.jpg/1280px-Interplanetary_Transport_System_(29343823914).jpg){kind=spacer}
При колонизации Марса люди будут заселять марсианскую территорию и разрабатывать там ресурсы, что, возможно, позволит заселить Марс . [1] [2] Большинство концепций колонизации Марса сосредоточены на заселении, но колонизация является более широкой этической концепцией, [3] [4] которую международное космическое право ограничило, [5] а национальные космические программы избегали, [6] вместо этого сосредоточившись на пилотируемых миссиях на Марс для исследования планеты . Эксплуатация местных ресурсов может включать использование ресурсов на месте для производства расходных материалов, таких как топливо и газы для жизнеобеспечения , которые в противном случае пришлось бы импортировать с Земли. [7] В настоящее время существуют только предложения по колонизации Марса, и ни один человек еще не жил на Марсе или не посещал его.
Заселение Марса будет зависеть от постоянной миграции людей на планету и эксплуатации местных ресурсов. Оба варианта сложны, требуются большие инвестиции и люди должны быть готовы к опасным для жизни условиям, поскольку планета враждебна для человеческой жизни. Ее бесплодная поверхность подвержена интенсивному ионизирующему излучению и покрыта мелкой токсичной пылью, что делает поверхность более токсичной, чем Земля после гипотетической ядерной войны . [8] Марс имеет непригодную для дыхания и тонкую атмосферу , с температурой поверхности, колеблющейся от -70 до 0 °C (-94 и 32 °F). Хотя на Марсе заморожены подповерхностные воды и другие ресурсы , ветровые и солнечные условия слабы для выработки электроэнергии, а ресурсы для ядерной энергетики скудны. Орбита Марса относительно близка к орбите Земли , хотя и достаточно далека от Земли, так что расстояние будет представлять серьезное ограничение для импорта товаров и людей для путешествий.
Обоснования и мотивы колонизации Марса включают технологическое любопытство, возможность проведения углубленных наблюдательных исследований, вероятность того, что заселение других планет может снизить вероятность вымирания человечества , интерес к созданию популяции, независимой от Земли, и экономическую эксплуатацию ее ресурсов.
Перспектива заселения Марса захватила воображение современных космических обществ. Исследуемая в научно-фантастических произведениях, фильмах и искусстве , пропагандируемая некоторыми группами по защите космоса , такими как Марсианское общество или Национальное космическое общество [9] , и преследуемая некоторыми частными организациями (такими как SpaceX ). Государственные космические агентства (включая NASA , ESA , Roscosmos , ISRO , CNSA и другие) изучали эту концепцию, но в основном работали над исследованием Марса с помощью роботов и, возможно, экипажей.
Идея отправить людей на Марс постоянно высказывается, но колонизация Марса отличается от пилотируемых миссий по исследованию Марса , которые в настоящее время осуществляют государственные космические агентства , поскольку они стремятся высадить людей для исследования [ 10] [11] до того, как появятся какие-либо планы колонизации.
Терминология, используемая для обозначения людей на Марсе, подвергалась тщательному изучению по крайней мере с 2010-х годов [6] , а колонизация космоса в целом — с 1977 года, как это сделал Карл Саган , который предпочитал называть поселения в космосе городами, а не колониями из-за подразумеваемого колониализма . Но тогда Государственный департамент США уже ясно дал понять, что следует избегать использования этого термина из-за его колониального значения. [12] Сегодня по аналогичным причинам предпочитают термин «поселение», пытаясь избежать широкого [3] социально-политического значения колонизации. [1]
Сегодня этот термин наиболее часто используется Робертом Зубриным и программой колонизации Марса компанией SpaceX , а также термином «Оккупация Марса» [13], стремящимся к созданию независимой колонии на Марсе, несмотря на ограничения международного космического права . [5]
Посадочные модули и марсоходы успешно исследовали поверхность Марса и предоставили информацию об условиях на поверхности. Первый успешный посадочный модуль, Viking 1 , приземлился на планете в 1976 году. [14]
Были предложены пилотируемые миссии на Марс [15], но ни один человек не ступил на планету, и не было никаких миссий по возвращению. Большинство концепций пилотируемых миссий, как они в настоящее время задуманы национальными правительственными космическими программами, не будут прямыми предшественниками колонизации. Программы, такие как те, которые предварительно планируются НАСА , Роскосмосом и ЕКА, предназначены исключительно как исследовательские миссии, с созданием постоянной базы, возможной, но пока не главной целью. [ необходима цитата ] Колонизация требует создания постоянных мест обитания, которые имеют потенциал для саморасширения и самообеспечения. Два ранних предложения по созданию мест обитания на Марсе — это концепции Mars Direct и Semi-Direct , отстаиваемые Робертом Зубриным , сторонником колонизации Марса. [16]
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 имени Мухаммеда бин Рашида . [17] [18]
Гравитация на поверхности Марса составляет всего 38% от земной. Хотя известно, что микрогравитация вызывает проблемы со здоровьем, такие как потеря мышечной массы и деминерализация костей , [20] [21] неизвестно, будет ли марсианская гравитация иметь аналогичный эффект. Mars Gravity Biosatellite был предложенным проектом, разработанным для того, чтобы узнать больше о том, какое влияние окажет на людей более низкая поверхностная гравитация Марса, но он был отменен из-за отсутствия финансирования. [22]
Площадь поверхности Марса составляет 28,4% от земной, что лишь немного меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2% от земной поверхности). Радиус Марса в два раза меньше земного, а масса составляет всего одну десятую его массы. Это означает, что он имеет меньший объем (≈15%) и меньшую среднюю плотность, чем Земля.
