Колонизация Марса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Этапы терраформирования Марса
Предполагаемый вид Марса после терраформирования

Колонизация Марса — создание поселений людей на планете Марс.

В силу относительно небольшого расстояния к нашей планете и природных характеристик, Марс, наряду с Луной является самым вероятным кандидатом на основание колонии людей в обозримом будущем.

Марспланета, путешествие к которой с Земли требует наименьших энергетических затрат, если не считать Венеры. Путешествие по самой экономичной полуэллиптической орбите требует около 9 месяцев полёта; с повышением начальной скорости время полёта быстро сокращается, поскольку уменьшается и длина траектории.

В настоящее время стартовал частный проект именуемый Mars One, который предусматривает изначально отправку четырёх человек на Марс с дальнейшей перспективой увеличения количества населения.

Цели колонизации[править | править исходный текст]

В качестве целей колонизации Марса называются следующие:

  • Создание постоянной базы для научных исследований самого Марса и его спутников, в перспективе — для изучения пояса астероидов и дальних планет Солнечной Системы.
  • Промышленная добыча ценных полезных ископаемых.
  • Решение демографических проблем Земли.
  • "Колыбель Человечества" на случай глобального катаклизма на самой Земле.

Основным лимитирующим фактором является, прежде всего, крайне высокая стоимость доставки колонистов и грузов на Марс.

На текущий момент и ближайшее будущее, очевидно, актуальна только первая цель. Ряд энтузиастов идеи колонизации Марса считает, что при больших первоначальных затратах на организацию колонии в перспективе, при условии достижения высокой степени автономии и организации производства части материалов и предметов первой необходимости (прежде всего — кислород, вода, продукты питания) из местных ресурсов этот путь ведения исследований окажется в целом экономически эффективнее, чем отправка возвращаемых экспедиций или создание станций-поселений для работы вахтовым методом. Кроме того, в перспективе Марс может стать удобным полигоном для проведения масштабных научных и технических экспериментов, опасных для земной биосферы.

Что касается добычи полезных ископаемых, то, с одной стороны, Марс может оказаться достаточно богат минеральными ресурсами, причём из-за отсутствия свободного кислорода в атмосфере возможно наличие на нём богатых месторождений самородных металлов, с другой — на текущий момент стоимость доставки грузов и организации добычи в агрессивной среде (непригодная для дыхания разрежённая атмосфера и большое количество пыли) настолько велика, что никакое богатство месторождений не обеспечит окупаемости добычи.

Для решения демографических проблем потребуется, во-первых, переброска с Земли населения в масштабах, несопоставимых с возможностями современной техники (как минимум — миллионы человек), во-вторых — обеспечение полной автономии колонии и возможности более-менее комфортной жизни на поверхности планеты, для чего потребуется создание на ней пригодной для дыхания атмосферы, гидросферы, биосферы и решение проблем защиты от космического излучения. Сейчас всё это можно рассматривать лишь умозрительно, как перспективу на отдалённое будущее.

Пригодность для освоения[править | править исходный текст]

Сходство с Землёй[править | править исходный текст]

  • Марсианские сутки составляют 24 часа 39 минут 35,244 секунды, что очень близко к земным.
  • Площадь поверхности Марса составляет 28,4 % земной — чуть меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2 % от всей земной поверхности).
  • Наклон оси Марса к плоскости эклиптики составляет 25,19°, а земной — 23,44°. В результате этого на Марсе, как на Земле, есть смена времён года, хотя она и происходит почти в два раза дольше, поскольку марсианский год в 1,88 раза длиннее земного.
  • У Марса есть атмосфера. Несмотря на то, что её плотность составляет всего 0,007 земной, она даёт некоторую защиту от солнечной и космической радиации, а также была успешно использована для аэродинамического торможения космического летательного аппарата.
  • Недавние исследования НАСА подтвердили наличие воды на Марсе[1]. Таким образом, условия на Марсе, похоже, достаточны для поддержания жизни.
  • Параметры марсианского грунта (соотношение pH, наличие необходимых для растений химических элементов, и некоторые другие характеристики) близки к земным, и на марсианской почве теоретически можно было бы выращивать растения[2].
  • Химический состав распространённых на Марсе минералов разнообразнее, чем у других небесных тел поблизости от Земли. По мнению корпорации 4Frontiers, их достаточно для снабжения не только самого Марса, но и Луны, Земли и астероидного пояса[3].
  • На Земле есть места, в которых природные условия похожи на марсианские. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе, а на экваторе Марса в летние месяцы бывает так же тепло (+20 °C), как и на Земле[4]. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.

