Содержание
«Как мы будем жить на Марсе». Глава из книги • С. Петранек • Книжный клуб на «Элементах» • Опубликованные отрывки из книг
Чтобы выжить на Земле, человеку нужны четыре вещи: пища, вода, жилье и одежда. Чтобы выжить на Марсе — пять: пища, вода, жилье, одежда и кислород. Если нам удастся найти надежные источники этих пяти важнейших ресурсов, будущее человечества как межпланетного вида будет обеспечено.
Проблема воды
Всего четыре минуты без кислорода грозят мозгу необратимыми повреждениями, а пятнадцать минут — это предположительный порог смерти от кислородного голодания. Однако никто не ожидает, что на Марсе найдется хоть сколько-нибудь существенное количество кислорода. Значит, нам придется производить его, а добыть кислород можно только из воды — если мы сумеем ее найти. В случае удачи кислород можно будет получить несколькими способами, в том числе с помощью обыкновенного электролиза, пропустив через воду электрический ток. Таким образом, вода является наиважнейшим элементом для выживания человека на Марсе, при этом она слишком тяжелая, чтобы мы могли привезти ее с Земли.
Если на Марсе нет необходимого количества воды, жить там будет невозможно.
Много лет назад, когда различные спускаемые и орбитальные аппараты были всего лишь набросками на бумаге, NASA положило в основу своих исследований Марса важный принцип: «следовать за водой». Речь тогда не шла о колонизации планеты, но это правило должно было помочь в поисках инопланетной жизни. Нет воды — нет жизни. Какая ирония: желание NASA выяснить, есть ли жизнь на Марсе, по сути, привело нас к совершенно другому выводу — на Марсе может быть жизнь. Человеческая жизнь.
Данные, полученные с различных аппаратов, в том числе с «Кьюриосити», «Марс Реконнессанс Орбитер» (Mars Reconnaissance Orbiter), «Марс-Одиссей» (Mars Odyssey), «Марс-Экспресс» (Mars Express) и даже зондов «Викинг» (Viking), которые запускались еще в 1970-е годы, указывают на то, что на Марсе в самом деле есть вода. Однако лишь после того, как зонд «Феникс» (Phoenix) в 2008 году опустился на ледяную шапку северной полярной области, было с абсолютной точностью установлено, что на Марсе есть водяной лед и что его легко найти в марсианской почве, называемой реголитом.
Хотя площадь поверхности Марса составляет лишь около 28% земной, площадь суши на обеих планетах почти одинаковая, ведь 70% поверхности Земли покрыто океанами, озерами и реками. На Марсе вода почти ничего не покрывает, за одним очень важным исключением: на сухой поверхности планеты, возможно, имеется более одного миллиона кубических миль воды, но почти вся она — в виде льда. Значит, жидкая вода может появляться на Марсе время от времени при особых атмосферных условиях, однако до тех пор, пока атмосфера не станет более плотной, а температура на поверхности не повысится, жидкая вода будет оставаться редкостью.
Большая доля замерзшей воды находится на северном и южном полюсах Марса, отчасти она похоронена под замерзшей углекислотой. Если бы вся эта вода растаяла, Марс был бы покрыт океаном глубиной в сотни метров. Это, конечно, очень много воды, однако намного меньше, чем когда-то было на поверхности планеты, если верить геологическим исследованиям. На Марсе десятки тысяч речных долин и множество крупных высохших озер.
Возможно, когда-то треть планеты покрывали океаны. Часть нагорья Элизий, обширной вулканической области вблизи экватора, может оказаться морем пакового льда размером с земное Северное море.
Похоже, что лед на Марсе имеется в изобилии, но оценки того, сколько водяного льда содержится в реголите, сильно разнятся — от 1 до 60%. На Красной планете есть множество маленьких ледяных озер, и многие из них находятся в экваториальном поясе. Замерзшие водоемы были бы весьма удачной находкой для первых поселенцев.
Часть воды, которая когда-то свободно текла по планете, скорее всего, испарилась и улетучилась в космос, когда Марс потерял атмосферу. Многое об этом нам рассказал аппарат «МАВЕН» (MAVEN), который сейчас находится на орбите Красной планеты. Значительная часть воды, оставшейся на Марсе, возможно, просочилась под поверхность, но бо́льшая ее часть, скорее всего, превратилась в лед и осталась на поверхности. Если критерием благосостояния для первых марсианских колонистов будет доступность водных ресурсов, то их, пожалуй, ожидает нешуточное богатство.
Если бы Марс в самом деле был таким засушливым и безводным, каким он казался в телескоп или на изображениях, полученных с первых межпланетных станций, то нам, возможно, пришлось бы сосредоточиться на колонизации гораздо менее гостеприимной планеты — Венеры.
Поиск воды на Марсе пока что не кажется сложной задачей, но вот превратить лед в жидкость первым поселенцам будет очень нелегко — прежде всего потому, что это потребует огромных затрат энергии и человеческого труда. Большая часть добытой воды, скорее всего, окажется льдом, смешанным с реголитом. То есть это будет вечная мерзлота, которую без отбойного молотка не победить. И даже после этого для получения жидкой воды могут потребоваться горнорудные технологии и соответствующая мощная техника, пожирающая огромное количество топлива. Так что первым колонистам очень повезет, если они найдут озерцо чистого льда.
