Содержание
Колонизация Марса: почему до сих пор ничего не вышло
Как человечество пыталось добраться до Марса, почему путешествие на эту планету может привести к болезни Паркинсона и чем оно особенно угрожает женщине
Фантасты и футурологи XX века в один голос твердили о необратимости колонизации Марса. Причем дату начала его освоения человеком называли примерно одну и ту же: первую четверть нашего столетия. Писатель Артур Кларк, например, полагал, что человек впервые ступит на Красную планету уже в 2021 году, а фантаст Айзек Азимов и вовсе предрекал, что к 2014 году между планетами установится чуть ли не регулярное сообщение беспилотных кораблей.
Но все эти пророчества не сбылись. Марс, за которым человечество столь пристально наблюдает уже более 300 лет, так и остался неприступен. Более того, по сравнению с тем, как развивалась космическая индустрия в прошлом веке, сегодня мы будто бы наблюдаем регресс. Это особенно заметно по сфере пилотируемой космонавтики.
Все основные миссии сконцентрированы на МКС, а также на запуске спутников, закладывающих, например, инфраструктурные основы для «интернета вещей» или милитаризации космоса.
Последний раз нога человека ступала на Луну в далеком 1972 году, в то время как американцы торжествуют по поводу недавней успешной стыковки с МКС космического корабля Crew Dragon.
Но такое торможение в развитии космонавтики в целом, и в реализации пилотируемого полета на Марс в частности, — скорее связано с более сложными проблемами институционального порядка, нежели с тем, что человек просто предпочел потребление покорению космоса — «пить пиво и смотреть сериалы», как посетовал однажды писатель Рэй Брэдбери.
Снимки марсианского ландшафта, сделанные марсоходом Curiosity
И дело даже не в финансировании (хотя любой проект, связанный с полетом на Марс, требует астрономических затрат) или отсутствии ярко выраженной идеологической составляющей, каковая была в эпоху холодной войны. За минувшие десятилетия наши знания о Марсе настолько расширились, что теперь на подобные миссии мы смотрим куда более реалистически, без того головокружительного воодушевления, с каким смотрели в будущее футурологи XX века.
В этом смысле сама история проекта полета на Марс крайне поучительна.
От Циолковского до очарованности космосом
В научном дискурсе проблема межпланетных полетов человека впервые была поднята в работах ученого Константина Циолковского, математика Якова Перельмана и инженера Владимира Рюмина в самом начале прошлого века. Первые же эксперименты в этой области принадлежат советскому изобретателю Фридриху Цандеру, который, основываясь на теоретических расчетах своих предшественников, подготовил первый проект полета человека на другую планету.
Для обслуживания космонавтов и кораблей ученый предлагал использовать околопланетные орбитальные станции. К слову, Цандер впервые сумел экспериментально проверить возможность использования оранжерей, которые планировал разместить на борту корабля для выращивания питания космонавтам.
Впоследствии на фундаменте этих исследований была организована «Группа изучения реактивного движения» (ГИРД), которая в 1933 году вошла в Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), главным инженером которого стал легендарный Сергей Королев.
Осенью того же года произошел первый запуск советской ракеты «ГИРД-Х», которая, взлетев вертикально на высоту около 80 метров, разбилась. До начала Второй мировой войны ее продолжали улучшать, обкатывая на наземных и летных испытаниях.
Вместе с тем, на Западе уже в 1952 году германо-американский конструктор Вернер фон Браун опубликовал свой проект пилотируемого полета на Марс. В книге Das Marsprojekt он предложил отправить на Красную планету десять межпланетных кораблей — семь с людьми (по десять человек на каждом) и три с грузом. Фон Браун спроектировал и посадочный модуль, напоминающий самолет. Предполагалось, что космонавты смогут приземлиться на поверхность Марса как на самолете, после чего демонтируют крылья так, чтобы модуль вновь принял облик ракеты.
Вернер фон Браун (слева) и Джон Ф. Кеннеди, 1963 год
(Фото: wikipedia.org)
Конечно, первые проекты пилотируемого полета человека на другую планету были не реализуемыми в принципе.
Например, сегодня мы знаем, что из-за низкой температуры (в среднем минус 62 градуса по Цельсию) и предельно разреженной атмосферы (примерно в 100 раз менее плотной, чем на Земле) совершить посадку на Марс, используя крылья самолета, невозможно.
Именно на пике этой всеобщей очарованности космосом, к концу 50-х — началу 60-х годов, в СССР и США сумели, наконец, сконструировать первые реальные аппараты, проложившие первые тропинки к Марсу.
14-секундное знакомство
Первые попытки посадить на планету автоматический аппарат осуществил Советский Союз в начале 1960-х годов. Правда, все они закончились провалом. «Марс 1960А» и «Марс 1960Б» не достигли планеты из-за аварий ракеты-носителя «Молния». Чуть более успешным оказался запуск станции «Марс-1», которая, несмотря на Карибский кризис, все же сумела взлететь с Байконура и подобраться к планете на расстояние в 200 тыс. км, после чего связь с аппаратом была утрачена.
