На Земле все меньше мест, где могут развернуться человеческие
амбиции и тяга к открытиям и завоеваниям, в то время как космос
остается огромным и совсем не освоенным. Визионерство Илона Маска и
сериалы вроде Экспансии создают привлекательный образ колонизации
ближайших к Земле планет, однако в реальности у человечества пока
нет понимания, как сделать это возможным. Есть лишь мечты и
некоторые теоретические разработки. О них ПостНауке рассказал
ведущий научный сотрудник лаборатории спектроскопии и фотометрии
внегалактических объектов Специальной астрофизической обсерватории
РАН ИванМоисеев.Зачем летимЕстественный вопрос зачем нам
колонизация целой планеты? Обычно говорят, что человечеству нужна
запасная. Эта мотивация как бы намекает, что на нынешней, возможно,
случится катастрофа, требующая от обитателей решительного и
немедленного переселения. Такая действительно может произойти
падение астероида, например.Кроме того, космическая экспансия
необходима нам и в научно-технологических целях. Изучение эволюции
планет Солнечной системы, развивающейся уже 5 миллиардов лет, может
дать нам понимание того, как именно зародилась жизнь на Земле и что
с ней будет дальше. На планетах и спутниках иногда находятся
полезные ископаемые или металлы. Минералы и летучие элементы в
составе пород астероидов и комет могут быть источниками железа,
титана и никеля. Потенциально мы могли бы упростить и удешевить
добычу золота, нефти и водорода, необходимого для ракетного
топлива. И все это в рамках изучения космоса.Но амбиции
человечества выходят за границы промышленного интереса. Одна из
основных задач исследования внеземного пространства, на которую
ежегодно тратятся миллиарды долларов, поиск разумной жизни и мест
для потенциального заселения.Мы можем предположить, что Солнце не
уникальная звезда и вокруг других звезд вполне могут быть другие
планеты. Нас особенно интересуют те, которые называются
экзопланетами. Если небесное тело похоже на Землю характеристиками,
обладает близкими силой тяжести, массой, размером и находится в так
называемой зоне Златовласки (зоне обитаемости), где не слишком
холодно и не слишком жарко, то считается, что его можно
адаптировать для проживания. Звезд очень много, и таких планет
потенциально тоже много. Сейчас человечеством открыто около 4000
таких небесных тел.Ближайшая к нам экзопланета Проксима Центавра,
расстояние 4,2 световых года от Земли. Правда, есть подозрение, что
жить на ней нельзя, потому что она находится слишком близко к своей
звезде. В любом случае туда мы не полетим ни завтра, ни в обозримом
будущем. Но есть планета, которую с Земли можно увидеть даже
невооруженным взглядом, до которой люди способны долететь и откуда
получили фотографии, Марс.Правда, идея его заселения легко
подвергается критике, потому что требует огромных ресурсов.
Превращение Марса в обитаемую планету вопрос столетий. Мы как бы
уничтожаем Землю, но тратим миллиарды на восстановление пустыни.
Эта морально-этическая дилемма не будет решена в ближайшее
время.Куда летимО колонизации Марса говорили и писали еще в
19601970-х годах советский конструктор Сергей Королев и
американский разработчик Вернер фон Браун. Они же первыми пришли к
выводу, что реализовать полет туда вполне возможно.Почему именно
Марс? Венера исключается по своим характеристикам: высокое
притяжение, огромное давление и температура делают полет туда
невозможным. Облет и выход на орбиту да, посадка и взлет на данном
этапе развития технологий нет. Марс тоже из земной группы, он
маленький, твердый и с точки зрения космических расстояний
расположен к нам довольно близко.Нам хочется понять, как устроен
Марс, как он эволюционировал, есть ли там вода. Мы уже знаем, что
есть лед. Сколько воды и как ее добывать это вопрос, пока еще не
решенный, но уже одно обнаружение считается серьезным шагом на пути
к тому, что Марс будет осваиваться. Конечно, не менее важно
изучение материалов, полученных оттуда, поиск минералов,
исследование грунта и атмосферы.Главный вопрос, на который мы ищем
ответ: почему Марс потерял свою атмосферу? У Марса осталась
атмосфера, которая, грубо говоря, в 100 раз меньше по плотности,
что у нас на Земле. Основная причина взаимодействие с солнечным
ветром, то есть потоком ионизированного газа, который возникает в
солнечной короне и простирается на всю Солнечную систему. Он
нагревает верхнюю атмосферу, а высокая температура в совокупности с
солнечным ветром приводят к тому, что газ очень быстро
улетучивается с Марса.На Земле атмосфера и магнитное поле защищают
нас от мощного галактического и солнечного излучения. Атмосфера
Марса практически в 200 раз тоньше, чем земная, так что все
излучение обрушивается на планету без преград. В 2001 году NASA
отправило аппарат Mars Odyssey с инструментом Martian Radiation
Experiment на борту, чтобы измерить уровень радиации на Марсе. Зонд
работал 18 месяцев и обнаружил постоянную радиацию, уровень которой
в 2,5 раза выше уровня радиации на МКС 8 рад в год. На Земле жители
получают в год дозу примерно в 0,62 рад.Температурный разброс на
Марсе от -153 C на полюсах до +35 C в районе экватора, но даже в
самых теплых зонах ночные показатели температуры достигают -50 C.
