![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/287/088/2af/2870882affcd41fb9213326cc703b26e.jpg)
Еще в 2016 году Илон Маск представил свой план по колонизации Марса. Согласно ему, первые экипажи должны были полететь на красную планету уже в 2024 году. На бумаге все выглядело отлично, но на дворе сейчас тот самый 2024 год, и что-то никаких подвижек не ощущается. Почему?
Мы уже рассказывали в одном из предыдущих материалов про хронологию и причины колонизации. Теперь давайте попробуем порассуждать и разобраться, какие факторы мешают нам, людям, в ближайшем будущем жить и выращивать картошку на Марсе. Если не согласны или думаете, что автор что-то забыл — смело делитесь в комментариях.
Проблема №1. Гравитация
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/35c/c82/677/35cc82677aa7900ca36ed009faa05a3d.png)
Марс меньше Земли примерно в два раза. Его экваториальный радиус составляет 3400 км — это 53,2% от земного. Масса красной планеты отличается еще сильнее и составляет 6,4⋅1023 кг — это лишь 11% от массы Земли. Если мы обратимся к классической теория тяготения Ньютона, то станет ясно, что все тела на планете будут испытывать меньшую силу притяжения. Ускорение свободного падения на Марсе составляет 3,7 м/с2 — в 2,6 раза меньше земного.
Казалось бы, в чем тут проблема? Ведь в этом случае любые космические корабли должны будут развивать меньшую вторую космическую скорость, чтобы оторваться от поверхности и улететь домой. Это позволит двигателям работать при взлете на меньшей мощности, потреблять меньше топлива и так далее. А для человека на поверхности это чем страшно? Ну будет он подпрыгивать выше при ходьбе, да и все?
На самом деле все не так просто. Исследования показывают, что длительное воздействие на организм низкой гравитации, подобной марсианской, приводит:
К потере костной массы — от 1 до 1,5%. Плотность и прочность нашего скелета снижается, а значит, он неспособен выдерживать прежние нагрузки. Повышается риск получения травмы.
Атрофии постуральных мышц — их ещё называют антигравитационными. Это все, что позволяет удерживать наше тело в вертикальном положении. Меньшая сила тяжести приводит к тому, что они буквально «растренировываются».
Перераспределению жидкости в организме. Классическая проблема — опухшее лицо и отсутствие вкуса и обоняния.
Проблемам с сердечно-сосудистой системой — сердце вынуждено перекачивать кровь с меньшим усилием, чем заложено природой в условиях земной гравитации.
Конечно, изменения организма на Марсе не настолько сильные, как в условиях микрогравитации на той же МКС. А никто из космонавтов-рекордсменов по времени пребывания на орбите, вроде нашего Геннадия Падалки, не стал инвалидом за 878 суток после возвращения на Землю.
Да, не стал, но проходил долгий период адаптации. Да и жить люди на красной планете при колонизации будут не 2-3 года, как рекордсмены на МКС, а десятилетиями. Взрослый организм, разумеется, приспособится — куда ему деваться? Но как это повлияет на здоровье в будущем, не говоря о воздействии на организм растущих детей колонистов (а они неизбежно будут появляться) — большой вопрос. Все это требует дополнительных исследований.
Как можно решить. Например, использовать центрифуги, которые будут искусственно увеличивать силу тяжести и поддерживать организм в тонусе. Пускаем большой поезд по кольцу, живем и спим в нем. Правда откуда-то придется брать энергию для движения этого поезда.
Проблема №2. Радиация
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/de5/b80/26f/de5b8026f069396a1d429074ec417d22.png)
У Земли есть радиационный пояс Ван Аллена, который защищает нас от опасного космического излучения — например, галактических космических лучей (ГКЛ), которые возникают из-за взрыва сверхновых звезд. Защита образуется благодаря наличию у нашей планеты магнитного поля.
У Марса же этого радиационного пояса нет из-за особенностей строения, как и у Венеры с Меркурием. Из-за этого космическое излучение ничем не задерживается и воздействует на все предметы, находящиеся на поверхности планеты. Причем удаленность Марса от Солнца мало улучшает ситуацию.
Орбитальный космический корабль НАСА «Марс Одиссей» с 2001 года проводит исследования красной планеты благодаря прибору «Марсианский радиационный эксперимент» (или МАРИ). Из показаний стало понятно, что средний уровень радиации составляет 0,7 мЗв/сутки и может колебаться от 0,35 до 1,15 мЗв. Эти же данные подтвердили и последующие исследования марсоходов вроде Curiosity.