Межпланетная станция «Марс-1», 1963 год
(Фото: Альберт Пушкарев / ТАСС)
В дальнейшем Советскому Союзу удалось лишь 14-секундное пребывание на Марсе: в 1971 году аппарат «Марс-3» сумел успешно приземлиться на планету, однако сильнейшая пылевая буря прервала связь с марсоходом.
Много большее удалось американцам.
В 1965 году аппарат «Mariner- 4» подлетел к планете на минимальное расстояние до ее центра — 13 200 км — и сумел сделать 21 изображение с разрешением порядка одного км. Затем уже в 1971 году был запущен первый искусственный спутник планеты «Mariner-9», который доставил на Землю тысячи новых и куда более детализированных снимков.
Например, оказалось, что Марс испещрен вулканическими и тектоническими геологическими формациями, что на нем есть высохшие русла водных потоков. С того момента начались масштабные исследования атмосферы и ионосферы планеты, а также ее окружающей среды.
Наконец, в 1975 году на планету успешно приземлились две автоматические станции «Viking 1» и «Viking 2». На Землю было отправлено более 50 тыс. снимков, которые позволили составить первый картографический набросок планеты. После этого успешных марсианских экспедиций не было более 20 лет. Только в 1996 году на орбиту вышел «Mars Global Surveyor», который сумел сделать уникальные по своей четкости изображения Марса.
Фотография возможного водостока в одном из кратеров Марса, сделанная во время миссии Mars Global Surveyor, 2005 год
(Фото: NASA)
Сегодня в сторону планеты движется новый исследовательский аппарат «Настойчивость» (Perseverance). В случае удачи, марсоход в 2029 году передаст орбитальному кораблю первые образцы марсианского грунта, которые будут доставлены на Землю.
В целом за 60 лет активных исследований Марса общее количество миссий на эту планету достигло 45. Из них только 19 были успешными. И это — миссии только для автоматических аппаратов. О пилотируемом полете человека мы пока не вели даже речи.
Без гравитации и связи, но с плесенью и радиацией
Дело в том, что за все время активного изучения Красной планеты человечество многое узнало не только о том, что из себя представляет сам Марс — например, какова средняя температура на поверхности планеты, какие на ней климат, гравитационное и магнитное поля, атмосфера, — но и то, с какими трудностями сопряжены путешествие и посадка на Марс.
В итоге за счет собранной информации удалось определить основные проблемы пилотируемого проекта, без решения которых освоение человеком планеты невозможно или будет сопряжено с огромными рисками. Все они так или иначе входят в одну глобальную проблему — расстояние между Землей и Марсом, которое составляет более 55 млн км. Для сравнения — между Землей и Луной пролегает чуть больше 384 тыс. км.
Трейлер кинофильма «Марсианин», 2015 год
Такая дистанция требует совершенно особых решений для успешного полета — начиная с устройства ракеты, заканчивая предварительной медико-психологической подготовкой космонавтов и координацией всей миссии.
По словам астронома, одно из возможных решений этой проблемы — быстрый перелет: когда на ракету будет установлен не химический реактивный двигатель, а ядерный. Но пока сама возможность использования такого двигателя активно исследуется: он очень грязный и опасный, и в случае, если с ракетой произойдет авария на старте, что бывает в 2-3% запусков, катастрофа будет куда страшнее, чем в Чернобыле.
Но даже если и удастся сконструировать достаточно мощный двигатель, начнутся препятствия совершенно другого порядка. Примерное время пути до Марса составит около 9 месяцев. Суммарная же длительность путешествия туда и обратно будет примерно 500 дней. То есть почти полтора года космонавтам придется провести в закрытом помещении в условиях почти полного отсутствия гравитации, с крайне примитивной и прерывающейся связью с Землей, а затем еще и в ужасающих марсианских условиях — при очень низких температурах и давлении.
Особенно много проблем — в отсутствии гравитации. «В невесомости происходит перемещение крови из вен нижних конечностей в верхнюю часть тела, которое приводит к переполнению кровью головы, отеку тканей в области шеи и головы и другим реакциям», — пишут, например, авторы книги «Пилотируемая экспедиция на Марс».
Иными словами, если в условиях Земли организм стремится доставить кровь и другие жидкости, преодолевая обычную гравитацию, то в космосе эти процессы продолжаются, несмотря на изменившиеся условия, что спровоцирует физиологические проблемы.
Кроме того, ввиду отсутствия привычной нагрузки, человек будет терять мышечную массу и толщину костных тканей.
Помимо воздействия невесомости во время путешествия на Марс космонавт может получить чрезмерную дозу радиации, крайне опасную для работы организма.
