ТОП-10: Препятствия, которые должны преодолеть астронавты во время путешествия на Марс
Мысль о пилотируемом полете на Марс будоражит воображение. Независимо от того, кто совершит этот первый рейс — частная компания, такая как SpaceX, правительственная организация, такая как NASA, или частно-государственная партнерская организация — скорее всего, такой полет состоится в ближайшие два десятилетия. Однако запуск межпланетного полета не является гарантией успеха.
Астронавты, которые отправятся в полет, столкнутся с многочисленными препятствиями, включая проблемы финансирования, прежде чем они покинут Землю, чтобы высадиться на Марсе. В процессе полета они подвергнутся воздействию большего количества космической радиации, чем кто-либо в истории, столкнутся с интенсивным психологическим давлением и испытают значительные трудности при общении с Землей. Вот 10 препятствий, которые должны преодолеть астронавты во время путешествия на Марс.
Прежде чем астронавты покинут орбиту Земли, их может сдерживать нехватка финансовых ресурсов. Прогнозируемые затраты на полет варьируются в широких пределах, от сотен миллионов до сотен миллиардов долларов за полет в одну сторону. Любая из этих оценок представляет собой огромные финансовые обязательства.
Сейчас правительство тратит на освоение космоса меньше денег, чем при отправке пилотируемых полетов на Луну. Частные инвесторы в состоянии финансировать некоторые аспекты миссии в меньшей, чем правительство, степени, но все еще сталкивается с ограничениями. Идеальное решение сочетает в себе инновационный опыт частного сектора с опытом правительства и здоровое вливание денежных средств с обеих сторон.
Вне зависимости от того, кто оплачивает счета, сбор денег и их разумное расходование в конечном итоге определят, когда и как астронавты отправятся на Марс.
9. Вызов гравитации
Фото: superstarfloraluk.com
Вне зависимости от того, насколько профессиональными люди станут в межпланетных полетах, покидать Землю всегда будет проблемой. Относительно короткий путь от поверхности Земли к орбите подразумевает, что вам нужно преодолеть влияние гравитации, которая, в свою очередь, действует против вашего движения. Гравитация, препятствующая взлету ракеты, настолько сильна, что вы должны двигаться со скоростью 11 километров в секунду, чтобы избежать гравитационного притяжения Земли.
Во время исследований космоса, проводимых правительствами, случались многочисленные взрывы кораблей на этапе взлета, и частные предприятия часто сталкиваются с такой же проблемой. Независимо от того, насколько продвинутыми станут космические путешествия, отрываться от Земли всегда будет рискованно.
8. Космический мусор-убийца
Космический мусор рассортирован по размеру, и цифры впечатляют. Есть 13000 объектов мусора, размер которых превышает размер мяча для игры в софтбол, 100000 объектов, превышающих по размеру пенни, и десятки миллионов частиц мусора меньше, чем пенни. Каждый мусорный объект может столкнуться с другим объектом и создать больше мусора. В результате орбита Земли представляет собой минное поле, усеянное смертоносным космическим мусором.
Чтобы быть в безопасности среди всего этого мусора, астронавты используют несколько стратегий. Чтобы избежать встречи с ним используют навигацию, а для минимизаций последствий неизбежных столкновений – экранирование. Однако пока существует космический мусор, он будет представлять угрозу для астронавтов.
7. Слишком большой вес
Для любого успешного путешествия на Марс потребуется достаточное количества топлива, чтобы перевезти невероятно тяжелый груз. NASA уже удалось добиться того, чтобы беспилотный космический корабль приземлился на Марсе. Но вес роботизированных машин существенно меньше, чем тот, который составит вес экипажа и необходимого оборудования для жизнеобеспечения.
Для полета человека на Марс нужно минимизировать как вес, так и потребляемое топливо. Однако, эта необходимость создает нечто вроде парадокса. Поскольку перевозка людей на Марс подразумевает больший вес, она также подразумевает большее количество топлива, что в свою очередь увеличивает общий вес и требует еще большего количества топлива.
Эти реалии требуют от тех, кто занимается планированием полета на Марс, использования тщательно продуманных формул, согласующих вес и необходимое топливо.
6. Скука и изоляция
Фото: businessinsider.com
Эксперты предполагают, что на пути к Марсу астронавты столкнуться с проблемой скуки и изоляции, не говоря уже об одиночестве, которое они будут испытывать во время строительства дома на новой планете. Путешествие с Земли на Марс будет длительным. Время, необходимое на полет с одной планеты на другую, зависит от того, насколько близко расположены их орбиты. В прошлом продолжительность беспилотных полетов на Марс составляла от 128 до 333 дней. Небольшой экипаж, запертый в крошечном космическом корабле в течение длительного периода времени, обязательно будет испытывать скуку и чувствовать себя в изоляции.
Кроме того, попытки свести к минимуму требования к весу за счет сокращения численности экипажа только усугубляют эту проблему. Чем меньше команда, тем меньше времени требуется вам, чтобы начать рассказывать услышанные вами от своих товарищей шутки и истории слово в слово. Психологическое влияние, вызванное малочисленным экипажем, изолированным в течение длительного времени, создает ряд препятствий для успешного путешествия на Марс.
5. Психологический эффект потери Земли из поря зрения
Фото: Scientific American
По мере того, как астронавты будут лететь на Марс, их родная планета будет становиться все меньше и меньше, пока она не станет просто точкой в небе. В настоящее время наблюдение Земли с орбиты оказывает на астронавтов благотворное влияние, но никто не знает точно, что произойдет, когда они потеряют из вида родную планету.
Чтобы свести к минимуму опасность феномена, есть решение в виде предоставления доступа к телескопам. Но ученые все еще полагают, что есть пока неизвестные эффекты «Феномена Земли вне поля зрения», которые могут стать значительным препятствием для экспедиции на Марс.
4. Кровожадные члены экипажа
На практике биосферные испытания, в ходе которых экипаж оказывался изолированным на Земле для имитации полета на Марс, привели к тому, что члены команды отказывались разговаривать друг с другом, за исключением тех случаев, когда речь шла о важных задачах. Потенциальная опасность возникновения насильственных конфликтов на пути к Марсу заставляют ученых разрабатывать интенсивные протоколы скрининга и лечения психического здоровья для длительного космического путешествия.
Телефонный разговор на Земле происходит почти мгновенно, но в реальности общение между Землей и Марсом будет сильно отличатся. Самый дальний междугородний звонок из США можно совершить на расстояние 29 000 км, но сигнал между двумя планетами должен пройти в среднем 225 тыс. км.
По мере приближения астронавтов к Марсу возможность почти мгновенной связи с Землей снижается. В зависимости от того, насколько близко находятся две планеты, время прохождения сигнала в одну сторону составляет от 4,3 до 21 минуты, то есть общее время поступления первоначального сигнала и ожидания ответа может составить до 42 минут. Кроме того, осуществлению контакта между двумя планетами может мешать Солнечная активность до такой степени, что астронавты могут оказаться отрезанными от Земли на несколько недель. Эти задержки не только помешают астронавтам поддерживать социальное общение, но и ограничат их способность получать живую поддержку по бесчисленным техническим вопросам.
2. Космическая радиация
Фото: NASA
Для путешествия на Марс космическая радиация представляет собой одну из наиболее серьезных проблем. Атмосфера Земли укрывает живущих на планете от космической радиации, но астронавты такой защиты будут лишены. Космонавты на Международной космической станции подвергаются облучению в 10 раз большему, чем те, кто находится на Земле. Те, кто отправится на Марс, столкнутся с излучением, в 100 раз превышающим интенсивность излучения, которому мы подвергаемся на Земле.
Хотя последствия воздействия излучения на Марсе неизвестны, зафиксированные последствия радиационного облучения непосредственно за пределами атмосферы Земли включают потерю зрения, повышенный риск развития рака, неврологические расстройства и многое другое. Последствия влияния радиации на Марсе почти наверняка будут более серьезными. Радиационная защита сводит к минимуму некоторые опасности, но не полностью устраняет проблему. Наиболее эффективным решением, по-видимому, является поиск способа ограничения воздействия радиации путем сокращения продолжительности рейса. Тем не менее, даже в самых идеальных обстоятельствах во время полета на Марс NASA ожидает нарушения своих собственных директив.
1. Приземление на Марс
Фото: NASA
Последний этап путешествия на Марс также является одним из самых смертоносных. Опасность настолько реальна, что ученые НАСА называют снижение из атмосферы Марса на поверхность планеты «шестью минутами террора». Космический корабль входит в атмосферу Марса со скоростью почти 20 000 километров в час и использует трение, создаваемое атмосферой, для замедления. Примерно через четыре минуты космический корабль находится на той же высоте, что и выполняющий коммерческий рейс самолет на Земле, но все еще движется со скоростью 1600 километров в час.
Затем открывается серия парашютов и ракетный двигатель срабатывает последний раз, после чего космический корабль падает на поверхность со скоростью до 80 километров в час, затем отскакивает от нее на высоту четырех этажей в высоту снова и снова, пока в конечном итоге не останавливается. Более 60 процентов всех международных миссий на Марс в этот момент терпят неудачу, именно посадка становится причиной большего количества неудач. Последнее препятствие, ожидающее астронавтов во время путешествия на Марс, может оказаться самым сложным.
Все, что вам нужно знать о возможной колонизации Марса
На это есть ряд причин, среди которых сходство этой планеты с нашей родной, наличие воды, перспективы выращивания пищи, производства кислорода и строительных материалов на месте. Есть также долгосрочные выгоды от использования Марса как источника сырья и терраформирования его в более пригодную для жизни среду. Давайте подробно поговорим об этом.
Выгоды колонизации Марса
Как уже упоминалось, есть много интересных сходств между Землей и Марсом, которые делают последний жизнеспособным вариантом для колонизации. Для начала Марс и Земля обладают похожей длиной дня. Марсианский день (сол) длится 24 часа и 39 минут, а это означает, что растениям и животным, не говоря уж о колонистах со стороны людей, такой суточный цикл придется вполне по душе.
Марс также обладает наклоном оси, который очень похож на земной, что означает практически те же основные перемены времен года, к которым мы привыкли на Земле. В основном когда одно полушарие направлено на Солнце, оно испытывает лето, тогда как на другом царит зима — только температуры выше и дни дольше.
Это будет весьма на руку, когда дело дойдет до выращивания культур и обеспечения колонистов комфортными условиями и способом измерения течения года. Подобно фермерам на Земле, будущие марсиане будут переживать сезон роста урожая и сезон его сбора, а также иметь возможность проводить ежегодные торжества по случаю смены времен года.
Кроме того, как и на Земле, Марс расположен в пределах потенциально обитаемой зоны нашего Солнца (так называемой зоны Златовласки), хотя и смещен к ее внешнему краю. Венера тоже находится в этой зоне, но расположена ближе к внутреннему краю, что в сочетании с ее толстой атмосферой сделало ее самой горячей планетой Солнечной системы. Отсутствие кислотных дождей также делает Марс более привлекательным вариантом.
В дополнение к этому, Марс находится ближе к Земле, чем другие планеты Солнечной системы — кроме Венеры, но мы уже поняли, что она не подходит для первых колонистов. Это упростит процесс колонизации. На самом деле, каждые несколько лет, когда Земля и Марс находятся в оппозиции — то есть на минимальной дистанции, — открываются «окна запуска», идеальные для отправки колонистов.
К примеру, 8 апреля 2014 года Земля и Марс были на 92,4 миллиона километров друг от друга. 22 мая 2016 года они будут на расстоянии 75,3 миллиона километров, а к 27 июля 2018 года сойдутся на 57,6 миллиона километров. Запуск в нужный момент позволит сократить время полета с нескольких лет до месяцев.
Кроме того, Марс обладает изрядными запасами воды в форме льда. Большая его часть расположена в полярных регионах, но изучение марсианских метеоритов показало, что много воды может находиться под поверхностью планеты. Ее можно добывать и очищать в питьевых целях, причем довольно просто.
В своей книге The Case for Mars Роберт Зубрин также отмечает, что будущие колонисты могли бы жить за счет почвы, отправляясь на Марс, и в конечном счете колонизировали бы планеты на все сто. Вместо того чтобы возить все припасы с Земли — подобно жителям Международной космической станции, — будущие колонисты могли бы делать собственный воздух, воду и даже топливо, расщепляя марсианскую воду на кислород и водород.
Проблемы колонизации Марса
Гравитация на Марсе составляет около 40% земной, приспособиться к ней будет довольно трудно. Согласно отчету NASA, последствия влияния микрогравитации на тело человека довольно глубоки, ежемесячные потери мышечной массы доходят до 5%, а плотности костей — до 1%.
На поверхности Марса эти потери будут ниже, поскольку там есть некоторая гравитация. Но постоянные поселенцы будут сталкиваться с проблемами дегенерации мышц и остеопороза в долгосрочной перспективе.
Также есть вопрос атмосферы, которая непригодна для дыхания. Порядка 95% атмосферы планеты составляет углекислый газ, а это значит, что в дополнение к производству пригодного для дыхания воздуха для колонистов, они также не смогут выходить наружу без сдавливающих скафандров и кислородных баллонов.
Марс также не имеет глобального магнитного поля, сравнимого с геомагнитным полем Земли. В сочетании с тонкой атмосферой это означает, что поверхности Марса может достигать значительное количество ионизирующего излучения.
Благодаря измерениям, сделанным космическим кораблем Mars Odyssey (инструмент MARIE), ученые выяснили, что уровень радиации на орбите Марса в 2,5 раза выше, чем на Международной космической станции. На поверхности этот уровень должен быть ниже, но все равно остается слишком высоким для будущих поселенцев.
В одной из последних работ, представленных группой ученых MIT, анализирующих план Mars One по колонизации планеты, которая начнет в 2020 году, подсчитано, что первый астронавт задохнется уже через 68 дней, в то время как остальные умрут от голода, обезвоживания или выгорания в богатой кислородом атмосфере.
Терраформирование Марса
Со временем многие или все трудности жизни на Марсе могут быть преодолены путем применения геоинженерии (терраформирования). Используя организмы вроде цианобактерий и фитопланктона, колонисты могли бы постепенно преобразовать большую часть углекислого газа в атмосфере в пригодный для дыхания кислород.
В дополнение к этому предполагается, что значительное количество диоксида углерода (CO2) содержится в форме сухого льда на южном полюсе Марса, а также поглощено реголитом (почвой). Если температура на планете поднимается, этот лед сублимирует в газ и повысит атмосферное давление. Хотя атмосфера после этого не станет более дружелюбной для легких человека, это решит проблему необходимости сдавливающих костюмов.
Возможный способ осуществить это — намеренно создать парниковый эффект на планете. Это можно сделать путем импорта аммиачного льда из атмосфер других планет в нашей Солнечной системе. Поскольку аммиак (NH3) представлен в основном азотом по весу, он также поставить буферный газ, необходимый для пригодной для дыхания атмосферы — как здесь, на Земле.
Зубрин и Крис Маккей, астробиолог Исследовательского центра Эймса при NASA, также предложили создать заводы на поверхности планеты, которые накачивали бы парниковые газы в атмосферу, тем самым вызвав глобальное потепление (с помощью такого же процессы мы портим атмосферу нашей родной Земли).
Существуют и другие возможности, начиная с орбитальных зеркал, нагревающих поверхность, до намеренной бомбардировки поверхности кометами. Независимо от метода, все существующие варианты по терраформированию Марса могут сделать планету пригодной для человека только в долгосрочной перспективе.
Также это обеспечило бы некоторой защитой от радиации. Данные, полученные Mars Recknnaissance Orbiter, показывают, что такие подземные жилища уже существуют, а значит, их можно использовать.
Предлагаемые миссии
NASA предлагает осуществить пилотируемую миссию на Марс — которая состоится в 2030-х годах с использованием многоцелевого транспортного средства «Орион» и ракеты SLS — но это не единственное предложение по отправке людей на Красную планету. В дополнение к другим федеральным космическим агентствам, существуют планы по освоению у частных корпораций и некоммерческих организаций, некоторые из которых довольно амбициозны и преследуют не только ознакомительные цели.
Европейское космическое агентство давно планирует отправить людей на Марс, только вот строить нужный транспорт так пока и не начало. Российское федеральное космическое агентство Роскосмос планирует пилотируемую миссию на Мар,с и в запасе есть проведенные испытания модели «Марс-500» еще в 2011 году, в ходе которых в течение 500 дней имитировались летные условия полета на Марс. Впрочем, ЕКА тоже принимало участие в этом эксперименте.
В 2012 году группа голландских предпринимателей раскрыла планы на краудфандинговую компанию по созданию марсианской базы, которое начнется в 2023 году. План MarsOne предусматривает серию односторонних миссий с целью создания постоянной и расширяющейся колонии на Марсе, которые будут финансироваться при помощи сбора средств через СМИ.
Другие детали плана MarsOne включают отправку телекоммуникационного орбитального аппарата к 2018 году, марсохода к 2020 году и компонентов базы вместе с колонистами к 2023 году. База будет оснащена 3000 квадратных метров солнечных панелей, а оборудование будет доставлено с помощью ракеты SpaceX Falcon 9 Heavy. Первая команда из четырех астронавтов должна будет приземлиться на Марс в 2025 году; после этого, через каждые два года будет прибывать новая группа.
2 декабря 2014 года директор по продвинутым системам человеческого исследования и операционным миссиям NASA Джейсон Крусан и зампомощника администратора по программам Джеймс Рейтнер анонсировали предварительную поддержку инициативе Boeing под названием Affordable Mars Mission Design (проект доступной миссии на Марс). Запланированная на 2030-е годы, миссия включает планы по созданию радиационной защиты, искусственной гравитации с помощью центрифуги, повторной поддержки расходными материалами и аппарата для возвращения.
В 2014 году SpaceX начала разработку большого ракетного двигателя Raptor для MCT, однако MCT не начнет работу до середины 2020-х. В январе 2015 года Маск заявил, что надеется представить детали «совершенно новой архитектуры» системы марсианского транспорта в конце 2015 года.
Настанет день, когда спустя поколения терраформирования и многочисленные волны колонистов Марс заполучит жизнеспособную экономику. Возможно, на Красной планете будут добываться минералы, их можно будет отсылать на Землю для продажи. Запуск драгоценных металлов вроде платины будет относительно недорогим, благодаря низкой силе тяжести на планете.
Однако Маск считает, что наиболее вероятный сценарий (для обозримого будущего) включает экономику недвижимости. По мере того как население Земли будет расти, будет расти желание убраться отсюда подальше, а также инвестировать в недвижимость Марса. И как только система транспорта будет налажена и отработана, инвесторы будут рады начать строительство на новых землях.
Однажды на Марсе заведутся настоящие марсиане — и это будем мы.
