Колонизация Марса технически возможна, но это одна из самых сложных задач в истории человечества. Поселенцам придется жить под защитой от радиации, в герметичных модулях, при морозе в среднем около минус 60 градусов и давлении воздуха меньше 1% от земного, добывая воду из подземного льда и кислород из углекислого газа. Долететь можно примерно за полгода-девять месяцев, а стартовать выгодно лишь раз в два с небольшим года.
Почему Марс, а не Луна или Венера
Из всех планет Солнечной системы Марс ближе всего к условиям, при которых человек может выжить с технической поддержкой. Венера ближе к Земле, но на ее поверхности около 460 градусов тепла и давление в 90 раз выше нашего. Луна доступнее, до нее три дня полета, однако сутки там длятся около 29,5 земных, а сила тяжести всего одна шестая от земной.
У Марса сутки (сол) продолжаются 24 часа 39 минут, есть смена времен года из-за наклона оси примерно на 25 градусов, как у Земли, а в грунте и полярных шапках найдены большие запасы водяного льда. Атмосфера, пусть и тонкая, состоит в основном из углекислого газа, из которого можно получать кислород и топливо.
Главные препятствия на поверхности
Радиация
У Марса нет глобального магнитного поля, а атмосфера слишком тонкая, чтобы остановить космические лучи и потоки частиц от Солнца. Прибор RAD на марсоходе Curiosity показал, что на поверхности человек получал бы примерно 0,6-0,7 миллизиверта в сутки. Это в сотни раз больше естественного фона на Земле и сравнимо с несколькими компьютерными томографиями в неделю. Длительное облучение повышает риск рака, поражения нервной системы и катаракты. Поэтому жилища придется закапывать в грунт, засыпать слоем реголита толщиной в метры или размещать в лавовых трубках - подземных пустотах, оставшихся от древних извержений.
Тонкая атмосфера
Давление у поверхности около 6 миллибар, это примерно 0,6% земного. При таком давлении вода кипит уже при температуре около нуля, а кровь человека без скафандра закипела бы в тканях. Атмосфера на 95% состоит из углекислого газа, кислорода в ней доли процента. Выходить наружу можно только в скафандре, а все жилые помещения должны быть герметичными и выдерживать постоянную разницу давлений.
Холод
Средняя температура на Марсе около минус 60 градусов. Летом на экваторе днем бывает выше нуля, но ночью столбик опускается до минус 70-80, а на полюсах зимой до минус 120 и ниже. Перепады за сутки достигают десятков градусов, что тяжело для техники, аккумуляторов и уплотнителей.
Пыль
Марсианская пыль очень мелкая, электрически заряженная и липнет ко всему. Время от времени локальные бури сливаются в глобальную, закрывающую почти всю планету на недели и месяцы. В 2018 году такая буря лишила солнечных панелей света марсоход Opportunity, и связь с ним прекратилась. Вдобавок в грунте содержатся перхлораты - соли, токсичные для человека, а значит пыль, занесенная в жилой модуль, представляет реальную опасность для щитовидной железы и легких.
Гравитация 0,38 g
Сила тяжести на Марсе составляет 38% земной: человек весом 80 кг будет ощущать себя на 30 кг. Как живой организм переносит такую гравитацию годами, никто не знает, потому что подобных экспериментов не было. Известно лишь, что в невесомости на МКС у космонавтов теряется костная и мышечная масса, ухудшается зрение, меняется работа сердечно-сосудистой системы. Будет ли частичной гравитации достаточно, чтобы этого избежать, остается одним из главных открытых вопросов.
| Параметр | Земля | Марс |
|---|---|---|
| Сила тяжести | 1 g | 0,38 g |
| Давление у поверхности | 1013 мбар | около 6 мбар |
| Средняя температура | около +15 °C | около −60 °C |
| Длина суток | 24 ч | 24 ч 39 мин |
| Длина года | 365 суток | 687 земных суток |
| Магнитное поле | Глобальное | Нет глобального |
Где взять воду, кислород и топливо
Везти с Земли все необходимое на годы жизни невозможно: каждый килограмм груза на Марсе обходится очень дорого. Поэтому ключевая идея колонизации - использование местных ресурсов (ISRU, In-Situ Resource Utilization).
- Вода во льду. Полярные шапки Марса содержат много водяного льда. Посадочный аппарат Phoenix в 2008 году прямо под тонким слоем грунта нашел лед в приполярной области, а орбитальные радары и снимки свежих кратеров показали ледяные залежи и в средних широтах. Лед можно растапливать, очищать и использовать для питья, полива и получения кислорода электролизом.
- Кислород из углекислого газа. Его можно получать прямо из атмосферы, как показал эксперимент MOXIE.
- Ракетное топливо. По реакции Сабатье углекислый газ и водород превращаются в метан и воду. Метан с кислородом - это топливо для обратного полета.
- Строительный материал. Реголит можно спекать или смешивать со связующим, печатая стены на 3D-принтерах.
Как работал MOXIE
MOXIE - прибор размером с автомобильный аккумулятор на борту марсохода Perseverance, который сел в кратере Езеро в феврале 2021 года. Он засасывал марсианский воздух, сжимал его и нагревал примерно до 800 градусов, а затем с помощью твердооксидного электролиза отщеплял от молекул CO2 атомы кислорода. За 16 запусков с 2021 по 2023 год MOXIE выработал около 122 граммов кислорода, максимум примерно 12 граммов в час с чистотой не ниже 98%. Это немного, человеку на час дыхания нужно примерно столько же, но эксперимент доказал главное: технология работает в реальных марсианских условиях, днем и ночью, в разные сезоны. Для поддержки колонии и заправки ракеты нужна установка в сотни раз мощнее.
Как долететь до Марса
Расстояние между Землей и Марсом меняется от примерно 55 до 400 миллионов километров. Лететь по прямой бессмысленно: двигатели не дают такой скорости. Корабли используют гомановскую траекторию - половину эллипса, касающегося орбит обеих планет. Полет по ней занимает в среднем от 6 до 9 месяцев.
Стартовать нужно, когда планеты расположены так, чтобы корабль прибыл к точке встречи одновременно с Марсом. Такие окна запуска открываются примерно раз в 26 месяцев: это синодический период Марса, время между двумя одинаковыми взаимными положениями планет. Пропустил окно - жди больше двух лет. Именно поэтому марсианские аппараты разных стран обычно стартуют почти одновременно, как это было летом 2020 года, когда к Марсу отправились миссии США, Китая и ОАЭ.
Во время перелета экипаж тоже облучается: по оценкам на основе того же прибора RAD, только дорога туда и обратно дала бы дозу около 0,6 зиверта, что близко к пожизненным пределам, принятым для астронавтов. Еще одна сложность - связь: сигнал идет от Земли до Марса от 3 до 22 минут в одну сторону, так что в экстренной ситуации советоваться с Землей в реальном времени не получится.
Планы SpaceX и Starship
Самый известный проект колонизации предлагает компания SpaceX Илона Маска. Ее основа - Starship, полностью многоразовая система из сверхтяжелой ступени Super Heavy и корабля Starship. Они работают на метане и жидком кислороде, и выбор топлива не случаен: метан можно произвести на Марсе по реакции Сабатье, а значит заправить корабль для возвращения на месте.
Идея SpaceX в том, чтобы радикально снизить стоимость доставки груза за счет многоразовости и дозаправки на орбите Земли, а затем отправлять к Марсу корабли в каждое окно запуска, постепенно наращивая базу. Маск неоднократно называл сроки первых полетов к Марсу, но они не раз сдвигались. Starship проходит испытательные полеты, и до пилотируемой миссии еще предстоит решить задачи дозаправки на орбите, посадки тяжелого корабля на Марс, системы жизнеобеспечения и защиты экипажа. Свои концепции марсианских экспедиций разрабатывают и государственные агентства, включая NASA и китайскую CNSA.
Как может выглядеть первая база
Большинство концепций сходятся в общих чертах. Сначала автоматические грузовые корабли доставляют оборудование: электростанции, установки для получения кислорода и воды, запасы еды. Энергию дадут солнечные панели, хотя на Марсе солнце светит примерно вдвое слабее, чем на Земле, и пылевые бури снижают их выработку, поэтому многие проекты предусматривают компактные ядерные реакторы. Люди прибывают, когда запасы топлива для обратного полета уже накоплены.
Жилые модули предполагают укрывать грунтом, растения выращивать в герметичных теплицах под искусственным светом на очищенной от перхлоратов почве или гидропонике. Отдельная задача - психология: месяцы в тесном замкнутом пространстве с маленькой группой, без возможности быстро вернуться домой. Эксперимент «Марс-500» в Москве в 2010-2011 годах, когда шесть добровольцев провели в изоляции 520 суток, показал, что такая длительность выдержима, но у участников менялись режимы сна и активности.
Что еще спрашивают о колонизации Марса
Можно ли сделать атмосферу Марса пригодной для дыхания
Идею называют терраформированием. Оценки ученых показывают, что даже если высвободить весь доступный углекислый газ из полярных шапок и грунта, атмосфера останется слишком тонкой для человека без скафандра. Это задача на столетия и пока относится к теории.
Сколько людей нужно для колонии
Точного ответа нет. Для генетически устойчивой популяции оценки варьируют от сотен до нескольких тысяч человек, а для экономической самостоятельности, видимо, требуется еще больше, ведь колонии нужно производить сложную технику на месте.
Можно ли вырастить на Марсе картошку
В открытом грунте нет: мешают холод, низкое давление, радиация и перхлораты. В герметичной теплице с очищенным или искусственным грунтом это возможно, что проверяли в наземных опытах с имитаторами марсианского реголита.
Были ли люди на Марсе
Нет. На Марсе работали и работают только автоматические аппараты: орбитальные зонды, посадочные станции, марсоходы и вертолет Ingenuity, совершивший первый управляемый полет над другой планетой в 2021 году.