То есть, оказавшись в открытом космосе, астронавты на протяжении всего пути будут находиться под постоянным ионизирующим излучением, которое суммарно будет равняться разрешенной дозе на всю карьеру — 1 тыс. миллизиверт. Не говоря уже о том, что во время полета может произойти так называемое солнечное протонное событие — опасное проявление солнечной активности, которое может выбросить в сотни раз больше радиации, чем в невозмущенных условиях.
Полученная за полет доза радиации может привести к значительному сокращению продолжительности человеческой жизни, увеличению риска развития болезни Паркинсона и онкологических заболеваний, нарушению кратковременной памяти. К слову, поэтому считается, что женщине пока не стоит участвовать в миссии вовсе, ведь статистически продолжительность жизни женщины больше, чем у мужчины, а значит — больше рисков столкнуться с отсроченными болезнями к старости.
По словам Вячеслава Шуршакова, на сегодняшний день обсуждаются сразу несколько способов минимизации вреда ионизирующего излучения на космонавтов, например, есть идея создать вокруг космического корабля нечто подобное тому магнитному полю, которое окружает Землю и защищает человека на МКС. Также можно ввести космонавтов в летаргический сон, произвести изменения на генном уровне, сделав организм более устойчивым к радиации. Есть варианты нейрохирургического вмешательства, заранее купирующего возможные проявления болезни Паркинсона. Такие операции сегодня уже проводятся в Японии.
Но и это еще не все. Помимо психологических проблем есть сложности и с гигиеной: неясно как стирать одежду и мыться. Отсутствие же солнечного света и замкнутая влажная атмосфера — идеальная среда для образования грибков и плесени, которые опасны тем, что могут «съесть» пластиковые изоляции на борту корабля и спровоцировать аварии.
К этому добавляются еще и типичные для любых космических полетов заболевания.
Авторы книги «Пилотируемая экспедиция на Марс» дают такой внушительный список: «Космическая болезнь движения, заложенность носовых пазух, запоры, головная боль, раздражение кожи и ее сухость, абсцессы, небольшие ссадины и ушибы, воспаление роговицы или ее ссадины, инфекция верхних дыхательных путей, бессонница, отит». Поэтому на борту корабля потребуется создать автономный медицинский центр. Значимыми здесь могут оказаться и технологии телемедицины.
«Селфи» марсохода Curiosity, октябрь 2019 года
(Фото: NASA)
Конечно, все эти проблемы в перспективе могут быть решены. Многое уже прорабатывается сегодня. Например, инженеры продумывают более совершенные скафандры, которые помогут человеку выжить в условиях марсианского климата, совершенствуют систему связи, чтобы улучшить координацию всего проекта, конструируют аппарат для безопасной посадки на планету. Продумывается и возможность выращивания овощей на планете, чтобы обеспечить всю команду едой.
Изучаются возможные психологические проблемы долгого полета.
Но хотя человечество за минувшие годы сделало очень многое для приближения колонизации Марса, пока даже в среднесрочной перспективе не стоит рассчитывать на то, что человек ступит на эту планету.
Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
академик – о новых космических программах
Источник: sputnik.by
В России уже полным ходом идет работа по изучению других планет. В ближайшее время к ней хотят подключиться белорусские специалисты и решить задачку со звездочкой: реально ли сегодня заселить Марс, Луну и другие спутники и планеты.
Недавно шесть белорусов и шесть россиян получили первые премии Союзного государства за совместные работы в области космоса. Одной из таких стала разработка сканера для космического корабля «БепиКоломбо», который летит на Меркурий.
Заведующий отделом физики планет Института космических исследований РАН Олег Кораблев рассказал о премиальном проекте, приоткрыл подробности лунной и венерианской программ, а также попробовал спрогнозировать, когда человечество ждет колонизация Марса.
Экспедиция на Меркурий
Отправка космического корабля на Меркурий готовилась 20 лет и произошла в 2018 году. Выйти на орбиту ближайшей к Солнцу планеты полетный модуль с двумя спутниками должен в декабре 2025-го. По планам один из аппаратов будет исследовать поверхность и экзосферу Меркурия, второй займется изучением плазменного окружения.
«Наш отдел работал над созданием блока оптико-механической развертки для получения изображения – сканера. Это позволит исследовать неплотную, очень разреженную атмосферу Меркурия, используя свечение натрия в экзосфере», – отмечает российский академик.
При этом сканер излучает электрические поля, а вокруг него на спутнике приборы измеряют гораздо более слабые электрические и магнитные поля.
С самого начала ученым была поставлена задача обезопасить спутник, чтобы все соседние приборы могли работать без помех, который создает сканер.
«Благодаря нашему сотрудничеству с Белорусской академией наук нам это удалось. Корпус этого механического устройства алюминиевый – как он весил десятки грамм, так и весит. Но на его поверхность были нанесены электрические слои металла – магнитные, немагнитные. Эта комбинация в виде сэндвича многократно усиливает магнитное экранирование, блокируя помехи окружающим приборам», – рассказывает Олег Кораблев.
