Недавние заявления космических агентств и частных компаний вернули в центр общественного внимания идею колонизации Марса. Ведущий научно-популярного канала PBS Space Time подробно разбирает технические, биологические и экономические вызовы, с которыми столкнутся первые марсианские поселенцы. В статье анализируются концепции обитания на Красной планете — от надувных модулей до левитирующих городов-центрифуг, а также рассматриваются фундаментальные вопросы астрофизики.
🚀 Амбиции Илона Маска и планы NASA 0:02
Идея отправить людей на Марс и основать там постоянную колонию сегодня активно обсуждается в космической индустрии. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) в рамках своего нового бюджета ориентируется на 25-летний график для вывода астронавтов на орбиту Марса. Однако основатель компании SpaceX Илон Маск представил гораздо более смелый план, предусматривающий создание космического корабля, способного перевозить до 100 человек за один рейс. По его оценкам, первые поселенцы могут отправиться на Красную планету уже через 10 лет, а конечной целью является создание полностью автономной колонии численностью в 1 миллион человек в течение нескольких десятилетий.
Техническая концепция Маска опирается на многоразовость компонентов. Сначала ракета-носитель выводит космический корабль на орбиту, после чего возвращается на стартовую площадку, заправляется гигантским топливным баком и снова стартует, чтобы дозаправить корабль для четырехмесячного путешествия на Марс. Такое разделение запуска самого корабля и его топлива позволяет значительно увеличить полезную нагрузку — до 450 тонн. В результате корабль SpaceX сможет вместить 100 пассажиров, в то время как предлагаемый NASA модуль Orion рассчитан всего на четырех астронавтов.
🏠 Первые марсианские жилища и защита от радиации 1:47
Хотя Маск подробно описал сам космический транспорт, он практически ничего не сказал о том, как именно будет функционировать марсианское поселение. По мнению ведущего канала PBS Space Time, 10-летний срок выполним лишь в самом идеальном сценарии, если все пойдет «супер хорошо». Главная цель колонии — стать гарантией выживания человечества на случай глобальной катастрофы на Земле, а для этого она должна быть абсолютно самодостаточной: самостоятельно добывать ресурсы, выращивать еду и производить все необходимое.
Первые базы будут простыми. Скорее всего, грузоподъемность корабля в 450 тонн позволит доставить надувные модульные конструкции прямо с Земли, подобные тем, что предлагались проектом Mars One или уже используются на МКС (экспериментальный модуль BEAM от Bigelow Expandable Activity Module). Изготовление конструкций на Земле позволяет использовать передовые материалы для защиты от радиации. Из-за тонкой атмосферы и отсутствия магнитного поля на Марсе радиационная защита критически важна. Для защиты от космических лучей, солнечных вспышек и микрометеоритов потребуется толстый защитный слой. Рассматриваются несколько основных вариантов размещения:
- Строительство подземных баз в естественных марсианских лавовых трубках.
- Создание плотных защитных шелтеров на поверхности из местного грунта (реголита).
- Возведение куполов из водяного льда с помощью специализированной 3D-печати.
3D-печать и ледяные иглу
Развитие крупномасштабной 3D-печати открывает новые возможности для строительства на поверхности планеты. На конкурсе NASA по созданию трехмерных моделей марсианских жилищ предлагались проекты по переработке марсианского грунта, богатого железом и кремнием. Однако победителем стал уникальный проект ледяного купола, напечатанного на 3D-принтере, под которым создаются герметичные жилые зоны. Таким образом, первые марсиане могут поселиться в своеобразных высокотехнологичных «иглу».
💨 Системы жизнеобеспечения: вода, воздух и пища 4:24
Вода в виде льда в изобилии присутствует на марсианской поверхности и под ней, что делает всю колонизацию принципиально возможной. Она необходима не только для питья и выращивания сельскохозяйственных культур, но и как источник кислорода для дыхания. Атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа (CO2). Однако исследователи предлагают эффективное решение для создания пригодной для дыхания атмосферы:
- Очистить поступающий марсианский воздух от углекислого газа.
- Использовать оставшуюся смесь азота и аргона в качестве безопасного буферного газа.
- Добавить в полученную смесь около 20% чистого кислорода.
Такой состав дыхательной смеси уже был успешно протестирован на мышах и сверчках.
