Как выжить первому человеку на красной планете?
Здравствуйте, мы отправляемся на Марс. Но не на тот Марс из красивых презентаций и голливудских фильмов, а на реальную четвертую планету от Солнца.
Колонизация Марса это не романтика, это жестокая борьба за каждый глоток воздуха, за каждую каплю воды, за каждый день жизни. Сможете ли вы выжить там? Давайте разберемся вместе, с чем столкнется первый человек на Марсе и насколько реальность будет отличаться от того, что мы видели на экране.
Глава первая: Невидимые опасности Марса
Начнем с главного, с радиации. На Земле мы защищены от космического излучения двумя двумя факторами, плотной атмосферой и глобальным магнитным полем. У Марса нет ни того, ни другого. Его атмосфера чрезвычайно разрежена, а магнитное поле практически отсутствует. Это означает, что поверхность планеты постоянно подвергается воздействию сильнейшего излучения. Это высокоэнергетические частицы, летящие к нам из глубин космоса от взрывов сверхновых и других грандиозных событий. Они прошивают объекты насквозь, как микроскопические пули, разрывая цепочки ДНК и повреждая клетки. Так же существуют солнечные протонные выбросы. Периодически наше Солнце выбрасывает в пространство гигантские потоки заряженных частиц. На Земле мы видим это как полярные сияния. На Марсе такой выброс станет опасным приговором для любого, кто окажется на поверхности без защиты. Хроническое воздействие радиации приводит к раку, катаракте, повреждению центральной нервной системы и иммунодефициту. Защититься от нее невероятно сложно. Даже внутри жилого модуля доза облучения будет в сотни раз превышать земную норму.
Далее атмосфера, а точнее, ее фактическое отсутствие. Давление на поверхности Марса составляет менее одного процента от земного. При таком низком давлении все жидкости в теле начнут закипать при температуре тела. Это явление называется эбуллизмом. Человек потеряет сознание в течение нескольких секунд, а летальный исход наступит через одну две минуты. Кроме того, марсианская атмосфера на 96 процентов состоит из углекислого газа, который ядовит для дыхания. Так что каждый выход за пределы базы будет возможен только в громоздком и абсолютно герметичном скафандре.
Следующий враг это холод. Из за тонкой атмосферы Марс не способен удерживать тепло. Температура на планете колеблется в экстремальных пределах. В летний день на экваторе она может подняться до комфортных плюс двадцати градусов Цельсия. Но с заходом солнца температура стремительно падает до минус семидесяти или даже ниже. Такие резкие перепады создают колоссальную нагрузку на все материалы и оборудование. Скафандр и жилой модуль должны будут выдерживать эти циклы расширения и сжатия тысячи раз без потери герметичности.
Что у вас под ногами? Марсианский грунт, или реголит, не просто пыль и камни. Он пропитан перхлоратами. Это соли хлорной кислоты, которые являются сильными окислителями и токсичны для человека. Они могут нарушать работу щитовидной железы и вызывать серьезные проблемы со здоровьем. Эта мелкая, как мука, пыль повсюду. Она будет прилипать к скафандрам из за статического электричества, проникать в жилые модули через шлюзы, попадать в системы жизнеобеспечения. Прежде чем войти в модуль после прогулки, астронавту придется проходить сложную процедуру очистки. Постоянный контакт с этой токсичной пылью станет серьезной проблемой.
И наконец, знаменитые марсианские пылевые бури. Здесь фильм «Марсианин» сильно приукрасил действительность. Буря, показанная в начале фильма, которая смогла опрокинуть целый космический корабль, физически невозможна. Плотность марсианской атмосферы слишком мала, чтобы ветер обладал такой разрушительной силой. Даже при скорости 200 километров в час марсианский ветер ощущался бы как легкий земной бриз. Однако реальная опасность пылевых бурь в другом. Они могут быть глобальными, охватывая всю планету на недели и даже месяцы. Мельчайшая пыль поднимается в атмосферу, блокируя солнечный свет. Для колонии, зависящей от солнечных батарей, это равносильно концу. Энергия начнет иссякать. Кроме того, эта пыль, как я уже говорил, абразивна и электростатически заряжена. Она способна выводить из строя механические части, засорять фильтры и повреждать электронику. Это не быстрый и яростный враг, а медленный и методичный уничтожитель техники.
Глава вторая: Три кита выживания: воздух, вода и пища
Итак, мы определили основные угрозы. Теперь давайте подумаем, как первый марсианин сможет обеспечить себя самым необходимым для жизни. Это не просто вопрос технологий, это вопрос непрерывного производства жизненно важных ресурсов в самой враждебной среде, какую только можно себе представить.
Начнем с воздуха. Каждый день человеку необходимо около 800 граммов кислорода. Везти с собой запасы на годы миссии невозможно. Кислород придется добывать на месте. К счастью, марсианская атмосфера, состоящая на 96 процентов из углекислого газа, предоставляет нам сырье. На борту марсохода Perseverance уже работает экспериментальный прибор под названием MOXIE. Это небольшое устройство использует процесс электролиза для расщепления молекул углекислого газа на кислород и угарный газ. Эксперимент прошел успешно. MOXIE смог выработать несколько граммов кислорода. Но для поддержания жизни человека потребуется установка в сотни раз мощнее и производительнее. Она должна будет работать практически непрерывно, потребляя огромное количество энергии. Любая ее поломка будет означать запуск обратного отсчета для всего экипажа.
Теперь вода. Без нее человек не проживет и нескольких дней. На Марсе нет рек, озер или океанов. Но вода там есть, и в огромных количествах. Она скрыта в виде льда под поверхностью и в полярных шапках. Задача колониста будет заключаться в том, чтобы добраться до этого льда, извлечь его и растопить. Это будет похоже на работу шахтера или бурильщика в Арктике. Потребуется тяжелая техника: буровые установки для проникновения в грунт, экскаваторы для добычи ледяной породы, большие реакторы для ее плавления. Полученную воду нужно будет тщательно очистить от примесей, включая те самые перхлораты. И только после этого она станет пригодной для питья, гигиены и, что очень важно, для производства кислорода и ракетного топлива путем электролиза. Система водоснабжения на Марсе будет сложнейшим промышленным объектом, требующим постоянного обслуживания.
Наконец, еда. Везти с собой весь запас продовольствия на многолетнюю миссию нереально. Еду придется выращивать на месте. И здесь мы снова сталкиваемся с расхождением с фильмом «Марсианин». Марк Уотни успешно выращивал картофель в марсианском грунте, используя в качестве удобрения человеческие отходы. В реальности это практически невозможно. Во первых, марсианский реголит, как мы помним, токсичен из за перхлоратов. Во вторых, в нем отсутствуют необходимые для растений органические вещества и микроорганизмы. Поэтому пищу придется выращивать не в открытом грунте, а в полностью изолированных теплицах, используя методы гидропоники или аэропоники. Растения будут получать питательные вещества из специальных растворов. Потребуется искусственное освещение, так как солнечного света на Марсе меньше, и он может быть заблокирован пылевыми бурями. Это снова означает колоссальные затраты энергии. Создание замкнутой и стабильной экосистемы, где растения производят пищу и кислород, а отходы перерабатываются, станет одной из самых сложных задач для первых колонистов. Любая болезнь растений или сбой в системе полива может привести к голоду.
И все эти три процесса: производство воздуха, добыча воды и выращивание еды, зависят от четвертого, самого важного ресурса. От энергии. Без надежного и мощного источника энергии колония обречена. Вариантов здесь два. Первый это солнечные панели. Они относительно безопасны и хорошо отработаны. Но у них есть серьезные недостатки. Солнечного света на Марсе вдвое меньше, чем на Земле. Панели нужно будет постоянно очищать от пыли, что потребует работы роботов или выходов человека на поверхность. И, как мы уже знаем, глобальная пылевая буря может на несколько месяцев практически отключить колонию от источника энергии. Второй вариант это ядерная энергия. Компактные ядерные реакторы, подобные тем, что используются на подводных лодках и авианосцах, могут обеспечить колонию стабильной и мощной энергией независимо от времени суток и погоды. Это наиболее реалистичный и надежный вариант. Однако он несет в себе риски, связанные с радиацией и сложностью обслуживания такого объекта вдали от Земли.
Глава третья: Дом вдали от дома. Где и как жить?
Обеспечив себя жизненно важными ресурсами, колонист должен подумать о надежном укрытии. Жилой модуль на Марсе это не просто дом. Это крепость, которая должна защищать от радиации, вакуума, экстремальных температур и пыли.
