Ученый-планетолог объясняет, почему звездолет SpaceX изменит ее поле деятельности.
Никто так не взволнован этим, как Хельдманн. Она работает в Исследовательском центре НАСА имени Эймса в отделе космической науки и астробиологии и в отделе планетных систем. Она является экспертом в области происхождения и эволюции водяного льда на Луне и Марсе и принимает непосредственное участие в планировании и проведении кампаний по исследованию человеком других миров. Ее статья “Ускорение марсианской и лунной науки с помощью космических миссий SpaceX”, написанная в соавторстве с двумя десятками других исследователей, включая сотрудников SpaceX, предшествовала некоторым многообещающим новостям. SpaceX готовит почву для полетов звездолетов на стартовом комплексе 39A, входящем в состав Космического центра Кеннеди НАСА недалеко от мыса Канаверал, места, где астронавты "Аполлона-11" приземлились на Луну. “39A - священная площадка для космических полетов”, - написал в твиттере Илон Маск, генеральный директор и главный дизайнер SpaceX. “Нет места более достойного стартовой площадки для звездолета!”
Частью миссии Хелдманн является разжигание огня под ногами ее коллег из НАСА, чтобы заставить их как можно скорее начать подготовку миссий на борту Звездолета, “возможно, уже в 2022 году или в случае неудачи в 2024 году”, - пишет она. В разговоре Хелдманн говорила с энтузиазмом человека, взволнованного тем, что дело ее жизни достигло вершины. “Мы делаем то, чего никогда раньше не делали в истории человечества”, - сказала она мне. “Это заставляет нас задуматься о вопросах, которые еще не решены. Это одна из самых захватывающих вещей в работе в НАСА. Каждый день моя работа меняется, потому что в конце учебника нет ответа".
Во время нашего интервью Хелдманн объяснила, среди прочего, почему водяной лед, являющийся предметом ее исследований, является наиболее ценным ингредиентом для распространения человеческой цивилизации на Луну и Марс, и она рассказала о беспрецедентных возможностях, которые предлагает Звездолет для ответа на глубокие вопросы о жизни в других частях Солнечной системы. Хелдманн, которая не чужда некоторым из самых экстремальных условий на Земле, также не исключала, что сама отправится на Красную планету.
Как вы закладываете основу для человеческих поселений на Луне и Марсе?
Я провожу полевые исследования на Земле и посещаю места на Земле, похожие на Луну и Марс, чтобы попытаться понять, как работают системы, лежащую в их основе физику, чтобы мы могли применить эти уроки к Луне и Марсу. Поскольку мы отправляемся на Луну на более длительные периоды времени и должны оставаться там и использовать ресурсы на месте, водяной лед занимает первое место в списке вещей, которые мы хотели бы исследовать. И то же самое касается Марса. Если мы хотим, чтобы люди жили и процветали на Красной планете, нам нужно будет использовать ресурсы на местах.
Где вы проводили полевые работы на земле?
Я был в Высокогорной Канадской Арктике — там очень прохладно — в поисках воды и льда. Я бывал в Сухих Долинах Антарктиды, которая является одним из лучших аналогов Марса, потому что там так холодно и сухо. Под сухим слоем реголита находится подповерхностный лед, точно такой же, как мы видим на Марсе. Я ездил на острова Шпицберген, что к северу от Норвегии, где есть очень высокоширотные источники воды, проходящие через вечную мерзлоту, что очень интересно — как вы получаете жидкую воду при таких низких температурах. Я работал в пустыне Атакама, изучая потоки воды в сухих условиях. Пустыня Мохаве, Юта, Аризона — целая куча мест, которые я никогда бы не увидел, если бы не был ученым-исследователем, пытающимся отправиться в экстремальные условия, чтобы увидеть места, которые больше всего похожи на места за пределами мира на Луне и Марсе.
Водяной лед содержит основные составляющие ракетного топлива.
Какая была ваша любимая поездка?
Антарктида удивительна. Это не похоже ни на что другое, где я когда-либо был. И когда мы отправляемся в Сухие Долины, мы летим на американскую базу в Макмердо, собираем все наше снаряжение, выполняем всю подготовительную работу, а затем вертолеты доставляют нас на нашу полевую площадку. Они высаживают нас на месяц или два. Ты приносишь все свое снаряжение, еду, топливо, все, что тебе понадобится, а потом они возвращаются и забирают тебя через пару месяцев. Это потрясающе.
Каково это - оставаться в Антарктиде так долго?
Вы понимаете, что все эти земные удобства, которые мы имеем в нашей повседневной жизни, на самом деле не нужны для нашего выживания. Даже такая простая вещь, как принятие душа, кажется роскошной, потому что подумайте о ресурсах — просто для принятия душа требуется вся эта вода. Наличие тепла внутри зданий, наличие зданий вообще — все эти мелочи, о которых мы не думаем в нашей повседневной жизни. Но затем, когда вы привыкнете жить без них, вы поймете, насколько хорошо вы можете справляться и как много вы можете пережить, не имея вокруг себя всех этих дополнительных причудливых вещей.