Чем Меркурий так интересен?
Подготовка к полету на Меркурий шла долгие годы. Это совместная миссия Европейского космического агентства и Японского агентства аэрокосмических исследований, участие в которой принимают российские и белорусские ученые.
«Фактически это будет только третье посещение планеты. Это очень сложный проект, вряд ли кто-то еще вернется к Меркурию в ближайшее время. Это не то что точка – точки тут никто не ставит.
Но это очень значимая веха в исследовании Меркурия. Мы надеемся на успех», — подчеркивает собеседник.
По его словам, исследование таких планет, как Меркурий, очень важны для будущего Земли – они помогают лучше понять процессы формирования планет.
«Мы мало что знаем о ранней истории Земли. У нас такая активная, живая планета, что все следы ранних ее периодов стерлись. На Марсе сохранилась очень древняя кора, Венера преподносит нам отрицательный урок – ее климат эволюционировал в крайне неблагоприятную сторону, мягко выражаясь. У Меркурия очень интересное внутреннее строение, большое ядро», – поясняет ученый.
Колонизация Марса
Порой ученые задумываются о планах по переселению человечества на другую планету Солнечной системы. По словам Олега Кораблева, пока единственный объект для посещения среди планет-соседей – это Марс. На этой планете вполне возможно создать форпост или станцию наподобие зимовки в Антарктиде.
«Что касается переселения – преобразование климата или терраформирование Марса не представляется возможным в пределах сотен тысяч лет.
Непонятно, что будет с человечеством через тысячу лет, а что будет через 100 тысяч, тем более неясно», – констатирует он.
Лунная программа
По словам академика, есть другие интересные проекты, где у человечества и, в частности, у России неплохие перспективы. Это лунная и венерианская программы.
«Подготовка лунной программы идет давно. У нас в институте три проекта по исследованию Луны на стадии опытно-конструкторских работ. Это не план, а уже самая что ни на есть реализация. Осталось завершить какие-то работы по проекту «Луна-25″. Мы очень надеемся, что в этом году все это успешно стартует. Главное, впервые успешно сядет посадочный аппарат в полярный район Луны», – отмечает ученый.
Проект «Луна-25» позиционируется как технологический первый запуск. Следующий проект – «Луна-26» – это спутник с приборами дистанционного наблюдения. «Луна-27» будет оснащена серьезным комплексом приборов для анализа поверхности, механизмом для забора проб, приборами для наблюдения вокруг места посадки и так далее.
«Проект на промежуточной стадии разработки, но думаю, что в сотрудничестве с белорусскими коллегами дело пойдет быстрее», – предполагает Кораблев.
Что касается Венеры, опытно-конструкторские работы по изучению ближайшей к Земле планеты начались только в 2021 году.
«Тут многое еще предстоит сделать, определить облик, программу научных исследований. Мы здесь с самого начала открыты для сотрудничества», — резюмирует он.
P.S. Редакция Sputnik Беларусь благодарит Минобрнауки России за помощь в подготовке материала.
Колонизация Марса может ускорить эволюцию человечества
Как оказалось, колонизация людьми суровой и экзотической атмосферы Марса (если мы сможем этого добиться) может ускорить эволюцию нашего вида. «Учитывая, насколько разнообразна марсианская среда, можно ожидать сильного естественного отбора», — говорит Скотт Соломон, биолог-эволюционист из Университета Райса в Хьюстоне, штат Техас.
Марс находится примерно в 34 миллионах миль (55 миллионов километров) от Земли, в зависимости от орбитального положения обеих планет, и мы, земляне, все еще сталкиваемся с рядом препятствий, прежде чем сможем добраться до него.
Но если мы доберемся до Марса и создадим колонию постоянных жителей, такие факторы, как сравнительно более высокая радиация, более низкая гравитация и радикальное изменение образа жизни, могут вызвать значительные эволюционные изменения в человеческих телах — гораздо быстрее, чем те, которые произошли на нашей родной планете.
Затерянный в космосе
Соломон впервые начал размышлять о том, как люди могут дальше развиваться, когда преподавал вводную биологию. Он попросил студентов представить, как люди могут продолжать развиваться — этот вопрос привел его в кроличью нору, которая вдохновила его на книгу 2016 года « Будущие люди ».
Исследование Соломона касается гипотетических эволюционных результатов колонизации Марса человечеством. Определяющий фактор в этом начинании: точный уровень изоляции, который сильно повлияет на то, как быстро люди адаптируются к новым условиям. Если бы люди перемещались туда и обратно с Земли и Марса так же быстро, как каждое поколение или два, новые притоки рожденных на Земле человеческих генов, перемещающихся в марсианскую колонию, могли бы замедлить эффекты определенных генетических мутаций.