Лучший из всех возможных сценариев — это такой, в котором переселенцы находят жидкую воду. Она вполне может скрываться в недрах планеты.
Хотя по этому поводу существует множество спекуляций, реального положения дел никто не знает. Первые астронавты должны быть готовы бурить скважины (по крайней мере, на умеренную глубину) в надежде найти водоносный слой. Извлечь воду с поверхности Марса или из скважины — это, конечно, не такая хитрая штука, как ракеты, однако здесь потребуется специальное оборудование, в том числе печи и устройства для дистилляции (иначе в результате бурения вокруг скважин появятся ледяные горы из подземной воды, которая замерзнет в ту же секунду, как поднимется на поверхность).
Согласно одному из сценариев, первым колонистам придется вручную вырубать из поверхности блоки реголита, хотя впоследствии на грузовом корабле будут доставлены небольшие бульдозеры и грузовики, и это позволит увеличить объем работы, которую сможет выполнять каждый колонист. Смесь льда и реголита будут помещать в печи и нагревать, пока вода не превратится в пар, а затем дистиллировать и фильтровать ее до состояния питьевой.
Придется разбираться с большим количеством отходов производства, и процесс потребует немало энергии — какой-то объем предоставят солнечные батареи, но, скорее всего,
для основной части работы потребуется компактный ядерный реактор.
Проблема кислорода
Теперь займемся проблемой кислорода. Если в вашем скафандре закончится кислород, то вы (не считая азота) начнете вдыхать тот же углекислый газ, который выдыхаете, — пока не потеряете сознание. А там недалеко и до гибели. Человек не может долго дышать воздухом, в котором более 5% двуокиси углерода, отчасти потому, что у нас есть такой защитный механизм — от избытка углекислого газа мы теряем сознание.
С этой точки зрения Марс кажется весьма негостеприимным местом — ведь в его атмосфере почти совсем нет кислорода. «Воздух» Марса, по данным марсохода «Кьюриосити», полученным в 2012 году, содержит примерно 2% азота, 2% аргона, 95% углекислого газа и ничтожные количества угарного газа (СО) и кислорода. Показатели слегка варьируются в зависимости от времени года, поскольку в зимние месяцы часть газов на полюсах замерзает, а весной снова испаряется.
Однако, хотя свободного кислорода в атмосфере планеты меньше одного процента, на самом деле на Марсе полно кислорода. Дело в том, что углекислый газ (CO2) по атомной массе на 28% состоит из углерода и на 72% из кислорода. И если атмосфера Марса на 95% состоит из CO2, значит, не меньше 70% общей массы марсианского «воздуха» составляет кислород. И хотя плотность атмосферы Марса достигает лишь 1% от плотности земной атмосферы, это все равно немало.
В воде, которую первые поселенцы будут добывать на Марсе, кислорода еще больше — он составляет примерно 89% от массы воды. А земляне уже давно научились с помощью простой технологии, которая называется электролиз, расщеплять молекулы воды и получать кислород. Для этого нужно всего лишь опустить два электрода в сосуд с водой, пропустить через воду электрический ток и… вуаля! Кислород можно собирать на одном конце резервуара, у анода, а водород — на другом, у катода. Практически каждому школьнику приходилось выполнять на лабораторной работе по химии эксперимент с электролизом.
Кстати, водород — это отличное топливо и превосходный источник энергии, поэтому у этого процесса есть и дополнительные преимущества: водород и кислород, разделенные, а затем смешанные определенным образом, превращаются в идеальное ракетное топливо. Проблема же, с которой придется столкнуться первым колонистам на Марсе при использовании электролиза, только одна, зато ее крайне сложно решить — эта технология требует огромного количества электроэнергии.
На Земле мы дышим воздухом, который состоит примерно на 78% из азота и на 21% из кислорода. Человек в принципе способен дышать самыми разными комбинациями газов, в том числе смесью гелия
и кислорода, но не смесью 20% кислорода и 80% CO2. Чтобы смесь с кислородом была пригодна для дыхания, ее вторым компонентом должен быть не вступающий в реакции (инертный) газ, такой как аргон или гелий. Азот обычно к инертным газам не относят, однако связь между двумя атомами в молекуле азота так сильна, что он чаще всего не вступает в реакцию с другими веществами.
Проблема пищи
Одно из важнейших условий для выживания человека на Марсе — наличие пищи. Агрономическая наука высоко развита во многих странах, в том числе и в Соединенных Штатах, и множество ученых посвятили годы попыткам понять, как мы сможем выращивать пищу на Марсе (колонисты будут вегетарианцами, нравится им это или нет, потому что разводить животных намного менее продуктивно). Если первые поселенцы высадятся в районе экватора, днем там будет достаточно тепло для надувных теплиц. Их нужно будет хорошо изолировать и обогревать с помощью пассивного солнечного отопления, например накапливающих тепло камней, на весь день выставленных на солнце, а в ночное время придется также подключать электрическое отопление, чтобы компенсировать резкое падение температуры. Стандартные марсианские сутки вблизи экватора — это примерно двенадцать часов дневного света и двенадцать часов темноты.