Расскажите нам о Звездолете. Что делает его особенным?
Звездолет - это большой многоразовый корабль, способный доставить на Луну и Марс около 100 тонн полезной нагрузки. Это позволяет нам отправлять больше полезной нагрузки, отправлять ее чаще и, скорее всего, по более низкой цене. То, как мы поступаем сейчас, мы всегда осознаем массу. Мы тратим много денег на миниатюризацию компонентов, чтобы они поместились в небольшой масс-бокс. Но если это пройдет, тогда ты сможешь начать летать на большем количестве вещей. Вы можете легче снимать вещи с полки. Вы также можете летать на большем их количестве и снизить свой риск. Если пара инструментов не работает, тогда все в порядке, у вас все еще есть данные от всех остальных. Это действительно значит думать по-другому. Мы можем начать спрашивать: “Какой наукой я мог бы заниматься, если бы у меня были все эти возможности для полетов, если бы я мог летать с такой массой?”
Что могут сделать планировщики миссий, чтобы помочь людям подготовиться к исследованию и жизни на Марсе?
Есть список других видов деятельности, которые вы можете выполнить: как будет выглядеть ваша энергетическая инфраструктура? Какие испытания вы можете провести для энергетических систем, характеризующих местную среду, в которой будут находиться люди? Каковы колебания температуры поверхности? Бывают ли пыльные бури, изменения атмосферного давления? Людям потребуется долгосрочная защита от радиации. Вы можете проверить эффективность различных методик. Вы можете посмотреть, как вы собираетесь выращивать пищу, когда у вас там много людей. Вы можете начать с нескольких простых экспериментов по выращиванию растений, которые уже были разработаны. Вы можете предлогать расходные материалы. Вы можете начать привозить кое-какое оборудование, которое вам понадобится, когда придут люди, и установить его на место до того, как они туда доберутся. Вы можете начинать готовить посадочные площадки. Поскольку у вас есть несколько космических кораблей, прибывающих и приземляющихся, вместо того, чтобы приземляться на родной марсианской местности, вы можете провести несколько экспериментов на ранней стадии с различными компонентами посадки и методами создания посадочных площадок, чтобы увидеть, какие из них работают лучше всего.
Есть ли подходящее место для посадки на Марсе?
Мы проделали часть этой работы, подыскивая оптимальные места для посадки, потому что вы хотите найти подходящее место, где вы хотите быть ближе к экватору, потому что температура теплее, тепловая среда более благоприятна. У нас очень хороший цикл день-ночь. Однако вы хотите находиться на достаточно большой, своего рода северной широте, чтобы у вас был приповерхностный лед. Мы видели ударные кратеры, в которых образовался лед. У нас есть несколько различных наборов данных, указывающих на наличие льда. Но нам действительно нужно спуститься на землю в тех местах, где мы рассматриваем возможность отправки людей, и провести картирование в более мелком масштабе, в человеческом масштабе, чтобы увидеть, каково распределение этого льда, насколько он чист, насколько он глубок.
Почему так важно находиться рядом с легкодоступным водяным льдом?
Водяной лед важен, потому что он станет источником топлива. Вода состоит из водорода и кислорода, H20. Это основные составляющие ракетного топлива. Итак, в одном из ведущих претендентов на архитектуру миссии вы собираетесь использовать топливо для своего космического корабля для возвращения на Землю из природных ресурсов на Марсе из воды. Вы также можете использовать часть этого топлива на базе, чтобы поддерживать людей, пока они тоже там, чистить зубы, принимать душ, выращивать растения и все такое прочее.
Вы знаете, сколько водяного льда на Марсе? Есть ли опасения, что они закончатся?
Там много изолированного льда, особенно на Марсе. У нас есть всевозможные данные. У нас есть данные гамма-излучения, радиолокационные данные и геоморфологические данные, результаты моделирования, которые согласуются с этим. Если вы хотите отправиться далеко на север, там есть полярные шапки, в которых есть водяной лед. В атмосфере содержится небольшое количество воды. Итак, здесь огромное количество воды. Это тоже интересная научная история, потому что миллиарды лет назад на Марсе было большое количество текущей жидкой воды. Мы видим гигантские каналы и русла рек, которые говорят нам о том, что на Марсе было много жидкой воды. Эта жидкая вода вытекла и/или замерзла, и теперь Марс - очень сухое место на поверхности. Это всего лишь вопрос выбора оптимального места для человеческой базы.
Насколько универсален Звездолет как человеческая база — что вы можете с ним сделать, как только он приземлится?