Между тем, пребывание на Марсе в совершенно иных условиях может ускорить темпы человеческой эволюции. «При правильных обстоятельствах это может занять сотни лет», — говорит Соломон.
Здесь, на Земле, эволюция часто требует от вида полной изоляции в течение тысяч лет от других популяций того же вида. Когда современные люди и наши эволюционные предки начали расселяться по Земле десятки тысяч лет назад, популяции были изолированы в разных местах на протяжении поколений, а иногда и тысяч лет.
Тем временем некоторые популяции развили характеристики, помогающие им справляться с местными условиями. Например, высотные группы людей могли иметь адаптированные черты, которые помогли им жить в таких экстремальных условиях. Тем не менее, многое из этого является просто пластичностью или способностью вида приспосабливаться к конкретной среде, принимая различные размеры, поведение и форму, а не истинной эволюцией. «Мы можем в значительной степени приспособить нашу физиологию к различным обстоятельствам», — сказал Соломон, о чем свидетельствует тот факт, что современные люди никогда не эволюционировали в новые виды, несмотря на огромные различия в окружающей среде.
Но вполне возможно, что марсиане могут жить полностью изолированно от Земли из-за ряда условий, будь то экономических, политических или иных. Во-первых, болезни, уникальные для Земли или Марса, могут появиться и вызвать эмбарго на поездки.
Марсиане-мутанты
Более интенсивное излучение на Марсе также может спровоцировать повышенный уровень генетических мутаций у родившихся там людей. И любые благоприятные мутации, которые помогают людям лучше справляться с условиями на Марсе, могут быть унаследованы будущими поколениями. «Увеличение частоты мутаций дает естественному отбору больше материала для работы», — говорит Соломон.
Но эти мутации могут быть и случайными. Если у нескольких людей разовьются одинаковые случайные мутации, будь то среди тех, кто живет на Марсе, или среди их предков на Земле, это может вызвать что-то вроде эффекта основания. Вначале марсианское поселение, скорее всего, будет состоять из относительно небольшого сообщества, и любые черты, которые могут быть общими для этих основателей, могут оказать непропорциональное влияние на будущее человеческое развитие там: это может быть так же просто, как относительно большое количество рыжеволосых.
Соломон предупреждает, что цвет волос (или даже кожи) технически не может квалифицировать марсиан как новый вид. Тем не менее, возможно, что даже у первого поколения марсиан могут появиться заметные физические отличия от землян из-за изменений гравитации в чужой атмосфере, помимо других приспособлений. «Они могут выглядеть по-разному, они могут вести себя по-другому», — говорит он. «У них могут быть физические изменения, которые могут быть очевидны для людей, которые их сравнивают».
Естественный отбор
Выживание наиболее приспособленных является ключевой концепцией эволюции. Но это не означает, что окружающая среда будет в первую очередь диктовать тип черт, которые делают людей хорошо подходящими для марсианской жизни. Высота кажется очевидным фактором в этих различиях, поскольку на Марсе гравитация составляет три восьмых от земной.
«В научной фантастике марсиане или инопланетяне, прилетевшие с Марса, часто изображаются высокими, долговязыми и худыми, — говорит Соломон.
Но на самом деле эффект может быть обратным. Проблема в том, что эти типы телосложения могут представлять определенную опасность во время родов — ослабленные скелеты могут сломать таз во время родов. Таким образом, естественный отбор может на самом деле благоприятствовать более низким людям с более плотными костями.
Кроме того, высокие уровни радиации на Марсе могут напрямую влиять на такие характеристики, как цвет кожи или зрение, на протяжении поколений эволюции. Это уже произошло на Земле — например, меланин более устойчив к ультрафиолетовым лучам.
«Возможно, перед лицом этого высокого уровня радиации мы могли бы разработать какой-то новый тип кожного пигмента, который поможет нам справиться с этим излучением», — говорит Соломон, добавляя, что мы потенциально можем развить гены, устойчивые к раку. «Может быть, у нас появятся собственные зеленые человечки».
Он также предупреждает, что эти конкретные идеи о том, как мы можем измениться, являются просто предположениями.
Нам все еще нужно многому научиться, например, как жизнь в космосе может повлиять на роды или выживание и развитие младенца.
Написание собственной эволюционной судьбы
Уникальные культурные традиции, которые развиваются на Марсе, также могут оказывать долгосрочное влияние на эволюцию. Например, особая практика питания, если она сохраняется из поколения в поколение, может повлиять на эволюцию нашей пищеварительной системы.
Эпигенетика, или влияние поведения и окружающей среды на экспрессию генов, также может играть роль в эволюции человека на Красной планете. Но эта наука еще не очень хорошо изучена, отмечает Соломон. Он указывает на исследование близнецов-астронавтов Скотта и Марка Келли, проведенное НАСА. Первый провел год в космосе, а второй остался на Земле. Анализ выявил изменения в генах Скотта, хотя до сих пор неясно, как эти сдвиги могут повлиять на него в долгосрочной перспективе.
Но, основываясь на значительном прогрессе в инструментах редактирования генов, таких как CRISPR, вполне возможно, что людям на Марсе не нужно оставлять эволюцию до естественного отбора.
Соломон говорит, что в настоящее время у нас есть инструменты для работы с потенциальными жителями Марса — просто мы не обязательно знаем, что конкретно нужно настроить (или как это сделать). Тем не менее ученые могли модифицировать гены людей до или после полета на Марс. «Потенциально это может стать мощным инструментом для продвижения вперед и внесения этих изменений, чтобы люди могли выжить и адаптироваться к марсианской среде», — говорит Соломон.
Дело о колонизации Марса, Роберт Зубрин
Из Ad Astra Июль/август 1996
Марс — это Новый Свет сырье, необходимое для поддержания не только жизни, но и новой ветви человеческой цивилизации. Эта уникальность наиболее ярко проиллюстрируется, если мы сравним Марс с земной Луной, наиболее часто упоминаемым альтернативным местом для внеземной колонизации человека.
В отличие от Луны, Марс богат углеродом, азотом, водородом и кислородом в биологически легко доступных формах, таких как углекислый газ, азот, водяной лед и вечная мерзлота.
Углерод, азот и водород присутствуют на Луне только в количестве частей на миллион, подобно золоту в морской воде. На Луне кислорода много, но только в виде прочно связанных оксидов, таких как диоксид кремния (SiO 2 ), оксид железа (Fe 2 O 3 ), оксид магния (MgO) и оксид алюминия (Al 2 O 3 ), для восстановления которых требуются процессы с очень высокой энергией. Современные знания показывают, что если бы Марс был гладким, а весь его лед и вечная мерзлота растаяли в жидкую воду, вся планета была бы покрыта океаном глубиной более 100 метров. Это сильно контрастирует с Луной, которая настолько сухая, что, если бы там был найден бетон, лунные колонисты стали бы добывать его, чтобы удалить воду. Таким образом, если бы растения можно было выращивать в теплицах на Луне (что маловероятно, как мы видели), большую часть биомассы пришлось бы импортировать.
На Луне также не хватает примерно половины металлов, представляющих интерес для индустриального общества (например, меди), а также многих других важных элементов, таких как сера и фосфор.
На Марсе в изобилии есть все необходимые элементы. Более того, на Марсе, как и на Земле, происходили гидрологические и вулканические процессы, которые, вероятно, консолидировали различные элементы в локальные скопления богатых минеральных руд. Действительно, геологическую историю Марса сравнивают с историей Африки, из чего делаются очень оптимистичные выводы относительно его минеральных богатств. Напротив, на Луне практически не было воды или вулканической активности, в результате чего она в основном состоит из мусорных пород с очень небольшой дифференциацией на руды, которые представляют собой полезные концентрации чего-либо интересного.
Вы можете генерировать энергию на Луне или Марсе с помощью солнечных батарей, и здесь преимущества более ясного неба Луны и более близкого расположения к Солнцу, чем у Марса, примерно уравновешивают недостаток больших требований к хранению энергии, создаваемых 28-дневным светом Луны. — темный цикл. Но если вы хотите производить солнечные панели, чтобы создать саморасширяющуюся энергетическую базу, Марс имеет огромное преимущество, поскольку только Марс обладает большими запасами углерода и водорода, необходимыми для производства чистого кремния, необходимого для производства фотоэлектрических панелей и других устройств.
электроника. Кроме того, у Марса есть потенциал для производства энергии ветра, а у Луны явно нет. Но как солнечная, так и ветровая энергия имеют относительно скромный энергетический потенциал — десятки, а то и сотни киловатт здесь или там. Чтобы создать динамичную цивилизацию, вам нужна более богатая энергетическая база, и Марс имеет ее как в краткосрочной, так и в среднесрочной перспективе в виде своих геотермальных энергетических ресурсов, которые предлагают потенциал для большого количества местных электростанций мощностью 10 МВт (10 000 киловатт) класса. В долгосрочной перспективе Марс будет иметь богатую энергией экономику, основанную на эксплуатации его больших внутренних ресурсов дейтериевого топлива для термоядерных реакторов. Дейтерий встречается на Марсе в пять раз чаще, чем на Земле, и в десятки тысяч раз чаще встречается на Марсе, чем на Луне.
Но самая большая проблема с Луной, как и со всеми другими безвоздушными планетарными телами и предполагаемыми искусственными колониями в свободном космосе, заключается в том, что солнечный свет недоступен в форме, пригодной для выращивания сельскохозяйственных культур.