Для сравнения естественный уровень поглощения на Земле — 2,4 мЗв в год (!!!). То есть человек на поверхности Марса за 2-3 дня наберет земную дозу за год. Это в 2-3 раза больше, чем получаемая доза космонавтов на МКС — а напомним, что они не живут там десятилетиями, как будущие колонизаторы Марса.
Если прибавить к этой дозе ту, что космонавты получат во время полета (0,7 зиверт за 350 суток), то цифра накопленного излучения станет совсем пугающей. Последствия хорошо известны: лучевая болезнь и высокий риск развития онкологических заболеваний.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/49f/4ac/fde/49f4acfde2b0d96e8645174282db1b9c.png)
Как можно решить. Во-первых, разработать эффективную и одновременно легкую радиационную защиту космических кораблей, чтобы защитить космонавтов от ГКЛ. Например, сейчас активно разрабатываются композитные материалы и полимеры, которые существенно снизят дозу во время перелета.
А во-вторых, для длительной защиты от радиации во время пребывания на поверхности придется построить подземные укрытия с очень толстыми стенами, как в земных бункерах. Но для этого придется доставить за миллионы километров мощную строительную технику и обеспечить ее топливом для работы — об этом еще поговорим ниже.
Совсем уж фантастический вариант — это создать искусственные магнитные полюса и организовать пояс Ван Аллена для целой планеты. Исследования также ведутся, но реализации уж точно не стоит ожидать в ближайшие десятилетия.
Проблема №3. Температура
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/6f7/020/7b0/6f70207b0dcebcadb69c4d1ff8923239.png)
Жизнь на Земле возможна во многом благодаря идеальной удаленности от Солнца, наклону оси, периоду вращения и так далее. Комбинация этих факторов и обеспечивает оптимальный для жизни температурный режим.
С Марсом ситуация несколько иная. Он расположен на значительно большем удалении — период его обращения вокруг Солнца составляет 687 земных суток. На поверхность планеты падает максимум 590 Вт/м2 — это гораздо меньше, чем на Земле. По этой причине среднесуточная температура на поверхности составляет -53 ˚C и варьируется от -128 ˚C ночью до +27 ˚C в полдень, совсем недолго. Очевидно, что это непригодные для жизни человека колебания температуры.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/75e/252/818/75e252818fac5182ab95db7dd2db6be7.png)
Графики температуры воздуха и поверхности, полученные с аппарата Curiosity
Как можно решить. Первый вариант попроще: делать обогреваемые модули на поверхности. Правда, откуда-то придется брать энергию для нагрева огромного пространства, где будут жить колонисты.
Еще вариант — закапываться под поверхностью на нужную глубину, где колебания температуры не будут столь существенными и можно будет греться от ядра Марса. Его температура по оценкам РАН составляет порядка 1000 ˚C, но как распределяется температурный градиент, точно неизвестно. Поэтому о глубине остается лишь гадать.
Но в любом случае речь идет не о сотнях метрах, а о нескольких (может быть и десятках) километров. И на такой глубине придется строить подземный город, что само по себе — невероятный вызов.
Также высказываются совсем невероятные теории уже из разряда терраформирования: нагреть атмосферу Марса, установив на орбите огромные зеркала диаметром 125 км для концентрации солнечной энергии. С учетом обилия углекислого газа в атмосфере, за счет парникового эффекта это позволило бы поднять температуру до приемлемых значений.
Проблема №4. Атмосфера
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/37b/1cd/6d0/37b1cd6d09d4d07047007ac2a1e0ae7c.png)
Газовый состав атмосферы Земли идеально подходит для жизни. Воздух на 78% состоит из азота, на 21% — из кислорода, и 1% приходится на прочие газы. Углекислого газа всего 0,03%. И как все слышали, его увеличение приводит к климатическим проблемам. Давление составляет 1013,25 мбар. Даже незначительное отклонение от этой величины для неприспособленного организма чувствуется сразу. Достаточно подняться в гору или нырнуть поглубже, чтобы ощутить это на себе.