Различия[править | править исходный текст]

Принципиальная достижимость[править | править исходный текст]

Время полёта с Земли до Марса (при нынешних технологиях) составляет 259 суток по полуэллипсу и 70 — по параболе[5]. В принципе, доставка на Марс необходимого минимума снаряжения и припасов на начальный период существования небольшой колонии не выходит за пределы возможностей современной космической техники, с учётом перспективных разработок, срок реализации которых оценивается в одно-два десятилетия. На текущий момент принципиальной нерешённой проблемой остаётся защита от излучений во время перелёта; в случае её решения сам перелёт (в особенности, если он будет производиться «в одну сторону») вполне реален, хотя и требует вложения огромных финансовых средств (хотя и в сотни раз меньших, чем годовой военный бюджет США, к примеру) и решения целого ряда научных и технических вопросов различного масштаба.

При этом необходимо заметить, что «стартовое окно» для полёта между планетами открывается один раз в 26 месяцев. С учётом времени перелёта даже в самых идеальных условиях (удачное расположение планет и наличие транспортной системы в состоянии готовности) ясно, что в отличие от околоземных станций или лунной базы марсианская колония в принципе не будет иметь возможности получить оперативную помощь с Земли или эвакуироваться на Землю в случае возникновения нештатной ситуации, с которой невозможно справиться своими силами. Вследствие сказанного, просто для выживания на Марсе колония должна иметь гарантированный срок автономии не менее трёх земных лет. С учётом возможности в течение этого срока самых различных нештатных ситуаций, аварий оборудования, природных катаклизмов ясно, что для обеспечения выживаемости колония должна иметь значительный резерв оборудования, производственных мощностей во всех отраслях собственной промышленности и, что на первых порах самое главное — энергогенерирующих мощностей, так как и всё производство, и вся сфера жизнеобеспечения колонии будет остро зависеть от наличия электроэнергии в достаточных количествах.

Условия обитания[править | править исходный текст]

Без защитного снаряжения человек не сможет выжить на поверхности Марса и нескольких минут. Тем не менее, по сравнению с условиями на жарких Меркурии и Венере, холодных внешних планетах и лишённых атмосферы Луне и астероидах, условия на Марсе гораздо более пригодные для освоения. На Земле есть такие разведанные человеком места, в которых природные условия во многом похожи на марсианские. Атмосферное давление Земли на высоте 34 668 метров — рекордная по высоте точка, которой достиг воздушный шар с командой на борту (4 мая 1961 г.[6]) — приблизительно вдвое превышает максимальное давление на поверхности Марса.

Результаты последних исследований показывают, что на Марсе имеются значительные и при этом непосредственно доступные залежи водяного льда, почва, в принципе, пригодна для выращивания растений, а в атмосфере присутствует в достаточно большом количестве диоксид углерода. Всё это в совокупности позволяет рассчитывать (при наличии достаточного количества энергии) на возможность производства растительной пищи, а также добычи воды и кислорода из местных ресурсов, что значительно снижает потребность в технологиях замкнутого цикла жизнеобеспечения, который был бы необходим на Луне, астероидах или на удалённой от Земли космической станции.

Основные сложности[править | править исходный текст]

Главные опасности, подстерегающие космонавтов во время полета к Марсу и нахождение на планете, следующие:

Возможные физиологические проблемы при нахождении на Марсе у экипажа будут следующие:

Способы терраформирования Марса[править | править исходный текст]

Иллюстрация освоения Луны и Марса на совместном американо-советском почтовом блоке 1989 г.