На один акр растений на Земле требуется четыре мегаватта солнечной энергии, на квадратный километр — 1000 МВт. Весь мир вместе взятый не производит достаточно электроэнергии, чтобы осветить фермы штата Род-Айленд, этого сельскохозяйственного гиганта. Выращивание сельскохозяйственных культур с помощью света, генерируемого электричеством, просто экономически безнадежно. Но вы не можете использовать естественный солнечный свет на Луне или любом другом безвоздушном теле в космосе, если вы не сделаете стены теплицы достаточно толстыми, чтобы защитить от солнечных вспышек, требование, которое чрезвычайно увеличивает затраты на создание пахотных земель. Даже если вы это сделаете, это не принесет вам никакой пользы на Луне, потому что растения не будут расти при цикле свет/темнота продолжительностью 28 дней.
Но на Марсе есть атмосфера, достаточно толстая, чтобы защитить урожай, выращенный на поверхности, от солнечных вспышек. Таким образом, тонкостенные надувные пластиковые теплицы, защищенные негерметичными куполами из твердого пластика, устойчивого к ультрафиолетовому излучению, можно использовать для быстрого создания пахотных земель на поверхности.
Даже без проблем с солнечными вспышками и месячным суточным циклом такие простые теплицы были бы непрактичны на Луне, поскольку создавали бы невыносимо высокие температуры. На Марсе, напротив, сильный парниковый эффект, создаваемый такими куполами, был бы именно тем, что необходимо для создания внутри умеренного климата. Такие купола диаметром до 50 метров достаточно легки, чтобы их можно было сначала транспортировать с Земли, а в дальнейшем их можно изготовить на Марсе из местных материалов. Поскольку все ресурсы для производства пластика имеются на Марсе, сети таких куполов высотой от 50 до 100 метров можно было бы быстро изготовить и развернуть, открыв большие площади поверхности как для человеческого жилья, так и для сельского хозяйства. Это только начало, потому что в конечном итоге люди смогут существенно сгущать атмосферу Марса, заставляя реголит испарять свое содержимое с помощью преднамеренной программы искусственно вызванного глобального потепления. Как только это будет сделано, жилые купола могут быть практически любого размера, поскольку им не нужно будет выдерживать перепад давления между их внутренним и внешним пространством.
На самом деле, как только это будет сделано, можно будет выращивать специально выведенные культуры за пределами куполов.
Следует отметить, что в отличие от колонистов на любом известном внеземном теле, марсианские колонисты смогут жить на поверхности, а не в туннелях, свободно передвигаться и выращивать урожай при свете дня. Марс — это место, где люди могут жить и размножаться в больших количествах, поддерживая себя продуктами всех видов, сделанными из местных материалов. Таким образом, Марс — это место, где может развиваться настоящая цивилизация, а не просто шахтерский или научный аванпост. Что немаловажно для межпланетной торговли, Марс и Земля — единственные два места в Солнечной системе, где люди смогут выращивать урожай на экспорт.
Межпланетная торговля
Марс — лучшая цель для колонизации в Солнечной системе, потому что он обладает самым большим потенциалом самодостаточности. Тем не менее, даже при оптимистичной экстраполяции технологий роботизированного производства, на Марсе не будет разделения труда, необходимого для того, чтобы сделать его полностью самодостаточным, пока его население не будет исчисляться миллионами.
Таким образом, в течение десятилетий, а может быть, и дольше Марсу будет необходимо и всегда желательно иметь возможность импортировать специализированные промышленные товары с Земли. Эти товары могут быть довольно ограничены по массе, поскольку только небольшие части (по весу) даже очень высокотехнологичных товаров на самом деле сложны. Тем не менее, за эти более мелкие сложные предметы придется платить, а высокая стоимость запуска с Земли и межпланетного транспорта значительно увеличит их цену. Что Марс может экспортировать обратно на Землю взамен?
Именно из-за этого вопроса многие ошибочно считают колонизацию Марса трудноразрешимой или, по крайней мере, менее перспективной, чем Луну. Например, много внимания уделялось тому факту, что на Луне имеются местные запасы гелия-3, изотопа, которого нет на Земле и который может иметь значительную ценность в качестве топлива для термоядерных термоядерных реакторов второго поколения. На Марсе нет известных ресурсов гелия-3. С другой стороны, из-за своей сложной геологической истории Марс мог иметь концентрированные минеральные руды с гораздо более высокими концентрациями легкодоступных руд драгоценных металлов, чем в настоящее время на Земле, потому что земные руды в прошлом сильно добывались людьми.
5000 лет. Если сконцентрированы поставки металлов равной или большей стоимости, чем серебро (таких как германий, гафний, лантан, церий, рений, самарий, галлий, гадолиний, золото, палладий, иридий, рубидий, платина, родий, европий и множество других ) были доступны на Марсе, их потенциально можно было доставить обратно на Землю с существенной прибылью. Многоразовые одноступенчатые транспортные средства на поверхности Марса будут доставлять грузы на орбиту Марса для транспортировки на Землю либо с помощью дешевых одноразовых химических ступеней, произведенных на Марсе, либо многоразовых циклических межпланетных космических кораблей с солнечными или магнитными парусами. Однако существование таких марсианских руд драгоценных металлов все еще остается гипотетическим.
Но есть один коммерческий ресурс, который, как известно, повсеместно присутствует на Марсе в больших количествах — дейтерий. Дейтерий, тяжелый изотоп водорода, встречается в виде 166 из каждого миллиона атомов водорода на Земле, но составляет 833 из каждого миллиона атомов водорода на Марсе.
Дейтерий является ключевым топливом не только для термоядерных реакторов первого и второго поколения, но также является важным материалом, в котором сегодня нуждается атомная энергетика. Даже при дешевой энергии дейтерий очень дорог; его текущая рыночная стоимость на Земле составляет около 10 000 долларов за килограмм, что примерно в пятьдесят раз дороже серебра или на 70% дороже золота. Это в сегодняшней экономике до термоядерного синтеза. Как только термоядерные реакторы получат широкое распространение, цены на дейтерий вырастут. Все химические процессы на месте, необходимые для производства топлива, кислорода и пластмасс, необходимых для работы марсианского поселения, требуют электролиза воды в качестве промежуточного этапа. В качестве побочного продукта этих операций будут произведены миллионы, а может быть, и миллиарды долларов дейтерия.
Еще одним возможным экспортным товаром для марсианских колонистов могут стать идеи. Точно так же, как нехватка рабочей силы, преобладавшая в колониальной Америке и Америке девятнадцатого века, привела к созданию потока изобретений «изобретательности янки», так и условия крайней нехватки рабочей силы в сочетании с технологической культурой, которая избегает непрактичных законодательных ограничений на инновации, будут иметь тенденцию подталкивать марсианскую изобретательность к краху.
производят волну за волной изобретений в области энергетики, автоматизации и робототехники, биотехнологии и других областях. Эти изобретения, лицензированные на Земле, могли бы финансировать Марс, даже если они произвели революцию и повысили уровень жизни на Земле так же сильно, как американское изобретение девятнадцатого века изменило Европу и, в конечном счете, весь остальной мир.
Изобретения, произведенные по необходимости практической интеллектуальной культурой, стесненной пограничными условиями, могут сделать Марс богатым, но изобретения и прямой экспорт на Землю — не единственные способы, которыми марсиане смогут разбогатеть. Другой путь лежит через торговлю с поясом астероидов, полосой небольших богатых минералами тел, лежащих между орбитами Марса и Юпитера. На сегодняшний день известно около 5000 астероидов, из которых около 98% находятся в «Главном поясе», лежащем между Марсом и Юпитером, со средним расстоянием от Солнца около 2,7 астрономических единиц, или а.е. (Земля находится на расстоянии 1,0 а.
е. от Солнца.) Из оставшихся двух процентов, известных как околоземные астероиды, около 90% вращается ближе к Марсу, чем к Земле. В совокупности эти астероиды представляют собой огромный запас полезных ископаемых в виде платиновой группы и других ценных металлов.
Горняки, работающие среди астероидов, не смогут производить необходимые материалы на месте. Таким образом, возникнет необходимость экспортировать продукты питания и другие необходимые товары с Земли или Марса в Главный пояс. Марс имеет подавляющее позиционное преимущество как место для ведения такой торговли.
Исторические аналогии
Основная аналогия, которую я хотел бы провести, состоит в том, что Марс для новой эпохи исследований такой же, как Северная Америка до последней. Земная Луна, близкая к планете-метрополии, но бедная ресурсами, сравнима с Гренландией. Другие направления, такие как астероиды Главного пояса, могут быть богаты потенциальным будущим экспортом на Землю, но не имеют предварительных условий для создания полностью развитого местного общества; их можно сравнить с Вест-Индией.
Только Марс обладает полным набором ресурсов, необходимых для развития местной цивилизации, и только Марс является жизнеспособной целью для настоящей колонизации. Подобно Америке в ее отношениях с Великобританией и Вест-Индией, у Марса есть позиционное преимущество, которое позволит ему полезным образом участвовать в поддержке добычи полезных ископаемых от имени Земли в поясе астероидов и в других местах.
Но, несмотря на недальновидные расчеты европейских государственных деятелей и финансистов восемнадцатого века, истинная ценность Америки никогда не заключалась в том, чтобы стать материально-технической базой для торговли сахаром и специями в Вест-Индии, внутренней торговлей мехом или потенциальным рынком для промышленных товаров. Истинная ценность Америки заключалась в том, что она стала будущим домом для новой ветви человеческой цивилизации, которая в результате сочетания своих гуманистических предшественниц и пограничных условий смогла превратиться в самый мощный двигатель человеческого прогресса и экономического роста в мире.