Кроме того, растениям потребуется более плотная атмосфера, чем та, что в настоящее время есть на Марсе.
Ботаники расходятся во мнениях по поводу точных значений давления внутри марсианских теплиц, но предполагается, что достаточно одной десятой атмосферного давления Земли. Эксперименты, проведенные на МКС, показали, что растения могут расти в невесомости, но никто не знает наверняка,
как повлияет на них гравитация Марса, составляющая примерно 38% земной.
Мы достаточно знаем о марсианском реголите, чтобы уверенно предполагать, что по большей части из него получится хорошая почва, хотя это будет в некоторой степени зависеть от конкретного местоположения реголита. Образцы, изученные марсоходами, и анализ астероидов, которые прилетели на Землю с Марса, указывают, что на поверхности Красной планеты есть минерал смектит, который часто встречается на Земле и используется, например, в составе наполнителей для кошачьих туалетов. Этот минерал легко поглощает воду и может быть полезным для выращивания растений. Однако марсианская почва, возможно, окажется слишком кислой или слишком щелочной и потребует реабилитации, а также насыщения питательными веществами вроде азота.
Гидропоника (выращивание растений без почвы, в воде с питательными веществами) будет самым надежным способом успешно получить урожай сельскохозяйственных культур — при условии, что воду легко будет добывать и держать в жидком состоянии.
Недавний пятидесятидневный эксперимент в теплице в Нидерландах, проведенный под эгидой нидерландского министерства экономики, позволил с оптимизмом взглянуть на возможность выращивания сельскохозяйственных культур на Марсе, хотя в нем не учитывались пониженная гравитация и разница в количестве солнечного света. NASA предоставило голландцам почву с Гавайских островов и из Аризоны, которая, по мнению агентства, схожа с марсианским реголитом.
Из семян было выращено около четырех тысяч двухсот растений, и каждое семя, посаженное в смоделированную марсианскую почву, дало всходы. Кресс-салат, помидоры, рожь и морковь оказались в числе видов, лучше всего принявшихся в «марсианской» почве, которая, как и ожидалось, отлично удерживает воду. Ведутся и другие испытания, в том числе эксперименты канадских ученых на острове Девон и в теплицах Марсианского общества в штате Юта.
Независимо от того, насколько мы преуспеем
в выращивании пищи на Марсе, в первые дни она будет составлять лишь малую часть рациона. Большинство продуктов питания колонисты привезут с Земли. «Думаю, мы никогда не достигнем того, чтобы на Марсе выращивалось сто процентов необходимой пищи, — признает Вермюлен. — Честно говоря, будет хорошо, если нам удастся выращивать пять-десять процентов еды. Это отличное начало». Отчасти причина в том, что теплицы и агротехника — вещи очень громоздкие и требующие слишком много энергии. А когда речь идет о космических путешествиях и жизни на другой планете, масса и энергия решают все.
Проблема жилья и одежды
Точно так же, как растениям первое время после переселения потребуются защищенные помещения, людям для выживания в недружественной среде Марса нужно будет уладить два оставшихся вопроса: где жить и что надеть?
Металлические корабли и надувные здания — это лишь временное укрытие от суровых условий планеты. Нужно будет защищаться от двух видов излучения — солнечного ветра и космических лучей.
Солнечная радиация нам хорошо знакома: мы обгораем из-за
нее на пляже; но кроме того, даже сквозь атмосферу Земли до нас долетают от Солнца заряженные частицы — солнечный ветер. Космические лучи доходят
до нас из неведомых пока таинственных источников
за пределами нашей Солнечной системы. Это также поток заряженных частиц, но обладающих значительно большей энергией и оттого гораздо более опасных.
На Земле нас защищает плотная атмосфера, а наша кожа — не помеха для космических лучей: они легко проникают даже сквозь толстый слой металла и могут вызывать сбои в работе электроники. Космические лучи изливаются на нас постоянным потоком, и люди, живущие на большой высоте в Скалистых горах, или пилоты дальних трансокеанских рейсов довольно сильно подвержены их воздействию. Мы точно знаем, что чем больше это воздействие, тем выше вероятность смерти от рака, пусть и на небольшой процент. В долговременной перспективе почти любое облучение вредно для здоровья человека.
Одежда также должна сыграть определенную роль
в защите колонистов от радиации и холода.
Кроме того, существует специфическая для Марса проблема, которую можно решить только с помощью одежды: недостаток атмосферного давления. На Земле мы живем под толстым слоем атмосферы. Вытяните руку
и представьте, что на каждый квадратный дюйм вашей кожи сейчас давит воздушный столб, уходящий на много миль вверх. На уровне моря давление воздуха равно 14,7 фунта на квадратный дюйм. Наши тела адаптированы к постоянному давлению и противодействуют ему. На Марсе, где атмосферное давление составляет менее одной сотой от земного, человеку не протянуть долго без скафандра, который будет уравновешивать внутреннее давление тела. В отличие от воды, кислорода, пищи и даже жилья, единственным решением проблемы давления является постоянное ношение скафандра — если только мы не предпочтем жить в камере с искусственно поддерживаемым давлением.
