Президент США Дональд Трамп заявил, что государство будет работать над колонизацией Марса и рассчитывает отправить первых астронавтов на планету в течение четырех лет. Подобные амбиции вызвали много вопросов в научных кругах — реально ли выполнить эту цель в столь сжатые сроки? Портал space.com рассказал о четырех проблемах, которые предстоит решить инженерам.
Проблема массы и закрытых систем
В мае 2024 года Фолькер Майвальд, инженер из Немецкого центра авиации и космонавтики, совместно с четырьмя другими учеными опубликовал в журнале Scientific Reports работу, которая подвергает сомнению пилотируемый полет на Марс на борту Starship. И проблема даже не в темпах разработки ракеты — проблема в массе.
Изучив все публично доступные данные о планах SpaceX по покорению Марса, команда Майвальда пришла к выводу, что требуемая масса полезного груза (включая астронавтов, экипировку, топливо, ресурсы и т.д.) слишком велика. Starship не сможет довезти его за один рейс.
Ключевой проблемой инженер называет т.н. фактор «процента восстанавливаемости расходников» — по сути, способность перерабатывать пищу, воду и воздух. Чем больше можно переработать, тем меньше этих ресурсов можно взять с собой в путешествие. Так, растения значительно повышают процент восстанавливаемости этих расходных материалов. Они обеспечивают людей пищей и могут расти на отходах, а также производить кислород, параллельно очищая воздух от углекислого газа.
Однако, по подсчетам ученых, даже 100% восстанавливаемости не хватит, чтобы снизить массу полезного груза до приемлемой отметки. Нечто подобное возможно лишь в закрытом, контролируемом окружении, не говоря уже о том, что даже лучшие процессы переработки все равно теряют часть ресурсов.
Проблема топлива
Горючее — еще один расходный материал. Для снижения массы космического аппарата на борт можно загрузить лишь столько топлива, сколько нужно для полета в один конец. А по прибытию на Марс уже можно произвести необходимый объем топлива из ресурсов, собранных прямо на планете. Starship работает на жидком метане и кислороде, вот только изъятие обоих веществ из атмосферы Марса и водяного льда будет непростой задачей.
Прежде всего, хотя идея на бумаге смотрится неплохо, технологически она пока нереализуема. Лишь один подобный эксперимент проводился за пределами Земли — и это MOXIE, опыт, проведенный на марсоходе Perseverance. В 2021 году он действительно смог получить кислород из углекислого газа в Атмосфере Марса. Нюанс в том, что, по данным NASA, запуск всего четырех астронавтов к Марсу потребует 7 тонн ракетного топлива и 25 тонн кислорода. А экипажу еще нужен отдельный запас воздуха для того, чтобы дышать.
Изначально MOXIE смог добыть всего пять граммов кислорода — достаточно для дыхания одного астронавта в течение 10 минут. Аппарат разрабатывался для производства до 10 граммов в час, но к концу эксперимента в 2023 году он выработал лишь 122 грамма. Другими словами, для переработки кислорода потребуется нечто гораздо более эффективное.
Задачу по добыче ресурсов делает сложнее тот факт, что заниматься работой предстоит, скорее всего, автономным роботам, за которыми не будут наблюдать живые люди. Причем роботам предстоит прибыть на Марс заранее, чтобы подготовить запас ресурсов к пилотируемой миссии. К тому же, возникает вопрос надежности столь мало проверенной технологии — никто не сможет устранить неполадку, если что-то вдруг пойдет не так.
Справедливости ради, все то же самое можно сказать и о добыче ресурсов на Луне. Разница лишь в том, что она находится всего в трех днях пути от Земли, поэтому снабжение любой базы теоретически можно наладить без трудностей. А полет на Марс занимает минимум полгода. Чаще — дольше, потому что многое зависит от относительных позиций Земли и Марса на их орбитах.
Проблема радиации
Астронавтам на Марсе постоянно будут угрожать космические лучи и солнечная радиация. Люди, которые отправятся колонизировать планету, будут подвержены облучению в 700 раз выше, чем на Земле. Данные, собранные аппаратом ЕКА ExoMars, показывают, что за полугодовой полет к Марсу экипаж получит 60% от рекомендованной нормы радиации по итогам жизни.
Да и на самой планете будет небезопасно. На Марсе нет плотной атмосферы и магнитного поля — двух вещей, защищающих Землю от космической радиации. Даже если бы на Starship были предусмотрены экранированные области, где можно спрятаться в случае солнечной бури, они бы максимум снизили риск, а не устранили его полностью. Даже на Международной космической станции, которая находится в пределах магнитного поля Земли и оборудована экранированными отсеками, астронавты получают в 200 раз больше радиации, чем пилот гражданской авиации.
Есть и другие потенциально опасные для здоровья моменты. Так, невесомость причиняет большой ущерб телу человека, потому что мы эволюционировали для жизни в гравитации Земли. Мышечная атрофия — фактически профессиональный недуг для людей, покоряющих космос. Недавняя научная работа обнаружила, что по меньшей мере 70% астронавтов, пребывавших на МКС от 6 до 12 месяцев, пострадали от нейроокулярного синдрома. В невесомости жидкости организма оказывают давление на ткани мозга, а это, в свою очередь, негативно воздействует на зрение.
Проблема дезинфекции
Наконец, последний аспект — это стерильность Марса. Люди, прилетевшие на планету, неизбежно привезут с собой микробы. Комитет по космическим исследованиям постановил, что все роботизированные миссии, созданные для поиска жизни, должны быть стерилизованы во избежание заражения Марса или любой другой планеты земными микробами.
Хотя астробиологическое сообщество подумывает над пересмотром этого требования, люди — не что иное как большие мешки с микробами. Любая пилотируемая миссия неизбежно приведет к какой-то доле заражения Марса, поэтому ученые хотят минимизировать его. Другой вопрос, что готовых решений для этой проблемы пока нет, и спешка может привести к плачевным последствиям. Если мы вдруг завезем с собой микроорганизмы с Земли, то искать жизнь на Марсе станет значительно тяжелее: специалистам предстоит разбираться, действительно ли какой-то новый микроб всегда был на планете, или он появился из-за человеческого вмешательства.
