Как не убить колонизаторов Марса и почему это не так важно?

SpaceX – самая успешная частная космическая компания. Она уже отправила в космос двух астронавтов на корабле Crew Dragon, а ее ракеты Falcon стали рутинным грузовым транспортом NASA. В недалеком будущем ракета-носитель Starship должна начать регулярно и ежегодно доставлять сотни человек к Марсу. Первый орбитальный полет корабля намечен на 2022 год. Рассказываем, как SpaceX собирается сохранить жизни колонизаторов в полете и в пункте назначения, а еще зачем на корабль Земля-Марс надо взять побольше влажных салфеток.

От космических грузовиков к колонизации Марса

На протяжении десятилетий за освоение космоса отвечали государства. В наше время значительную часть прорывов в отрасли совершают частные компании. Их становится все больше: каждый год открываются 2–3 десятка новых. И переломный момент для коммерческой космонавтики – пристыковка грузового корабля Dragon 1 к МКС – случился в 2012 году. Еще до начала работы над Dragon 1 Илон Маск заявил, что миссия SpaceX – это заселение других планет. В 2020 году он напомнил об этом, сказав, что все успехи компании – это лишь промежуточные шаги на пути к колонизации Марса.

NASA в рамках миссии Artemis, между тем, планирует вновь отправить людей на Луну, а после 2028 года создать там постоянную базу. И в разработке систем для этой программы будут участвовать несколько частных компаний: Blue Origin, Dynetics и SpaceX. Изначально рассчитанный на полет до Марса космический корабль Илона Маска Starship может доставить людей и до нашего спутника, для чего ему понадобится небольшая модификация. При этом NASA проспонсирует разработку лишь частично – невероятная экономия, о которой агентство раньше не могло и мечтать.

БОКС

SpaceX начала разработку Dragon 1 в 2004 году. Спустя два года компания выиграла конкурс NASA и получила почти 400 млн долларов на дальнейшую работу по проекту. Эти инвестиции окупились стократ, и корабли Dragon заменили программу шаттлов, которую в итоге закрыли в 2011 году. Так началось долгое сотрудничество NASA и SpaceX. Теперь федеральное космическое агентство экономит сотни миллионов долларов на запусках ракет-носителей благодаря частично многоразовой Falcon 9, доставляющей грузы на МКС, и нередко привлекает частную компанию к работе над крупными проектами.

Главная фишка Starship – его многоразовость. Ступени обычных ракет сгорают в атмосфере или затапливаются в море, но ракета-корабль от SpaceX будет возвращаться на стартовую площадку в полном составе. После ремонта ее можно будет использовать повторно, что заметно удешевит запуски. Четыре разные модификации Starship будут доставлять грузы или топливо в космос, а еще людей – до Марса и Луны. Правда, путь до Красной планеты полон опасностей и займет до 9 месяцев. Но Илон Маск – человек, у которого есть план. Или нет?

Установка защитных шторок из влажных салфеток от радиации в личной каюте МКС Скриншот: youtube.com/c/OlegMKS

Радиоактивная карусель

Смертельную опасность представляет радиация, которая в космосе на пути к Марсу может достигать 7 зиверт (для сравнения: 0,5 зиверт вызывают у человека онкологические заболевания, 1 зиверт – лучевую болезнь, а 4–5 зиверт – смертельный исход через несколько месяцев в половине случаев). Вспышки на Солнце сопровождаются выбросом ионизированных частиц. Они повреждают ДНК, в результате чего становится невозможным нормальное деление клеток и синтез белка. Хроническая лучевая болезнь может развиваться годами, но сильное облучение способно убить за считанные дни. Starship будет иметь радиационный щит, который сделает полет безопасным. Вариант покрыть весь корабль свинцом – бесперспективная затея, так как это сделает ракету слишком тяжелой. Жителей Земли от радиации защищает магнитное поле. Его имитация могла бы стать выходом и для Starship, но открытых данных или комментариев Маска по этому поводу нет.

Предложенный метод создания искусственного магнитного поля у точки Лагранжа у Марса. Оно отклонит частицы космических лучей от планеты, чем снизит радиацию на ее поверхности и упростит накапливание в марсианской атмосфере. Иллюстрация: NASA/J.GREEN, phys.org

Еще один вариант – создать мощную свинцовую или водную защиту в одной из частей корабля, а затем «подставлять» ее под источник радиации во время сильных вспышек на Солнце. Невозможно представить, чтобы в SpaceX не думали об этом, хотя посты Маска в Твиттере о преувеличенном риске радиации настораживают . Впрочем, даже на МКС этот вопрос не решен до конца, и космонавты все еще подвергаются повышенным радиационным нагрузкам, от которых защищаются влажными салфетками, обкладывая упаковками с ними стены космической станции, ведь содержащаяся в них вода – один из лучших барьеров для проникновения радиации.

Орбитальная станция из Starship'ов с искусственной гравитацией. Соединив компоненты трех или более Starship на орбите, можно будет двигателями крайних из них раскрутить всю конструкцию. Тогда центробежная сила в крайних кораблях может быть аналогом гравитации, без которой кости человека со временем становятся менее плотными и не могут выдержать нужных нагрузок. 

Не меньшая проблема – длительное пребывание в невесомости, которое вредит мышцам, костям, сердцу, сосудам и даже печени. Тело человека приспособлено постоянно сражаться с гравитацией. Кровь утекает в ноги, поэтому нужно вернуть ее обратно к легким, для чего необходимо сильное сердце. Мышцы должны работать, чтобы преодолевать силу гравитации. Без нее и сердце, и скелетные мышцы становятся слабее. А вместе с последними истончаются кости, что может привести к остеопорозу.

Одно из возможных решений проблемы для Starship, не связанное с повышенным использованием топлива, – создание искусственной гравитации вращением корабля. Такой вариант SpaceX рассматривала, причем компания планировала связать несколько кораблей вместе, чтобы радиус описываемого ими круга был больше, а гравитация максимально приближена к земной. Возможно, в конце концов компания решит просто сократить время до Марса до ста дней, увеличив скорость судна до 100 тыс. км/ч. Для этого ей придется осуществить дозаправку Starship в космосе, зато проблема невесомости будет решена интенсивными тренировками астронавтов.

Японские исследователи предложили строить здания с искусственным аналогом гравитации на Луне и Марсе. Верхние части здания вращаются, за счет чего по их краям будет ощущение как от земной гравитации Иллюстрация: Kajima Corporation news.sky.com

Жить можно

Добраться до Марса – лишь половина дела. Потом нужно как-то решить вопрос с радиацией и невесомостью уже в точке назначения. Одно из недавних предложений Японии – создание вращающегося здания , в котором нормальную для человека гравитацию получат за счет центробежной силы. А вот проблема радиации, возможно, будет менее острой, так как построить надежное укрытие на планете проще, чем снабдить им ракету.

Время, чтобы продумать все детали, пока есть, тем не менее лидер SpaceX не отрицает, что в ходе колонизации множество людей может просто погибнуть. Слишком опасным будет и заводить детей в первые годы укрощения «бога войны», поэтому численность населения на Марсе будет расти только за счет землян. Примерно в течение сотни лет колония должна стать полностью независимой от родной планеты, но поначалу поставки с Земли должны будут осуществляться каждые два года или чаще.

А вот о выращивании томатов и мраморной говядине марсианам придется забыть надолго, так как создать подходящие для привычного сельского хозяйства условия на Красной планете в обозримом будущем не получится. Ультрафиолетовое излучение, необходимое для растений, может быть ограничено из-за пылевых бурь, так что пищевые технологии сильно изменятся. Но чем раньше колонисты смогут их освоить – тем лучше, так как оставаться зависимыми от поставок с Земли слишком опасно. Вполне вероятно, что лучшим источником белка станут нетребовательные к условиям и быстро размножающиеся насекомые. При этом в условиях постоянной нехватки ресурсов колонистам придется в совершенстве освоить zero waste (принцип, направленный на максимальное сокращение отходов) и скармливать кузнечикам и тараканам пищевой мусор. Тем не менее, сейчас вопросы жизни колонии – дело десятое. Для начала нужно сосредоточиться на том, как туда долететь.

Ну когда же?

Название будущего звездолета появилось уже в 2005 году, но до 2018-го Starship носил кодовое имя BFR, что может расшифровываться как Big Falcon Rocket («Большая ракета Фалькон») или Big Fucking Rocket (отсылка к игре DOOM и Rage 2). Наш герой оправдывает свое прозвище: он относится к сверхтяжелым ракетам-носителям, то есть способен перевозить груз весом до 250 т, и это рекорд среди когда-либо существовавших или разрабатываемых ракет. Кстати, единственная сверхтяжелая ракета, которая используется сегодня, – это Falcon Heavy от SpaceX.

Но даже несмотря на рекордную вместимость невозможно за раз перевезти на Марс все необходимое для будущей колонизации. По оценкам Илона Маска, для этого потребуется около тысячи кораблей Starship. На их постройку уйдет не менее 20 лет, а до тех пор эта модель заменит существующие сегодня грузовые ракеты. Отсчет 20 лет может начаться в ближайшие 2–3 года, если испытательный полет на орбиту будет успешен. Первые тренировки Starship начались совсем недавно с атмосферных полетов на высоту от 20 до 150 метров в 2019 году.

Невозможно за раз перевезти на Марс все необходимое для будущей колонизации. Потребуется около тысячи кораблей Starship. Иллюстрация: Roger Bootsma, humanmars.net

Выход на орбиту должен состояться уже в 2022 году. Испытания первой ступени Booster 7 в июле закончились взрывом. Это, впрочем, просто часть рабочего процесса, такие риски учитываются создателями. Надо сказать, что Starship за всю историю взрывался или горел целых 8 раз. Но из-за июльского инцидента была повреждена стартовая площадка, поэтому до окончания ее ремонта новые испытания провести не получится.

Первый корабль под названием Heart of Gold по замыслу Маска должен полететь на Марс в 2035 году. А после осмотра красот нового дома его отправят обратно. Чтобы реализовать многоразовость Starship, такие корабли нужно будет заправлять топливом уже на Марсе. Здесь все продумано: в аппаратах будут использовать метан-кислородные жидкостные ракетные двигатели Raptor 2. Такой необычный состав топлива позволит получать его с помощью реакции Сабатье из подземной и ледниковой воды и углекислого газа из атмосферы на Красной планете. Дело за малым – отучить двигатели от вредной привычки взрываться.