Основные задачи[править | править исходный текст]

Способы[править | править исходный текст]

Способы воздействия, связанные с выводом на орбиту или падением астероида требуют основательных расчётов, направленных на изучение подобного воздействия на планету, её орбиту, скорость вращения и многое другое.

Серьёзной проблемой на пути колонизации Марса является отсутствие магнитного поля, защищающего от солнечной радиации. Для полноценной жизни на Марсе без магнитного поля не обойтись.

Необходимо отметить, что практически все вышеперечисленные действия по терраформированию Марса на текущий момент являются не более чем «мысленными экспериментами», так как в большинстве своём не опираются на какие-либо существующие в реальности и хотя бы минимально проверенные технологии, а по приблизительным энергозатратам многократно превышают возможности современного человечества. Например, для создания давления, достаточного хотя бы для выращивания в открытом грунте, без герметизации, наиболее неприхотливых растений, требуется увеличить имеющуюся массу марсианской атмосферы в 5-10 раз, то есть доставить на Марс либо испарить с его поверхности массу порядка 1017 — 1018 кг. Нетрудно посчитать, что, например, для испарения такого количества воды потребуется приблизительно 2,25•1012ТДж, что более чем в 4500 раз превышает всё современное ежегодное энергопотребление на Земле (см. статью).

Радиация[править | править исходный текст]

Магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой атмосферой это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения. Радиационные измерения, проведённые американским беспилотным космическим аппаратом «Марс Одиссей», показали, что радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирада в день (2,2 миллигрея в день или 0,8 грея в год). Объём облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трёх лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. На поверхности Марса радиационный фон будет, скорее всего, несколько ниже и может значительно изменяться в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей. Жилые и рабочие помещения можно будет экранировать с помощью марсианского грунта, сильно понижая степень облучения людей во время их пребывания внутри комплекса.

Периодические солнечные протонные события (СПС) создают гораздо более высокие дозы облучения. Космонавтов на Марсе можно предупреждать о СПС сенсорами, находящимися ближе к Солнцу, чтобы они могли укрыться во время этих событий. Некоторые СПС, не замеченные околоземными датчиками, были засечены электроникой The Mars Odyssey с орбиты Марса, что позволяет сделать предположение о направленности СПС. Из этого предположения можно сделать вывод о необходимости сети детекторов вокруг Солнца для обеспечения своевременного обнаружения всех опасных для Марса СПС.

В конце мая 2013 года в журнале Science была опубликована статья американских ученых, анализировавших работу радиационного детектора RAD, установленного на борту марсохода NASA Mars Science Laboratory. До использования детектора RAD у ученых не было возможности точной оценки уровня радиации в дальнем космосе, поскольку все выводы основывались на данных сенсоров, установленных в телескопах. Такой способ снятия показаний имеет мало общего с пилотируемыми миссиями, поскольку требует построения моделей, точность и достоверность которых, в отличие от реального детектирования, трудно оценить. Ученые, по итогам восьмимесячного исследования, пришли к выводу, что участники пилотируемого полета к Марсу поглотят потенциально смертельную дозу космической радиации, свыше 1 зиверта ионизирующего излучения, две трети из которого путешественники получат во время полета к Марсу и Земле (около 1,8 миллизиверта излучения в день), что указывает на необходимость установки либо специальных «убежищ» на борту космических кораблей, либо использование новых двигателей, сокращающих время полета. Причем первый способ менее эффективен: обшивка корабля может заблокировать лишь около 5 % всего излучения, приходящегося на частицы солнечного ветра, оставшиеся 95 % излучения будут получены путешественниками от лучей высокой энергии, от которых практически невозможно защититься. Как утверждают ученые, алюминиевая обшивка толщиной в метр не будет препятствием для таких частиц[19].