На Марсе же атмосфера намного более разреженная, а газовый состав не порадует ни одного колониста: 95% углекислого газа, 2,7% азота, 1,6% аргона и всего 0,14% кислорода. Давление составляет всего 6-7 мбар — это 0,5% от земного и ниже предела Армстронга. Человек без костюма, выравнивающего давление, и системы подачи воздуха не сможет существовать.
Хочется проиллюстрировать это фрагментом из «Вспомнить все» 1990 года:
Как можно решить. Иметь достаточный запас воздуха на несколько лет и инженерное оборудование, которое будет создавать достаточное для человека давление в костюмах и в помещениях. Правда, воздух имеет свойство заканчиваться, и его придется доставлять с Земли.
Еще интересный вариант проверяют в ходе эксперимента MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) на марсоходе Perseverance. Специальное устройство извлекает кислород из атмосферы при помощи твердооксидного электролиза. В случае успеха это позволило бы уменьшить зависимость от транспортировки с Земли.
С точки же зрения терраформирования все намного сложнее. Например, на полярных шапках Марса есть значительные запасы водяного льда и замороженного углекислого газа. Илон Маск предложил сбросить ядерные заряды над ними, чтобы высвободить эти запасы и увеличить давление до приемлемого уровня (а заодно и поднять температуру из-за увеличения парникового эффекта).
Однако это не решит проблему изменения газового состава воздуха — углекислого газа станет только больше. Да и последние исследования показывают, что высвобождение всех запасов на Марсе позволит увеличить давление только на 7% от земного, чего явно недостаточно. Да и вообще, кажется, Маск просто пошутил.
Проблема №5. Песчаные бури
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/fd9/d3a/155/fd9d3a155dbeb48d2f7e3c2f944f7890.png)
Вообще-то Марс — совсем не красного цвета, если посмотреть на фотографию сверху. Но такое ощущение создается, если взглянуть на планету в телескоп, поскольку в атмосфере присутствуют частицы пыли и марсианского реголита, смешанных с частицами оксида железа.
Из-за тепловых градиентов и неравномерного нагрева поверхности на Марсе образуются ветра, которые перемешивают пыль и создают в воздухе взвесь. Иногда это действительно напоминает пылевые бури. Однако из-за того, что плотность атмосферы очень низкая, а водяного пара, которые связывал бы частицы, нет, никакого разрушительного воздействия такие бури не несут.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/5cb/67c/ebe/5cb67cebe05004ba02807d2cc43291bc.png)
Пылевая буря из фильма «Марсианин» вряд ли смогла вызвать такие последствия в реальности
Главная проблема — это снижение интенсивности солнечного света, а также засорение поверхности солнечных панелей. По этой причине во время сильнейшей пылевой бури инженеры НАСА снижали энергопотребление марсохода Opportunity — чтобы дождаться, когда батареи снова смогут подзаряжаться.
Как можно решить. Если не брать в расчет совсем уж утопические идеи терраформирования вроде «Свяжем пыль водой», то ответ простой — не надеяться на энергию солнца. Тем более уровень инсоляции (облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией)) на Марсе не самый высокий, о чем мы говорили выше.
Лучший вариант — иметь альтернативные источники энергии и мощные аккумуляторы, которые позволят протянуть колонистам до окончания бури.
Проблема №6. Вода
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/ac0/946/cae/ac0946cae570c4413ddee0e1de313650.png)
Вода — самая привычная вещь для жителя Земли. Ведь наша планета покрыта ей на 70%: вокруг моря, океаны, реки и озера. На Марсе такого нет. И хотя красная планета вдвое меньше Земли, площадь суши у нее такая же.
Как ни странно, запасы воды на Марсе есть и немаленькие — около 5 млн кубических километров. Для примера объем воды в Черном море — в 10 раз меньше, 550 000 кубических километров. Большая часть известных запасов марсианской воды сконцентрирована на полярных шапках в замороженном виде. Если этот лед растопить, то воды должно хватить на многие десятилетия жизни большой колонии.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/b6f/b5c/a10/b6fb5ca10eacc9eaaaee7d90d619c8d6.png)
Карта, составленная аппаратом «Марс Одиссей» на основе спектрального исследования водорода. Чем больше его концентрация на поверхности, тем больше замороженной воды под грунтом
Проблема заключается в том, что из-за низкой температуры и низкого же давления вода не может существовать в жидком состоянии. Из твердого она сразу переходит в газообразное из-за сублимации.
