Aeon: сделать Марс обитаемым будет очень сложно из-за человеческого фактора

Саймон Морден (SimonMorden)

Смогут ли люди жить на Марсе? Ответ на удивление прост. Могут ли люди жить в Антарктиде, где температура регулярно опускается ниже -50ºC и по полгода темно? Могут ли люди жить на дне океана, где давление имеет сокрушительную силу? Могут ли люди жить в космосе, где вообще нет воздуха?

По мере расширения пределов нашей изобретательности, науки о материалах и химии мы перешли от способности переносить узкий диапазон условий к расширению присутствия практически во всех уголках земного шара и даже за его пределами. Человек способен выжить даже в самой враждебной среде, с которой когда-либо сталкивался, — в космическом вакууме.

Так почему бы не отправиться Марс? Раз мы можем жить в Антарктиде и в космосе, то все упирается в логистику. Если разместить на поверхности Красной планеты достаточное количество материально-технических ресурсов, то, вероятно, мы сможем там не только выжить, но и процветать.

Но это ‘если’ предполагает колоссальный объем работы. Отправляясь на Луну, космонавтам пришлось загрузить все необходимое в крошечные и хрупкие посадочные аппараты. Миссии "Аполлон" проводили на поверхности от одного до трех дней плюс три дня в пути. Дорога к Марсу займет не один месяц, и провести там всего пару дней будет недостаточно. Любая миссия, даже самая первая, должна будет быть рассчитана на месяцы, и это чрезвычайно усложняет логистику.

С особыми трудностями сопряжена посадка на Марс. Дистанционное управление процессом невозможно из-за отдаленности от Земли — в среднем радиосигнал будет запаздывать на 12 минут, — поэтому все придется программировать заранее. Одна-единственная ошибка в данных приведет к появлению очередного кратера, на этот раз весьма дорогостоящего. И как только будет отдана команда на посадку, Центр управления полетами окажется бессилен что-либо изменить — промежуток времени между приказом и благополучным приземлением называют "семью минутами ужаса’.

Также посадку затрудняет разреженная и плотная марсианская атмосфера. Без теплозащитного щита спускающийся с орбиты космический корабль в ней попросту сгорит, и необходимую защиту с трудом обеспечивает даже последнее поколение огромных сверхзвуковых парашютов. Необходимо учитывать и остатки орбитальной скорости, иначе посадочные модули разобьются о замерзшую поверхность Марса.

С этой целью тестировались различные методы, но лучше всего себя зарекомендовала технология "небесный кран" — одноразовый каркас с реактивными двигателями, которые помогают ему зависнуть в нескольких метрах над поверхностью. Затем он плавно опускает модуль на тросах, отключает соединительные кабели и отлетает на безопасное расстояние, где падает, когда закончится топливо.

Как и ожидалось, все расчеты максимально точны. На каждые полкило посадочного модуля — аккумуляторы, солнечные панели, компоненты научных экспериментов — потребуется несколько килограммов топлива "небесного крана". А они, в свою очередь, потребуют еще по нескольку кг топлива в ракете, которая выведет его на орбиту Марса. Будь такая возможность, мы бы отправили на Марс более крупные и совершенные посадочные аппараты, но в данный момент пиком возможностей ракетостроения является посадка марсохода размером с малолитражку. Это имеет огромное значение в контексте проведения успешной пилотируемой миссии.

Мечтая об огромной серебристой ракете, медленно опускающейся на пыльную красную поверхность со всем необходимым для многомесячного пребывания на борту, нужно понимать, что это просто непрактично. Такая ракета и необходимый для ее доставки еще более крупный космический корабль — это уже вне пределов наших возможностей в ближайшие десятилетия, если не столетия. Планирование успешной миссии с постоянным присутствием требует прозорливости и использования всех возможных преимуществ, включая те, что могут найтись на самом Марсе.

Красная планета полна полезных ресурсов и специфических опасностей. Если разумно выбрать место для посадки, брать с собой воду не придется. Она тяжелая и занимает много места, и это никак не изменить. Даже при наличии передовых установок по переработке отходов космонавтам все равно потребуется определенное количество воды про запас. На Марсе во многих местах она присутствует в почве в виде льда. Зачерпните лопатой грунт, и половина ее содержимого, — это водяной лед. Эту воду можно использовать для разных целей, не только для питья. Здесь на помощь придет химия.

Можно методом электролиза разделить воду на составляющие. Полученным кислородом можно дышать, а его рекомбинация с водородом даст нам взрывчатую смесь, которая вполне годится на роль элементарного ракетного топлива. На следующем этапе мы сможем извлекать из углекислотной атмосферы Марса углерод и синтезировать углеводороды.

К тому же углекислый газ жизненно важен для роста растений. Добавьте воду и почвенный субстрат — и ваша сублимированная пища обогатиться витаминами растительного происхождения. Люди потребляют много калорий, но мы ведь, помимо прочего, едим еще и глазами. Гарнир в виде салата не только придаст сил, но и повысить моральный дух.

Кроме того, пригодится и сам марсианский грунт. Его можно использовать в качестве строительного материала: делать кирпичи или просто укреплять им существующие конструкции. Это важно и нужно делать, потому что выживать на поверхности Марса — задача не из простых.

Самое главное — это температура. Марс на 80 миллионов километров дальше Земли от Солнца, и его атмосфера слишком разрежена, чтобы компенсировать экстремальные суточные колебания. Летом дневные температуры могут достигать приятных 21°C, но в тот же день перед рассветом термометр покажет -90°C. Температура может упасть настолько, что из атмосферы выморозится углекислый газ. Приятным бонусом станет дополнительная изоляция, которую обеспечат несколько метров марсианского грунта.

Кроме того, это поможет справиться с долгосрочной угрозой — радиацией. Солнце постоянно излучает заряженные частицы и высокомощный свет в виде гамма- и рентгеновских лучей. На Земле и (в меньшей степени) на Луне мы защищены от солнечного ветра обширным магнитным полем родной планеты. У Марса такого нет, и, хотя условия на поверхности не представляют острой угрозы для жизни человека, каждый проведенный на поверхности Красной планеты день космонавты будут подвергаться радиации в 10-20 раз больше, чем на Земле — и это не считая периодических солнечных вспышек, которые за раз обдадут вас излучением на десяток лет вперед.

Строительство подземной базы представляет собой одно из относительно простых решений радиационной проблемы, равно как и ее размещение в пещерах. В вулканических районах Марса много лавовых труб, образующих огромные туннели, куда можно проникнуть через частично обрушенные стены.

Ядовитая почва Марса богата перхлоратами, которые являются потенциальным источником кислорода. Но поскольку они водорастворимы, в качестве субстрата для выращивания использовать загрязненную почву нельзя.

Следующий момент: красная пыль. Она образовалась за сотни миллионов лет в процессе непрерывного измельчения вулканического пепла и имеет настолько мелкие частицы, что даже слабые марсианские ветры могут переносить ее и удерживать в воздухе неделями. Эти наночастицы представляют серьезную опасность как для человека, так и для земной аппаратуры. Исключить ее появление в жилых помещениях представляется невыполнимой задачей — космонавты будут приносить ее на себе с улицы, даже при соблюдении всех необходимых мер: мытья, уборки пылесосом, установки антистатических экранов и фильтрации воздуха. Она в любом случае будет присутствовать в воздухе, которым они дышат, и пище, которую едят. Помимо упомянутых перхлоратов, в марсианском грунте содержатся канцерогенные соединения, а мелкозернистый каменный порошок может, в частности, нанести вред легким и глазам.

Один марсоход мы уже потеряли из-за пыли, покрывшей его солнечные панели. Чем сложнее оборудование, которое мы используем, тем более уверенными мы должны быть в его герметизации и покрытии. Для этого необходимо своевременно проводить техническое обслуживание и вовремя менять детали.