Профессор астронавтики Массачусетского технологического института Дава Ньюман сейчас разрабатывает концепцию гибкого, легкого негерметизированного скафандра, предназначенного для передвижений по планете.
Профессор Ньюман утверждает, что «с точки зрения физиологии необходимо обеспечить телу всего лишь около трети атмосферного давления Земли», что составляет меньше пяти фунтов на квадратный дюйм. Ее скафандры больше похожи на повседневную одежду, чем на громоздкую защитную капсулу.
При изготовлении этой «второй кожи» — скафандра «Биосьют» — она использует полимеры и сплавы с эффектом запоминания формы, позволяющие создать защитный костюм, который будет более гибким и менее громоздким, чем современные скафандры, представляющие из себя просто капсулы с искусственно поддерживаемым внутри атмосферным давлением.
Все эти сложности можно свести к одному главному вопросу, который встанет перед человеком на Марсе: как же все-таки выжить в столь враждебной среде? Ответ заключается в стратегиях повышения температуры на планете, а это позволит увеличить плотность атмосферы. Коротко говоря, нам придется переделать всю планету, чтобы она стала более похожей на Землю. Этот процесс называется терраформированием, и для его завершения, вероятно, потребуются столетия.
Но это возможно, и мы это сделаем.
Крик в космосе: послушайте, как ваш голос будет звучать на Марсе
Новости
Perseverance на Марсе в представлении художника. Элементы изображения предоставлены НАСА.
- Фото
- Neko / Alamy
Инженеры из команды миссии Perseverance разработали специальную программу, чтобы узнать, какими будут привычные нам звуки (в том числе человеческие голоса) в атмосфере Марса. Инструмент создали на основе данных, которые собрал марсоход «Настойчивость», работающий на красной планете уже больше года.
Специалисты НАСА проанализировали данные ровера, учитывая температуру, плотность и химический состав атмосферы, чтобы научиться обрабатывать земные звуки «по-марсиански». Программа генерирует их так, будто расстояние между источником и слушателем — около 150 метров.
На сайте ведомства можно послушать «Марсианский плейлист» — настоящие звуки Красной планеты записаны микрофонами ровера.
Также ученые предложили всем желающим послушать, как звучал бы на Марсе их собственный голос.
Онлайн-инструмент позволяет сначала записать себя, а затем прослушать обработанную «марсианскую» версию. По словам авторов, на разных планетах наш голос все равно останется узнаваемым. Однако мы заметим тончайшие различия между звучанием на Земле и на Марсе: это будет «более тихая и приглушенная версия нас». А также, можно сказать, заторможенная.
Гораздо бо́льшие изменения произойдут не в человеческих голосах, а в более высоких звуках: свисте, звоне колокольчика, пении птиц. На соседней планете они будут почти не слышны.
Как объясняют ученые, мы слышим, благодаря вибрации наших барабанных перепонок от давления волн, исходящих от источника звука. Волны не могут распространяться в вакууме, им нужна среда (в большинстве случаев это воздух). Марсианская атмосфера отличается от земной температурой, плотностью и химическим составом.
При температуре поверхности в среднем -63 градуса Цельсия скорость звука на Марсе будет около 240 м/с (по сравнению с 340 м\с на Земле). Волне потребуется больше времени, чтобы добраться до слушателя. Из-за плотности, которая в 100 раз меньше, чем у земной атмосферы, уровень звука будет ниже. То есть на одинаковом расстоянии один и тот же звук на Земле будет громче, чем на Красной планете.
А состоящая на 96% из углекислого газа атмосфера Марса поглощала бы высокие звуки, поэтому мы слышали бы там в основном низкую тональность.
Все эти изменения можно было бы заметить только, окажись человек на Марсе без скафандра. В специальных костюмах люди, конечно, будут слышать привычные для себя звуки по радиосвязи.
Ева Белецкая
Теги
- космос
Сегодня читают
Выберите рисунок на кофе, а мы расскажем о скрытой черте вашей личности
Спорим, вы не сможете найти на картинке 5 морковок за 30 секунд?
Сложный тест на интуицию: только гений угадает, что изображено на 10 фото
Элементарно, Ватсон: отгадайте советское кино всего по одной цитате
Всего 5 вопросов теста покажут, насколько вы эрудированный человек
Сможем ли мы выжить на Марсе?
Если верить новостям, миссия человека на Марс больше не является научной фантастикой.
Но какие проблемы нам нужно будет преодолеть? И стоит ли нам даже пытаться?
Зонд «Горизонт» вот-вот приблизится к карликовой планете Плутон, совершив захватывающее девятилетнее путешествие протяженностью три миллиарда миль. Плутон находится так далеко, что находится в поясе Койпера, области Солнечной системы за пределами планет. Это повышает вероятность того, что космические путешествия однажды могут стать безграничными.
