Как бы парадоксально не звучало, наша Солнечная система для человека малоинтересна. Внутренние планеты представляют собой сочетание неудобных условий и отсутствие каких-либо интересных человечеству ресурсов, внешние же (от Юпитера и далее) не пригодны для колонизации вовсе, поскольку являются газовыми гигантами. Отдельный интерес могли бы представлять их спутники, но увы, их большая удалённость делает их также малопривлекательными.
Однако, человечеству всё же придётся расселяться по просторам нашей системы, чтобы элементарно выжить, поскольку ресурсы Земли не бесконечны. Для этого придётся все пригодные космические объекты в конце концов терраформировать, то есть создавать на них условия подобные земным в глобальном масштабе. Это необходимо, поскольку использование небольших баз для переселения туда жителей Земли нецелесообразно.
Возможно, через несколько тысяч лет, человечество сможет освоить «разборку на атомы» газовых гигантов, типа Юпитера и Сатурна, чтобы потом из их вещества делать огромные орбитальные станции или даже целые планеты. Однако, в ближайшее время, мы вынуждены будем ограничиться более простыми методами инженерии, аналогичными тем, которые применяем в повседневной жизни на Земле.
Если рассматривать внутренние планеты спутники: Меркурий, Вернеру, Марс и Луну то, первым, скорее всего, будет колонизирован Марс. Это имеет очень простое объяснение. Луна, несмотря на свою близость является объектом безжизненным и бедным, то есть не будет представлять для землян никакого интереса. Меркурий и Венера из-за условий на их поверхности, заключающихся в огромной температуре (а на Венере ещё и в давлении), возможно, даже в ближайшие тысячелетия колонизированы не будут. А вот Марс… Марс удивительно идеально подходит не просто для колонизации землянами, он подходит для полного преобразование его в некое подобие Земли. Что же делает его таким особенным?
Во-первых, он может иметь густую атмосферу наподобие земной. Первая космическая скорость на Марсе составляет 3.6 км/с; это означает, что гравитация Марса способна удержать возле себя атмосферу, не дав ей улететь в космос (у газов земной атмосферы скорость движения составляет около 2.5 км/с). Во-вторых, на Марсе обнаружена вода; огромное количеств водяного льда найдено не только в полярных ледниках Марса, но и под его песчаной поверхностью. Вода – основа нашей жизни, поэтому если она есть в больших количествах на Марсе, шансы его колонизации значительно возрастают. В-третьих, структура почвы Марса похожа на земные вулканические пески, то есть, как минимум, она нейтральна к флоре нашей планеты; следовательно, если в эту почву внести питательные вещества, то можно будет на Марсе и картофель выращивать. Ну, и небольшая изюминка на торте: сутки на Марсе, называемые «сол», имеют длительность всего лишь на двадцать минут меньше, чем на Земле, что будет представлять определенное удобство людям, живущим там.
Однако, всё это, возможно, будет когда-нибудь. В настоящее же время Марс являет собой весьма непривлекательное зрелище. Средняя температура на планете достигает -60°С, давление атмосферы в 100-200 раз меньше земного, а самым распространённым газом является углекислый. И, тем не менее, это лучшие условия для колонизации, которые есть у человечества. Отдельную проблему составляет отсутствие у Марса магнитного поля, что является причиной высокого уровня радиации на поверхности планеты; оптимальным решением этой проблемы является укрытие блоков модулей, в которых будут жить колонисты, слоем марсианского грунта.
Как будет происходить это процесс? Скорее всего, колонизация начнётся с постройки полностью автономной базы для живущих там людей. Даже с учётом всех благоприятных факторов, полёт на Марс с Земли нынешними средствами занимает от 2 до 4 месяцев при благоприятном расположении планет, случающимся раз в 2 года. Таким образом, необходимо изначально рассчитывать на то, что помощь с Земли в случае нештатной ситуации может прийти с серьёзным опозданием и надо быть, как минимум, готовым переждать достаточное длительное время в автономном режиме.
Основной задачей колонии на Марсе будет постоянный её рост, причём необходимо будет максимально локализовать добычу природных ресурсов и производство модулей станции из них, чтобы быть независимым от поставок сырья с Земли.
