Колонизация или заселение Марса — это теоретическая миграция людей на Марс и установление долгосрочного человеческого присутствия на Марсе . Эта перспектива вызвала интерес со стороны государственных космических агентств и частных корпораций и широко исследовалась в научной фантастике, кино и искусстве . Организации предложили планы миссии человека на Марс , что является первым шагом на пути к любым усилиям по колонизации , но до сих пор ни один человек не ступил на планету, и не было никаких обратных миссий. Однако посадочные аппараты и марсоходы успешно исследовали поверхность планеты и предоставили информацию об условиях на Земле.
Орбита Марса близка к орбите Земли и поясу астероидов . Хотя день и общий состав Марса аналогичен земному, планета враждебна для жизни. Марс имеет непригодную для дыхания атмосферу , достаточно тонкую, чтобы ее температура в среднем колеблется от -70 до 0 °C (от -94 до 32 °F), но при этом достаточно толстую, чтобы вызывать пылевые бури по всей планете . Бесплодный ландшафт Марса покрыт мелкой токсичной пылью и интенсивной ионизирующей радиацией . На Марсе есть ресурсы, такие как подземные воды , марсианская почва и руда , которые могут быть использованы колонистами. Возможности для производства электроэнергии с помощью ветра , солнца и ядерной энергии с использованием ресурсов Марса невелики.
Оправдания и мотивы колонизации Марса включают любопытство, возможность людей проводить более глубокие наблюдательные исследования, чем беспилотные марсоходы, экономический интерес к его ресурсам и возможность того, что заселение других планет может снизить вероятность вымирания человечества . Трудности и опасности включают радиационное воздействие во время путешествия на Марс и на его поверхности, токсичную почву , низкую гравитацию , изоляцию, сопровождающую удаленность Марса от Земли, нехватку воды и низкие температуры.
Обязательства по исследованию постоянных поселений взяли на себя государственные космические агентства — НАСА , ЕКА , Роскосмос , ISRO , CNSA и другие — и частные организации — SpaceX , Lockheed Martin и Boeing .
Начиная с 20-го века, как правительственными учреждениями, так и частными компаниями было предложено несколько пилотируемых миссий на Марс . [ нечеткий ]
Большинство концепций пилотируемых полетов в том виде, в каком они сейчас задуманы национальными правительственными космическими программами, не будут прямыми предшественниками колонизации. Такие программы, как те, которые предварительно планируются НАСА , Роскосмосом и ЕКА , предназначены исключительно для исследовательских миссий, при этом создание постоянной базы возможно, но пока не является основной целью. [ нужна цитата ]
Колонизация требует создания постоянных мест обитания, обладающих потенциалом для саморасширения и самообеспечения. Двумя ранними предложениями по созданию среды обитания на Марсе являются концепции Mars Direct и Semi-Direct , отстаиваемые Робертом Зубриным , сторонником колонизации Марса. [1]
На Всемирном правительственном саммите в феврале 2017 года Объединенные Арабские Эмираты объявили о плане создания поселения на Марсе к 2117 году под руководством Космического центра Мохаммеда бен Рашида . [2] [3]
Поверхностная гравитация Марса составляет всего 38% от земной. Хотя известно, что микрогравитация вызывает такие проблемы со здоровьем, как потеря мышечной массы и деминерализация костей , [5] [6] неизвестно, будет ли марсианская гравитация иметь аналогичный эффект. Биоспутник Mars Gravity был предложенным проектом, призванным узнать больше о том, какое влияние низкая поверхностная гравитация Марса окажет на людей, но он был отменен из-за отсутствия финансирования. [7]
Площадь поверхности Марса составляет 28,4% земной, что лишь немного меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2% поверхности Земли). Марс имеет половину радиуса Земли и лишь одну десятую массы. Это означает, что она имеет меньший объем (≈15%) и меньшую среднюю плотность, чем Земля.
Из- за отсутствия магнитосферы солнечные частицы и космические лучи могут легко достичь поверхности Марса. [8] [9] [10]
Атмосферное давление на Марсе намного ниже предела Армстронга , при котором люди могут выжить без скафандров . Поскольку терраформирование нельзя ожидать в качестве краткосрочного решения, обитаемые структуры на Марсе должны быть построены с использованием сосудов под давлением , подобных космическим кораблям, способных выдерживать давление от 30 до 100 кПа. Атмосфера также токсична, поскольку большая ее часть состоит из углекислого газа (95% углекислого газа , 3% азота, 1,6% аргона и следов других газов, включая кислород, в общей сложности менее 0,4%).
Эта тонкая атмосфера не фильтрует ультрафиолетовый солнечный свет , что вызывает нестабильность молекулярных связей между атомами. Например, аммиак (NH 3 ) нестабилен в марсианской атмосфере и разлагается через несколько часов. [11] Также из-за тонкости атмосферы разница температур днем и ночью намного больше, чем на Земле, обычно около 70 °C. [12] Однако колебания дневной и ночной температуры намного ниже во время пыльных бурь, когда очень мало света проникает на поверхность даже в течение дня и вместо этого нагревает среднюю атмосферу. [13]
Воды на Марсе мало: марсоходы Spirit и Opportunity находят ее меньше, чем в самой засушливой пустыне Земли. [14] [15] [16]
Климат намного холоднее, чем на Земле, со средней температурой поверхности от 186 до 268 К (от -87 до -5 ° C) (в зависимости от сезона и широты). [17] [18] Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, составила 184 К (-89,2 ° C) в Антарктиде .