Пилотируемый полёт на Марс[править | править исходный текст]

Создание космического корабля для полёта к Марсу — сложная задача. Одной из главных проблем является защита космонавтов от потоков частиц солнечной радиации[20]. Предлагается несколько путей решения этой задачи, например, создание особых защитных материалов для корпуса[20] или даже разработка магнитного щита, подобного по механизму действия планетарному[21].

Mars One[править | править исходный текст]

«Mars One» — частный проект по сбору средств, руководимый Басом Лансдорпом, предполагающий полет на Марс с последующим основанием колонии на его поверхности и трансляцией всего происходящего по телевидению.[22]

Inspiration Mars[править | править исходный текст]

«Inspiration Mars Foundation» — американская некоммерческая организация (фонд), основанная Деннисом Тито, планирующая отправить в январе 2018 года пилотируемую экспедицию для облёта Марса.[23][24]

Столетний космический корабль[править | править исходный текст]

«Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship) — проект, общей целью которого является подготовка в течение века к экспедиции в одну из соседних планетарных систем. Одним из элементов подготовки является реализация проекта безвозвратного направления людей на Марс с целью колонизации планеты. Проект разрабатывает с 2010 года Исследовательский центр имени Эймса — одна из основных научных лабораторий НАСА. Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс для того, чтобы они основали там колонию и продолжали жить в этой колонии, не возвращаясь на Землю. Отказ от возвращения приведёт к значительному сокращению стоимости полета, появится возможность взять больше груза и экипаж. Дальнейшие полёты будут доставлять новых колонистов и пополнять их запасы. Возможность обратного перелёта появится лишь тогда, когда колония своими силами сможет организовать на месте производство достаточного количества необходимых для этого предметов и материалов из местных ресурсов (прежде всего, речь идёт о топливе и запасах кислорода, воды и пищи).

Связь с Землёй[править | править исходный текст]

Для общения с потенциальными колониями может использоваться радиосвязь, которая имеет задержку 3—4 мин в каждом направлении во время максимального сближения планет (которое повторяется каждые 780 дней) и около 20 мин. при максимальном удалении планет; см. Конфигурация (астрономия). Задержка сигналов от Марса к Земле и наоборот обусловлена скоростью света. Однако использование электромагнитных волн (в том числе световых) не даёт возможности поддерживать связь с Землей напрямую (без спутника ретрансляции), когда планеты находятся в противоположных точках орбит относительно Солнца.

Возможные места основания колоний[править | править исходный текст]

Opportunity - Cratera Eagle.jpg

Наилучшие места для колонии тяготеют к экватору и низменностям. В первую очередь это:

В случае терраформирования первый открытый водоём появится в долине Маринера.

Concept Mars colony.jpg

Колония (Прогноз)[править | править исходный текст]

Хотя до сих пор проектирование марсианских колоний не зашло дальше эскизов, из соображений близости к экватору и высокого атмосферного давления их обычно планируют основывать в разных местах долины Маринера. Каких бы высот в будущем ни достиг космический транспорт, законы сохранения механики определяют высокую цену доставки грузов между Землёй и Марсом, и ограничивают периоды полётов привязывая их к планетарным противостояниям.

Высокая цена доставки и 26-месячные межполётные периоды определяют требования:

  • Гарантированное трёхлетнее самообеспечение колонии (дополнительные 10 месяцев на полёт и изготовление заказа). Его можно выполнить только накопив к первоначальному прилёту людей конструкции и материалы на территории будущей колонии.
  • Производство в колонии основных конструкционных и расходных материалов из местных ресурсов.

Это означает необходимость создания цементного, кирпичного, ЖБИ, воздушного и водного производств, а также разворачивания чёрной металлургии, металлообработки и оранжерей. Экономия продуктов питания потребует вегетарианства[источник не указан 79 дней]. Вероятное отсутствие коксующихся материалов на Марсе потребует прямого восстановления оксидов железа электролизным водородом — и, соответственно, производства водорода. Марсианские пылевые бури могут на месяцы сделать непригодной для использования солнечную энергетику, что при отсутствии природного топлива и окислителей делает единственно надёжной, на данный момент, только ядерную энергетику. Крупномасштабное производство водорода и впятеро большее содержание дейтерия во льдах Марса по сравнению с земными приведёт к дешевизне тяжёлой воды, что при добыче урана на Марсе сделает самыми эффективными и рентабельными тяжеловодные ядерные реакторы.

