Опасности поджидающие колонистов на Марсе

Мы на пути к Марсу. NASA планирует высадить астронавтов на его поверхность к 2030-м годам. Частные космические компании вроде SpaceX также выражают заинтересованность в основании колоний на Красной планете, а небезызвестный проект Mars One уже набирает граждан для путешествия в один конец уже в 2020 (хотя не все верят в то, что он выгорит).

Хотя многие мечтают прожить оставшиеся дни на Марсе, дни эти могут быть сочтены. Марсианская атмосфера не очень дружелюбна к земной жизни, и основание марсианских колоний потребует чрезвычайной инженерской смелости и технологических ноу-хау, чтобы обеспечить безопасность их резидентов.

В очень скором времени у нас появятся ракеты, которые смогут доставить на Марс людей, однако технологии, которые позволят сохранить жизнь астронавтам на планете, пока не готовы — и не будут готовы еще много лет. Тем, кто хочет добраться до Марса как можно быстрее, нужно принять к сведению, что в пути и по прибытию может произойти масса неприятных вещей.

Вы разобьетесь

Допустим, вы провели много месяцев в плавании по глубокому космосу и, наконец, добрались до орбиты Красной планеты. Поздравляем! Теперь нужно спуститься на поверхность — и это может быть не так-то просто.

Проблема в атмосфере Марса. Воздух вокруг планеты довольно тонкий — приблизительно в 100 раз менее плотный, чем атмосфера Земли. Космический аппарат, который возвращается на нашу планету, полагается на комбинацию из парашюта и сопротивления атмосферы, замедляющих его. Чем тяжелее объект, тем больше нужно сопротивления, чтобы он не врезался в поверхность.

С такой тонкой атмосферой вокруг Марса мягкая посадка большого веса на планету будет невозможной. Тяжелые объекты набирают слишком большую скорость при спуске, что чревато тяжелым столкновением с землей.

«То, как мы будем спускаться через атмосферу, остается важной задачей, — сообщил Popular Science Брет Дрейк, замдиректора офиса по планированию миссий освоения в NASA. — С текущими методами посадки мы можем приземлить на Марс только метрическую тонну. Этого недостаточно, чтобы основать колонию; нужны возможности намного больше».

По мнению Дрейка, NASA нужно приземлить от 20 до 30 метрических тонн за одну поездку, чтобы доставить всех астронавтов и материалы, необходимые для основания безопасного жилья на поверхности планеты. Чтобы сделать это, космическое агентство работает над уникальными проектами посадочных средств — в том числе и надувным Low-Density Supersonic Decelerator. Словно традиционная летающая тарелка, LDSD и его форма диска, а также дополнительные надувные шары увеличивают площадь поверхности аппарата, позволяя ему медленно спускаться в тонкой атмосфере.

LDSD по-прежнему проходит испытания на планете Земля, ближайшие запланированы на Гавайях на июнь. Сможет ли этот аппарат посадить тяжелый груз на поверхность Марса — это еще предстоит выяснить. Ни Mars One, ни SpaceX пока не предоставили никакой конкретной информации о том, как они планируют спускаться на Марс.

Вы замерзнете

Добро пожаловать на Марс! (Предполагается, что вы спустились на планету одним цельным куском). Пришло время ознакомиться с погодными условиями вашего нового дома.

Средняя температура на Марсе — -62 градуса по Цельсию, но она колеблется в зависимости от времени года, суток и местоположения, от 62 градусов на экваторе до -175 градусов возле полюсов. Это значит, астронавты должны быть готовы сражаться со злым и суровым холодом.

NASA многое узнало о том, как укрыть астронавтов от перепадов температур, благодаря годам, которые люди провели на Международной космической станции. Будучи обращенной к Солнцу, МКС нагревается до 90 градусов, а затем остывает до -90 на темной стороне. МКС и скафандры астронавтов используют специализированные системы управления теплом и могут как отражать избыточное тепло, так и укрывать людей от холода.

Тем не менее эти системы управления предназначены для работы в вакууме. Для оснащения скафандров и жилищ в атмосфере Марса потребуются совершенно новые методы. Хотя и будучи тонкой, атмосфера содержит газы, которые могут отдавать и забирать тепло скафандра (подобно тому, как здесь, на Земле, нас охлаждает ветерок). Поэтому астронавты будут чувствовать быстрые перепады температур сильнее.