Отдельную проблему будет составлять выращивание пищи для всё разрастающегося населения колонии. Поскольку организовать цикл непрерывного круговорота питательных веществ (наподобие тех, которые существуют в экосистемах Земли) на первых этапах будет невозможно, не исключены некоторые неудобства в питании колонистов. Поэтому, вполне возможны варианты питания сублимированной пищей; не исключено использование в качестве еды «аминокислотного коктейля» или даже пищи промышленного производства. Последнему сейчас уделяют много внимание в Китае и Японии, поэтому анекдотическая «пластиковая каша» может стать вполне реальной вещью для космонавтов будущего. Если удастся реализовать в колонии полностью автономную систему питания, можно будет считать этот этап колонизации завершенным.
Когда население Марса превысит число, необходимое для организации крупного промышленного производства, начинается второй этап: постройка комплексов по обогащению атмосферы Марса кислородом и азотом. Таким образом, будут достигнуты условия, необходимые для существования человечества безо всяких защитных средств; с учётом удаленности Марса от Солнца, одного лишь слоя атмосферы будет достаточно для защиты поверхности от радиации.
Футурологи отводят на первый этап колонизации Марса около сотни лет, на второй – около тысячи. В исторических рамках это, конечно, пустяк, однако, хватит ли нам времени? Дело в том, что если человечество продолжит расти и развиваться подобными темпами, лет через 200 нас ожидает немилосердный конец в виде смерти от голода. И, можно сказать, что в настоящее время человечество ожидает серьёзный экзамен на выживание: сможет ли оно грамотно распорядится остатком ресурсов, чтобы выйти, наконец, из своей колыбели-Земли?
Транспортировка: Вращающиеся в обратном направлении ковши-барабаны разгружают реголит в роботизированную руку фабрики
Переработка: Для извлечения воды из реголита его разогревают в печи, где происходит электролиз водорода и кислорода
Передача: После получения определенного объема вещества, другая роботизированная рука, оборудованная специальной защитной закрытой системой, загружает его на мобильный роботизированный танкер
Доставка: Танкер доставляет воду, кислород и метан к жилищу людей и выгружает их в резервуары длительного хранения
Использование и хранение: Астронавты будут использовать воду и кислород для дыхания, а также выращивания растений; топливо будет храниться в виде криогенных жидкостей для будущего использования
Вся вода, которая будет добываться из реголита, будет проходить тщательную очистку. Модуль очистки будет состоять из многофазной системы фильтрации, а также нескольких деионизирующих подложек.
Жидкость будет использоваться не только для питья. Она станет важнейшим компонентом для производства ракетного топлива. При расщеплении молекул H2O с помощью электролиза на молекулы водорода (H2) и кислорода (O2), а затем компрессии и превращении в жидкость, можно будет синтезировать топливо и окислитель, которые наиболее часто применяются в жидкостных ракетных двигателях.
Сложность заключается в том, что жидкий водород должен храниться при экстремально низких температурах. Для этого NASA хочет превращать водород в тот вид топлива, который будет проще всего хранить: метан (CH4). Это вещество можно получить при соединении водорода и углерода. Где добывать углерод на Марсе?
К счастью, на Красной планете его очень много. Марсианская атмосфера на 96 процентов состоит из молекул углекислого газа. Захват этого углерода – задача специальной морозильной установки. Если говорить простыми словами, она будет создавать из воздуха сухой лед.
Получив с помощью электролиза водород и добыв углеродный газ из атмосферы, с помощью химического процесса — реакции Сабатье — их можно будет соединить в метан. Для этого NASA разрабатывает специальный реактор. В нем будут создаваться необходимые давление и температура для поддержания реакции превращения водорода и углекислого газа в метан и воду в качестве побочного продукта.
Следующей интересной деталью перерабатывающей фабрики является омбилическая роботизированная рука для передачи жидкостей к цистерне мобильного танкера. Необычное в этой системе то, что она особым образом защищена от внешней среды и в частности пыли. Реголитная пыль очень мелкая и способна проникнуть практически везде. Поскольку сам реголит состоит из раскрошившейся вулканической породы, он очень абразивный (цепляется буквально ко всему), что может создать серьезные проблемы для работы оборудования. Лунные миссии NASA в прошлом показали насколько опасно это вещество. Оно нарушало показания электроники, приводило к заклиниванию механизмов, а также становилось причиной сбоев в термоконтроллерах. Защита электрических и жидкостных каналов передачи роботизированной руки, как и любой очень чувствительной электроники, является для ученых одной из самых приоритетных задач.
Колонизация Марса
Колонизация Марса - создание поселений людей на планете Марс .
Важный шаг для будущего человечества. Марс является центром внимания как разнообразных предположений, так и серьёзных исследований в области возможных колоний.
Марс - планета, 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.
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 на высоте 34 668 метров - рекордная по высоте точка, которой достиг воздушный шар с командой на борту (май г.) - примерно соответствует давлению на поверхности Марса. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе. Также на Земле есть пустыни , схожие по виду с марсианским ландшафтом.
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:
Следует отметить, что последние два из вышеприведённых способов требуют основательных расчётов, направленных на изучение подобного воздействия на планету, её орбиту, скорость вращения и многое другое.
Но самой серьезной проблемой на пути колонизации Марса является отсутствие магнитного поля, защищающего от солнечной радиации. Для полноценной жизни на Марсе без магнитного поля не обойтись.
Нидерландская компания Mars One собирается отправить человека на Марс в 2023 году. Это станет первым шагом на пути его колонизации. Согласно плану, первыми на Красную планету отправятся четыре человека, которые уже никогда не вернутся на Землю. Далее каждые два года на Марс будут прибывать по четыре новых члена зарождающейся колонии. По предварительным оценкам, отправка на Марс первых колонизаторов обойдется в $6 миллиардов. Чтобы окупить затраты, Mars One намерена привлечь телевидение, показав весь процесс, всю процедуру подготовки первого и последующих экипажей в прямом эфире. «Это будет феерическое зрелище, на фоне которого „Большой брат“ покажется лишь бледной тенью. Весь мир будет наблюдать и переживать эту поездку», цитирует The Huffington Post слова лауреата Нобелевской премии по физике Жерара Хоофта .
Несмотря на то что компания рассказала о своих планах только недавно, вынашиваются они с прошлого года. «Этот проект чуть ли не единственный способ осуществить мечту человечества в исследовании космического пространства . Это будет захватывающий эксперимент. Давайте начнем», призывает Хоофт. В рамках проекта Mars One в 2016 г. предполагает запустить на Марс спутник связи , а через два года отправить туда марсоход . Он подыщет подходящие места для колонии. К 2020 г. на Красную планету доставят все необходимое для жизнеобеспечения, а еще через три года подтянутся люди.
«Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship ) - проект 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 безвозвратно. Это приведет к значительному сокращению стоимости полета, появится возможность взять больше груза и экипаж. Дальнейшие полёты будут доставлять новых колонистов и пополнять их запасы.
Задержка сигналов от Марса к Земле, обусловленная конечностью скорости света, исчисляется минутами. Световой сигнал будет идти от Марса до Земли от 3 до 22 минут в зависимости от расположения Марса и Земли в момент подачи сигнала. 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.
Наилучшие места для колонии тяготеют к экватору и низменностям. В первую очередь это:
В случае терраформирования первый открытый водоём появится в долине Маринера.
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: 1) 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. 2) Производство в колонии основных конструкционных и расходных материалов из местных ресурсов. Это означает необходимость создания цементного, кирпичного, ЖБИ-изделий, воздушного и водного производств, а также разворачивания чёрной металлургии, металлообработки и оранжерей. Экономия продуктов питания потребует вегетарианства. Вероятное отсутствие коксующихся материалов на Марсе потребует прямого восстановления оксидов железа электролизным водородом - и соответственно производства водорода. Пылевые бури могут на месяцы сделать невозможной солнечную энергетику, что при отсутствии природных топлив и окислителей делает единственной надёжной ядерную энергетику на Марсе. Крупномасштабное производство водорода и впятеро большее содержание дейтерия в 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. 3) 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 месторожений золота, платиноидов или драгоценных камней.
Помимо основных аргументов критики идеи колонизации космоса человеком (см. ), имеются и возражения, специфичные для Марса:
| Колонизация Солнечной системы |
 |
|
|---|---|---|
| Космос как среда обитания |
||
| Ресурсы и энергетика | ||
| Марс | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| География |
|
|||||||||||||
| Спутники | Фобос · Деймос | |||||||||||||
| Исследование | Колонизация · Марсианские названия · Терраформирование Марса · Марсоход | |||||||||||||
| В кинематографе | Красная планета · Миссия на Марс · Марсианская одиссея · Призраки Марса · Последний на Марсе · Вспомнить всё | |||||||||||||
| Упоминание в культуре | Марс в культуре · Список фильмов о Марсе · Марсиане · Книги о Марсе | |||||||||||||
| Солнечная система Исследование Марса АМС Список астероидов, пересекающих орбиту Марса | ||||||||||||||
Wikimedia Foundation . 2010 .