Пока что все взоры прикованы к Марсу, который находится всего в 180 днях пути и является возможной целью будущей человеческой колонии. И это не просто научная фантастика — космическая гонка уже началась.
Mars One
Поселение Mars One
Одним из примеров является голландская компания Mars One, которая планирует совершить полет в один конец с четырьмя астронавтами на Марс с приземлением в 2027 году. Дополнительные экипажи будут присоединяться к ним каждые два лет, чтобы образовать колонию. Скептики в основном отвергают Mars One как трюк, но более жизнеспособным предложением является Orion НАСА, первая миссия после Аполлона, предназначенная для доставки людей в глубокий космос.
Обратный полет на Марс запланирован на 2030-е годы.
Готовясь к этому, НАСА и Европейское космическое агентство (ЕКА) изучают Марс с помощью множества космических кораблей, пытаясь разгадать тайну того, как Марс потерял большую часть своей атмосферы. В 2021 году марсоход НАСА испытает экспериментальную метеостанцию на Марсе, а также устройство для преобразования углекислого газа в кислород.
Многое уже открыто. Две из самых захватывающих находок этого года касаются воды, одного из жизненно важных компонентов жизни, какой мы ее знаем. Используя мощные инфракрасные телескопы, ученые НАСА подтвердили, что когда-то на Марсе было больше воды, чем в Северном Ледовитом океане, и часть ее остается запертой в марсианских полярных шапках. Тем временем космический телескоп Хаббл обнаружил еще больше воды под поверхностью крупнейшего спутника Юпитера Ганимеда — еще одного будущего космического назначения.
Как мы попадем на Марс?
Мы отправили астронавтов дальше всего на Луну, примерно в 240 000 миль.
Это мелочь по сравнению с 35-миллионным путешествием на Марс. Чтобы добраться до красной планеты, потребуется серьезное оборудование. НАСА будет использовать свою новую тяжелую ракету Space Launch System (SLS) для запуска Orion — космического корабля нового поколения — в космос. SLS более мощная, чем любая предыдущая ракета, с тягой более 8,4 миллиона фунтов, что равно 135 Boeing 747. Компьютеры, на которых установлено программное обеспечение Orion, способны обрабатывать 480 миллионов инструкций в секунду.
Было предположение, что астронавты будут погружены в «гиперсон» (терапевтическую кому) во время путешествия на Марс и будут поддерживаться внутривенно для сохранения ресурсов. Хотя это любимый образ научно-фантастических фильмов, эксперты считают это маловероятным.
Как мы будем жить?
Жилые помещения Mars One
Для выживания на Марсе людям потребуется вода, пища и кислород. Извлечение воды, запертой во льду, будет иметь решающее значение, но с недавним открытием проточной воды на Марсе это может быть не так уж сложно.
НАСА разрабатывает экскаватор под названием RASSOR (Робот Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot), предназначенный для добычи воды, льда и топлива из планетарного грунта. Mars One также планирует отправить экстрактор воды для нагрева почвы до тех пор, пока вода не испарится. Затем вода конденсируется и накапливается, сухая почва удаляется, и процесс повторяется. Mars One утверждает, что ее астронавты будут получать 50 литров воды, пригодной для повторного использования, каждый день.
Еду нужно будет выращивать и собирать, но заниматься сельским хозяйством в космосе непросто. Вы не можете бросать урожай в землю и брызгать водой, потому что в условиях микрогравитации свободная почва и вода будут летать вокруг и «загрязнять интерьер космического корабля», — предупреждает доктор Анна-Лиза Пол, эксперт в области молекулярной и клеточной биологии в Университете США. Флорида.
«Растения можно выращивать в космосе, но все они требуют управления газами, водой и субстратом для выращивания», — говорит доктор Пол, изучающий использование арабидопсиса на Международной космической станции.
Этот урожай идеально подходит для Марса, он может расти на чашке Петри диаметром 10 см и тесно связан с овощами, такими как брокколи и редис. Он быстро созревает, и ученые уже знают его полный генетический код.
Потребуются специальные системы выращивания, такие как VEGGIE (проект системы производства овощей), камера размером с микроволновую печь, в которой растения получают углекислый газ и удобрения с контролируемым высвобождением, а вентиляторы перемешивают воздух (тяжелые газы опускаются, а легкие поднимаются вверх). на Земле, а в космосе так не бывает).
Еда также может быть «распечатана». НАСА сотрудничает с корпорацией Systems & Material Research Corporation (SMRC) над созданием 3D-принтера для придания формы белку, крахмалу и жиру, а также микроструйной печати ароматизаторов и питательных веществ. Дэвид Дж. Ирвин, директор SMRC, прогнозирует, что будет от 25 до 50 основных продуктов питания, включая хлеб и выпечку.
«Мы не пытаемся создать неземной дизайн, — говорит Ирвин.
«Форма продуктов будет практичной, чтобы гарантировать равномерное приготовление и эффективное время обработки. Таким образом, пицца будет выглядеть как пицца, а печенье — как печенье. Мы не планируем еду, отмеченную звездами Мишлен, — только здоровую и питательную пищу».