Из-за отсутствия магнитосферы солнечные частицы и космические лучи могут легко достигать поверхности Марса. [23] [24] [25]
Атмосферное давление на Марсе намного ниже предела Армстронга , при котором люди могут выживать без скафандров . Поскольку терраформирование не может рассматриваться как решение в ближайшей перспективе, обитаемые структуры на Марсе должны быть построены с сосудами под давлением , похожими на космические корабли, способными удерживать 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 следы, составляющие в общей сложности менее 0,4% других газов, включая кислород).
Эта тонкая атмосфера не отфильтровывает ультрафиолетовый солнечный свет , что вызывает нестабильность молекулярных связей между атомами. Например, аммиак (NH 3 ) нестабилен в марсианской атмосфере и распадается через несколько часов. [26] Также из-за тонкости атмосферы разница температур днем и ночью намного больше, чем на Земле, обычно около 70 °C. [27] Однако разница температур днем и ночью намного меньше во время пылевых бурь, когда очень мало света проникает на поверхность даже днем, и вместо этого нагревает среднюю атмосферу. [28]
Воды на Марсе мало, марсоходы Spirit и Opportunity обнаружили ее меньше, чем в самой сухой пустыне Земли. [29] [30] [31]
Климат намного холоднее земного, средняя температура поверхности составляет от 186 до 268 К (от -87 до -5 °C) (в зависимости от сезона и широты). [ 32] [33] 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 около 43,3% от того, что достигает верхних слоев атмосферы Земли. [34] Однако из-за гораздо более тонкой атмосферы большая часть солнечной энергии достигает поверхности в виде излучения. [35] [36] Максимальная солнечная радиация 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. [37] Орбита Марса более эксцентрична , чем земная, что увеличивает колебания температуры и солнечной постоянной в течение марсианского года. [ требуется ссылка ] На Марсе нет дождей и практически нет облаков, [ требуется ссылка ] поэтому, хотя он холодный, он постоянно солнечный (за исключением периодов пылевых бурь ). Это означает, что солнечные панели всегда могут работать с максимальной эффективностью в дни без пыли.
Глобальные пылевые бури обычны в течение всего года и могут покрывать всю планету на несколько недель, блокируя солнечный свет от достижения поверхности. [38] [39] Было замечено, что это вызывает падение температуры на 4 °C в течение нескольких месяцев после бури. [40] Напротив, единственными сопоставимыми событиями на Земле являются редкие крупные извержения вулканов, такие как извержение Кракатау , которое выбросило большое количество пепла в атмосферу в 1883 году, вызвав глобальное падение температуры примерно на 1 °C. Эти пылевые бури будут влиять на производство электроэнергии солнечными батареями в течение длительных периодов и мешать связи с Землей. [28]
Марс имеет наклон оси 25,19°, что похоже на наклон Земли в 23,44°. В результате на Марсе есть времена года, очень похожие на земные, хотя в среднем они длятся почти в два раза дольше, поскольку марсианский год составляет около 1,88 земных лет. Температурный режим Марса больше похож на земной, чем на режим любой другой планеты в Солнечной системе. Хотя в целом Марс холоднее Земли, в некоторых областях и в определенное время на нем могут быть температуры, похожие на земные.
Марсианский грунт токсичен из-за относительно высоких концентраций хлора и связанных с ним соединений, таких как перхлораты, которые опасны для всех известных форм жизни, [41] [42] хотя некоторые галотолерантные микроорганизмы могут справляться с повышенными концентрациями перхлората, используя физиологические адаптации, подобные тем, которые наблюдаются у дрожжей Debaryomyces hansenii, подвергавшихся в лабораторных экспериментах воздействию повышенных концентраций NaClO 4. [43]
Растения и животные не могут выжить в условиях окружающей среды на поверхности Марса. [44] Однако некоторые экстремофильные организмы, которые выживают во враждебных условиях на Земле, пережили периоды воздействия сред, которые приближаются к некоторым условиям, обнаруженным на Марсе.
Марсианский день (или сол ) очень близок по продолжительности к земному. Солнечный день на Марсе длится 24 часа, 39 минут и 35,244 секунды. [45]
Условия на поверхности Марса ближе к условиям на Земле с точки зрения температуры и солнечного света, чем на любой другой планете или луне, за исключением облачных вершин Венеры . [46] Однако поверхность непригодна для людей или большинства известных форм жизни из-за радиации, значительно пониженного давления воздуха и атмосферы, содержащей всего 0,16% кислорода.
