Смерть на Марсе: как это будет

Многие добровольцы уже выразили готовность полететь на Марс, несмотря на дозу радиации, которая будет получена. Но если они не будут достаточно подготовлены, экспедиция закончится гораздо раньше, чем им удастся вернуться. Представляем весьма пессимистичный, но объективный взгляд на будущее марсианской колонии.

Слишком рано

Мы на подходе к Марсу. NASA планирует высадить первых космонавтов на его поверхность в 2030-х годах. Частные космические компании, например, SpaceX также выразили заинтересованность в создании собственных колоний на планете, в то время как проект Mars One уже отобрал гражданских лиц для полета в один конец в 2024 году.

Пока люди мечтают о том, чтобы провести оставшуюся жизнь на Марсе, они даже не задумываются, что там их дни могут быть сочтены достаточно быстро. Марсианская окружающая среда тяжела для выживания форм земной жизни, а для создания среды обитания на Марсе потребуется необычайное количество инженерных знаний и технологических новшеств, чтобы обеспечить безопасность жителей колонии.

И хотя вполне возможно, что у нас скоро будут шаттлы для перевозки людей на Марс, оснащение для обеспечения жизнедеятельности космонавтов на Марсе пока не готово – и его создание может занять годы. Всех страждущих попасть на планету как можно быстрее мы предупреждаем: если организовать полет слишком рано, придется понести немало жертв.

Вы разобьетесь

Окей, вы все же полетели, провели много месяцев в космическом полете и, наконец, достигли орбиты Красной планеты. Теперь осталось лишь приземлиться, и это будет весьма непросто.

Все дело в атмосфере Марса. Воздух вокруг планеты примерно в 100 раз менее плотный, чем в атмосфере Земли. Космический корабль, возвращающийся на нашу планету, полагается на парашют и сопротивление атмосферы, которые замедляют его движение. Чем тяжелее объект, тем больше сопротивления ему требуется, чтобы избежать столкновения с поверхностью. Но с такой разреженной атмосферой, как на Марсе, мягкое приземление тяжелого корабля вряд ли возможно, ведь он будет набирать слишком большую скорость при снижении.

Заместитель менеджера по планированию миссий разведки NASA Брет Дрейк рассказывает, что спуск на планету через атмосферу является главной проблемой. При нынешних методах посадки можно спустить лишь тонну, что недостаточно для колонии. По словам Дрейка, NASA понадобится за раз доставить 20-30 тонн для безопасной транспортировки космонавтов и всего необходимо для их планетарного местообитания. В связи с этим космическое агентство работает над уникальными конструкциями, в частности, над надувным «Сверхзвуковым замедлителем низкой плотности» (LSDS). Выглядящий как коническая летающая тарелка, дискообразный LSDS и добавленная к нему надувная воздушная подушка увеличивают поверхность посадочного модуля, позволяя ему замедляться в разреженной атмосфере. Замедлитель пока тестировали на Земле, в том числе на Гавайях в 2014-2015 годах. Поможет ли разработка спустить корабль на Марс, пока неясно.

Замерзнете насмерть

Добро пожаловать на Марс! Вы все-таки добрались до него целиком и в сознании. Теперь настало время познакомиться с погодными условиями нового дома. Средняя температура на Марсе -63℃, но все зависит от сезона, времени суток и места, так что разница температуры от +35℃ на экваторе до -153℃ на полюсах, а это значит космонавтам придется выживать в невыносимом холоде.

У NASA есть большой опыт по защите космонавтов от колебаний температур, благодаря многолетним экспедициям на Международной космический станции. Проходя по солнечной стороне, МКС выдерживает нагрев более 200 градусов, а в тени Земли охлаждается до -200℃. Скафандры и станция используют системы терморегулирования и такие процессы как сублимация для того, чтобы и отражать тепло, и защищать от холода. Однако эти системы спроектированы для работы в вакууме. На Марсе понадобятся совершенно новые методы. Хотя атмосфера планеты разрежена, в ней все же содержатся газы, вызывающие конвекцию тепла подобно тому, как ветер охлаждает тело человека на Земле. В связи с этим астронавты будут чувствовать быстрые перепады температур гораздо острее.