Первым и самым логичным решением для укрытия станут естественные пещеры, например, лавовые трубки. Это длинные подземные туннели, образовавшиеся после извержений древних вулканов. На Луне и Марсе обнаружено множество таких объектов. Их главное преимущество это бесплатная и чрезвычайно эффективная защита от радиации. Слой породы толщиной в несколько метров способен полностью блокировать галактические лучи и солнечное излучение. Внутри такой пещеры можно разместить надувные жилые модули, создав там безопасное и стабильное жизненное пространство. Это идеальный вариант для первой постоянной базы.
Однако не всегда подходящая пещера может оказаться в нужном месте, например, рядом с залежами водяного льда. Поэтому придется строить жилища на поверхности. Везти с собой строительные материалы с Земли невероятно дорого. Поэтому основной технологией станет трехмерная печать с использованием местного ресурса, марсианского реголита. Представьте себе большого робота принтера, который слой за слоем будет возводить стены будущей базы, смешивая марсианскую пыль со специальным связующим полимером, привезенным с Земли. Такие напечатанные модули будут иметь толстые стены, обеспечивающие базовую защиту.
Но даже такое жилище для полноценной защиты от радиации необходимо будет засыпать сверху толстым слоем того же реголита. Оптимальным решением будет строительство полуподземных или полностью подземных баз. Чем глубже под поверхностью будет находиться жилая зона, тем безопаснее будет для ее обитателей. Внутреннее пространство модуля будет разделено на несколько зон: жилую, рабочую лабораторию, оранжерею, медицинский отсек и шлюз для выхода на поверхность. Все системы жизнеобеспечения будут многократно дублироваться, потому что цена ошибки на Марсе это жизнь.
Глава шестая: Реальность против фильма Марсианин
Теперь с этими знаниями, давайте вернемся к нашему герою Марку Уотни. Что же в его истории было правдой, а что художественным вымыслом?
Ридли Скотт и автор книги Энди Уир проделали огромную работу, чтобы сделать историю максимально правдоподобной. Многое в ней соответствует реальности. Например, сама идея использования существующих ресурсов и научных знаний для выживания. Получение воды путем сжигания гидразина. Использование радиоизотопного генератора для обогрева. Расчеты траекторий полета. Все это основано на реальной науке.
Однако есть и ключевые моменты, которые были сильно упрощены или изменены в угоду сюжету. Мы уже говорили о пылевой буре, которая в реальности не могла иметь такой силы. Самый большой вымысел это выращивание картофеля в необработанном марсианском грунте. Перхлораты и отсутствие органики делают это невозможным без сложной очистки и удобрения почвы. Радиация. В фильме эта тема практически не поднимается. Марк Уотни проводит много времени на поверхности, ездит на ровере на огромные расстояния, но последствия облучения никак не показаны. В реальности он получил бы дозу, которая серьезно подорвала бы его здоровье. Прочность материалов. Уотни легко заклеивает дыру в скафандре скотчем, а пробоину в жилом модуле пленкой. В реальности перепад давления мгновенно разорвал бы такие заплатки. Скафандр и модуль это сложнейшие инженерные конструкции, и их ремонт требует специальных материалов и оборудования. И наконец, психология. Марк Уотни демонстрирует просто сверхчеловеческую выдержку и оптимизм. Конечно, астронавты проходят жесточайший отбор, но даже самый стойкий человек, оказавшись в такой ситуации, испытал бы периоды глубокой депрессии и отчаяния.
«Марсианин» это прекрасная история о силе человеческого духа и интеллекта. Но это именно история, оптимистичная и вдохновляющая. Реальность будет гораздо прозаичнее и суровее.
Заключение
Итак, сможете ли вы выжить на Марсе? После всего сказанного ответ кажется очевидным. Первый человек на Марсе будет не просто ученым или инженером. Он будет величайшим выживальщиком в истории человечества. Его жизнь будет зависеть не от героических подвигов, а от методичного, ежедневного выполнения рутинных процедур, от бесконечных проверок оборудования, от строжайшей дисциплины. Он будет жить с постоянным осознанием того, что тонкая стенка модуля или хрупкое стекло шлема отделяют его от опасности.
Полет на Марс это не бегство с Земли, а самый сложный экзамен, который когда либо ставило перед собой человечество.