  • Высокая научная или экономическая продуктивность колонии. Похожесть Марса на Землю определяет большую ценность Марса для геологии, и при наличии жизни — для биологии. Экономическая выгодность колонии возможна исключительно при обнаружении крупных богатых месторождений золота, платиноидов или драгоценных камней.

Критика[править | править исходный текст]

Помимо основных аргументов критики идеи колонизации космоса человеком (см. Колонизация космоса), имеются и возражения, специфичные для Марса:

  • Колонизация Марса не является эффективным способом решения каких-либо стоящих перед человечеством проблем, которые можно рассматривать как цели этой колонизации. На Марсе пока не обнаружено ничего настолько ценного, что оправдало бы риск для людей и расходы на организацию добычи и транспортировку, а для колонизации на Земле всё ещё остаются огромные незаселённые территории, условия на которых гораздо благоприятнее, чем на Марсе, и освоение которых обойдётся намного дешевле, в том числе Сибирь, огромные пространства приэкваториальных пустынь и даже целый материк — Антарктида. Что же касается самого исследования Марса, то его экономичнее вести с использованием роботов.
  • В качестве одного из основных аргументов против колонизации Марса приводится довод о его чрезвычайно малом ресурсе ключевых элементов, необходимых для жизни (в первую очередь это водород, азот, углерод). Впрочем, в свете последних исследований, обнаруживших на Марсе, в частности, огромные запасы водяного льда, по крайней мере, по водороду и кислороду вопрос снимается.
  • Условия на поверхности Марса требуют разработки для жизни на нём инновационных проектов систем жизнеобеспечения. Но поскольку на земной поверхности не встречаются условия, достаточно близкие к марсианским, то проверить их экспериментально не представляется возможным. Это, в некотором отношении, ставит под сомнение практическую ценность большинства из них[15].
  • Также не изучено долгосрочное влияние марсианской силы тяжести на людей (все опыты проводились либо в среде с земным притяжением, либо в невесомости). Степень влияния гравитации на здоровье людей при её изменении от невесомости до 1g не изучена. На земной орбите предполагается провести эксперимент («Mars Gravity Biosatellite») на мышах с целью исследования влияния марсианской (0,38g) силы притяжения на жизненный цикл млекопитающих[15].
  • Вторая космическая скорость Марса — 5 км/с — довольно высока, хоть и в два раза меньше земной, что при нынешнем уровне космической техники делает невозможным достижение уровня безубыточности колонии за счёт экспорта материалов.
  • Вызывает опасение также и психологический фактор. Длительность перелета на Марс и дальнейшая жизнь людей в замкнутом пространстве на нём могут стать серьёзными препятствиями на пути освоения планеты.
  • У некоторых вызывает беспокойство факт возможного «загрязнения» планеты земными формами жизни. Вопрос о существовании (в настоящее время или в прошлом) жизни на Марсе до сих пор не решён[25].

В искусстве[править | править исходный текст]