В 2012 году сообщалось, что некоторые лишайники и цианобактерии выжили и продемонстрировали замечательную способность к адаптации к фотосинтезу после 34 дней в имитированных марсианских условиях в Лаборатории моделирования Марса (MSL), поддерживаемой Немецким аэрокосмическим центром (DLR). [47] [48] [49] Некоторые ученые считают, что цианобактерии могут играть роль в развитии самодостаточных пилотируемых форпостов на Марсе. [50] Они предполагают, что цианобактерии могут использоваться напрямую 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 спектру биологических процессов жизнеобеспечения, основанных на марсианских ресурсах. [50]
Люди исследовали части Земли, которые соответствуют некоторым условиям на Марсе. Согласно данным марсохода НАСА, температуры на Марсе (на низких широтах) аналогичны температурам в Антарктиде . [51] Атмосферное давление на самых больших высотах, достигнутых пилотируемыми подъёмами на воздушных шарах (35 км (114 000 футов) в 1961 году, [52] 38 км в 2012 году) аналогично давлению на поверхности Марса. Однако пилоты не подвергались воздействию крайне низкого давления, так как это убило бы их, а находились в герметичной капсуле. [53]
Для выживания человека на Марсе потребуется жить в искусственных марсианских жилищах со сложными системами жизнеобеспечения. Одним из ключевых аспектов этого будут системы обработки воды. Поскольку человек состоит в основном из воды, без нее он умрет в течение нескольких дней. Даже 5–8%-ное снижение общего количества воды в организме вызывает усталость и головокружение, а 10%-ное снижение приводит к физическим и умственным нарушениям (см. Обезвоживание ). Житель Великобритании в среднем потребляет 70–140 литров воды в день. [54] Благодаря опыту и обучению астронавты на МКС показали, что можно использовать гораздо меньше, и что около 70% того, что используется, можно переработать с помощью систем рекуперации воды на МКС . (Например, половина всей воды используется во время принятия душа. [55] ) Аналогичные системы понадобятся на Марсе, но они должны быть гораздо более эффективными, поскольку регулярные роботизированные поставки воды на Марс будут непомерно дорогими (МКС снабжается водой четыре раза в год). NASA исследовало потенциальный доступ к воде на месте (замороженной или иной) посредством бурения. [56]
Марс представляет собой враждебную среду для обитания человека. Были разработаны различные технологии для содействия долгосрочному исследованию космоса, которые могут быть адаптированы для обитания на Марсе. Существующий рекорд самого длительного непрерывного космического полета составляет 438 дней космонавта Валерия Полякова [57] , а самое большое накопленное время в космосе — 878 дней Геннадия Падалки [58] . Самое длительное время, проведенное вне защиты радиационного пояса Ван Аллена Земли , составило около 12 дней во время посадки на Луну Аполлона-17 . Это незначительно по сравнению с 1100-дневным путешествием на Марс и обратно [59], которое НАСА предполагает осуществить, возможно, уже в 2028 году. Ученые также выдвинули гипотезу, что окружающая среда Марса может негативно влиять на многие различные биологические функции. Из-за более высоких уровней радиации существует множество физических побочных эффектов, которые необходимо смягчить. [60] Кроме того, марсианская почва содержит высокие уровни токсинов, которые опасны для здоровья человека.
Разница в гравитации может негативно повлиять на здоровье человека, ослабляя кости и мышцы . Существует также риск остеопороза и сердечно-сосудистых проблем. Текущие вращения на Международной космической станции помещают астронавтов в невесомость на шесть месяцев, что сопоставимо с полетом в один конец на Марс. Это дает исследователям возможность лучше понять физическое состояние, в котором прибудут астронавты, отправляющиеся на Марс. На Марсе поверхностная гравитация составляет всего 38% от земной. Микрогравитация влияет на сердечно-сосудистую, опорно-двигательную и нейровестибулярную (центральную нервную) системы. Сердечно-сосудистые эффекты сложны. На Земле кровь в организме остается на 70% ниже сердца, но в условиях микрогравитации это не так, поскольку ничто не тянет кровь вниз. Это может иметь несколько негативных последствий. После попадания в микрогравитацию кровяное давление в нижней части тела и ногах значительно снижается. [61] Это приводит к тому, что ноги становятся слабыми из-за потери мышечной и костной массы. У астронавтов проявляются признаки опухшего лица и синдрома куриных ножек. После первого дня возвращения на Землю образцы крови показали 17% потерю плазмы крови, что способствовало снижению секреции эритропоэтина . [62] [63] В костной системе, которая важна для поддержания осанки тела, длительный космический полет и воздействие микрогравитации вызывают деминерализацию и атрофию мышц. Во время повторной акклиматизации у астронавтов наблюдалось множество симптомов, включая холодный пот, тошноту, рвоту и укачивание. [64] Возвращающиеся астронавты также чувствовали себя дезориентированными. Полеты на Марс и с Марса, составляющие в среднем шесть месяцев, являются средним временем, проводимым на МКС. Оказавшись на Марсе с его меньшей поверхностной гравитацией (38% процентов от земной), эти последствия для здоровья будут серьезной проблемой. [65] По возвращении на Землю восстановление после потери костной массы и атрофии является длительным процессом, и последствия микрогравитации могут никогда полностью не обратить вспять. [ необходима ссылка ]
Опасные количества радиации достигают поверхности Марса, несмотря на то, что он находится намного дальше от Солнца по сравнению с Землей. Марс утратил свое внутреннее динамо, что делает 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 для путешествий за пределами защиты атмосферы и магнитосферы Земли: галактические космические лучи (ГКЛ) и солнечные энергичные частицы (СЭЧ). Магнитосфера Земли защищает от заряженных частиц от Солнца, а атмосфера защищает от незаряженных и высокоэнергетических ГКЛ. Существуют способы смягчить солнечную радиацию, но без большой атмосферы единственным решением для потока ГКЛ является тяжелая защита, составляющая примерно 15 сантиметров стали, 1 метр камня или 3 метра воды, что ограничивает человеческих колонистов, живущих под землей большую часть времени. [66]
Космический аппарат Mars Odyssey оснащен прибором Mars Radiation Environment Experiment (MARIE) для измерения радиации. MARIE обнаружил, что уровни радиации на орбите над Марсом в 2,5 раза выше, чем на Международной космической станции , или намного выше, чем совокупные глобальные осадки тысяч испытаний ядерного оружия . Средняя суточная доза составила около 220 мкГр (22 мрад) — эквивалентно 0,08 Гр в год. [67] Трехлетнее воздействие таких уровней превысит пределы безопасности, принятые в настоящее время NASA, [68] а риск развития рака из-за воздействия радиации после миссии на Марс может быть в два раза выше, чем считали ученые ранее. [69] [70] Случайные солнечные протонные события (СПС) производят гораздо более высокие дозы, как это наблюдалось в сентябре 2017 года, когда НАСА сообщило, что уровни радиации на поверхности Марса временно удвоились и были связаны с полярным сиянием в 25 раз ярче, чем любое из наблюдавшихся ранее, из-за мощной и неожиданной солнечной бури . [71] Строительство жилых помещений под землей (возможно, в марсианских лавовых трубках ) значительно снизит воздействие радиации на колонистов.
Многое еще предстоит узнать о космической радиации. В 2003 году Космический центр имени Линдона Б. Джонсона в НАСА открыл объект, Лабораторию космической радиации НАСА , в Брукхейвенской национальной лаборатории , которая использует ускорители частиц для имитации космической радиации. Объект изучает ее воздействие на живые организмы, а также экспериментирует с методами экранирования. [75] Первоначально были некоторые доказательства того, что этот вид низкоуровневой хронической радиации не так опасен, как когда-то считалось; и что происходит радиационный гормезис . [76] Однако результаты исследования 2006 года показали, что протоны космической радиации могут вызывать в два раза более серьезные повреждения ДНК , чем предполагалось ранее, подвергая астронавтов большему риску рака и других заболеваний. [77] В результате более высокой радиации в марсианской среде в сводном отчете Комитета по обзору планов пилотируемых космических полетов США, опубликованном в 2009 году, сообщалось, что «Марс — нелегкое место для посещения с существующими технологиями и без существенных вложений ресурсов». [77] НАСА изучает различные альтернативные методы и технологии, такие как дефлекторные щиты из плазмы для защиты астронавтов и космических кораблей от радиации. [77]
Из-за задержек в общении необходимо разработать новые протоколы для оценки психологического здоровья членов экипажа. Исследователи разработали марсианскую симуляцию под названием HI-SEAS (Hawaii Space Exploration Analog and Simulation), которая помещает ученых в имитированную марсианскую лабораторию для изучения психологических эффектов изоляции, повторяющихся задач и проживания в тесном контакте с другими учеными в течение года. Разрабатываются компьютерные программы для помощи экипажам в решении личных и межличностных проблем при отсутствии прямого общения со специалистами на Земле. [78]
Терраформирование Марса — это гипотетический набор проектов планетарной инженерии, которые изменят Марс, чтобы позволить земной жизни выживать без защиты или посредничества. Предложения по терраформированию Марса были выдвинуты, но ведутся серьезные споры об их осуществимости и этике, связанной с терраформированием. [ 79]
Не существует единого мнения о минимальном жизнеспособном размере колонии, необходимом для того, чтобы гарантировать отсутствие инбридинга. [80] С помощью математического моделирования времени, затрачиваемого людьми на работу в колонии, Жан-Марк Салотти пришел к выводу, что минимальное количество для колонии на Марсе составляет 110. [81] Это близко к другим исследованиям генетических проблем, связанных с более длительным путешествием к Проксиме Центавра b (6000+ лет). [82] Другие исследования, сосредоточенные на межзвездном заселении, пришли к выводу, что минимально жизнеспособное население или желательное количество колонистов варьируется от 198 до 10 000. [80] [83]
Чтобы быть самодостаточной, колония должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить все необходимые жизненные услуги. К ним относятся: [81]
Марсу требуется меньше энергии на единицу массы ( delta V ), чтобы достичь с Земли, чем любой другой планете, кроме Венеры . Используя переходную орбиту Хохмана , путешествие на Марс требует приблизительно девять месяцев в космосе. [84] Модифицированные траектории перехода, которые сокращают время путешествия в космосе до четырех-семи месяцев, возможны с постепенно увеличивающимся количеством энергии и топлива по сравнению с переходной орбитой Хохмана и являются стандартным использованием для роботизированных миссий на Марс. Сокращение времени путешествия менее чем до шести месяцев требует более высокой delta-v и увеличивающегося количества топлива и затруднено с химическими ракетами . Это может быть осуществимо с помощью передовых технологий движения космических аппаратов , некоторые из которых уже были испытаны на разных уровнях, например, магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом [85] и ядерные ракеты . В первом случае время путешествия может быть достигнуто в сорок дней, [86] а во втором случае время путешествия может быть сокращено примерно до двух недель. [16] В 2016 году ученый из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре заявил, что они могли бы еще больше сократить время полета небольшого роботизированного зонда на Марс до «всего лишь 72 часов» с помощью системы лазерного паруса (направленного фотонного движения) вместо ракетной двигательной установки на основе топлива. [87] [88]
Во время путешествия астронавты будут подвергаться воздействию радиации , что потребует средств их защиты. Космическая радиация и солнечный ветер вызывают повреждение ДНК, что значительно увеличивает риск рака. Эффект долгосрочного путешествия в межпланетном пространстве неизвестен, но ученые оценивают дополнительный риск от 1% до 19% (одна из оценок составляет 3,4%) для мужчин умереть от рака из-за радиации во время путешествия на Марс и обратно на Землю. Для женщин вероятность выше из-за, как правило, более крупных железистых тканей. [89]
.jpg/1280px-SpaceX_Dragon_Capsule_on_Mars_(18053607180).jpg)
Марс имеет поверхностную гравитацию в 0,38 раза больше, чем на Земле, а плотность его атмосферы составляет около 0,6% от земной. [90] Относительно сильная гравитация и наличие аэродинамических эффектов затрудняют посадку тяжелых пилотируемых космических кораблей только с двигателями, как это было сделано при посадке Аполлона на Луну , однако атмосфера слишком разрежена для того, чтобы аэродинамические эффекты могли оказать большую помощь в аэроторможении и посадке большого транспортного средства. Посадка пилотируемых миссий на Марс потребует систем торможения и посадки, отличных от всего, что используется для посадки пилотируемых космических кораблей на Луну или роботизированных миссий на Марс. [91]
Если предположить, что углеродные нанотрубки будут доступны в качестве строительного материала с прочностью 130 ГПа (19 000 000 фунтов на квадратный дюйм), то можно будет построить космический лифт для высадки людей и материалов на Марс. [92] Также было предложено построить космический лифт на Фобосе (марсианской луне). [93]
Фобос синхронно вращается вокруг Марса , причем та же сторона остается обращенной к планете на высоте ~6028 км над поверхностью Марса . Космический лифт мог бы простираться от Фобоса до Марса на 6000 км, примерно в 28 километрах от поверхности и прямо за пределами атмосферы Марса . Похожий трос космического лифта мог бы простираться на 6000 км в противоположном направлении, что уравновесило бы Фобос. В общей сложности космический лифт простирался бы более чем на 12000 км, что было бы ниже ареостационарной орбиты Марса (17032 км). Запуск ракеты все равно потребовался бы, чтобы доставить ракету и груз к началу космического лифта на высоте 28 км над поверхностью. Поверхность Марса вращается со скоростью 0,25 км/с на экваторе, а дно космического лифта вращалось бы вокруг Марса со скоростью 0,77 км/с, поэтому для того, чтобы добраться до космического лифта, потребовалось бы всего 0,52 км/с Delta-v . Фобос вращается со скоростью 2,15 км/с, а внешняя часть космического лифта будет вращаться вокруг Марса со скоростью 3,52 км/с. [93]
Колонизация Марса потребует широкого спектра оборудования — как оборудования для непосредственного предоставления услуг людям, так и производственного оборудования, используемого для производства продуктов питания, топлива, воды, энергии и пригодного для дыхания кислорода — для поддержки усилий по колонизации людьми. Необходимое оборудование будет включать: [16]
Для функционирования колонии понадобятся основные коммунальные услуги для поддержки человеческой цивилизации. Они должны быть спроектированы с учетом суровых условий Марса и должны быть пригодны для эксплуатации при ношении скафандра EVA или размещаться внутри пригодной для жизни человека среды. Например, если системы выработки электроэнергии полагаются на солнечную энергию, также понадобятся большие хранилища энергии, чтобы покрывать периоды, когда пылевые бури блокируют солнце, и могут потребоваться автоматические системы удаления пыли, чтобы избежать воздействия на человека условий на поверхности. [40] Если колония будет масштабироваться за пределы нескольких человек, системам также необходимо будет максимально использовать местные ресурсы, чтобы сократить потребность в пополнении запасов с Земли, например, путем переработки воды и кислорода и адаптации к использованию любой воды, найденной на Марсе, в какой бы форме она ни находилась.
Связь с Землей относительно проста в течение полусоля, когда Земля находится над марсианским горизонтом. NASA и ESA включили оборудование для ретрансляции связи в несколько марсианских орбитальных аппаратов, так что на Марсе уже есть спутники связи . Хотя они со временем изнашиваются, скорее всего, будут запущены дополнительные орбитальные аппараты с возможностью ретрансляции связи до того, как будут организованы какие-либо экспедиции по колонизации.
Задержка односторонней связи из-за скорости света колеблется от примерно 3 минут при самом близком сближении (приблизительно как перигелий Марса минус афелий Земли) до 22 минут при максимально возможном верхнем соединении (приблизительно как афелий Марса плюс афелий Земли). Связь в реальном времени, такая как телефонные разговоры или интернет-чат с ретранслятором , между Землей и Марсом была бы крайне непрактичной из-за длительных временных задержек. НАСА обнаружило, что прямая связь может быть заблокирована примерно на две недели каждый синодический период , около времени верхнего соединения , когда Солнце находится прямо между Марсом и Землей, [97] хотя фактическая продолжительность отключения связи варьируется от миссии к миссии в зависимости от различных факторов, таких как величина запаса связи, заложенная в систему связи, и минимальная скорость передачи данных, приемлемая с точки зрения миссии. В действительности большинство миссий на Марсе имели периоды отключения связи порядка месяца. [98]
Спутник в точке Лагранжа Земля-Солнце L 4 или L 5 мог бы служить ретранслятором в этот период для решения проблемы; даже созвездие спутников связи было бы незначительными расходами в контексте полной программы колонизации. Однако размер и мощность оборудования, необходимого для этих расстояний, делают местоположения L4 и L5 нереалистичными для ретрансляционных станций, а внутренняя стабильность этих регионов, хотя и полезная с точки зрения удержания станции, также притягивает пыль и астероиды, что может представлять риск. [99] 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 ретрансляции, основанную на сильно некеплеровских орбитах . Это особый вид орбиты, образующийся, когда непрерывное движение с малой тягой, например, создаваемое ионным двигателем или солнечным парусом , изменяет естественную траекторию космического корабля. Такая орбита обеспечит непрерывную связь во время солнечного соединения, позволяя ретрансляционному космическому кораблю «зависать» над Марсом, вне орбитальной плоскости двух планет. [100] Такой ретранслятор избегает проблем спутников, размещенных либо на L4, либо на L5, поскольку находится значительно ближе к поверхности Марса, при этом поддерживая непрерывную связь между двумя планетами.
Путь к человеческой колонии может быть подготовлен роботизированными системами, такими как марсоходы Spirit , Opportunity , Curiosity и Perseverance . Эти системы могли бы помочь обнаружить ресурсы, такие как грунтовые воды или лед, которые помогли бы колонии расти и процветать. Срок службы этих систем составит годы и даже десятилетия, и, как показали последние разработки в области коммерческих космических полетов , может оказаться, что эти системы будут включать как частную, так и государственную собственность. Эти роботизированные системы также имеют меньшую стоимость по сравнению с ранними пилотируемыми операциями и несут меньший политический риск.
Проводные системы могут заложить основу для ранних пилотируемых высадок и баз, производя различные расходные материалы, включая топливо, окислители, воду и строительные материалы. Создание основ электроснабжения, связи, укрытия, отопления и производства может начаться с роботизированных систем, хотя бы в качестве прелюдии к пилотируемым операциям.
Mars Surveyor 2001 Lander MIP (Mars ISPP Precursor) должен был продемонстрировать производство кислорода из атмосферы Марса , [102] а также протестировать технологии солнечных батарей и методы смягчения воздействия марсианской пыли на энергосистемы. [103] [ требуется обновление ]
Прежде чем какие-либо люди будут доставлены на Марс с помощью предполагаемой транспортной инфраструктуры Марса 2020-х годов , предусмотренной SpaceX , сначала будет выполнено несколько роботизированных грузовых миссий для транспортировки необходимого оборудования , мест обитания и припасов. [104] Необходимое оборудование будет включать «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 зон. [105]
В литературе существует дифференциация различных этапов, которые будет включать заселение Марса:
Рост числа многоразовых ракет-носителей в 2020-х годах существенно снизил стоимость доступа в космос. С опубликованной ценой в 62 миллиона долларов США за запуск до 22 800 кг (50 300 фунтов) полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту или 4020 кг (8860 фунтов) на Марс [107] ракеты SpaceX Falcon 9 уже являются «самыми дешевыми в отрасли». [108] Многоразовость SpaceX включает Falcon Heavy и будущие ракеты-носители на основе метана, включая Starship . SpaceX успешно разработала многоразовую технологию с Falcon 9 и Falcon Heavy, и по состоянию на апрель 2024 года она быстро продвигалась к многоразовости Starship. Ожидается, что это «окажет существенное влияние на стоимость доступа в космос» и изменит все более конкурентный рынок услуг по запуску космических аппаратов. [109] [110]
Альтернативные подходы к финансированию могут включать создание поощрительных призов . Например, Комиссия президента по реализации политики США в области космических исследований 2004 года предложила учредить конкурс поощрительных призов, возможно, правительством, за достижение колонизации космоса. Одним из приведенных примеров было предложение приза первой организации, которая поместит людей на Луну и будет поддерживать их в течение фиксированного периода времени, прежде чем они вернутся на Землю. [111]
Никаких доказательств наличия на Марсе обильных ресурсов, имеющих ценность для Земли, собрано не было. [80] Расстояние между Марсом и Землей представляет собой значительную проблему для потенциальной торговли между планетами. [80]
Некоторые ранние марсианские колонии могли специализироваться на разработке местных ресурсов для марсианского потребления, таких как вода и/или лед. [ требуется ссылка ] Местные ресурсы также могут использоваться при строительстве инфраструктуры. [112] Одним из известных в настоящее время источников марсианской руды является металлическое железо в форме никель-железных метеоритов . Железо в этой форме извлекается легче, чем из оксидов железа, покрывающих планету.
Другим товаром межмарсианской торговли во время колонизации может стать навоз [113], поскольку почва будет очень неблагоприятна для выращивания растений.
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, а инсоляция падает как квадрат расстояния . Однако тонкая атмосфера Марса позволила бы 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. [114]
Поскольку Марс находится гораздо ближе к поясу астероидов , чем Земля , ему потребуется меньше Delta-v, чтобы добраться до пояса астероидов и вернуть минералы на Марс. Одна из гипотез заключается в том, что спутники Марса ( Фобос и Деймос ) на самом деле являются астероидами, захваченными из пояса астероидов. [115]
16 Психея в главном поясе может иметь минералы стоимостью более 10 000 квадриллионов долларов . 13 октября 2023 года НАСА запустило орбитальный аппарат Психея , который должен достичь астероида к августу 2029 года. [116]
511 Davida может иметь минералы и ресурсы на сумму 27 квадриллионов долларов. [117] Использование луны Фобос для запуска космических кораблей энергетически выгодно и является полезным местом для отправки миссий к главному поясу астероидов. [118]
Добыча полезных ископаемых на астероидном поясе Марса и его лунах может помочь в колонизации Марса. [119] [120] [121]
Было предложено создать первую базу на марсианском полюсе, что обеспечит доступ к воде. [122]
Пещеры естественным образом обеспечивают определенную степень изоляции от марсианских опасностей для людей на планете. [123] К этим опасностям относятся радиация, столкновения с астероидами и широкий диапазон температур на поверхности. [123]
Mars Odyssey обнаружил то, что, по-видимому, является естественными пещерами около вулкана Arsia Mons . Было высказано предположение, что поселенцы могли бы извлечь выгоду из укрытия, которое эти или подобные структуры могли бы предоставить от радиации и микрометеоритов. Геотермальная энергия также подозревается в экваториальных регионах. [124]
Группа исследователей, выступившая на конференции Geological Society of America Connects 2022, определила около 139 пещер, которые стоит исследовать в качестве потенциальных убежищ. [123] Каждая из них находилась в пределах 60 миль (100 км) от места, идеально подходящего для использования в качестве посадочной площадки, и была сфотографирована в высоком разрешении с помощью HiRISE . [123]
Несколько возможных марсианских лавовых трубчатых световых люков были обнаружены на склонах горы Арсия. Земные примеры показывают, что некоторые из них должны иметь длинные проходы, обеспечивающие полную защиту от радиации, и их относительно легко запечатать с использованием местных материалов, особенно в небольших подсекциях. [125]
Hellas Planitia — самая низкая равнина, лежащая ниже марсианской геодезической системы отсчета . Атмосферное давление в этом месте относительно выше по сравнению с остальной частью Марса.
Была оживленная дискуссия о том, как присутствие человека на Марсе будет связано с возможной местной жизнью на Марсе. Более фундаментально обсуждалось даже само понимание человеческой жизни и ее связь с внеземной жизнью, а также их различные ценности. [126]
Автоматизированные космические аппараты, отправляемые на Марс, должны быть стерилизованы, чтобы на внешней стороне аппарата было не более 300 000 спор, и более тщательно стерилизоваться, если они контактируют с «особыми областями», содержащими воду, [127] [128] в противном случае существует риск заражения не только экспериментов по обнаружению жизни, но, возможно, и самой планеты.
Невозможно стерилизовать человеческие миссии до этого уровня, поскольку люди обычно являются хозяевами сотен триллионов микроорганизмов тысяч видов человеческого микробиома , и их нельзя удалить, сохранив при этом жизнь человека. Сдерживание кажется единственным вариантом, но это серьезная проблема в случае жесткой посадки (т. е. крушения). [129] Было проведено несколько планетарных семинаров по этому вопросу, но окончательных рекомендаций по дальнейшим действиям нет. [130] Люди-исследователи также будут уязвимы для обратного заражения на Земле, если они станут носителями микроорганизмов, если на Марсе будет жизнь. [131]
В Договоре ООН по космосу 1967 года было установлено, что ни одна страна не может претендовать на космическое пространство или его обитателей.
NASA пришлось столкнуться с несколькими сокращениями финансирования. Во время президентства Барака Обамы цель NASA достичь Марса была отодвинута на второй план. [132] В 2017 году президент Дональд Трамп пообещал вернуть людей на Луну и, в конечном итоге, на Марс, [133] и увеличил бюджет NASA на 1,1 миллиарда долларов, [134] чтобы в основном сосредоточиться на разработке новой системы запуска космических аппаратов . [135] [136]
Непредвиденно, как первая высадка человека на Марс изменит текущую политику в отношении исследования космоса и заселения небесных тел. Поскольку планета Марс предлагает сложную среду и опасные препятствия для преодоления людьми, законы и культура на планете, скорее всего, будут отличаться от земных. [137] После того, как Илон Маск объявил о своих планах по путешествию на Марс, неясно, как динамика частной компании, которая, возможно, первой отправит человека на Марс, будет разыгрываться в национальном и мировом масштабе. [138] [139]
Утверждалось, что заселение Марса может отвлечь внимание от решения проблем на Земле, которые также могут стать проблемами на Марсе, [140] с рассуждениями о том, что планы относительно Марса всегда касаются планов, которые мы имеем относительно Земли. [141] Джефф Безос , основатель Blue Origin , конкурента SpaceX в коммерческих космических полетах , отверг колонизацию Марса как простой «План Б», предложив вместо этого сохранить Землю посредством освоения космоса и перемещения всей тяжелой промышленной деятельности в космос. [142]
Было отмечено, что влияние человеческого поселения на Марс с точки зрения защиты планеты , важнейшего вопроса в исследовании космоса, не получило всестороннего ответа. [140]
Утверждалось, что существуют физические и социальные последствия, которые необходимо учитывать в отношении долгосрочного выживания на поверхности Марса. [141] Бывший президент Барак Обама охарактеризовал Марс как более негостеприимный, чем Земля была бы «даже после ядерной войны », [8] при этом другие указывали, что Земля и подземные убежища на Земле все еще могли бы обеспечить лучшие условия и защиту для большего количества людей от апокалиптических сценариев. [140] Лорд Мартин Риз , британский космолог/астрофизик и королевский астроном Соединенного Королевства , назвал колонизацию Марса «опасным заблуждением» . [143] Маск заявил, что пребывание на Марсе — это опасное для жизни начинание, которое должно быть славным, чтобы того стоить. [144] Также утверждалось, что исследование Марса лучше оставить уже успешным роботизированным миссиям, поскольку пилотируемые миссии просто слишком дороги, опасны и скучны. [140]
Колонизация космоса в целом обсуждалась как продолжение империализма и колониализма , [146] особенно в отношении принятия решений о колонизации Марса, причины колониального труда [147] и эксплуатации земель были подвергнуты сомнению постколониальной критикой. Видя необходимость инклюзивного [148] и демократического участия и реализации любого исследования космоса и Марса, инфраструктуры или колонизации, многие призывали к радикальным социологическим реформам и гарантиям для предотвращения расизма, сексизма и других форм предрассудков. [149]
Рассказ об исследовании космоса как о « новом рубеже » подвергся критике как нерефлексированное продолжение колониализма поселенцев и предопределенности , продолжающее повествование о колониальном исследовании как основополагающем для предполагаемой человеческой природы . [150] [151] [152]
Преобладающая точка зрения на территориальную колонизацию в космосе была названа поверхностностью , особенно в сравнении с пропагандой колонизации Марса в противовес Венере . [153] [154]
Одной из возможных этических проблем, с которой могут столкнуться космические путешественники, является беременность во время путешествия. Согласно политике НАСА, членам экипажа запрещено заниматься сексом в космосе . НАСА хочет, чтобы члены экипажа относились друг к другу так, как это делают коллеги в профессиональной среде. Беременный член экипажа на космическом корабле представляет опасность для всех находящихся на борту. Беременной женщине и ребенку потребуется дополнительное питание из пайков на борту, а также особое лечение и уход. Беременность повлияет на обязанности и способности беременного члена экипажа. До сих пор не до конца известно, как окружающая среда на космическом корабле повлияет на развитие ребенка на борту. Однако известно, что плод будет более восприимчив к солнечной радиации в космосе, что, вероятно, окажет негативное влияние на его клетки и генетику. [155] Во время длительного путешествия на Марс члены экипажа, вероятно, могут заниматься сексом из-за стрессовой и изолированной среды. [156]
Колонизацию Марса пропагандируют несколько неправительственных групп по ряду причин и с различными предложениями. Одной из старейших групп является Марсианское общество , которое продвигает программу NASA по исследованию Марса человеком и создало аналоговые исследовательские станции Марса в Канаде и Соединенных Штатах. Mars to Stay выступает за переработку аварийных возвращаемых аппаратов в постоянные поселения, как только первые исследователи определят, что постоянное жилье возможно.
Илон Маск основал SpaceX с долгосрочной целью разработки технологий, которые позволят создать самодостаточную человеческую колонию на Марсе. [138] [157] Ричард Брэнсон при жизни «полон решимости стать частью начала заселения Марса. Я думаю, что это абсолютно реалистично. Это произойдет... Я думаю, в течение следующих 20 лет» [от 2012 года] «мы отправим в космос буквально сотни тысяч людей, и это даст нам финансовые ресурсы для осуществления еще более масштабных проектов». [158]
Автор Роберт Зубрин много лет был главным сторонником исследования и колонизации Марса. Он является членом Марсианского общества и написал несколько художественных и научно-популярных книг на эту тему. В 1996 году он написал книгу « The Case for Mars: The Plan to Settle the Red Planet and Why We Must» . Он продолжает выступать за Марс и исследование космоса, его последняя книга называется « The Case for Space: How the Revolution in Spaceflight Opens Up a Future of Limitless Possibility».
В июне 2013 года Базз Олдрин , американский инженер и бывший астронавт , а также второй человек, ступивший на Луну , написал мнение, опубликованное в The New York Times , поддерживая миссию человека на Марс и рассматривая Луну «не как пункт назначения, а скорее как отправную точку, которая выведет человечество на траекторию освоения Марса и превращения в вид, населяющий две планеты». [159] В августе 2015 года Олдрин совместно с Флоридским технологическим институтом представил на рассмотрение НАСА «генеральный план» для астронавтов со «сроком службы в десять лет» по колонизации Марса до 2040 года. [160]
Существуют критики проекта колонизации Марса. Американский политолог Дэниел Дьюдни утверждает, что полностью развитая колония на Марсе представляет собой экзистенциальную угрозу для людей, оставшихся на Земле. Его книга « Темные небеса: космический экспансионизм, планетарная геополитика и цели человечества » бросает вызов широко распространенному среди сторонников мнению о том, что колония на Марсе будет дружественной интересам людей на Земле. [161] По словам Дьюдни, это всего лишь предположение, основанное на в значительной степени неисследованном утверждении, что будущая колония на Марсе будет прямым продолжением цивилизации на Земле, а не новым типом цивилизации с четкими целями, ценностями, страхами и желаниями.
Несколько примеров в художественной литературе содержат подробные описания колонизации Марса. Они включают:
Интерактивная карта-изображение глобальной топографии Марса . Наведите курсор твоя мышьна изображение, чтобы увидеть названия более 60 выдающихся географических объектов, и щелкните, чтобы перейти к ним. Цвет базовой карты указывает относительные высоты , основанные на данных лазерного высотомера Mars Orbiter Laser Altimeter на Mars Global Surveyor NASA . Белые и коричневые цвета указывают самые высокие высоты (от +12 до +8 км ); за ними следуют розовые и красные (от +8 до +3 км ); желтый -0 км ; зеленый и синий — более низкие высоты (до−8 км ). Оси — широта и долгота ; отмечены полярные регионы .пришлось бы выбросить кучу вещей, прежде чем начать сажать туда людей. ... Это транспортная система между Землей и Марсом.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