Поскольку Марс находится примерно на 52% дальше от Солнца , количество солнечной энергии , поступающей в его верхние слои атмосферы на единицу площади ( солнечная постоянная ), составляет лишь около 43,3% от того, что достигает верхних слоев атмосферы Земли. [19] Однако из-за гораздо более тонкой атмосферы большая часть солнечной энергии достигает поверхности в виде излучения. [20] [21] Максимальное солнечное излучение на Марсе составляет около 590 Вт/м 2 по сравнению с примерно 1000 Вт/м 2 на поверхности Земли; Оптимальные условия на марсианском экваторе можно сравнить с условиями на острове Девон в канадской Арктике в июне. [22] Орбита Марса более эксцентрична , чем орбита Земли, что приводит к увеличению изменений температуры и солнечной постоянной в течение марсианского года. [ нужна цитата ] На Марсе нет дождя и практически нет облаков, [ нужна цитата ] , поэтому, хотя и холодно, на нем постоянно солнечно (за исключением пыльных бурь ). Это означает, что солнечные панели всегда могут работать с максимальной эффективностью в дни без пыли.
Глобальные пылевые бури случаются круглый год и могут на несколько недель охватить всю планету, блокируя доступ солнечного света к поверхности. [23] [24] Было замечено, что это привело к падению температуры на 4 ° C в течение нескольких месяцев после урагана. [25] Напротив, единственными сопоставимыми событиями на Земле являются нечастые крупные извержения вулканов, такие как событие Кракатау , которое выбросило большое количество пепла в атмосферу в 1883 году, вызвав глобальное падение температуры примерно на 1 °C. Эти пыльные бури будут влиять на производство электроэнергии с помощью солнечных батарей в течение длительного периода времени и мешать связи с Землей. [13]
Марс имеет наклон оси 25,19°, что соответствует земному 23,44°. В результате на Марсе времена года очень похожи на земные, хотя в среднем они длятся почти в два раза дольше, поскольку марсианский год составляет около 1,88 земных лет, несмотря на то, что период вращения (известный как солнце) аналогичен земным суткам (см. ниже). . Температурный режим Марса больше похож на земной, чем на любую другую планету Солнечной системы. Хотя в целом Марс холоднее Земли, в некоторых областях и в определенное время на Марсе могут быть температуры, подобные земным.
Марсианская почва токсична из-за относительно высоких концентраций хлора и связанных с ним соединений, таких как перхлораты, которые опасны для всех известных форм жизни, [26] [27] , хотя некоторые галотолерантные микроорганизмы могут справиться с повышенными концентрациями перхлоратов. путем использования физиологических адаптаций, аналогичных тем, которые наблюдаются у дрожжей Debaryomyces hansenii , подвергшихся в лабораторных экспериментах воздействию повышенных концентраций NaClO 4 . [28]
Растения и животные не могут выжить в условиях окружающей среды на поверхности Марса. [29] Однако некоторые экстремофильные организмы, выживающие во враждебных условиях на Земле, пережили периоды воздействия окружающей среды, которая приближается к некоторым условиям, обнаруженным на Марсе.
Марсианский день (или солнце ) по продолжительности очень близок к земному. Солнечный день на Марсе длится 24 часа 39 минут 35,244 секунды. [30]
Условия на поверхности Марса по температуре и солнечному свету ближе к условиям на Земле, чем на любой другой планете или луне, за исключением облачных вершин Венеры . [31] Однако поверхность не пригодна для людей и большинства известных форм жизни из-за радиации, сильно пониженного давления воздуха и атмосферы, содержащей всего 0,16% кислорода.