Для выращивания пищи необходимы свет, вода и воздух. Колонизаторы могут использовать прозрачные оранжереи или искусственно освещаемые гидропонные фермы. Современные гидропонные фермы демонстрируют гораздо более высокую продуктивность и требуют значительно меньше воды, чем традиционное земледелие, что делает их приоритетным направлением. К тому же, прозрачную крышу теплицы крайне сложно защитить от радиации, поэтому закрытые гидропонные комплексы безопаснее. Дополнительным бонусом станет то, что выращиваемые растения помогут в выработке кислорода. Энергообеспечение всех этих систем планируется осуществлять за счет гигантских массивов солнечных батарей, развернутых на поверхности планеты.
🌀 Проблема гравитации и города-центрифуги 5:43
Одной из нерешенных технических и биологических проблем остается низкая гравитация, которая на Марсе составляет всего 0,38 от земной. В условиях невесомости (0g) астронавты теряют около 2% костной массы в месяц. На Марсе этот процесс будет медленнее, однако наука пока не знает, насколько серьезными окажутся последствия для здоровья человека после многих лет пребывания в таких условиях.
По мнению автора видео, для построения устойчивой цивилизации, где будут сменяться поколения, может потребоваться симуляция земного притяжения. Это возможно реализовать с помощью центрифуги — вращающегося кольца, создающего центробежную силу. На поверхности планеты такое сооружение представляло бы собой огромное вращающееся кольцо с наклонной и слегка изогнутой внешней стеной, чтобы центробежное и гравитационное ускорения работали вместе, формируя правильное направление «вниз». Чтобы избежать необходимости ежедневного посещения медицинских центрифуг, в долгосрочной перспективе ученые предлагают строить целые города-центрифуги, левитирующие на сверхпроводящих магнитных рельсах и совершающие полный оборот каждые несколько минут. Правда, постоянное наблюдение за стремительно вращающимся небосводом может вызывать у жителей сильное головокружение и тошноту.
💰 Экономика колонизации и космические перспективы 6:55
Интерес людей к Марсу огромен: например, более 200 000 человек подали заявки на участие в частной программе Mars One. Тем не менее, жизнеспособность марсианского проекта упирается в экономику. Ведущий отмечает, что когда первоначальный импульс, задаваемый Илоном Маском, иссякнет, марсианское поселение должно будет либо выйти на полную самоокупаемость, либо стать экономически продуктивным, чтобы оправдать постоянные затраты Земли на поддержание систем жизнеобеспечения колонии. Главный вопрос заключается в том, удастся ли достичь экономической независимости достаточно быстро.
Технологии, освоенные на Марсе, пригодятся для исследования всей Солнечной системы. Корабль SpaceX изначально задумывается как универсальный исследовательский инструмент. В финале обзора ведущий полушутя замечает, что Марс — это, конечно, весело, но команда канала с нетерпением ждет появления летающих городов в облаках Венеры.
🕳️ Ответы на вопросы: природа первичных черных дыр 8:50
Во второй части выпуска ведущий PBS Space Time ответил на популярные вопросы зрителей, оставленные к предыдущему видео о первичных черных дырах (Primordial Black Holes, PBH), которые могли сформироваться в экстремально плотных условиях сразу после Большого взрыва.
Читатели интересовались, как отличить первичную черную дыру от обычной, образовавшейся в результате гибели массивной звезды. С физической точки зрения черные дыры идентичны независимо от способа их формирования. Даже гипотетическая черная дыра, созданная исключительно из концентрированного света (кугельблиц), ничем не отличается от объекта, возникшего из обычной материи. Черные дыры обладают всего тремя измеримыми свойствами: массой, электрическим зарядом и спином (моментом вращения).
Именно масса позволяет идентифицировать происхождение объекта: для коллапса звездного ядра в черную дыру его масса должна превышать предел примерно в 3 массы Солнца (иначе образуется нейтронная звезда). Первичные черные дыры не привязаны к эволюции звезд, поэтому теоретически могут иметь абсолютно любую массу — даже микроскопическую. Кроме того, на их дозвездную природу может указать специфическое пространственное распределение внутри и за пределами галактик. Отвечая на вопрос о сверхмассивных черных дырах в центрах галактик, ведущий подтвердил, что они могли развиться из первичных «зародышей». Ряд ученых поддерживает эту гипотезу, поскольку она элегантно объясняет, как эти объекты успели вырасти до колоссальных размеров на самых ранних этапах существования Вселенной.