В то же время на Mars One предполагалось, что колонисты могут перерабатывать человеческие отходы, чтобы обеспечить питательными веществами свой урожай, а их диета может включать насекомых и водоросли.
Растения также могут использоваться для производства кислорода. Доктор Пол утверждает, что для этой задачи можно использовать банк фотосинтезирующих организмов (например, зеленых водорослей). НАСА также планирует
преобразовать углекислый газ, преобладающий в разреженном марсианском воздухе, в кислород с помощью MOXIE — машины, способной производить три четверти унции кислорода в час. В случае успеха за два года до высадки астронавтов на Марс будет запущено более крупное устройство, которое будет производить кислород для человеческого дыхания и ракетное топливо.
Физические и психологические воздействия
Космические путешествия сопровождаются предупреждением о вреде для здоровья. Используя Международную космическую станцию (МКС) в качестве испытательного стенда, ученый-элементщик профессор Питер Норск из программы НАСА по исследованию человека исследовал некоторые физические проблемы , с которыми столкнутся астронавты.
Наши тела работают в космосе по-разному — даже то, как течет наша кровь. На Земле гравитация тянет телесные жидкости вниз, но в космосе этого не происходит, поэтому сердцу приходится работать усерднее, чтобы выкачать больше крови, и больше жидкости скапливается в голове, оказывая дополнительное давление на глаза. Российские космонавты помещают свои тела в боксы низкого давления, чтобы кровь поступала в ноги, и носят браслеты на бедрах и плечах, чтобы кровь скапливалась в венах конечностей. НАСА в настоящее время проверяет эффективность этого.
Астронавты на МКС ежедневно по два часа занимаются аэробикой, упражнениями с отягощениями и упражнениями на беговой дорожке, чтобы предотвратить эффект невесомости, вызывающий быстрое истощение костей и мышц.
Профессор Норск говорит, что такие же контрмеры будут использоваться на Марсе, гравитация которого составляет примерно одну треть от земной. Использование бисфосфоната от остеопороза для предотвращения потери костной массы является еще одним вариантом, и искусственная гравитация тестируется с использованием центрифужного вращающегося устройства.
Диета также будет иметь важное значение, и ученые ищут продукты, которые защищают здоровье костей и богаты антиоксидантами для повышения иммунитета. Космос разрушает иммунную систему: образцы плазмы крови, взятые у космонавтов до и после полета, показывают, что некоторые клетки не могут активироваться, когда это необходимо, пробуждая латентные вирусы, такие как ветряная оспа, в то время как другие чрезмерно активны и вызывают симптомы аллергии.
Помимо физических проблем, изоляция, заточение и потеря конфиденциальности, связанные с длительным космическим путешествием, могут спровоцировать проблемы с психическим здоровьем, такие как депрессия.
В марте американский астронавт Скотт Келли и российский космонавт Михаил Корниенко отправятся в «Годовую миссию» на МКС, в ходе которой пройдет множество психологических тестов, чтобы проверить, как они справляются психически. НАСА также отслеживает виртуальную космическую станцию, используя гарнитуру виртуальной реальности для отправки успокаивающих звуков, запахов и изображений, а также предоставляет доступ к виртуальному терапевту и программе лечения депрессии, которую можно проводить самостоятельно.
Технические проблемы
Исследование данных «Ориона» после его успешного испытания
Технические испытания по достижению и обитанию на Марсе огромны, но, возможно, самая большая проблема — это угроза, исходящая от радиации. Астронавты, путешествующие за пределы низкой околоземной орбиты, находятся вне защитного экрана атмосферы и магнитного поля Земли, подвергаясь воздействию галактических космических лучей, которые повреждают ДНК и повышают риск развития рака.
НАСА запрещает своим астронавтам увеличивать вероятность смерти от рака более чем на три процента, но по крайней мере один эксперт подсчитал, что воздействие радиации на Марсе может сократить жизнь астронавта на 15–24 года.
НАСА признает, что «недостаточно знаний о воздействии радиации на здоровье, космической радиационной среде и эффективности мер противодействия», чтобы рекомендовать пределы облучения экипажа для длительных лунных и марсианских миссий.
План на данный момент состоит в том, чтобы защитить космические корабли и жилые помещения, чтобы защитить людей внутри. У Orion есть датчики радиации, и он будет использовать массу, уже находящуюся на борту, чтобы максимально увеличить количество материалов (включая оборудование, припасы, места для запуска и входа в атмосферу), которые можно разместить между экипажем и внешней средой.
Жилые помещения Mars One будут покрыты 16-футовым слоем земли, чтобы защитить жителей от космических лучей. Их ученые говорят, что это обеспечит такую же защиту, как и атмосфера Земли.
Этические вопросы
В июне прошлого года Комитет по пилотируемым космическим полетам Национального исследовательского совета под сопредседательством Джонатана Лунина, профессора планетологии Корнельского университета, заявил Конгрессу США, что люди должны продолжать исследование космоса, но финансирование потребуется в течение десятилетий, если мы хотим достичь Марса. Однако такая программа обойдется в сотни миллиардов долларов. Можно ли оправдать расходы?