Дрейк утверждает, что «понадобится решение, которое обеспечит лучшую изоляцию от холодной среды и другой способ вывода тепла при высоких температурах». По его словам, скафандр в вакууме похож на термос, а скафандр на Марсе больше напоминает кофейную чашку на столе: кофе остывает гораздо быстрее по сравнению с кофе в термосе.

Умрете от голода

Жизнь на поверхности Марса будет похожа на выживание в отдаленных исследовательских аванпостах Антарктики. Все продовольствие и необходимые материалы для этих станций прибывают с других континентов, при этом миссии по снабжению грузом отправляются нечасто. Марс находится «чуть» дальше от цивилизации, чем Антарктида, а миссии по снабжению займут месяцы или даже годы. Если колония намерена выжить на Красной планете, жителям придется выработать систему самовозобновляемости, когда дело касается пропитания. А это значит, что понадобятся навыки межпланетного земледелия.

Проект Mars One планирует выращивать культуры в закрытом помещении при искусственном освещении. Согласно их сайту, на 80 м² жилища будет разбит «огород», орошаемый водой, которую предполагают найти в почве Марса, и поддерживаемый углекислым газом, вырабатываемым экипажем из четырех человек. Однако исследвания Массачусетского технологического университета показали, что все эти цифры не складываются в уравнение.

«При выращивании посевов, необходимых для беспрерывного питания четырех людей, углекислого газа, который они вырабатывают, окажется недостаточно для поддержания урожая», – объясняет космический инженер и автор проекта Сидни До. Посевы умрут очень быстро, в течение 12-18 дней. Расширение команды не спасет ситуацию, потому что иначе не хватит еды: «Урожая, который можно вырастить лишь на CO₂ от экипажа, хватит на половину этого экипажа». По сути, это так называемая Уловка-22, то есть крайняя форма взаимоисключающих положений, из которых нет выхода.

Как все же найти решение? Урожай возможен, но это означает, что космонавтам придется голодать. Или же будет найден способ вырабатывать больше углекислого газа, например, путем очистки CO₂. Технология, при помощи которой газ смог абсорбироваться из марсианской атмосферы, пока находится в самом зачатке. Но если ее смогут применить, то у поселенцев возникнут проблемы со снабжением теперь уже кислорода.

Вы задохнетесь (или взорветесь)

Растения понадобятся не только для того, чтобы накормить голодных космонавтов, – прежде всего, они будут возобновлять запасы кислорода в марсианском доме, что гораздо экономичнее отправки тяжелых баллонов с кислородом с Земли.

Исследования показали, что растения могут расти в марсианской почве, однако культуры никогда не выращивались в среде гравитации Марса, поэтому необходимы дальнейшие испытания, чтобы увидеть, может ли растительность выжить вообще. Но если все сработает, растения будут производить очень много кислорода. И это не обязательно хорошо.

Исследования Сидни До показали, переизбыток кислорода в замкнутом пространстве может привести к повышенному риску отравления им экипажа и, что еще хуже, к спонтанным взрывам. Таким образом, O₂ нужно выводить из среды обитания. Для этого астронавтам понадобится специализированный способ отделения кислорода от газового потока. Существует ряд методов для этого на Земле (криогенная дистилляция и адсорбция качания давления), но ни одна из этих технологий не была испытана в условиях марсианской среды. Те технологии, что работают на Земле, требуют много усилий со стороны экипажа и слишком громоздки. «Что касается практического их использования в космосе, то для начала понадобится уменьшить их размер, снизить стоимость и повысить надежность», – объясняет До.

Пару лет назад NASA предложила создать на Марсе «экопоэзис» – функционирующую экосистему, способную поддерживать жизнь. Идея заключается в том, чтобы отправлять отобранные земные организмы, например, цианобактерии на Марс, которые смогут питаться скалистой почвой планеты и вырабатывать кислород. В заявлении NASA говорится о том, что в конечном счете «биодомы на Марсе, оборудованные экопоэзисом для выработки кислорода через системы бактерий или водорослей, обеспечат космонавтов всем необходимым». Однако космическое агентство не конкретизирует, как много диоксида углерода потребуют живые организмы и смогут ли они выжить в воздухе, производимом экипажем.

Остается устройство MOXIE (Mars Oxygen In situ resource utilization Experiment), который может свести на нет зависимость от кислорода растений. Разработанная учеными Массачусетского университета машина работает за счет диоксида углерода из атмосферы Марса, который она разбивает на кислород и моноксид углерода. Уменьшенная версия MOXIE отправится на Марс вместе со следующей вылазкой на планету, назначенной на 2020 год. Если MOXIE сработает, то сможет стать возобновляемым источником кислорода без необходимости выращивания растений.

Вы можете и не добраться

Все эти возможные сценарии станут реальной проблемой, только если вы действительно доберетесь до Марса. Но печальная правда состоит в том, что вы можете и не пережить путешествие. Допустим не возникло проблем с кораблем и вы случайно не столкнулись с космическим мусором в полете. Мы остаемся один на один с невидимым космическим убийцей, которого не так-то легко заметить: радиация. За пределами низкой земной орбиты космос наполнен космическими лучами – высокоэнергетическими частицами. Космическая радиация легко пронизывает стены корабля и вполне возможно, что за время долгого путешествия окажет пагубный эффект на здоровье человека.

Исследование на мышах показало, что длительное воздействие космических лучей может привести к аномальным изменениям мозга: мыши потеряли много важных синапсов между нейронами, стали менее любопытными и более рассеянными. Не самая радужная перспектива для будущих марсианских жителей.

Что удручает еще больше, так это способность радиации повышать риск развития рака. NASA мониторит уровень вероятности развития рака от радиации у каждого космонавта на протяжении их карьеры. Если риск повышается до 3%, космонавта отправляют на Землю. На космической станции астронавты частично защищены земным магнитным полем, но в длительном путешествии такой защиты не будет. К тому же некоторые из экипажа могут оказаться более восприимчивыми к лучам, чем другие.

«В связи с тем, что женщины в целом живут дольше, у них, согласно прогнозу NASA, выше шанс развития рака на протяжении жизни, чем у мужчин, при одинаковом количестве радиации, – объясняет Дорит Доновьел, заместитель директора Национального института биомедицинских исследований, – Расчеты показали, что, судя по всему, женщинам не стоит лететь на Марс, поскольку суммарное облучение во время полета повысит допустимые 3% риска».

Либо Марс, либо вы

Все это может показаться большим обломом, но мы лишь перечисляем, сколько препятствий нам нужно преодолеть, прежде чем отправиться на Марс. NASA признала свою неготовность, организовав в 2015 году конкурс «Препятствия на пути к Марсу». Участники присылали разработки, касающиеся решения проблем с жильем, водой, едой, пригодным для дыхания воздухом, связью, социальным взаимодействием и медициной.

Администратор NASA Чарльз Болден нисколько не сомневается, что агентство в силах достичь Марса, в отличие от частных компаний типа SpaceX и миссий Mars One. Возможность выживания на Марсе показана в фильме «Марсианин» 2015 года, снятого по мотивам романа Энди Вейра, опубликованного годом раньше. Для тех, кто пропустил: космонавт Марк Уотни пытается в одиночку выжить на Марсе после того, как команда оставила его одного, по ошибке сочтя погибшим. Уотни начинает выращивать картофель, пытается собирать воду и вообще хоть как-то выжить.

Сама история подтверждает позицию NASA: даже при самой тщательной подготовке нельзя полностью спланировать миссию. Автор романа утверждает, что в первую очередь необходимо быть готовым к неудачам, и, хотя его книга рассматривает не лучший сценарий развития событий, он все же уверен, что однажды мы доберемся до Красной планеты.

По материалам Popsci.com