В 2012 году сообщалось, что некоторые лишайники и цианобактерии выжили и продемонстрировали замечательную способность адаптации к фотосинтезу после 34 дней в моделируемых марсианских условиях в Лаборатории моделирования Марса (MSL), поддерживаемой Немецким аэрокосмическим центром (DLR). [32] [33] [34] Некоторые ученые считают, что цианобактерии могут сыграть роль в развитии самодостаточных пилотируемых аванпостов на Марсе. [35] Они предполагают, что цианобактерии могут использоваться непосредственно для различных целей, включая производство продуктов питания, топлива и кислорода, но также и косвенно: продукты их культуры могут поддерживать рост других организмов, открывая путь к широкому кругу форм жизни. -поддержка биологических процессов на основе марсианских ресурсов. [35]
Люди исследовали части Земли, которые соответствуют некоторым условиям на Марсе. По данным марсохода НАСА, температура на Марсе (в низких широтах) аналогична температуре в Антарктиде . [36] Атмосферное давление на самых больших высотах, достигнутых пилотируемыми воздушными шарами (35 км (114 000 футов) в 1961 году, [37] 38 км в 2012 году), аналогично давлению на поверхности Марса. Однако пилоты не подвергались воздействию чрезвычайно низкого давления, поскольку оно могло бы их убить, а сидели в герметичной капсуле. [38]
Для выживания человечества на Марсе потребуется проживание в искусственных марсианских средах обитания со сложными системами жизнеобеспечения. Одним из ключевых аспектов этого будут системы обработки воды. Поскольку человек состоит в основном из воды, без нее человек умер бы за считанные дни. Даже уменьшение общего количества воды в организме на 5–8% вызывает усталость и головокружение, а снижение физических и умственных нарушений на 10% (см. « Обезвоживание» ). В среднем человек в Великобритании потребляет 70–140 литров воды в день. [39] Благодаря опыту и обучению астронавты на МКС показали, что можно использовать гораздо меньше воды и что около 70% использованной воды можно переработать с помощью систем рекуперации воды на МКС . (Например, половина всей воды используется во время ливней. [40] ) Подобные системы потребуются и на Марсе, но они должны быть гораздо более эффективными, поскольку регулярная роботизированная доставка воды на Марс была бы непомерно дорогой (МКС поставляется с водой четыре раза в год). Потенциальный доступ к воде на объекте (замороженной или иной) посредством бурения был исследован НАСА. [41]
Марс представляет собой враждебную среду для обитания человека. Различные технологии были разработаны для содействия долгосрочному исследованию космоса и могут быть адаптированы для проживания на Марсе. Существующий рекорд самого продолжительного непрерывного космического полета составляет 438 дней космонавта Валерия Полякова [42] , а наибольшее время пребывания в космосе - 878 дней Геннадия Падалки . [43] Самое продолжительное время, проведенное за пределами защиты радиационного пояса Ван Аллена Земли, составляет около 12 дней во время посадки на Луну Аполлона-17 . Это незначительно по сравнению с 1100-дневным путешествием на Марс и обратно [44] , запланированным НАСА, возможно, уже в 2028 году. Ученые также предположили, что окружающая среда марсианских колоний может отрицательно повлиять на многие различные биологические функции. Из-за более высоких уровней радиации существует множество физических побочных эффектов, которые необходимо смягчать. [45] Кроме того, марсианская почва содержит высокий уровень токсинов, опасных для здоровья человека.
Разница в гравитации может отрицательно повлиять на здоровье человека, ослабляя кости и мышцы . Существует также риск остеопороза и сердечно-сосудистых проблем. Текущие вращения Международной космической станции поместили астронавтов в невесомость на шесть месяцев, что сравнимо с путешествием на Марс в один конец. Это дает исследователям возможность лучше понять физическое состояние, в котором прибудут астронавты, отправляющиеся на Марс. На Марсе поверхностная гравитация составляет лишь 38% от земной. Микрогравитация влияет на сердечно-сосудистую, скелетно-мышечную и нейровестибулярную (центральную нервную) системы. Сердечно-сосудистые эффекты сложны. На Земле кровь внутри тела находится на 70% ниже уровня сердца, но в условиях микрогравитации это не так, потому что ничто не тянет кровь вниз. Это может иметь несколько негативных последствий. При попадании в невесомость кровяное давление в нижней части тела и ногах значительно снижается. [46] Это приводит к тому, что ноги становятся слабыми из-за потери мышечной и костной массы. У космонавтов наблюдаются признаки одутловатого лица и синдрома куриных ножек. После первого дня возвращения на Землю образцы крови показали потерю 17% плазмы крови, что способствовало снижению секреции эритропоэтина . [47] [48] В скелетной системе, которая важна для поддержания осанки нашего тела, длительный космический полет и воздействие микрогравитации вызывают деминерализацию и атрофию мышц. Во время реакклиматизации у астронавтов наблюдалось множество симптомов, включая холодный пот, тошноту, рвоту и укачивание. [49] Вернувшиеся астронавты также чувствовали себя дезориентированными. Путешествие на Марс и обратно длится шесть месяцев — это среднее время, проведенное на МКС. Оказавшись на Марсе с его меньшей поверхностной гравитацией (38% от земной), эти последствия для здоровья станут серьезной проблемой. [50] По возвращении на Землю восстановление после потери костной массы и атрофии представляет собой длительный процесс, и эффекты микрогравитации никогда не смогут полностью обратить вспять. [ нужна цитата ]
Опасное количество радиации достигает поверхности Марса, несмотря на то, что он находится намного дальше от Солнца по сравнению с Землей. Марс потерял свое внутреннее динамо , что сделало его глобальную магнитосферу более слабой , чем у Земли. В сочетании с тонкой атмосферой это позволяет значительному количеству ионизирующего излучения достигать поверхности Марса. Существует два основных типа радиационных рисков при путешествии за пределы атмосферы и магнитосферы Земли: галактические космические лучи (ГКЛ) и солнечные энергетические частицы (СЭП). Магнитосфера Земли защищает от заряженных частиц Солнца, а атмосфера защищает от незаряженных и высокоэнергетических ГКЛ. Есть способы уменьшить солнечное излучение, но без особой атмосферы единственным решением проблемы потока ГКЛ является мощная защита, состоящая примерно из 15 сантиметров стали, 1 метра камня или 3 метров воды, что ограничивает человеческие колонисты проживанием под землей. большую часть времени. [51]
Космический корабль Mars Odyssey оснащен прибором Mars Radiation Environment Experiment (MARIE) для измерения радиации. МАРИ обнаружила, что уровни радиации на орбите над Марсом в 2,5 раза выше, чем на Международной космической станции . Средняя суточная доза составила около 220 мкГр (22 мрад), что эквивалентно 0,08 Гр в год. [52] Трехлетнее воздействие таких уровней превысило бы пределы безопасности, принятые в настоящее время НАСА, [53] и риск развития рака из-за радиационного воздействия после миссии на Марс может быть в два раза выше, чем предполагали ученые ранее. [54] [55] Случайные солнечные протонные события (SPE) производят гораздо более высокие дозы, как это наблюдалось в сентябре 2017 года, когда НАСА сообщило, что уровни радиации на поверхности Марса временно увеличились вдвое и были связаны с полярным сиянием , в 25 раз более ярким, чем любое наблюдавшееся ранее из-за мощной и неожиданной солнечной бури . [56] Строительство жилых помещений под землей (возможно, в марсианских лавовых трубах ) значительно снизило бы воздействие радиации на колонистов.
Многое еще предстоит узнать о космической радиации. В 2003 году Космический центр имени Линдона Б. Джонсона НАСА открыл в Брукхейвенской национальной лаборатории лабораторию космической радиации НАСА , которая использует ускорители частиц для моделирования космического излучения. Объект изучает его воздействие на живые организмы, а также экспериментирует с методами защиты. [60] Первоначально были некоторые свидетельства того, что этот вид низкого уровня хронической радиации не так опасен, как считалось раньше; и происходит радиационный гормезис . [61] Однако результаты исследования 2006 года показали, что протоны космического излучения могут нанести в два раза более серьезный ущерб ДНК , чем предполагалось ранее, подвергая астронавтов большему риску рака и других заболеваний. [62] В результате более высокого уровня радиации в марсианской среде в сводном отчете Комитета по обзору планов пилотируемых космических полетов США, опубликованном в 2009 году, сообщается, что «Марс — непростое место для посещения с использованием существующих технологий и без существенных инвестиций». ресурсов». [62] НАСА изучает различные альтернативные методы и технологии, такие как плазменные дефлекторные щиты для защиты астронавтов и космических кораблей от радиации. [62]
Из-за задержек со связью необходимо разработать новые протоколы для оценки психологического здоровья членов экипажа. Исследователи разработали марсианскую симуляцию под названием HI-SEAS (Аналог и моделирование космических исследований на Гавайях), которая помещает ученых в симулированную марсианскую лабораторию для изучения психологических эффектов изоляции, повторяющихся задач и проживания в тесном контакте с другими учеными на срок до нескольких лет. год за раз. Разрабатываются компьютерные программы для помощи экипажам в решении личных и межличностных вопросов в условиях отсутствия прямого общения с профессионалами на Земле. [63]
В различных художественных произведениях выдвигается идея терраформирования Марса, чтобы позволить широкому кругу форм жизни, включая людей, выжить без посторонней помощи на поверхности Марса. Высказывались некоторые идеи о возможных технологиях, которые могли бы способствовать терраформированию Марса , но ни одна из них не сможет превратить всю планету в среду обитания, подобную Земле, изображенную в научной фантастике. [64]
Чтобы быть самодостаточной, колония должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать все необходимые жизненные услуги. К ним относятся [65]
По мере роста числа людей они могут совместно использовать как действия, так и объекты. Рост также компенсирует риски коллапса общества, вызванного внезапной смертью, несчастными случаями, бесплодием или инбридингом. Но это не может предотвратить смертельную борьбу между различными группами людей или потерю эффективности из-за несоответствующей социальной организации.
Путем математического моделирования времени, затрачиваемого людьми на эти вопросы, и сохраняя простоту, Салотти приходит к выводу, что минимальное число колоний на Марсе составляет 110 человек. [65] Это близко к другим исследованиям генетических проблем, связанных с более длительным путешествием. до Проксимы Центавра b (6000+ лет). [66]
Марсу требуется меньше энергии на единицу массы ( дельта V ), чтобы добраться от Земли, чем любой планете, за исключением Венеры . Используя переходную орбиту Хомана , путешествие на Марс потребует примерно девяти месяцев пребывания в космосе. [67] Модифицированные траектории перемещения, которые сокращают время полета в космосе до четырех-семи месяцев, возможны с постепенно увеличивающимся количеством энергии и топлива по сравнению с переходной орбитой Хомана и стандартно используются для роботизированных миссий на Марс. Сокращение времени полета ниже примерно шести месяцев требует более высокой дельты v и увеличения количества топлива, а это сложно сделать с химическими ракетами . Это могло бы быть осуществимо с помощью передовых технологий движения космических кораблей , некоторые из которых уже прошли испытания на различных уровнях, таких как магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом [68] и ядерные ракеты . В первом случае время поездки может быть достигнуто в сорок дней, [69] , а во втором — до двух недель. [1] В 2016 году ученый из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре заявил, что они могут еще больше сократить время путешествия небольшого роботизированного зонда до Марса до «всего 72 часов» с использованием паруса с лазерным приводом (направленного фотонного движения). система вместо топливной ракетной двигательной установки. [70] [71]
Во время путешествия астронавты будут подвергаться радиации , что потребует средств их защиты. Космическое излучение и солнечный ветер вызывают повреждение ДНК, что значительно увеличивает риск развития рака. Эффект от длительного путешествия в межпланетном пространстве неизвестен, но ученые оценивают дополнительный риск смерти от рака из-за радиации во время путешествия на Марс и обратно для мужчин от 1% до 19% (по одной оценке — 3,4%). на Землю. У женщин вероятность выше из-за более крупных железистых тканей. [72]