Существует большая архитектурная универсальность, которая обеспечивается только самой структурой. Например, большой внутренний объем, и вы можете перепрофилировать этот объем в зависимости от потребностей вашей миссии. У вас могут быть отсеки для экипажа. У вас могут быть большие объемные пространства для отправки больших космических кораблей. На дне есть капсулы, так что у вас будет легкий доступ к поверхности. Там может быть лифт, чтобы вы могли опускать полезные грузы на землю, если вам нужно. На ранних рейсах вы даже можете использовать некоторые из этих материалов для создания своей базы.
Звездолет может вернуть больше образцов, чем мы когда-либо мечтали иметь.
Как вы думаете, вы найдете окаменелости прошлой жизни, если жизнь действительно эволюционировала, на Марсе?
Я не знаю. Вот почему так интересно исследовать Марс, потому что мы не знаем. Мы не знаем, была ли там жизнь. Мы не знаем, есть ли там еще жизнь. Может быть, там никогда и не было жизни. Это вопрос на 1 миллиард долларов, верно? Но все условия, похоже, были на Марсе, особенно примерно в то время, когда, как мы полагаем, жизнь начала развиваться на Земле — более теплые погодные условия, источники энергии и органические элементы. А если и была, то похожа ли она на жизнь на Земле? Это что-то другое? Или жизнь развивалась независимо на обеих планетах? Ответ в любом случае был бы глубоким, потому что это помогло бы нам рассказать о нашем собственном месте во Вселенной. Насколько часто возникает жизнь? Рассматривая нашу солнечную систему, а затем экстраполируя это на другие солнечные системы. Это одна из причин, почему Марс так интересен, потому что мы можем начать решать некоторые из этих общих вопросов, отправившись на следующую планету.
Вы пишете, что один звездолет, направляющийся на Луну, мог бы привезти больше лунных образцов, чем у нас есть сейчас.
Правильный. Я рад, что вы указали на это, потому что это другой конец истории. Поскольку звездолет многоразовый и обладает такой большой грузоподъемностью, вы можете вернуть больше образцов, чем мы когда-либо мечтали. И образцы невероятно ценны для науки, потому что мы можем получить образцы в лабораториях на Земле, где у нас есть самые современные, самые мощные приборы для анализа этих образцов. Это предложение, меняющее правила игры, чтобы иметь возможность вернуть так много образцов. Разнообразие образцов будет выше, потому что вы можете выбирать и выбирать то, что оставляете.
Это также может помочь нам вернуть уникальные образцы. Например, южный полюс Луны интересен тем, что там есть эти постоянно затененные кратеры. И у нас было несколько миссий, которые теперь говорят нам, что в этих темных кратерах и вокруг них, вероятно, есть водяной лед и другие замерзшие летучие вещества. Нам бы очень хотелось получить образцы этого очень холодного материала. Но вернуть образцы этого холодного материала трудно, вы должны держать их в холоде, когда они возвращаются на Землю. Вам нужны холодильники с очень низкими температурами. А это означает массу. Таким образом, нам трудно разместить холодильник приличного размера на современном транспортном средстве. Если у вас есть что-то вроде Звездолета, вы можете установить там несколько больших морозильных камер, чтобы ваши образцы оставались холодными. Вы можете вернуть эти льды на Землю для анализа.
Расскажите нам о прозрении, которое у вас было, когда вы пытались понять, как течет вода на Марсе.
На Марсе есть особенности, которые выглядят точно так же, как земные овраги на Земле. Там есть V-образные каналы, они извилистые, у них есть обломки, когда вы ударяетесь о дно, у них есть разрушенные ниши наверху — именно та морфология, которую вы ожидаете, когда смотрите на потоки воды на Земле. И они обычно находятся на стенах кратеров или на склонах склонов. Они геологически молоды, вероятно, последние несколько миллионов лет. Это интересно, потому что как у вас могут быть недавние потоки воды на Марсе? Мы всегда думали, что Марс слишком холодный и слишком сухой, а атмосфера слишком разреженная, чтобы на ней была жидкая вода.
Оказывается, когда вы смотрите на большинство оврагов на Марсе, они не достигают нижней части склона, что интересно, потому что это означает, что вы теряете воду по пути. Почему вода так ведет себя на Марсе? Мы знаем, что атмосфера такая разреженная. Мы знаем, что температура очень низкая. Поэтому, когда жидкая вода попадает на поверхность Марса, она одновременно кипит и испаряется. Вы можете смоделировать эти показатели. Чтобы соответствовать длине и форме каналов, вы должны были терять большие объемы воды, когда она стекала по поверхности. Мы также знаем, что в начале истории Марса было огромное количество воды, потому что мы видим эти большие сети долин, эти большие каналы, русла рек и береговые линии, и все это свидетельствует о том, что в прошлом было много жидкой воды.