Как будет работать смартфон на Марсе?
Мы постоянно пишем про исследования Марса, и не так давно один из читателей задал в комментариях, казалось бы, простой вопрос о том, а могут ли там работать обычные смартфоны? Немного поразмыслив, мы в редакции поняли, что ответить на него не так легко, потому что условиях на соседней планете отличаются от земных слишком сильно. Но мы попробуем.
Низкое давление
Один из главных параметров, по которым Земля отличается вообще от большинства космических тел - это атмосферное давление. На Марсе оно не нулевое, поскольку у него есть заметная атмосфера, но все же намного ниже привычного для нас: примерно 0,6 процента от земного или 600 паскалей. Низкое давление может повлиять на смартфон несколькими способами.
Некоторые из факторов достаточно очевидны, но не критичны. Например, при низкой плотности воздуха микрофон и динамик, вероятно, продолжат работать, но принимать и воспроизводить звуки они будут неэффективно - то есть звучать динамик будет тише.
Но давление может воздействовать и на критичные компоненты, такие как аккумулятор. В 2012 году NASA провело испытания литий-ионных аккумуляторов в условиях низкого давления, и одним из "подопытных" оказался аккумулятор от iPad, который не сильно отличается от аккумуляторов смартфонов. Выяснилось, что он вздувается, и хотя после повышения давления возвращается в нормальное состояние, но нахождение при низком давлении в течение нескольких часов снижает емкость примерно на треть. Так что смартфон на Марсе придется заряжать чаще.
Испытания литий-ионного аккумулятора iPad при пониженном давлении. Условия на первом графике примерно соответствуют марсианской атмосфере.
Еще одно неочевидное следствие низкого давления относится не ко всем смартфонам, а лишь к некоторым мощным и дорогим. В них для охлаждения используется не медная полоска-теплоотвод, а герметичная паровая камера в виде трубки или толстой прямоугольной пластины (как тут). Внутри трубки находится небольшой объем воды или другой жидкости. Когда процессор подвергается интенсивной вычислительной нагрузке, он выделяет много тепла и отдает его часть трубке, жидкость испаряется и переходит в другие части камеры, где охлаждается и конденсируется.
Часто в таких трубках используется пониженное давление, что позволяет снизить температуру кипения. Кроме того, на стенках внутри есть мелкие структуры, между которыми сконденсированная вода возвращается обратно в горячую область благодаря капиллярному эффекту. Пониженное давление на Марсе вряд ли разорвет трубку, но может заметно поменять ее температурный режим работы и эффективность.
Не такая уж низкая температура
Марс также отличается от Земли низкой температурой. Как и на Земле, она сильно отличается между полюсами и экватором, но вряд ли будущая экспедиция выберет для себя самые суровые условия, поэтому за основу можно взять местоположение близкое к экватору, где сейчас работает марсоход "Кьюриосити". За время своей работы он регистрировал температуры от +6 до −68 градусов Цельсия, что вполне соответствует температурам на Земле: нижнее значение как раз соответствует температурным рекордам в Якутии.
Вряд ли будущие колонизаторы Марса высадятся во время рекордно низких температур и столкнутся с морозом около −70 градусов. При более высокой температуре современные смартфоны вполне способны работать, как они делают это в Сибири, но будут сталкиваться с проблемами - в основном, с аккумулятором. При снижении температуры внутреннее сопротивление в литий-ионном аккумуляторе возрастает, и если процессор запросит высокий ток, аккумулятор может просто не справиться с нагрузкой, из-за чего смартфон выключится. По той же причине Apple несколько лет назад начала намеренно занижать мощность iPhone со старыми аккумуляторами.
С другой стороны, из-за низкой плотности марсианской атмосферы она будет медленнее отводить тепло от смартфона за счет конвекции, и тем самым частично скомпенсирует этот эффект.
Радиация
Самая незаметная из серьезных угроз на Марсе - это радиация. Благодаря атмосфере ее уровень на поверхности Марса заметно ниже, чем в открытом космосе, но примерно в три раза выше, чем на низкой околоземной орбите, например, на МКС. Из-за этого чипы в смартфоне будут постоянно облучаться потоком высокоэнергетических частиц, часть из которых будут образовывать в них вторичные частицы, в результате чего транзисторы и ячейки памяти могут менять свои параметры и вызывать сбои.
Обычно для защиты от этих эффектов используются радиационно-устойчивые схемы с усиленной изоляцией транзисторов и измененной структурой микросхемы, а также программными защитами, например, помехоустойчивыми кодами. В смартфонах используются обычные чипы, поэтому они безусловно более восприимчивы к радиации и могут выйти из строя. Но это не значит, что устройство выйдет из строя сразу же после выхода из космического корабля (проблему транспортировку до Марса в потоке космического излучения мы тактично опустим).
Это доказывает как минимум проект PhoneSat, в рамках которого NASA отправило на орбиту несколько кубсатов, работающих под управлением смартфонов Nesus One и Nesus S, а также плат Arduino. В целом проект был успешным и спутники смогли проработать неделю, прислав фотографии с орбиты.
Снимки со спутника PhoneSat, сделанные на смартфон
Камера
Но даже если в вашем смартфоне будет установлена хорошая камера, и он сможет работать на Марсе, получить такие же фотографии, как на Земле не получится. Во-первых, радиация, если и не сломает процессор, наверняка оставит яркие следы на матрице камеры. Во-вторых, в последние годы производители стали дополнять камеры большим количеством алгоритмов (подробнее об этом можно узнать из нашего материала "Зрячая математика"), в том числе и нейросетевым алгоритмом определения объектов на сцене для выставления баланса белого. Учитывая необходимость цветокоррекции снимков с марсоходов, скорее всего необученные для такой задачи смартфоны будут смещать цвета в сторону знакомых им земных пейзажей.
А если мороз, давление и радиация не испортят ваш смартфон, возможно его выбьет у вас из рук марсианский пылевой демон.