Как можно решить. Ученые НАСА разрабатывают способ, как превращать лед сразу в пар при помощи микроволнового излучения, собирать его и дальше в нормальных условиях (например, на станции при обычном атмосферном давлении) преобразовывать в жидкую фазу.
Но в перспективе это могло бы решить проблему не только запасов воды, но и еды. Ведь гидропонику никто не отменял, да и эксперименты показали, что в марсианском грунте-реголите можно выращивать культуры из-за достаточно уровня pH и минерализации. А еще — при помощи электролиза можно разлагать воду на кислород и водород в качестве топлива, питающего станцию колонистов.
Проблема №7. Метеориты
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/55e/9dd/b7a/55e9ddb7a14cbe96b7dc127446aacfca.png)
Земля надежно защищена от падения небольших космических объектов вроде метеоритов или мусора. Из-за плотной атмосферы они сгорают до того, как упасть, и не представляют опасности для человечества. Конечно, бывают исключения вроде Челябинского метеорита. Но в целом не сравнить с количеством падений метеоритов на поверхность Марса.
Каждый год на красную планету падают до 200 метеоритов из-за того, что атмосфера Марса достаточно разреженная, и космические объекты не успевают в ней сгореть. Поэтому вся поверхность покрыта тысячами кратеров. Какова вероятность, что метеорит может упасть на поселение колонистов? Возможно, не такая высокая, как погибнуть от радиации, но все-таки.
Как можно решить. Если основной объем станции колонистов будет располагаться под поверхностью (например, для защиты от радиации и для поддержания температуры), то метеоритов можно не бояться.
Конечно, можно вспомнить сценарий фильма «Армагеддон» и иметь наготове боевой корабль и смелого командира-бурильщика с лицом Брюса Уиллиса. Ну или запастись боевыми спутниками на орбите, которые будут изменять траекторию астероидов при помощи лазеров. Но кажется, что все это — не самая важная проблема в деле колонизации Марса.
Проблема №8. Строительство
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/8fd/824/153/8fd824153b31c3bca9f55510483f1593.png)
Атмосфера Марса крайне недружелюбная: космическая радиация, низкая температура, непригодный для жизни состав воздуха и прочее. Чтобы люди могли жить в подобных условиях, придется построить много сооружений. От технических конструкций, которые будут добывать воду или вырабатывать электроэнергию, до жилых комплексов с толстыми стенами, защищающих колонистов от ГКЛ.
Еще сложнее, если город придется все-таки создавать на глубине нескольких километров. Как и чем его рыть? Откуда брать строительные материалы? И так далее.
Для примера марсоход Curiosity стоимостью 2,5 миллиарда долларов весил всего 900 кг. А доставить огромный экскаватор или стройматериалы весом десятки тонн на расстояние 55 млн километров — задача во много раз более дорогостоящая. Пока что из современных ракет-носителей самым мощным является Starship — в перспективе он сможет перевозить до 150 тонн полезной нагрузки на Марс. Но для стройки такого масштаба явно потребуется не одна «ходка».
![Starship компании SpaceX — пока наиболее перспективный носитель для колонизации Марса Starship компании SpaceX — пока наиболее перспективный носитель для колонизации Марса](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/80b/775/038/80b7750383410472ccfa05128df2b734.png)
Как можно решить. Самым простым решением видится модульная конструкция по типу МКС. Один рейс — скажем, модуль для добычи воды из грунта. Другой рейс — жилой отсек и радиационные щиты. Ну и так далее. Причем в идеале собираться все должно в автоматическим режиме, чтобы колонисты прибыли и сразу же разместились внутри города, а не занимались сборкой месяцами в условиях пылевых бурь и космического излучения.
Другой подход — минимизировать количество рейсов и вес полезной нагрузки, используя для строительства по-максимуму марсианские ресурсы. Ученые из университета в Манчестере придумали, как создать новый тип бетона на основе реголита и связующего звена в виде крахмала (например, при выращивании картофеля). Причем с неплохой прочностью на сжатие до 25 МПа. Конечно, пока очень много вопросов — но концепция «не везти все с собой» достаточно интересная.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/69b/42c/dd4/69b42cdd4cd7d05e116743e2d4560e54.png)
Проблема №9. Энергия
Без стабильных и надежных источников энергии на Марсе нечего делать. Ведь без электричества невозможен, например, жизненно важный электролиз воды. Если полагаться только на солнечные панели, то пылевая буря, растянувшаяся на месяц-другой, может привести к быстрой смерти колонистов от жажды, холода или недостатка кислорода.