  • Советская песня «На марсе будут яблони цвести» (музыка В. Мурадели, слова Е. Долматовский)[26].
  • «Место жительства — Марс» (англ. Living on Mars) — научно-популярный фильм, снятый National Geographic в 2009 г.
  • Песня группы Otto Dix - Утопия так же имеет упоминание ("... И яблони будут цвести на Марсе как на Земле...")
  • Песня исполнителя Noize MC - На Марсе классно.
  • Компьютерная игра UFO: Afterlight является смесью тактического экшена и глобальной стратегии, в которой игрок управляет действиями элитного подразделения сухопутных войск и строит сеть связанных между собой баз, собирая для этого определённого рода ресурсы.
  • Компьютерная игра DOOM является шутером от первого лица, действие которой происходит на Марсе.
  • В фантастическом фильме 1990-го года "Вспомнить всё" действие сюжета происходит на Марсе.
  • Песня исполнителя David Bowie – Life on Mars, а также Зигги Стардаст (англ. Ziggy Stardust) — вымышленный персонаж, созданный Дэвидом Боуи и являющийся центральной фигурой его концептуального глэм-рок-альбома The Rise and Fall of Ziggy Stardust and the Spiders From Mars.
  • Рей Бредбери - Марсианские хроники.
  • Айзек Азимов - Серия "Лакки Старр". Книга 1 – "Дэвид Старр, космический рейнджер".

См. также[править | править исходный текст]

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Lenta.ru — «Феникс» сумел получить воду из марсианского грунта
  2. Новости с «Феникса»: в марсианской почве можно вырастить «отличную спаржу»
  3. «Марсианская колония» обеспечит Землю и Луну полезными ископаемыми. Известия. Проверено 15 февраля 2011. Архивировано из первоисточника 14 февраля 2010.
  4. Mars Facts (англ.). НАСА. Проверено 1 января 2011. Архивировано из первоисточника 21 августа 2011.
  5. Исследование Марса и его спутников.  ???. Проверено 16 марта 2011. Архивировано из первоисточника 21 августа 2011.
  6. Павел Голубев. На большом воздушном шаре! (рус.). Голос России (23 ноября 2012). — Малькольм Росс и Виктор Пратер на пилотируемом аэростате Stratolab V достигли высоты в 34 668 м (113 739 футов) 4 мая 1961 г.. Проверено 5 апреля 2013.
  7. 1 2 Опасность облучения в марсианском полете оказалась недопустимо высокой
  8. НАСА: путешественники к Марсу получат предельно высокую дозу радиации
  9. 1 2 3 На Земле найдена годная для Марса жизнь
  10. НАСА: Марс получает более 200 «астероидных ударов» в год
  11. По словам представителя NASA, колонизация Марса может затянуться из-за опасной пыли на планете
  12. Шаттл «Атлантис» помог выяснить, как невесомость влияет на иммунитет
  13. Вернувшийся с МКС космонавт Романенко поработал в скафандре на «Марсе»
  14. 1 2 Защита космонавтов от радиации при полете к Марсу пока не создана
  15. 1 2 3 4 Путешествие к Марсу признали скучным занятием
  16. В Москве завершилась 520-дневная репетиция полета на Марс
  17. 1 2 3 4 5 6 7 Митио Каку «Физика будущего», — М: Альпина нон-фикшн, 2012, С. 418—421. ISBN 978-5-91671-164-6
  18. Астрономия для любителей. Колонизация Марса
  19. НАСА: путешественники к Марсу получат предельно высокую дозу радиации (30 мая 2013). Архивировано из первоисточника 3 июня 2013.
  20. 1 2 NASA подбирает пластмассовые ключи ко Вселенной, membrana.ru, 26 февраля 2004 г
  21. Магнит на столе доказал реальность лучевого щита для звездолётов, membrana.ru, 6 ноября 2008 г
  22. Голландцы устроят реалити-шоу о наборе путешественников на Марс
  23. Планеты выстраиваются для такого космического полёта, который возможен лишь раз за смену поколений. spaceref.com (20 февраля 2013). Проверено 24 февраля 2013. Архивировано из первоисточника 12 марта 2013. (англ.)
  24. Баучер, Марк Первый пилотируемый полёт к Марсу в 2018 году (обновлено). spaceref.com (20 февраля 2013). Проверено 24 февраля 2013. Архивировано из первоисточника 12 марта 2013. (англ.)
  25. Ученые призвали исследователей Марса постараться не заразить планету земными микробами
  26. SovMusic.ru - На Марсе будут яблони цвести. Проверено 16 января 2013. Архивировано из первоисточника 20 января 2013.

Ссылки[править | править исходный текст]