«Нам нужно решение, которое обеспечит лучшую изоляцию в холодных условиях и другой способ отвода тепла в горячих условиях, — говорит Дрейк. — Скафандр в вакууме похож на термос, но скафандр на Марсе будет больше похоже на чашку кофе на кухонном столе — кофе в чашке остывает гораздо быстрее по сравнению с кофе в термосе».

Вы будете голодать

Жизнь в жилище на поверхности Марса будет похожа на жизнь в удаленных научных заставах в Антарктиде. Все продукты питания и необходимые расходные материалы на такие станции приходят с других континентов, а снабженческие миссии приходят нечасто.

Марс находится немного дальше от основной цивилизации, чем Антарктида, и любая миссия по пополнению запасов марсианского населения будет занимать месяцы или годы. Если колония хочет выжить на Красной планете, она должна быть в состоянии прокормить себя. Получается, нужны своего рода межпланетные фермеры.

Mars One планирует выращивать урожай в теплицах под искусственным светом. Как указано на сайте проекта, 80 квадратных метров пространства будут отведены для выращивания растений в пределах марсианских жилищ; растительность будет поддерживаться водой, которую можно добывать из марсианской почвы, а также углекислым газом, производимым четырьмя членами первого экипажа.

Тем не менее проведенный в прошлом году анализ ученых MIT показал, что цифры не сходятся.

«Когда вы выращиваете все необходимые для прокормки четырех человек культуры, производимого ими углекислого газа будет недостаточно, чтобы сохранить урожай, — говорит Сидни До, аэрокосмический инженер MIT и ведущий автор исследования. — Урожай быстро умрет, от 12 до 18 дней». Путем добавления людей проблему не решить, поскольку тогда им не хватит еды. «Количество урожая, которое вы можете поддерживать за счет углекислого газа, производимого людьми, достаточно только для того, чтобы накормить половину экипажа», — говорит До. Такая себе уловка-22.

Каким образом можно исправить эту проблему? Вы можете выращивать меньше урожая, но это значит, что у астронавтов будет мало пищи. Или можете найти способ добычи дополнительного углекислого газа. Возможное новшество включает добычу газа из тонкой атмосферы Марса, но даже на Земле оно пока находится в зачаточном состоянии. Если эта технология разовьется в марсианских колониях, она позволит повысить количество выращиваемого урожая.

Вы задохнетесь (или взорветесь)

Выращивание культур на Марсе необходимо не только для утоления голода астронавтов; растения будут важным источником возобновляемого кислорода для дыхания. Это гораздо лучше, чем отправлять тяжелые баки с кислородом на Красную планету, которые будут занимать слишком много драгоценного места в багажнике космического аппарата и обойдутся в кругленькую сумму.

Исследования показали, что растения могут расти в марсианской почве, но пока никакие культуры не выращивались в условиях гравитации Марса, поэтому необходимы дополнительные исследования. Если удастся, растения смогут прокормить экипаж из нескольких человек и производить много кислорода. Впрочем, не все так гладко.

Согласно отчету До, слишком много кислорода в замкнутом пространстве может привести к повышению риска отравления кислородом экипажа и даже хуже, к спонтанным взрывам. Поэтому кислород придется хранить отдельно от жилищ и при случае выводить излишки. Астронавтам понадобится специальный метод по отделению кислорода от других газов. Есть несколько методов осуществления этого на Земле (криогенная дистилляция, например), но они не испытывались в марсианских условиях, поэтому необходимы дополнительные исследования и разработки.

«Необходимо значительное развитие технологий, поскольку их просто нет пока, — говорит До. — Технологии, необходимые для жилищ, могут работать на Земле, но требуют людской заботы и очень большие по размерам. Если говорить о практическом использовании их в космических условиях, их необходимо миниатюризировать, уменьшить стоимость и повысить надежность».

Не так давно NASA предложило создать на Марсе рабочую экосистему, которая сможет поддерживать жизнь. Идея заключается в том, чтобы отправить земные организмы — вроде определенных цианобактерий — на Марс, чтобы они могли питаться каменистой почвой планеты и производить кислород. «В конечном итоге биодомы на Марсе, составляющие биопойезис, поставляющие кислород через системы бактерий или водорослей, расставят все точки на Красной планете, обеспечив космонавтов всем необходимым». Впрочем, космическое агентство не уточняет, как много диоксида углерода потребуют организмы и смогут ли они жить в воздухе, производимом членами экипажа.

Еще остается MOXIE — Mars Oxygen In situ resource utuluzation Experiment — который может снизить зависимость от кислорода растений. Разработанная учеными MIT, эта машина добывает диоксид углерода из атмосферы Марса и разбивает его на кислород и моноксид углерода. Небольшая версия MOXIE отправится на Марс вместе со следующим марсоходом NASA в 2020 году. Если получится, MOXIE обеспечит возобновляемый источник кислорода и избавит от необходимости морочить голову с урожаем.

Если вы вообще долетите

Все эти проблемы становятся важными, только если вы в принципе добираетесь до Марса. Однако печальная правда состоит в том, что вы можете не пережить путешествие. Если опустить возможные проблемы с аппаратным обеспечением космического челнока или непреднамеренное столкновение с космическим мусором, в космосе по-прежнему останется витать невидимый убийца, от которого не так-то просто скрыться: радиация.

За пределами низкой околоземной орбиты, космос пронизан космическими лучами — высокоэнергетическими частицами. Это космическое излучение с легкостью проникает сквозь стенки космического аппарата, и вполне возможно, что длительное воздействие этого излучения может оказывать странные эффекты на здоровье человека.

Недавнее исследование на мышах показало, что длительное воздействие космических лучей может привести к некоторым аномальным изменениям головного мозга. Подвергнув мышей воздействию имитируемых космических лучей, ученые заметили, что мыши потеряли много важных синапсов мозга. Последующие исследования поведения мышей показали, что они проявляли меньше любопытства и стали немного рассеянными — жутковатый результат для будущих поселенцев Марса.

Еще более тревожным звоночком является известная способность космической радиации вызывать рак. В настоящее время NASA наблюдает за жизнью каждого астронавта, который подвергался воздействию космической радиации за время своей карьеры. Если наблюдения выявят хотя бы трехпроцентное увеличение вероятности заболевания раком, NASA отправит астронавтов на Землю.

На космической станции астронавты частично защищены от космических лучей, благодаря магнитному полю Земли, поэтому необходимо время, чтобы они достигли 3-процентного предела. Но за время многолетнего вояжа в глубоком космосе, где не будет никакой магнитосферы, все может сложиться иначе. Плюс некоторые астронавты могут быть более восприимчивы к радиации, чем другие.

«Поскольку женщины в общем живут дольше мужчин, согласно прогнозу NASA, у них выше шанс получить рак за свою жизнь, будучи подверженным такому же количеству излучения, что и мужчины, — говорит Дорит Доновьел, замдиректора Национального института космических биомедицинских исследований (NSBRI). — Расчеты показали, что женщинам вообще не стоит лететь на Марс, поскольку кумулятивное воздействие излучения за весь срок полета превысит максимально допустимые 3% риск развития рака».

Пан или пропал?

Все это может показаться гигантским обломом, но также подчеркивает, как много препятствий нам необходимо преодолеть, чтобы отправиться на Марс. NASA признает, что пока не готово к полету, плюс основной задачей остается сохранение астронавтов в безопасности. Поэтому космическое агентство открыто выдвигает на публике разнообразные конкурсы. К примеру, конкурс Journey to Mars Challenge позволит получить награду в 5000 долларов трем победителям, которые предложат лучшие варианты по поддержанию присутствия людей на Красной планете.

«Сюда должны входить убежища, еда, вода, пригодный для дыхания воздух, коммуникации, упражнения, социальные взаимодействия и медицина, но участники могут предлагать и свои варианты, выходящие за рамки этих примеров», — гласит заявление NASA.

О марсианской миссии SpaceX пока известно немногое, но CEO Элон Маск говорит, что надеется раскрыть детали в конце этого года. У администратора NASA Чарльза Болдена есть сообщение SpaceX, Mars One и другим частным компаниям, которые лелеют мечты посетить четвертый камень от Солнца: вам потребуется помощь. Выступая в апреле, Болден выразил уверенность в том, что Марс будет покорен, несмотря на все трудности, однако «ни одна коммерческая компания не сможет добраться до Марса без поддержки NASA и правительства». С этим трудно поспорить.