Марс имеет поверхностную гравитацию в 0,38 раза больше земной, а плотность его атмосферы составляет около 0,6% от земной. [73] Относительно сильная гравитация и наличие аэродинамических эффектов затрудняют посадку тяжелых космических кораблей с экипажем только с двигателями, как это было сделано при посадке на Луну Аполлона , однако атмосфера слишком разрежена, чтобы аэродинамические эффекты могли оказать большую помощь. аэроторможение и посадка большого транспортного средства. Для посадки пилотируемых миссий на Марс потребуются системы торможения и посадки, отличные от всего, что используется для посадки пилотируемых космических кораблей на Луну или роботизированных миссий на Марс. [74]
Если предположить, что будет доступен конструкционный материал из углеродных нанотрубок с прочностью 130 ГПа (19 000 000 фунтов на квадратный дюйм), тогда можно будет построить космический лифт для высадки людей и материалов на Марс. [75] Также было предложено построить космический лифт на Фобосе (марсианском спутнике). [76]
Фобос синхронно вращается вокруг Марса , причем одно и то же лицо остается обращенным к планете на высоте примерно 6028 км над поверхностью Марса . Космический лифт может спуститься с Фобоса на Марс на 6000 км, примерно в 28 километрах от поверхности и прямо за пределы атмосферы Марса . Подобный кабель космического лифта может протянуться на 6000 км в противоположном направлении, что уравновесит Фобос. В общей сложности космический лифт продлится более чем на 12 000 км, что будет ниже ареостационарной орбиты Марса (17 032 км). Запуск ракеты все равно потребуется, чтобы доставить ракету и груз к началу космического лифта на высоте 28 км над поверхностью. Поверхность Марса вращается на экваторе со скоростью 0,25 км/с , а нижняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 0,77 км/с, поэтому для попадания в космос потребуется всего 0,52 км/с Дельта-v. лифт. Фобос вращается по орбите со скоростью 2,15 км/с, а внешняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 3,52 км/с. [76]
Колонизация Марса потребует широкого разнообразия оборудования — как оборудования для непосредственного оказания услуг людям, так и производственного оборудования, используемого для производства продуктов питания, топлива, воды, энергии и пригодного для дыхания кислорода — для поддержки усилий по колонизации Марса. Необходимое оборудование будет включать в себя: [1]
Чтобы вообще функционировать, колонии потребуются основные коммунальные услуги, необходимые для поддержания человеческой цивилизации. Они должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать суровые марсианские условия, и должны были либо быть работоспособными в скафандре для выхода в открытый космос, либо размещаться в среде, пригодной для обитания человека. Например, если системы производства электроэнергии полагаются на солнечную энергию, также потребуются крупные хранилища энергии для покрытия периодов, когда пыльные бури закрывают солнце, а также могут потребоваться автоматические системы удаления пыли, чтобы избежать воздействия на человека условий на поверхности. [25] Если колония выйдет за пределы нескольких человек, системам также необходимо будет максимально использовать местные ресурсы, чтобы уменьшить потребность в пополнении запасов с Земли, например, путем переработки воды и кислорода и адаптации для использования любой воды. найден на Марсе, в какой бы форме он ни находился.
Связь с Землей относительно проста в полусолнце , когда Земля находится над марсианским горизонтом. НАСА и ЕКА включили оборудование для ретрансляции связи в несколько марсианских орбитальных аппаратов, поэтому на Марсе уже есть спутники связи . Хотя со временем они изнашиваются, дополнительные орбитальные аппараты с возможностью ретрансляции связи, вероятно, будут запущены до того, как будут организованы какие-либо колонизационные экспедиции.
Задержка односторонней связи из-за скорости света колеблется от примерно 3 минут при максимальном сближении (приблизительно перигелий Марса минус афелий Земли) до 22 минут при максимально возможном верхнем соединении (приблизительно афелий Марса плюс афелий Земли). ). Связь в реальном времени, такая как телефонные разговоры или интернет-чат , между Землей и Марсом была бы крайне непрактичной из-за длительных задержек во времени. НАСА обнаружило, что прямая связь может быть заблокирована примерно на две недели каждый синодический период , примерно во время превосходного соединения , когда Солнце находится непосредственно между Марсом и Землей, [80] хотя фактическая продолжительность отключения связи варьируется от миссии к миссии в зависимости от от различных факторов, таких как запас линии связи, заложенный в систему связи, и минимальная скорость передачи данных, приемлемая с точки зрения миссии. На самом деле у большинства миссий на Марсе были периоды отключения связи порядка месяца. [81]
Спутник в точке лагранжа Земли и Солнца L 4 или L 5 мог бы в этот период служить ретранслятором для решения проблемы; даже созвездие спутников связи будет незначительным расходом в контексте полной программы колонизации. Однако размер и мощность оборудования, необходимого для таких расстояний, делают местоположения L4 и L5 нереальными для ретрансляционных станций, а присущая этим регионам стабильность, хотя и выгодна с точки зрения удержания станций, также привлекает пыль и астероиды, которые могут представлять угрозу для здоровья. риск. [82] Несмотря на это беспокойство, зонды STEREO прошли через регионы L4 и L5 без повреждений в конце 2009 года.