«Ни одно единственное обоснование не оправдывает программу пилотируемых космических полетов, — говорит профессор Лунин. «Это совокупность. Полеты человека в космос обеспечивают широкий набор преимуществ, которые в совокупности делают убедительным аргументом в пользу такой программы».
Эксперты делят эти преимущества на практические и желаемые. Практические выгоды носят экономический, образовательный и политический характер. Космические путешествия стимулируют аэрокосмическую промышленность и привлекают людей к карьере в области науки и техники.
И хотя исследование космоса осуществляется совместно между странами (в отличие от космической гонки 20-го века, в которой доминировала холодная война и потребность в превосходстве в космических полетах), руководство финансовыми и техническими аспектами космической программы повышает авторитет страны в мире. сцена.
В то же время вдохновляющие мотивы описываются как «общая человеческая судьба и стремление к исследованиям». И, в конечном счете, посадка на Марс может быть скорее желанной, чем практичной. В то время как высадка человека может произойти через 35–50 лет, создание целой самодостаточной колонии может занять столетия».
«Вы не можете реально оценить ценность, — говорит Лунин. «Но люди движимы вдохновляющими мотивами. Если бы это было не так, все бы изучали бизнес, и у нас не было бы выпускников философов или гуманитарных наук, которые могли бы придать цвет и текстуру существованию».
Для получения дополнительных возможностей подпишитесь на журнал или загрузите цифровое приложение
Ужасающая реальность жизни на Марсе
Robert Rodriguez/CNET
Первые космические корабли, которые могли бы доставить людей на красную планету, сейчас разрабатываются, но нам нужно обсудить приспособления, когда мы будем там.
Эрик Мак
Эрик Мак Ответственный редактор
Соавтор Эрик Мак освещает космос, науку, изменение климата и все футуристическое. Его зашифрованная электронная почта для советов: [email protected].
Посмотреть полную биографию
6 минут чтения
Илон Маск надеется, что к середине века на Марсе будет мегаполис с населением в миллион человек, со всем, от заводов до пивоварен. Но прежде чем кто-то сможет выпить марсианский IPA, нам сначала придется разобраться с множеством способов, которыми красная планета может убить человека.
Если бы вас телепортировали на Марс с самым простым снаряжением для кемпинга, вы бы в конце концов умерли от радиационного отравления или рака. Но вы замерзнете задолго до этого, скорее всего, в первую же ночь, когда температура упадет до антарктического уровня.
До этого вы бы задохнулись, пытаясь вдохнуть атмосферу, состоящую в основном из углекислого газа. Но еще до этого , очень низкое атмосферное давление на Марсе заставило бы вашу кровь буквально закипеть, независимо от внешней температуры.
Короче говоря, для того, чтобы разбить лагерь, потребуется гораздо больше, чем установка палатки.
К счастью для честолюбивых марсиан, люди потратили много времени на размышления о том, как жить на относительно негостеприимной планете в миллионах миль от Земли. Идеи варьировались от больших городов-пузырей до подземных баз — одна из последних концепций НАСА даже включает в себя марсианские дома, сделанные из грибов.
Хотя Марс может быть предпочтительнее более близких вариантов, таких как Венера с ее кипящим теплом и токсичной атмосферой, или Луна с нулевой атмосферой и космическими станциями без гравитации, это все же проблематичная среда.
«Вы бы зашипели до смерти», — объясняет Паскаль Ли из Института SETI в видео ниже.
Полное видео — Астронавты на Луне и Марсе: Подготовка с доктором Паскалем Ли
Полная запись Астронавты на Луне и Марсе: Подготовка с доктором Паскалем Ли.
Прямая трансляция в Facebook — 21 ноября 2019 г.
Старший планетолог Института SETI д-р Паскаль Ли обсуждает
что, почему, как, когда и кто из нашего возвращения на Луну и
Будущие путешествия на Марс.Опубликовано Институтом SETI в пятницу, 22 ноября 2019 г.
На Земле мы никогда не беспокоимся о том, чтобы наесться газировки, благодаря нашей очень дружественной атмосфере и полезному магнитному полю. Но на Марсе нам нужно будет создать инфраструктуру для решения проблем, с которыми наша планета справляется автоматически.
И, конечно же, мы также должны разработать способы извлечения воды и кислорода, необходимых для выживания, из марсианского ландшафта, который спрятал их в карманах льда, почвы, камней и чрезвычайно разреженного воздуха.
Легко.
Тем не менее, Ли и другие, которые каталогизировали множество способов умереть на Марсе, не считают их непреодолимыми препятствиями. На самом деле, может быть одно готовое решение для жизни на Марсе, которое будет жизнеспособным с момента прибытия людей в первый раз.
Просто оставайся на корабле.
Жизнь на стоянке
На этом футуристическом рендере изображена коллекция космических кораблей, болтающихся на поверхности Марса. Илон Маск и Space предполагают, что астронавты сначала будут жить вне космических кораблей, а затем будут строить более постоянное человеческое поселение на Красной планете.