Итак, как это можно сделать? У нас есть параметры, заданные с учетом количества членов экипажа, запланированных сроков пребывания и действий по прилете. Нужно спланировать то, как они разместятся, что будут есть и пить, как вернутся назад — и, если мы планируем нечто большее, чем единичный визит, то нужно рассчитывать на долговременную перспективу: какую полезную в дальнейшем инфраструктуру можно там создать?

Целесообразнее всего разделить проблему на посильные составляющие. Знания, которые мы получаем в результате постепенных усилий, вкупе с тем, что мы уже знаем, могут помочь при проработке вопросов, необходимых для осуществления успешной и жизнеспособной миссии на Марс.

Первым этапом станет расширение возможностей на низкой околоземной орбите. Многомесячное путешествие на Марс потребует самого большого космического корабля из всех, что мы когда-либо строили, который почти наверняка нереально будет поднять за один запуск. Придется собирать его прямо в космосе по принципу методов, используемых на МКС. Топливо вместе со всем необходимым для поддержания жизни в ходе долгого путешествия нужно будет доставлять с Земли, причем в два захода. Спускаемый аппарат будет отдельной частью корабля, а основная останется на орбите Марса.

Вторым этапом будет предварительная отправка припасов в назначенный район посадки. Лучше сразу выслать вперед роботизированные, самомонтирующиеся модули, чтобы гарантировать новоприбывшим космонавтам безопасное место и определить приоритеты благополучного приземления, не обременяя фазу спуска дополнительным весом продуктов питания, топлива, воздуха и воды. Таким образом, космонавты отправятся в это долгое и трудное путешествие уже после того, как на Марсе накопится достаточно оборудования для нормальной жизни. Если одна ракета собьется с курса — статистическая вероятность говорит, что их будет больше, — мы просто пошлем другую.

Одним из элементов комплекта выживания станет подъемный модуль — пустой корабль, способный не только приземлиться на поверхность Марса, но и заправиться составляющими марсианской атмосферы для возвращения на орбиту, где его будет ждать корабль-транспортировщик.

Нужно сразу оговориться: все вышеперечисленное сопряжено с риском. Как известно, в 1969 году перед посадкой миссии "Аполлон-11" у президента США Ричарда Никсона была припасена альтернативная речь на случай неудачи. Несмотря на все тщательные подготовительные мероприятия и высокую вероятность успеха, из ряда ситуаций практически нет выхода. Вопрос в том, сколько времени нам потребуется, чтобы отреагировать на непредвиденное развитие событий.

Цепочки поставок в основе современной экономики являются одним из наиболее недооцененных и неправильно толкуемых факторов. Мы привыкли заказывать что угодно откуда угодно, и нам это привезут в течение нескольких дней, а то и часов. Производители закупают товары у поставщиков точно в срок, а магазины розничной торговли обещают чуть ли не молниеносную доставку. Однако за этим стоит бесконечно сложная сеть коммуникаций, транспорта, складского учета и персонала. Мы замечаем все это лишь тогда, когда что-то идет не так.

Почти все уголки на Земле связаны между собой. Жизненно важные лекарства, микрочипы, детали двигателей и даже живые донорские органы беспрепятственно перемещаются между странами и континентами. Но не везде. И такие места дают примерное представление о проблемах, с которыми может столкнуться марсианский колонист.

Антарктида, несмотря на все технологии, остается одним из наиболее изолированных и негостеприимных мест на Земле. За исключением воды и воздуха, все необходимое приходится перевозить кораблями и самолетами на огромные расстояния, причем не без риска. Волнение на море, толстый лед, штормы, внезапное резкое похолодание — все это приводит к тому, что продукты питания и топливо застревают где-то в порту или на взлетно-посадочной полосе. Антарктические базы не подключены к системам оперативной поставки, потому что любая ошибка может повлечь за собой гибель людей. Чтобы этого избежать, нужно брать с собой и хранить гораздо больше, чем обычно требуется. Вы удивитесь, сколько продуктов приходится на одного человека в течение пары месяцев, а зимнее население, скажем, расположенной на Южном полюсе базы Амундсен-Скотт, составляет 50 человек.