Как можно решить. Есть несколько способов выработки энергии на Марсе. Вот лишь некоторые:
Солнечная энергия — хороший запасной вариант, на который не стоит сильно полагаться из-за уже обозначенных выше длительных пылевых бурь и в целом низкой инсоляции.
Ветровая — казалось бы, скорость ветра на Марсе может достигать 100 км/ч. Почему бы не использовать генераторы? Однако из-за очень низкой плотности атмосферы эффективность подобных установок крайне невысока. Хотя некоторые ученые и не теряют надежды.
Ядерная (РИТЭГ) — надежный, мощный и долговечный источник тепловой энергии, не зависящий от пылевых бурь. Ученые НАСА уже разработали реактор Kilopower, который работает по принципу двигателя Стирлинга и намного эффективнее РИТЭГ. При делении U235 выделяется тепло, которое передается по трубкам, заполненным жидким натрием. Выходная мощность достигает 10 кВт, срок службы — 10 лет.
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/59b/678/4aa/59b6784aa03df09debb57fb5877109c7.png)
Водородная — если на Марсе будут добывать воду и подвергать ее электролизу, то одним из источников энергии может стать метан. Его получают при помощи процесса Сабатье, как на МКС: смешивают водород в присутствии катализатора с CO2, который в избытке содержится в марсианской атмосфере. Метан также может использоваться для дозаправки ракет-носителей с метановым двигателем Raptor на тех же кораблях Starship.
Геотермальная — тоже возможный вариант, но из-за достаточно холодного ядра планеты и отсутствия активных подземных источников, эффективность будет намного ниже, чем на Земле.
Проблема №10. Психология
![](https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/8a6/35a/6bd/8a635a6bd925e5aad01e43077f12654e.png)
После всех перечисленных проблем меньше всего хочется думать о психологическом состоянии колонистов. Ну серьезно, какое еще одиночество или тоска по дому? О космонавтах на МКС как-то не было упоминаний, что кто-то из них лечился от затяжной депрессии или испытывал психологические трудности.
Но на самом деле психологические проблемы есть. Они достаточно подробно описаны в научной статье журнала Clinical Neuropsychiatry. Например:
Чувство одиночества — приходится проводить много времени с незнакомыми людьми в ограниченном пространстве. Должна быть высокая психологическая совместимость экипажа.
Тревога из-за внешних факторов — чувство, что может закончиться воздух, отказать двигатель, прерваться связь или заболеть из-за высоких доз радиации. Причем человек ничего не может предпринять, чтобы это исправить.
Невозможность уединиться — многим людям хочется побыть наедине с собой. В условиях космического полета это почти невыполнимая задача.
Сбой циркадных ритмов — из-за избыточного количества света в модулях, шума от работы оборудования, низкой гравитации.
В случае колонизации Марса люди могут столкнуться с тем же самым стрессом и усталостью, только в больших масштабах. Все-таки полет на околоземную орбиту или пребывание на МКС длятся относительно недолго, максимум несколько месяцев. Космонавты точно знают, что вернутся на Землю. А вот колонисты вряд ли еще когда-то увидят родную планету: искупаются в океане или полежат на зеленой траве, слушая шум ветра. Согласитесь, многих такая мысль может угнетать. Дополнительная проблема — сигнал с Земли проходит с задержкой порядка 20 минут, поэтому рассчитывать на быструю помощь «центра» не приходится.
Как можно решить. НАСА планирует уделять психологической подготовке много времени. Например, заранее воспроизводить атмосферу станции на Марсе в мельчайших деталях, размещать там группу будущих колонистов и смотреть, как они поведут себя в разных стрессовых ситуациях.
Ведь на самом деле цена ошибки огромная — если кто-то с кем-то поругается и не дай бог кого-то покалечит или убьет, не справившись с эмоциями, это поставит всю миссию на грань катастрофы.
В статье мы не рассмотрели самую важную проблему — целесообразности колонизации в принципе. Как считаете, стоит ли человечеству и Илону Маску в частности заниматься подобным проектом? Или лучше обратить внимание на колонизацию Антарктиды или подводного мира, ведь они намного ближе?
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
-15% на заказ любого VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS