме того, чем дальше от Земли вы путешествуете, тем больше времени составляет задержка передачи сигнала в центр управления полетом.
Для нас на Земле в порядке вещей звонок с одной точки планеты на другую её сторону. Доли секунд задержки при передаче сигнала не замечает ни один из собеседников.
С астрономическими расстояниями эта задержка становится сравнительно больше.
От Марса до Земли сигнал будет передаваться от 3 до 22 минут.
Это единственный способ для коммуникации в таких условиях. Учитывая обратную передачу сигнала с Земли, минимальная задержка составит 6 минут, поэтому нормальный телефонный разговор между Землей и Марсом у вас вряд ли получится.
При передаче будут возможны текстовые, аудио и видео сообщения, но марсианские поселенцы должны будут сами позаботиться о себе, если им нужно будет предпринять какие-либо экстренные действия или решения, например, в случае аварийных ситуаций или отказов оборудования, при которых невозможно совершать удаленные операции или оказывать помощь с Земли в реальном времени.
Но допустим, что все эти трудности удалось преодолеть, и колонисты могут достичь Марса.
Где бы они поселились?
На данный момент ученые ещё не определились с конкретным местом.
Северный полюс - один из лучших претендентов, из-за наличия на нем водяного льда.
Еще один интересный вариант - Кратер Королева, так как он также покрыт слоем водяного льда.
Атмосфера на Марсе не достаточно плотная для образования жидкой воды, однако её можно найти на дне кратеров, где она находится в виде льда.
На Марсе также можно поселится около залежей подземных вод, обнаруженных в вечной мерзлоте под корой планеты.
Исследования, основанные на данных Марсианских орбитальных спутников, отметили на карте места с потенциальным наличием воды под землей по всей территории планеты.
Хотя добраться до подземных вод труднее, чем до льда на поверхности, это может дать возможность построить колонии в более экваториальных широтах, в регионы, которые намного теплее и где солнечные батареи для производства энергии были бы гораздо более эффективными.
Высота поверхности там намного ниже, это означает, что атмосфера более плотная, что идеально подходит для замедления и посадки космического корабля.
Есть ещё один вариант места поселения - лавовые трубы.
Лавовая труба - это длинная пещера, которая образовалась, когда через нее протекала магма, которая с тех пор опустела, что привело к образованию туннеля.
Мы видим много таких примеров на Земле, на Марсе же они могут быть гораздо больше, возможно, внутри них даже можно будет разместить постройки.
Хотя на Марсе были обнаружены лавовые трубы и пещеры, подходящие кандидаты также должны подходить по параметрам высоты местоположения и наличию водоемов поблизости.
После того, как место будет выбрано, команда миссии может начать делать территорию пригодной для обитания человека.
Не все, что может понадобиться колонистам поместится в один космический корабль, поэтому придется провести несколько миссий-предшественников, автономно закладывая фундамент для того, что понадобится поселенцам.
Было проведено несколько архитектурных конкурсов, чтобы найти лучший дизайн для долговечной среды обитания, но на данный момент окончательной модели ещё нет.
В большинстве предложений используется реголит, обнаруженный по всей поверхности Марса, который позволяет построить среду обитания с использованием методов 3D-печати при помощи автономных роботов.
К сожалению, на данный момент таких роботов не существует. Тем не менее, ученые должны разработать их, прежде чем эта идея полёта на Марс станет возможной.
В основном эта концепция требует добычи материала на поверхности, который затем будет обработан и смешан с водяным льдом в нечто похожее на бетон.
Затем структура печатается слоями на 3D-принтере.
Помощь марсоходов и роботов, а также искусственного интеллекта будет неоценимой в подготовке среды обитания для прибытия первых поселенцев.
Сделать это вручную, когда первые колонисты окажутся на красной планете, будет невыполнимой задачей, так как космонавты ограничены своими скафандрами. Особенно трудно будет выполнять вещи, требующие тяжелого и длительного ручного труда.
Как только среда обитания, напечатанная на 3D-принтере, будет готова, необходимо продолжать добывать реголит.
Эти места обитания должны эффективно защищать жителей от радиации, поэтому в заключительной фазе рекомендуется покрыть постройку большим количеством реголита.
Марс не имеет магнитного поля, как у Земли, поэтому радиация является большой проблемой и на поверхности планеты.
Таким образом, чем больше материала будет между Солнцем и колонистами, тем лучше они будут защищены от его резкого излучения.
Как только среда обитания будет полностью подготовлена, поселенцы смогут начать прибывать.
Несмотря на помощь роботов, первым колонистам на Марсе еще многое предстоит сделать: подключить питание, настроить оборудование, убедиться, что все правильно функционирует.
Пока это происходит, они смогут жить во временных местах обитания, это может быть их корабль, на котором они прибыли, или надувные жилища.
В любом случае это будет не самое просторное место, которое предоставит поселенцам только основы для их выживания.
Когда сооружения будут готовы, они должны находиться под давлением.
Один из способов создания пригодного для дыхания воздуха - получение кислорода посредством электролиза, а затем смешивание его с азотом.
Дополнительным преимуществом электролиза является получение водорода, который затем может быть переработан в гидразин в качестве топлива.
После создания этой герметичной среды ее можно легко поддерживать с помощью систем рециркуляции воздуха, которая уже используются на Международной космической станции.
Другой способ получить кислород - добыть его из углекислого газа в атмосфере планеты.
Вот почему ровер Perseverance также включает в себя экспериментальный модуль, в результате исследований которого мы узнаем, эффективен ли данный метод.
Однако для таких задач требуется значительная затрата производства энергии.
Одними из очевидных источников являются солнечные батареи.
Однако на Марсе производство солнечной энергии ограничено, всего около 40% того, что мы могли бы получить с теми же панелями на Земле. Происходит это потому что Марс находится дальше от Солнца и получает меньше света.
Кроме того, это источник, который эффективен только половину времени из-за дневного и ночного цикла, не говоря уже о песчаных бурях, которые проносятся по планете время от времени, они уже разрушали солнечные панели других марсианских миссий.
Поэтому данный способ добычи энергии недостаточно надёжен для колонии.
Другой вариант - отправить холодный ядерный реактор, который гарантировал бы более стабильный источник энергии, единственный его минус - холодный ядерный синтез пока является только теорией.
Очевидно, что лучшее решение включает в себя гибрид того и другого в сочетании с надежными батареями для сохранения энергии в случае отключения электроэнергии в чрезвычайных ситуаций.
Поселенцам также будет необходимо учитывать необходимость производить и очищать воду для потребления и других целей.
В лучшем случае они смогут производить 5 литров воды на поселенца в сутки.
Это не должно стать большой проблемой, так как мы уже знаем, где найти воду на Марсе в виде водяного льда.
Кроме того, в колониях должны быть предусмотрены системы оборотного водоснабжения, чтобы минимизировать потери воды.
Эта технология также эффективно используется на Международной космической станции.
Производить воду так же просто, как и добывать лёд, для этого, как мы знаем, необходимо разогреть его до испарения, конденсировать в воду и отфильтровать с помощью керамических и угольных фильтров.
После этого этапа у нас будет все необходимое для создания среды обитания, пригодной для жизни. Закрытая защищённая окружающая среда, с постоянным производством кислорода и воды готова.
В этом месте колонисты смогут сосредоточиться на выращивании растений для потребления в пищу.
Хотя на Марсе есть грунт в виде реголита, для начала его необходимо сделать плодородным.
Этот реголит содержит перхлораты, которые токсичны и не подлежат для употребления в пищу человеком в больших количествах, поэтому сначала их необходимо промыть водой.
Очищенный от токсичных веществ реголит нужно обработать удобрениями, и даже после этого почву необходимо перемешать с органическими веществами, чтобы оно имело идеальную текстуру для прорастания семян.
Одно исследование уже показало, что растения можно выращивать как на Марсе, так и на Луне.
Но есть и другой вариант: аквапоника, или выращивание растений в непосредственном контакте с водой по замкнутому циклу.
В этой среде есть пруд с рыбами, который отвечает за доставку нитратов в воду вместе с фекалиями рыб.
Тилапия - наиболее широко используемая рыба для этой закрытой системы, так как она не привередлива в еде и хорошо выживают в мутной воде.
Эта рыба также съедобна, поэтому может быть важным источником белка для колонистов.
Человеческие фекалии и другие отходы также могут быть использованы как удобрение, так как в марсианских колониях все придется использовать повторно.
Как и в случае с производством энергии, возможно, разумнее всего было бы использовать обе системы: с аквапоникой и реголитом.
В любом случае эти фермы будут потреблять много энергии в виде света и требовать ежедневного обслуживания.
Со всеми этими системами колония была бы полностью готова к этой нелёгкой жизни на Марсе.
Ограниченные в небольшом пространстве, одни и те же люди, которые часто едят одно и то же, при этом постоянно решают различные проблемы и задачи, находясь в стрессовом состоянии.
Но даже на Земле у нас есть очень отдаленные и уединенные места, где живут люди, например, ученые в Антарктиде или экипажи подводных лодок.
Эти группы проходят регулярную психологическую проверку для защиты их психического здоровья.
И даже в таких ситуациях эти люди знают, что они всегда могут отправиться домой.
Но колонисты на Марсе находятся взаперти, они не смогут срочно вернуться на Землю, если вообще когда-либо смогут, поэтому только у стойких людей получится приспособиться к подобной среде.
Кроме того, существует множество проблем со здоровьем, которые могут быть связаны с низкой гравитацией на Марсе.
Эксперимент в невесомости с близнецами Келли на МКС поднял серьезные проблемы со здоровьем в подобных условиях, в том числе: потерю мышечной и костной массы, проблемы со зрением, плохое распределение жидкости, потерю чувства равновесия, смещение позвоночника, сердечно-сосудистые проблемы и ухудшение иммунной системы.
Все же, пока неизвестно, как именно человеческое тело будет справляться с условиями низкой гравитации в течение длительных периодов времени.
Чтобы избегать подобных проблем, поселенцам прийдется выполнять много физических упражнений, что еще больше увеличивает продолжительность их рабочего дня.
НАСА пошло дальше и рассмотрело генетические модификации для тех астронавтов, которые будут отправляться в длительные миссии, в частности, для борьбы с опасностями радиации и микрогравитации.
С нынешними технологиями это представляется возможным, хотя возникает много споров о моральной грани таких решений.
Тем не менее, даже с учетом всех этих соображений, есть очень много желающих полететь на Марс.
Агентства и компании получают шквал заявок от различных кандидатов.
Колонии на Марсе будут зависеть от того, как технологии будут развиваться на Земле. На данный момент кажется, что у нас уже есть многое для совершения полёта на другую планету, но для создания баз за пределами нашего мира этого не достаточно.
Вы также можете посмотреть наше видео на эту тему: