Все на Марс. Как построить колонию на чужой планете

Если человечество хочет выжить в долгосрочной перспективе, ему наверняка придется колонизировать другие планеты. Независимо от того, сделаем ли мы Землю непригодной для жизни или просто исчерпаем ее ресурсы для поддержания жизни, рано или поздно нам придется искать новый дом.

Такие голливудские фильмы, как Марсианин и Интерстеллар, приоткрывают занавес того, что нас ожидает в будущем. Марс, безусловно, является наиболее подходящим местом для жизни в Солнечной системе, однако существуют тысячи других экзопланет, потенциально способных стать заменой для нашей Земли. Какие же технологии нам понадобятся, чтобы воплотить это в реальность?

По сути, у нас уже есть одна космическая колония - Международная космическая станция (МКС). Тем не менее, она находится лишь в 350 километрах от Земли и зависит от постоянных поставок ресурсов для ее команды из шести человек. Многие технологии, разработанные для МКС - радиационная защита, переработка воды и воздуха, сбор солнечной энергии - могут быть использованы для будущих космических поселений. Вместе с тем, создание постоянной колонии на поверхности другой планеты или луны порождает целый ряд новых вызовов.

Неестественная среда обитания

Первое требование человеческого поселения - среда обитания, способная поддерживать необходимые давление и состав воздуха (определенное количество кислорода), а также температуру, защищая при этом жителей колонии от радиации. По всей видимости, это масштабная и тяжелая структура.

Многие технологии, разработанные для МКС, могут быть использованы для будущих космических поселений

Запуск больших и тяжелых объектов в космос - дорогостоящее и сложное предприятие. Со времен миссии Аполлон космические корабли состояли из нескольких модулей, которые нужно было разделить и отдельно присоединить к кораблю. В космос их отправляли частями, после чего астронавты самостоятельно собирали конструкцию. Однако, учитывая впечатляющий прогресс в технологиях автономного управления, отдельные части будущей человеческой колонии, возможно, смогут собрать себя самостоятельно. Сегодня такие маневры, как стыковка модулей Аполлона, выполняются полностью автоматически.

Альтернативный подход - взять с Земли минимальный «набор инструментов» и создать среду обитания на основе ресурсов, заготовленных на месте. В частности, чтобы превратить минералы из местной почвы на физические структуры, могут быть использованы 3D принтеры. Мы уже начали думать над тем, как реализовать это в жизни. Частная компания Planetary Resourcesсумела продемонстрировать 3D-печать, используя сырье из обогащенного металлом образца астероида, найденного на Земле в месте удара. Кроме того, НАСАустановили на МКС 3D принтер, чтобы показать, что прибор может работать в условиях нулевой гравитации. Таким образом, потенциально он может служить для изготовления компонентов космического корабля непосредственно в воздухе.

Дорога жизни

Как только будет создана среда обитания, колонии понадобятся непрерывные поставки воды, кислорода, энергии и продуктов питания для поддержания жизни ее обитателей, ведь новый дом, вероятнее всего, будет построен далеко не на такой же идеальной планете как Земля, где вышеперечисленных ресурсов в изобилии. Вода, как известно, является основой жизни. Кроме того, ее можно было бы использовать для изготовления ракетного топлива или защиты от радиоактивного излучения.

Первоначальному поселению необходимо будет привезти с собой определенное количество воды, перерабатывая в дальнейшем все жидкие отходы. Этот подход уже применяется на МКС, где ни одна капля жидкости (пота, слез, мочи и отходы от мытья) не тратится впустую. Вместе с тем, будущая колония, вероятно, попытается добывать воду на месте. Возможно, из подземных запасов жидкости (которые могут быть на Марсе) или льда, который можно найти под поверхностью некоторых астероидов.

Кроме того, вода является источником кислорода. На МКС кислород генерируют путем электролиза, то есть отделяют его от гидрогена, также входящем в состав воды. Кроме того, НАСА работает над разработкой методов регенерации кислорода из побочных продуктов атмосферы, таких как углекислый газ, который мы выдыхаем при дыхании.

Энергия

Благодаря фотовольтаическим панелям солнечных батарей, возможно, лучше всего мы готовы к такому аспекту создания колонии, как производство энергии. Тем не менее, эту технологию придется сильно усовершенствовать - все зависит от того, где будет находиться колонизируемая планета. На расстоянии от Земли к Солнцу с каждого квадратного метра солнечных батарей можно получить около 470 ватт электроэнергии. Но на Марсе, к примеру, это значение будет ниже, поскольку он находится на 50% дальше от Солнца, чем Земля, и имеет плотную атмосферу, частично заслоняющую солнечный свет.

В атмосфере Марса периодически бывают песчаные бури, которые, как известно, являются проблемой, поскольку песок еще больше сокращает количество получаемого света, а также может собираться и покрывать поверхность солнечных батарей. Мы уже начали работать над этой проблемой в рамках текущих миссий по изучению планеты с помощью марсоходов. К примеру, марсоходы Spirit иOpportunity были разработаны для 90-дневной миссии, однако они находятся в рабочем состоянии и сегодня, спустя 12 лет. Оказалось, что марсианский ветер периодически очищает панели от пыли.

Колония должна быть автономной, поэтому без репликатора, наподобие того, что был в «Звездном пути», для производства еды понадобятся фермы. Кроме того, растения можно использовать для преобразования углекислого газа обратно в кислород. Выращивание растений на Земле является относительно легкой задачей, поскольку к этой окружающей среде они адаптировались в течение тысяч лет, но вырастить фрукты и овощи в космосе или на другой планете не так-то просто.

Температура, давление, влажность, уровень углекислого газа, состав почвы и гравитации - все эти факторы влияют на выживание и рост растений. Несколько исследований и экспериментов, проводящихся в настоящее время, пытаются вырастить растения в контролируемых камерах, имитирующих среду космической колонии. Одним из возможных решений, которое уже успешно использовалось на Земле для выращивания редьки, салата и зеленого лука, является гидропоника, предполагающая выращивание растений в питательной, обогащенной минералами жидкости без какой-либо почвы.

Изменение климата

Последнее требование, необходимое для создания космической колонии, - поддержание климата, пригодного для жизни человека. Состав атмосферы и климат на других небесных телах сильно отличаются от земных. На Луне или на астероидах атмосферы нет вообще. На Марсе она в основном состоит из углекислого газа. Температура поверхности колеблется от 20 до -153°C (зимой на полюсах), а давление воздуха составляет лишь 0,6% от земного. В подобных условиях поселенцы смогут жить только в специально оборудованных местах, выходя за их пределы исключительно в скафандрах.

Одним из выходов из данной ситуации является масштабная смена климата этой планеты. Мы уже изучаем подобную «геоинженерию» как один из методов ответа на изменение климата Земли. Это требует огромных усилий, однако подобные методы могут быть расширены и применены для других планет - Марса, например.

Среди возможных методов, которые потенциально можно использовать для изменения климата Марса, стоит назвать биоинженерию организмов для превращения углеродного газа в атмосфере на кислород, а также затемнение полярных шапок Марса для уменьшения количества солнечного света, отражаемого ими, и повышения температуры поверхности. Еще один вариант - формирование масштабных орбитальных солнечных зеркал, которые бы отражали свет солнца на конкретные регионы (например, полюса планеты), вызывая тем самым локальное повышение температуры. Некоторые полагают, что такие относительно небольшие изменения температуры могут вызвать качественно новое состояние климата с гораздо более высоким давлением воздуха, которое могло бы стать первым шагом на пути к терраформированию Марса.