Недавняя работа Лаборатории передовых космических концепций Университета Стратклайда в сотрудничестве с Европейским космическим агентством предложила альтернативную архитектуру ретранслятора, основанную на сильно некеплеровских орбитах . Это особый вид орбиты, возникающий, когда непрерывная тяга с малой тягой, например, создаваемая ионным двигателем или солнечным парусом , изменяет естественную траекторию космического корабля. Такая орбита обеспечит непрерывную связь во время солнечного соединения, позволяя космическому кораблю-ретранслятору «зависать» над Марсом, за пределами орбитальной плоскости двух планет. [83] Такое ретранслятор позволяет избежать проблем спутников, расположенных на L4 или L5, поскольку он находится значительно ближе к поверхности Марса, сохраняя при этом непрерывную связь между двумя планетами.
Путь к человеческой колонии могут подготовить роботизированные системы, такие как марсоходы Spirit , Opportunity , Curiosity и Perseverance . Эти системы могут помочь найти ресурсы, такие как грунтовые воды или лед, которые помогут колонии расти и процветать. Срок службы этих систем составит годы и даже десятилетия, и, как показали недавние события в области коммерческих космических полетов , вполне возможно, что эти системы будут принадлежать как частной, так и государственной собственности. Эти роботизированные системы также имеют меньшую стоимость по сравнению с ранними операциями с экипажем и несут меньший политический риск.
Проводные системы могут заложить основу для первых высадок и баз с экипажем, производя различные расходные материалы, включая топливо, окислители, воду и строительные материалы. Создание основ энергоснабжения, связи, жилья, отопления и производства может начаться с роботизированных систем, хотя бы в качестве прелюдии к операциям с экипажем.
Mars Surveyor 2001 Lander MIP (Mars ISPP Precursor) должен был продемонстрировать производство кислорода из атмосферы Марса [84] и протестировать технологии солнечных батарей и методы смягчения воздействия марсианской пыли на энергосистемы. [85] [ нужно обновить ]
Прежде чем люди будут доставлены на Марс с помощью предполагаемой транспортной инфраструктуры Марса 2020-х годов , предусмотренной SpaceX , сначала будет осуществлен ряд роботизированных грузовых миссий для перевозки необходимого оборудования , среды обитания и припасов. [86] Необходимое оборудование будет включать в себя «машины для производства удобрений, метана и кислорода из атмосферного азота и углекислого газа Марса и подземного водяного льда планеты», а также строительные материалы для строительства прозрачных куполов для начальных сельскохозяйственных территорий. [87]
Как и в случае с первыми колониями в Новом Свете , экономика будет решающим аспектом успеха колонии. Пониженный гравитационный колодец Марса и его положение в Солнечной системе могут облегчить торговлю между Марсом и Землей и могут обеспечить экономическое обоснование для дальнейшего заселения планеты. Учитывая его размеры и ресурсы, в конечном итоге это место может стать местом для выращивания продуктов питания и производства оборудования для разработки пояса астероидов .
Некоторые ранние колонии на Марсе могли специализироваться на разработке местных ресурсов для марсианского потребления, таких как вода и/или лед. Местные ресурсы также могут быть использованы в строительстве инфраструктуры. [88] Одним из доступных в настоящее время источников марсианской руды является металлическое железо в виде никель-железных метеоритов . Железо в этой форме добывается легче, чем из оксидов железа, которыми покрыта планета.
Еще одним основным товаром межмарсианской торговли во время ранней колонизации мог быть навоз. [89] Если предположить, что жизнь на Марсе не существует, то почва будет очень бедна для выращивания растений, поэтому навоз и другие удобрения будут высоко цениться в любой марсианской цивилизации до тех пор, пока планета не изменится химически настолько, чтобы поддерживать растущую растительность самостоятельно. .
Солнечная энергия является кандидатом на электроэнергию для марсианской колонии. Солнечная инсоляция (количество солнечной радиации, достигающей Марса) составляет около 42% от земной, поскольку Марс находится примерно на 52% дальше от Солнца, и инсоляция падает пропорционально квадрату расстояния . Но тонкая атмосфера позволит почти всей этой энергии достичь поверхности по сравнению с Землей, где атмосфера поглощает примерно четверть солнечной радиации. Солнечный свет на поверхности Марса был бы очень похож на умеренно облачный день на Земле. [90]
Грубо говоря, космическую колонизацию Марса можно назвать возможной, когда необходимые методы космической колонизации станут достаточно дешевыми (например, доступ в космос с помощью более дешевых систем запуска), чтобы покрыть совокупные средства, собранные для этой цели.
Несмотря на то, что с учетом традиционных затрат на запуск не существует ближайших перспектив получения больших сумм денег, необходимых для любой колонизации космоса, [91] существует некоторая перспектива радикального сокращения затрат на запуск в 2020-х годах, что, следовательно, снизит стоимость запуска. любые усилия в этом направлении. При объявленной цене в 62 миллиона долларов США за запуск полезной нагрузки до 22 800 кг (50 300 фунтов) на низкую околоземную орбиту или 4 020 кг (8 860 фунтов) на Марс [92] ракеты SpaceX Falcon 9 уже являются «самыми дешевыми в отрасли». . [93] В планы многоразового использования SpaceX входят Falcon Heavy и будущие ракеты- носители на основе метана, включая Starship . Если SpaceX добьется успеха в разработке многоразовой технологии, ожидается, что она «окажет серьезное влияние на стоимость доступа в космос» и изменит все более конкурентный рынок услуг космических запусков. [94]
Альтернативные подходы к финансированию могут включать учреждение поощрительных премий . Например, Президентская комиссия 2004 года по реализации политики США в области космических исследований предложила учредить конкурс поощрительных призов, возможно, правительством, за достижение космической колонизации. В качестве примера было предложено вознаграждение первой организации, которая отправит людей на Луну и будет поддерживать их в течение определенного периода времени, прежде чем они вернутся на Землю. [95]
Поскольку Марс находится гораздо ближе к поясу астероидов , чем Земля , потребуется меньше Дельта-v, чтобы добраться до пояса астероидов и вернуть минералы на Марс. Одна из гипотез состоит в том, что спутники Марса ( Фобос и Деймос ) на самом деле являются захватами астероидов из пояса астероидов. [96] 16 Психея в главном поясе может иметь полезные ископаемые на сумму более 10 000 квадриллионов долларов . 13 октября 2023 г.
NAS запустила зонд «Психея» , который должен достичь астероида D к 20 августа. [97] 511 Давида может располагать полезными ископаемыми и ресурсами на сумму 27 квадриллионов долларов. [98] Использование луны Фобос для запуска космических кораблей является энергетически выгодным и полезным местом для отправки миссий к астероидам главного пояса. [99] Добыча пояса астероидов с Марса и его спутников может помочь в колонизации Марса. [100] [101] [102]
Было предложено создать первую базу на марсианском полюсе, которая обеспечит доступ к воде. [103]
Пещеры, естественно, обеспечат определенную степень изоляции от марсианских опасностей для людей на планете. [104] Эти опасности включают радиацию, удары и широкий диапазон температур на поверхности. [104]
Mars Odyssey обнаружил нечто похожее на естественные пещеры возле вулкана Арсия Монс . Было высказано предположение, что поселенцы могли бы извлечь выгоду из убежища, которое эти или подобные конструкции могут предоставить от радиации и микрометеороидов. Геотермальная энергия также подозревается в экваториальных регионах. [105]
Команда исследователей, присутствовавшая на конференции Geological Society of America Connects 2022, определила около 139 пещер, которые стоит изучить в качестве потенциальных убежищ. [104] Каждый из них находился в пределах 60 миль (100 км) от места, идеального для использования в качестве посадочной площадки, и был сфотографирован HiRISE в высоком разрешении . [104]
Несколько возможных марсианских световых трубок из лавовых труб были расположены на склонах горы Арсия. Наземные примеры показывают, что некоторые из них должны иметь длинные проходы, обеспечивающие полную защиту от радиации, и их относительно легко герметизировать с помощью материалов, имеющихся на месте, особенно на небольших участках. [106]
Hellas Planitia — самая низкая равнина, лежащая ниже марсианской геодезической точки отсчёта . Атмосферное давление в этом месте относительно выше по сравнению с остальной частью Марса.
Роботизированные космические корабли, отправляющиеся на Марс, должны быть стерилизованы, чтобы на внешней стороне корабля было не более 300 000 спор — и более тщательно стерилизовать, если они контактируют с «особыми областями», содержащими воду, [107] [108] в противном случае существует риск заражения не только эксперименты по обнаружению жизни, но, возможно, и сама планета.
Невозможно стерилизовать человеческие миссии до такого уровня, поскольку люди обычно являются хозяевами сотен триллионов микроорганизмов тысяч видов человеческого микробиома , и их невозможно удалить, сохранив при этом жизнь человека. Сдерживание кажется единственным вариантом, но это серьезная проблема в случае жесткой посадки (т.е. крушения). [109] Было проведено несколько планетарных семинаров по этому вопросу, но окончательных указаний относительно дальнейших действий пока нет. [110] Люди-исследователи также будут уязвимы для обратного загрязнения Земли, если они станут носителями микроорганизмов, если на Марсе будет жизнь. [111]
Неизвестно, как первая высадка человека на Марс изменит нынешнюю политику в отношении исследования космоса и заселения небесных тел. В Договоре ООН по космосу 1967 года было определено, что ни одна страна не может претендовать на космос или его обитателей. Поскольку планета Марс предлагает людям сложную окружающую среду и опасные препятствия, законы и культура на планете, скорее всего, будут сильно отличаться от земных. [112] Поскольку Илон Маск объявил о своих планах путешествия на Марс, остается неясным, как динамика частной компании, которая, возможно, первой отправит человека на Марс, отразится в национальном и глобальном масштабе. [113] [114] НАСА пришлось столкнуться с несколькими сокращениями финансирования. Во время президентства Барака Обамы цель НАСА достичь Марса была отодвинута на второй план. [115] В 2017 году президент Дональд Трамп пообещал вернуть людей на Луну и, в конечном итоге, на Марс, [116] и увеличил бюджет НАСА на 1,1 миллиарда долларов, [117] чтобы в основном сосредоточиться на разработке новой системы космического запуска . [118] [119]
Колонизация космоса в целом обсуждалась как продолжение империализма и колониализма , [120] особенно в отношении принятия колониальных решений на Марсе, а причины колониального труда [121] и эксплуатации земель подвергались сомнению с постколониальной критикой. Видя необходимость инклюзивного [122] и демократического участия и осуществления любого исследования космоса и Марса, инфраструктуры или колонизации, многие призвали к радикальным социологическим реформам и гарантиям предотвращения расизма, сексизма и других форм предрассудков. [123]
Повествование об освоении космоса как о « Новых границах » подвергалось критике как необдуманное продолжение поселенческого колониализма и явной судьбы , продолжающее повествование о колониальных исследованиях как основополагающих для предполагаемой человеческой природы . [124] [125] [126]
Преобладающая точка зрения территориальной колонизации в космосе была названа сурфацизмом , особенно если сравнивать пропаганду колонизации Марса в отличие от Венеры . [127] [128]
Одной из возможных этических проблем, с которыми могут столкнуться космические путешественники, является беременность во время полета. Согласно политике НАСА, членам экипажа запрещено заниматься сексом в космосе . НАСА хочет, чтобы члены экипажа относились друг к другу так же, как коллеги в профессиональной среде. Беременная участница космического корабля опасна для всех, кто находится на борту. Беременной женщине и ребенку потребуется дополнительное питание из бортового рациона, а также особое лечение и уход. Беременность повлияет на обязанности и возможности беременной члена экипажа. До сих пор до конца не известно, как окружающая среда в космическом корабле повлияет на развитие ребенка на борту. Однако известно, что в космосе плод будет более восприимчив к солнечной радиации, что, вероятно, окажет негативное воздействие на его клетки и генетику. [130] Во время длительного путешествия на Марс члены корабля, вероятно, могут заниматься сексом из-за стрессовой и изолированной среды. [131]
Колонизацию Марса выступают несколько неправительственных групп по ряду причин и с различными предложениями. Одной из старейших групп является Марсианское общество , которое продвигает программу НАСА по исследованию Марса человеком и создало аналоговые исследовательские станции Марса в Канаде и США. Mars to Stay выступает за переработку транспортных средств для экстренного возвращения в постоянные поселения, как только первоначальные исследователи определят, что постоянное жилье возможно.
Илон Маск основал SpaceX с долгосрочной целью разработки технологий, которые позволят создать самодостаточную человеческую колонию на Марсе. [113] [132] Ричард Брэнсон при жизни «полон решимости стать частью создания популяции на Марсе. Я думаю, что это абсолютно реалистично. Это произойдет… Я думаю, в течение следующих 20 лет» [ с 2012 года] «мы отправим в космос буквально сотни тысяч людей, и это даст нам финансовые ресурсы для достижения еще больших целей». [133]
Писатель Роберт Зубрин на протяжении многих лет был активным сторонником исследования и колонизации Марса. Он является членом Марсианского общества и автором нескольких художественных и научно-популярных книг на эту тему. В 1996 году он написал «Дело о Марсе: план заселения Красной планеты и почему мы должны это сделать» . Он продолжает выступать за Марс и исследование космоса, написав свою последнюю книгу « Дело в пользу космоса: как революция в космических полетах открывает будущее безграничных возможностей».
В июне 2013 года Базз Олдрин , американский инженер и бывший астронавт , второй человек, ступивший на Луну , написал мнение, опубликованное в The New York Times , в котором поддержал миссию человека на Марс и рассматривал Луну «не как пункт назначения, а как пункт назначения». это скорее отправная точка, которая направляет человечество на траекторию к освоению Марса и превращению в двухпланетный вид». [134] В августе 2015 года Олдрин совместно с Технологическим институтом Флориды представил на рассмотрение НАСА «генеральный план» для астронавтов с «десятилетним стажем службы» по колонизации Марса до 2040 года. [135 ]
Есть критики проекта колонизации Марса. Американский политолог Дэниел Дьюдни утверждает, что полностью развитая колония на Марсе представляет собой экзистенциальную угрозу для людей, остающихся на Земле. Его книга « Темные небеса: космическая экспансия, планетарная геополитика и конец человечества » бросает вызов широко распространенному среди сторонников мнению, что марсианская колония будет дружественной к интересам людей, все еще находящихся на Земле. [136] По мнению Дьюдни, это всего лишь предположение, основанное на в значительной степени неисследованном утверждении о том, что будущая марсианская колония будет прямым продолжением цивилизации на Земле, а не совершенно новым типом цивилизации с четкими целями, ценностями, страхами и желаниями. .
Несколько примеров в художественной литературе содержат подробное описание колонизации Марса. Они включают:
Интерактивная карта изображений глобальной топографии Марса . Наведите указатель мыши твоя мышьна изображение, чтобы увидеть названия более 60 выдающихся географических объектов, и щелкните, чтобы перейти к ним. Цвет базовой карты указывает на относительные высоты , основанные на данных лазерного альтиметра Mars Orbiter , установленного на Mars Global Surveyor НАСА . Белый и коричневый цвета обозначают самые высокие высоты (от +12 до +8 км ); за ним следуют розовые и красные (от +8 до +3 км ); желтый это0 км ; зеленый и синий — это более низкие высоты (вплоть до−8 км ). Оси — широта и долгота ; Отмечаются полярные регионы .придется накидать кучу вещей, прежде чем начать туда людей сажать. ... Это транспортная система между Землей и Марсом.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