Американские исследователи Роберт Зубрин и Крис Маккей в статье
Технологические требования для терраформирования Марса
предложили[1] несколько способов, с помощью которых мы могли бы
повысить температуру на Марсе: орбитальные зеркала на марсианской
орбите, которые растопят ледовую шапку южного полюса Марса и
высвободят углекислый газ, абсорбированный там; бомбардировку
астероидами и ракетами, содержащими парниковые газы. Все эти
способы терраформирования теоретически могут повысить атмосферное
давление на Марсе, но их реализация требует большого запаса
времени, денег и высокого технологического развития.В перспективе
можно полететь и дальше Марса. В поясе астероидов, который
находится между орбитами Марса и Юпитера, как считается, есть
металлические астероиды, никелевые металлы, которые можно доставить
на Землю. В теории мы сможем их возить. Но начинать логичнее с
Луны. Активнее всего ее изучают американцы. У них по трамповскому
плану 2024 год заявлен[2] для высадки следующего мужчины и первой
женщины на Луну. Но если реально смотреть, то, скорее всего, это
случится только в 2028 году. Повторная высадка нужна для испытаний
новой техники. Мы как бы начинаем заново: сначала полет с
беспилотником, потом облет вокруг, а третий с высадкой. Дальше в
стратегических направлениях построение базы на Луне.Как
полетимОрганизация полета на Марс противоречивое направление,
потому что, с одной стороны, тратятся очень большие деньги на
вопрос, который не является принципиально важным для существования
человечества, а с другой стороны, изучение эволюции планет,
особенно Венеры и Марса, важно нам для понимания будущего Земли.За
30 секунд, как уверяет известная американская группа, мы до Марса,
конечно, не долетим, но примерно за 57 месяцев вполне. Полет
марсохода Curiosity только в одну сторону длился[3] 254 земных
суток. Для сравнения: общая продолжительность миссии Аполлон-11,
высадившей на Луну американцев во главе с Нилом Армстронгом, всего
8 дней. Но и 254 дня доступный срок. Кроме того, Марса реально
достигнуть на тех космических ракетах, которые имеются в
распоряжении человечества сейчас.У человека вряд ли получится
полететь на Марс в ближайшее время. Илон Маск строит очень большие
ракеты, и их скорость может увеличиться, но не радикально, не в 10
раз. Солнечная активность слишком непредсказуема, поэтому очень
тяжело защитить человека на корабле. Один из вариантов защиты
магнитное поле, но нужны очень мощные поля, на них потребуется
огромное количество энергии. Кроме того, можно сделать специальные
помещения, куда человек спрячется на время вспышки на Солнце.
Условно говоря, это самый простой способ защиты человека. А на
самом Марсе, скорее всего, колонизаторы уйдут в подполье.На Марсе
достоверно существует вода и на Луне (пока предположительно, но все
же с большой долей вероятности). А вода это топливо. Для ракеты
нужно много топлива: чем быстрее вы хотите лететь и чем дальше, тем
больше его требуется. Вам нужно не только добавочное топливо, но и
топливо, чтобы разгонять то топливо, которое вы берете, такой
замкнутый круг.Эти запросы растут по экспоненте с усложнением задач
и ростом характеристической скорости. Брать топливо на Земле дорого
и нерационально. Но можно брать его на Луне. На южном полюсе, как
считается, вода есть. В 2020 году NASA объявило[4], что их
стратосферная обсерватория SOFIA обнаружила молекулы воды на лунной
поверхности не только в ловушках холода, но и на освещенной солнцем
территории. Лед превращается с помощью энергии в кислород и водород
самое эффективное топливо для космических полетов. Но вне Земли.
Для Земли все равно лучше и доступнее керосин и кислород или метан
и кислород. Как только мы улетаем с Земли, самым эффективным
становится кислород и водород.На Луне также есть достаточно много
металлов, для добычи которых тоже требуется энергия. Ядерные
реакторы, скорее всего, решат эту проблему. И можно делать там, на
спутнике, какие-то простые части ракет, затем тяжелые. Этот маневр
снимает проблему зависимости от уравнения Циолковского.Уравнение
это выглядит так: скорость истечения один множитель, его мы
варьировать сильно не можем, а под логарифмом стоит отношение
Марса. Масса стартовая, с топливом, и масса конечная, без топлива.
И эту вещь мы можем увеличивать, но только за счет того, что
делаются ракеты все больше и больше, появляется многоступенчатость
и многое другое. Если мы массу берем не с Земли, то она будет более
эффективно использоваться, потому что ее как бы не нужно будет
вытаскивать из гравитационного колодца Земли: она уже в космосе. А
Луна маленькая, с нее проще доставлять. Луна, таким образом, может
стать не только пересадочным пунктом на пути к Юпитеру, но также
источником топлива для тех спутников, которые мы с низких орбит
перетаскиваем на высокие.Вопрос полета человека на Марс не
проработан технически, потому что никто серьезно не занимался им,
только на бумаге. Раз технически не занимались, не проработан и
вопрос надежности. Обычно на бумаге предлагают авантюрные полеты,
которые не пропустит ни одно правительство из опасения, что все
закончится печально. В той радиации, которая существует в
околоземном пространстве, медики считают безопасным жить 1 день. А
экономный вариант полета к Марсу 6 месяцев, 23 месяца там и 6
месяцев обратно. Можно долететь и быстрее, но для этого нужны такие
двигатели, которых нет и которые пока не делаются, ядерные, причем
не обычные, а ядерные двигатели большой тяги. Весь спектр проблем
вряд ли будет разрешим в ближайшем будущем.Сколько заплатимЧтобы
доставить двух человек на Марс и вернуть обратно, воткнуть флаг и
вернуться, требуется 500 миллиардов долларов. Чтобы понять эту
цифру, нужно сказать, что годовой бюджет NASA а это половина всех
затрат на мировые космические исследования составляет около 30
миллиардов. Чтобы доставить двух человек, нужно все бросить и
тратить в течение более десяти лет деньги только на высадку
человека на Марс. И это никакая не колония, а одноэтапный квест:
слетать и вернуться.500 миллиардов долларов расчет для одного
корабля. Но по требованиям безопасности посылать нужно как минимум
два: один с людьми, а второй с запчастями, если вдруг что-то
сломается в полете. Есть так называемые технические эпидемии.
Скажем, на станции начали гореть лампочки. Просто горят и горят,
какая-то недоработка. Если станция околоземная, то мы запустили
грузовик, привезли эти лампочки, может быть, другие,
модернизированные. А с Марсом как? Корабль устроен очень сложно,
там тысячи элементов, обеспечить надежность каждого из них
невозможно. И их нужно продублировать, чтобы обезопасить экипаж.Мы
прилагаем огромные усилия, чтобы вырваться с Земли в космос. Для
примера: ракета-носитель Протон весит 700 тонн на старте, а выводит
на низкую орбиту 20 тонн. Все остальное безвозвратно теряется, и
это не просто бетон, а дорогое очищенное топливо, дорогие металлы,
дорогая электроника. И все это только для того, чтобы вырваться из
гравитационной ямы под названием Земля. Правильная стратегия
движения в космос: Луна на первом этапе, базы на Луне,
использование лунных ресурсов, астероиды, затем попутно можно
залететь на Марс так будет намного дешевле.Марс очень дорого
обходится за счет своей гравитации. Для ракеты а у нас другого
средства передвижения в космосе нет огромное значение имеет
гравитация планеты. Если затраты по колонизации и освоению Луны
взять за единицу, то Марс будет в 12 раз дороже. Даже спутники
Юпитера всего в 7 раз дороже, чем Луна, потому что они маленькие:
не требуется больших затрат топлива, чтобы совершить посадку и
потом оттуда взлететь. Марс большой, поэтому нужно очень много
топлива, чтобы на него сесть и потом с него отчалить. А хотелось бы
отправлять туда людей не в один конец. Любые практические действия
для полета на Марс только полета, не колонизации сталкиваются с
вопросом о 500 миллиардах долларов.Но если бы мы хотя бы малую долю
марсианских денег потратили на защиту от астероидов, то обезопасили
бы себя от них и без запасных планет. Других значительных угроз,
кроме астероидов, которые Марс способен решить, сейчас у
человечества нет. Популярно говорить, что мы сбежим туда от
пандемии, ядерной войны или чего-то иного настолько же страшного,
но правда в том, что все это мы увезем с собой, начиная от ядерного
оружия и заканчивая вирусами.Что будем делать, когда прилетимПервые
колонисты на Марсе, скорее всего, вынуждены будут жить под землей.
Есть проекты подземных городов, но фактически это только картинки.
В некоторых столицах станции метро строят годами и не могут
доделать, а на Марсе нужно будет подготовить целый город с научными
лабораториями, жилыми помещениями, зонами отдыха.Ежегодно на
проектах Mars City Design и Mars Base Challenge 3D-архитекторы со
всего мира представляют проекты марсианских городов, и самые
перспективные разработки либо подземные, либо радикально защищенные
от радиации. Довольно реалистичным считается[5] жилой комплекс The
Queen от Ноя Хорнбергера из студии Thinigverse: он предложил
покрыть жилище, сделанное на поверхности в виде сот, слоем
обедненного урана. Но любые материалы для строительства следует
сначала привезти на Марс.Вторая проблема энергия. Земля получает
солнечную энергию. Марс находится примерно на 50 миллионов
километров дальше от Солнца. Обычные растения там не выживут. Мы до
сих пор не знаем, есть ли там уран или что-нибудь похожее, чтобы
сделать уже там, на месте, реактор.Третье необходимость снабжения.
Большинство марсианских проектов анонсируют на месте строительство
некой замкнутой экосистемы. Американская компания Space Biosphere
Ventures построила[6] в пустыне Аризоны замкнутую экологическую
систему Биосфера-2 с изолированными помещениями и несколькими
видами растительных зон, и в итоге участники эксперимента начали
задыхаться в этой постройке, так что пришлось закачивать кислород
извне. И это эксперимент на Земле, а если такое вдруг случится на
Марсе? В России красноярский Институт биофизики работал над
проектом БИОС-3, у них водоросли хлорелла поглощали углекислый газ
в такой же замкнутой среде, но как адаптировать эти разработки под
Марс пока не очень понятно.Как будем житьЖить на Марсе, наверное,
не очень весело: кругом пустыня. Потенциально в космосе можно
создать для человека такие же комфортные условия, как на Земле, или
даже более комфортные, потому что нам иногда гравитация мешает.
Например, все люди мечтают летать как птицы. Следующим шагом после
Луны будет не Марс, а большие орбитальные поселения, где мы
построим искусственную среду с регулируемой гравитацией. И
соответственно, для снижения травматизма в пожилом возрасте сможем
использовать пониженную гравитацию. Но до этих туманных перспектив
много световых лет.В фильме Ридли Скотта Марсианин большинство
вопросов решались просто, но в реальной жизни все сложнее.
Допустим, еду и воду колонизаторы научатся добывать. А если они
заболеют, что с ними делать? Из Антарктиды вывезти человека можно,
пригнав самолет, а что мы на Марс пригоним? Мы совершенно не знаем,
во что превратится человек под воздействием марсианской гравитации.
И уж точно не знаем, что с ним станет во втором и третьем
поколении: будет ли это вообще тот же самый вид, который живет
сейчас на Земле?Если новое поселение появится на Марсе, оно будет
жить, скорее всего, по своим законам. Контролировать их с Земли
будет очень трудно. Они вообще могут начать строить совершенно
другой, неподконтрольный нам социум, у нас получатся как бы две
цивилизации: земная и марсианская.Если там организуют очень большое
поселение, в руках у которого будет достаточно разных ресурсов, они
вполне могут начать независимую жизнь. Если они наберут большую
мощь, то могут вообще запретить следующим группам посадку, а мы как
будем их дисциплинировать? Люди начинали жизнь на Земле, ничего на
руках не имея, маленькими коллективами. А на Марсе будет маленький
коллектив, обладающий фантастическими возможностями. Как он поведет
себя, как будет относиться к Земле, захочет ли он вообще жить там
или впускать туда людей это темная материя.Речь только о том, что
мы доставим туда человека. Еще в 1970-х американские Викинги
анализировали марсианский грунт на предмет наличия живых
организмов. Позднее каждый новый марсоход тоже искал потенциальных
соседей, но пока признаков живых организмов на Марсе не
наблюдается.Биологические молекулы широко рассыпаны по всей
Вселенной, которая нам доступна. Элементы некоторых сложных
соединений находятся на пути к появлению живого организма. Даже в
космических облаках найдены биологические молекулы, из которых
можно строить биологические объекты. Но как происходит этот
процесс? Кирпичи, подходящие для дела, есть, но можно ли построить
из них сооружение и как еще не известно. Начиная с первых полетов
на Марс и Венеру люди тщательно стерилизуют поверхности и
содержание нашего космического аппарата, чтобы не внести нашу
биологию туда и случайно не уничтожить марсианскую цивилизацию до
ее жизненного старта.Снимки новых телескопов показывают нам очень
красивую Вселенную. Но до сих пор в космосе мы видели лишь мертвую
среду. Мы не наблюдаем ничего биологического, никакого разума. Мы,
скорее всего, одни во Вселенной. Нас окружают мертвые миры.
Посмотрите на Землю и на любую другую планету, на тот же Марс. В
течение 200 лет человек, конечно, Солнечную систему освоит. Сейчас
уже думают о полете на альфу Центавра. И на Марс мы полетим, но не
передумаем ли его колонизировать хороший вопрос.