→На сегодняшний день Марс является наиболее привлекательным объектом для потенциальной колонизации. Стоит начать с того, что это ближайшая планета к Земле (не считая Венеры), полет к которой займет всего 9 месяцев. Кроме того, несмотря на то что человек не может находиться на поверхности Марса без защитного снаряжения, условия планеты очень похожи на земные.
Во-первых, площадь поверхности Марса практически равна площади суши на Земле. Во-вторых, марсианские сутки схожи с земными и длятся 24 часа 39 минут и 35 секунд. Кроме того, Марс и Земля имеют почти одинаковые наклон оси к плоскости эклиптики, следствие чего на Марсе тоже происходит смена времен года. Главным фактором в возможности потенциальной колонизации планеты является наличие на Марсе атмосферы, хоть и не очень плотной, что гарантирует некоторую защиту от радиации, а также облегчает посадку космического корабля. Также в результате недавних исследований было подтверждено наличие воды на планете, что дает ученым повод утверждать о вероятности возникновения и поддержания жизни. Плюс к этому, стоит отметить тот факт, что марсианский грунт по своим параметрам очень напоминает земной, поэтому учеными теоретически рассматривается возможность выращивания на поверхности планеты растений.
Однако стоит отметить факторы, которые способны сильно затруднить колонизацию красной планеты. Во-первых, это сила тяжести, которая более чем в два с половиной раза меньше земной. Во-вторых, это низкая температура (максимально воздух прогревается на экваторе до +30 градусов по Цельсию, при этом зимой на полюсах температура может опускаться до -123 градусов). При этом для планеты характерны большие годовые колебания температуры. Магнитное поле планеты приблизительно в 800 раз слабее, чем на Земле. Что касается атмосферного давления, то на Марсе оно слишком мало, чтобы колонисты смогли находиться на поверхности без специального костюма.
Атмосфера Марса на 95 процентов состоит из углекислого газа, поэтому на начальных этапах терраформирования планеты требуется растительность, с помощью которой можно бы было увеличить содержание кислорода. Кстати давление углекислого газа может оказаться достаточным для поддержания жизни растительности на планете без дополнительного терраформирования.
Тем не менее для успешной колонизации планеты без предварительного терраформирования не обойтись. Во-первых, необходимо достичь на Марсе атмосферного давления, при котором стало бы возможным существование воды в жидком виде. Во-вторых, необходимо создать озоновый слой, который бы защищал поверхность от излучения. Плюс к этому, нужно повысить температуру на экваторе до минимум +10 градусов.
При удачном террафомировании наиболее благоприятными местами для создания колоний станут низменности в экваториальной зоне. Среди подобных мест ученые отмечают в первую очередь впадину Эллада (наивысшее давление на планете), а также долину Маринера (наибольшие минимальные температуры).
План колонизации Марса привлекает человечество в первую очередь из-за большого запаса различных полезных ископаемых на планете: меди, железа, вольфрама, рения, урана и других. Сама добыча этих элементов может проходить гораздо плодотворнее, чем на Земле, так как, например, благодаря отсутствию биосферы и высокому фону излучения можно широкомасштабно применять термоядерные заряды для вскрытия рудных тел.
Несмотря на то, что Марс является наиболее благоприятной для колонизации планетой Солнечной системы, многие ученые заявляют о невозможности осуществления плана его колонизации. Одним из аргументов является малое количество элементов, необходимых для поддержания жизни (водорода, азота, углерода). Также многие специалисты ставят под сомнение практическую ценность террафомирования планеты (так как проверить это экспериментально в земных условиях не предоставляется возможным). Кроме того, многих ученых весьма пугает марсианская радиация, а также марсианская сила тяжести, пагубное влияние которых может привести к различным мутациям в теле человека. Плюс ко всему, ученые пока затрудняются ответить о возможных последствиях длительного перелета (вполне возможно, что длительное нахождение людей в замкнутом пространстве может вызвать серьезные психологические проблемы).