Еду, конечно, всегда можно нормировать, а отопление ограничить одним-двумя теплоизолированными модулями. Под рукой всегда есть резервные генераторы, врач и современный комплекс спутниковой связи. Ученых поддерживает целая команда электриков, сантехников и техников, которые круглосуточно работают над поддержанием инфраструктуры базы, выявляя проблемы до того, как они станут критическими, и находя обходные решения благодаря своему опыту.

Но проблемы все равно продолжают возникать. Если врачу вдруг потребуется операция — а так было уже дважды, — придется проводить ее самому. Оба раза медицинская эвакуация была невозможна из-за плохих погодных условий и расстояний. Некоторые постоянные базы по-прежнему настаивают на удалении аппендикса всему персоналу доотправки на место.

А теперь представьте, что такая ситуация имеет место на Марсе. Полностью функционирующая база на выгодной локации с превосходной инфраструктурой, высоко мотивированными и подготовленными инженерами все равно будет опаснее любой современной антарктической базы. Организовать экстренную доставку медикаментов в Антарктиду с Южного острова Новой Зеландии по воздуху сложно, но реально: путь занимает считанные часы. А от Земли до Марса лететь девять месяцев, и это при условии наличия астрономически благоприятного времени для запуска корабля. Новые поколения космических двигателей его, конечно, сократят, но это не отменяет огромного расстояния между двумя планетами. В лучшем случае речь идет о 56 миллионах километров, в худшем — о 400 млн км, если Земля находится по одну сторону от Солнца, а Марс — по другую.

Без сомнения, это станет самой длинной цепочкой поставок в истории, на конце которой человека ждут наиболее суровые условия, с которыми он когда-либо сталкивался. Путешествие из Англии в Австралию в эпоху парусного флота и то заняло бы меньше времени.

Врачу в составе первой миссии на Марс нужно будет решать, без каких лекарств, перевязочных материалов и хирургического оборудования можно будет обойтись. Ограничения коснутся и места, и веса. А инженерам предстоит выбор между важными и оченьважными запчастями. Конечно, можно попросить организаторов миссии прислать каждой по 1-2 штуки, но насколько это осуществимо? В какой-то момент их в любом случае станет слишком много. Придется смириться с риском смерти, будь то от голода, холода, удушья, несчастного случая или болезни.

Как всегда в таких случаях, тяжелейшее бремя ляжет на первопроходцев. На их долю выпадет испытать всю совокупность неудобств и опасностей, равно как и собственную уязвимость. Следующим будет ненамного, но все же легче. Инфраструктура первичной базы будет расширяться до тех пор, пока Земля верит в проект. Ибо совершенно очевидно, что на протяжении десятилетий Марс будет полностью зависеть от нас. Но как колония станет обретать независимость? Реально ли вообще заглянуть так далеко вперед?

Ключевой технологией станет производство необходимых для жизни запчастей и химических веществ. Специально разработанные лекарства, пищевые добавки и питательные вещества для растений обеспечат колонистам определенную степень безопасности; 3D-принтеры с обширной библиотекой моделей будут работать с физическими компонентами, а аппараты автоматизированного синтеза — с биологическими.

Еще одним краеугольным камнем независимости марсианской колонии станут сами колонисты, в частности их образование. Говорят, необходимость — мать изобретений, но Марс выжмет из людей все соки. Колонистам придется посвящать значительную часть времени обучению. Необходимый для функционирования колонии уровень технологий будет высок, а количество персонала — ограничено доступом к пище и кислороду. Поскольку каждому придется разбираться сразу в 2-3 отдельных областях знаний, несчастный случай с кем-то одним не должен обернуться кризисом для всех.

Крайне неопределенный характер жизни на Марсе неизбежно приведет к появлению новых социальных нравов и кодексов поведения. Далекие от индивидуализма марсиане будут полагаться друг на друга исключительно по принципу взаимозависимости — и это отразится как на межличностных отношениях, так и на законах.

Еще предстоит выяснить, насколько сильно колонисты будут отличаться от жителей материнской планеты. Но независимый Марс точно не станет копировать земные общества, став чем-то поразительно и глубоко самобытным.