SpaceX
Первые люди, которые прибудут на космическом корабле SpaceX, вероятно, вначале будут жить и работать на приземлившемся космическом корабле.
«[Звездные корабли] очень ценны на поверхности Марса», — сказал Пол Вустер, главный инженер-разработчик компании Mars, в 2018 году на съезде Mars Society. «На самом деле у вас останется большинство кораблей, и вы будете использовать различные системы на них для поддержки деятельности там».
Жизнь на корабле после прибытия — не просто идея SpaceX.
Марсианское общество, основанное в 1998 году для пропаганды исследований и обеспечения человеческого присутствия на Марсе, имеет собственный план «Mars Direct». Он также предлагает отправиться на Марс в местах обитания или «жилищах», которые затем можно было бы использовать для создания базы на поверхности после прибытия землян.
Жилые дома могут быть соединены друг с другом почти так же, как модульные здания перевозятся на грузовиках по Земле и быстро соединяются на месте.
«У нас могут быть люди на Марсе к 2030 году и постоянная обитаемая база к 2040 году», — сказал мне Зубрин в 2018 году. пейзаж, чтобы построить более постоянную кроватку.
«Очень мало того, что относится к жизни на Марсе в первые годы, будет связано с готовым оборудованием и расходными материалами с Земли», — пишет Стивен Петранек в своей книге «Как мы будем жить на Марсе». «Почти каждый инструмент или устройство, используемые на Марсе, должны быть тщательно продуманы».
Строительство с нуля
В долгосрочной перспективе базовый модульный лагерь, подобный тому, с которым Мэтт Деймон боролся в «Марсианине» 2015 года, может не обеспечить достаточную защиту от радиации и других опасностей, особенно в случае мощного солнечного вспышка направлена прямо на Марс.
Радиационная защита не обязательно должна быть высокотехнологичной. Барьер, сделанный из воды или определенного пластика, может сработать, как и просто спуститься под землю.
Бывший врач НАСА Джим Логан оценивает, что наши хрупкие мясистые тела позади или ниже примерно 9футов (2,7 метра) марсианской почвы должно хватить. Зубрин также предложил использовать толстые кирпичи, сделанные из марсианского реголита, для строительства убежища, добавляя уникальную атмосферу средневекового замка к более традиционно гладкому и футуристическому видению марсианского аванпоста.
Старые лавовые трубы и подземные пещеры также являются идеальным местом для укрытия, как на ранней стадии, так и в случае чрезвычайных ситуаций, таких как сильные пыльные и солнечные бури, которые иногда могут распространиться по всей планете.
В отсутствие других вариантов технология 3D-печати предлагает еще одну альтернативу для создания нестандартных структур. В 2019 году НАСА провело испытание среды обитания, напечатанной на 3D-принтере., а нью-йоркская AI SpaceFactory (которая позиционирует себя как «многопланетное архитектурное и технологическое дизайнерское агентство») выиграла главный приз за систему, которая построила легкую, но прочную конструкцию с использованием автономных роботов, почти не требующих участия человека.
Уход под землю или за толстые стены не совсем подходит для сельского хозяйства, которое будет необходимо для поддержания любого присутствия на Марсе.
Инженер-механик Эндрю Гайслер предположил на съезде Марсианского общества в 2015 году, что ответом могут быть геодезические стеклянные купола. Mars поставляет все сырье, необходимое для создания стекла, пластика и металлов, которые затем можно превратить в дома-купола.
«В конечном счете нам придется использовать местные материалы. Это вполне осуществимо. Их можно взять.»
Структура стеклянного купола была популярна в видении марсианских поселений, восходящих к десятилетиям, в том числе в некоторых недавних визуализациях концептуального проекта HP Mars Home Planet, в котором дизайнерам предлагалось составить планы города на Марсе.
Это оставляет вопрос о том, где именно на Марсе лучше всего обосноваться. Ничто из вышеперечисленного невозможно без доступа к воде, которая необходима нам для создания кислорода, выращивания пищи и производства топлива и другого сырья. Так что поиск драгоценного h3O будет главным приоритетом наряду с укрытием от непогоды при выборе места.
Вода была обнаружена в марсианской почве, в следовых количествах в воздухе и в значительных количествах вблизи и под ледяными отложениями. Перемещение к краю марсианской ледяной шапки, вероятно, было бы слишком холодным и ветреным, но планета также предлагает интригующие кратеры и каньоны, которые обеспечивают определенное укрытие, строительные материалы и воду из отложений льда или, возможно, даже источники. Замечательная долина Маринерис, массивное ущелье в восемь раз длиннее и в четыре раза глубже Гранд-Каньона, — это место, которое часто называют драматическим вторым домом для выносливых людей.
Время терраформирования
Поддержание всех необходимых систем жизнеобеспечения на Марсе будет непростой задачей, поэтому Маск и другие имеют долгосрочное видение расширения обитаемого пузыря, который мы строим на Марсе, чтобы в конечном итоге охватить вся планета.
Эту концепцию часто называют терраформированием, и она предполагает изменение окружающей среды планеты, чтобы она стала более похожей на земную.