Угрозы, с которыми столкнутся марсианские исследователи – и как НАСА работает над их решением.
НАСА ставит цель отправить первых людей на Марс к 2040 году. Но если высадка на Луне была непростой задачей, то безопасная отправка людей на Красную планету будет поистине адским испытанием.
Луна находится примерно в 386 000 км от Земли. И хотя это расстояние не из тех, что можно преодолеть за выходные, НАСА смогло отправить астронавтов миссии Аполлон-11 туда и обратно всего за 8 дней. Достаточно короткий срок, чтобы всю необходимую еду, воду и кислород можно было положить в космический корабль.
А вот Марс в ближайшей точке находится примерно в 56 млн км от Земли. По оценкам НАСА, пилотируемому кораблю потребуется около 7 месяцев, чтобы долететь до Красной планеты. С учетом обратного пути и фактического исследования Марса, предполагается, что миссии будут длиться от 2 до 3 лет. Стоимость доставки припасов для такой продолжительной миссии с Земли на Марс будет просто астрономической.
Помимо поиска альтернативного способа обеспечить путешественников едой, водой и кислородом, необходимыми для выживания в ходе миссии, НАСА также должно защитить их от многих угроз здоровью, с которыми они столкнутся, проведя так долго вдали от Земли, а также от некоторых уникальных рисков, связанных с жизнью на Марсе.
Содержание
Вот обзор пяти главных опасностей, подстерегающих будущих марсианских путешественников, и того, что ученые делают, чтобы преодолеть эти препятствия на пути к многопланетному будущему.
Отсутствие продовольствия
Проблема: НАСА планирует доставить на Марс большую часть продуктов питания для миссий, либо вместе с экипажем, либо заранее. При этом есть надежда дополнить эти запасы свежими продуктами, что поможет сократить расходы на транспортировку, обеспечит людей здоровой пищей и избавит от пресыщения космическим меню.
Однако, насколько нам известно, на Марсе нет ничего съедобного.
План: Очевидное решение – выращивать растения. Семена дешевле доставлять, чем готовые блюда, а на Марсе есть вода и CO2. Но Марс – не самая подходящая среда для выращивания культур, даже в теплице.
Помимо скудного солнечного света и ограниченных запасов воды, марсианский грунт сильно отличается от земной почвы. Как отмечают Зак и Келли Вайнерсмит (он – писатель, она – адъюнкт-профессор в Университете Райса) в своей книге “Город на Марсе”, около 1% марсианской пыли состоит из химических веществ, называемых перхлоратами, которые могут нарушить работу щитовидной железы.
Однако в НАСА не считают, что выращивать растения на Марсе невозможно, так что сейчас главная задача – найти оптимальный подход.
Агентство изучает, как культуры растут в условиях микрогравитации на Международной космической станции (МКС), тестирует системы выращивания растений в симуляторах марсианской среды и объявляет призы в рамках конкурса Deep Space Food Challenge за лучшие концепции продовольственных систем для Марса.
Слабая гравитация
Проблема: Сила тяжести на Марсе примерно в три раза слабее, чем на Земле. НАСА уже знает по исследованиям астронавтов на МКС, что длительное пребывание в условиях микрогравитации вызывает значительную потерю костной и мышечной массы, проблемы со зрением и другие проблемы со здоровьем.
При этом большинство миссий на МКС длятся всего шесть месяцев. Ни один астронавт НАСА не провел на орбите дольше 371 дня (рекорд принадлежит российскому космонавту Валерию Полякову – 437 дней). Гравитация на Марсе намного слабее, чем на Земле, но значительно сильнее, чем на МКС, так что пока неизвестно, как два-три года в условиях пониженной гравитации скажутся на человеке.
План: Программа исследований человеческого фактора (Human Research Program, HRP) проводит исследования с марсианскими симуляциями на Земле и на МКС, чтобы лучше понять проблему и попытаться разработать эффективные противодействия. Часть этих исследований продолжится на Луне, когда в рамках программы Artemis (Артемида) туда отправятся астронавты.
По крайней мере, частью решения станут физические упражнения – астронавты на МКС тренируются по два часа в день, чтобы замедлить потерю костной и мышечной массы, но даже так они теряют очень много мышц. Исследователи в лаборатории физиологии упражнений и контрмер НАСА разрабатывают специальные программы тренировок, чтобы помочь марсианским исследователям оставаться здоровыми в течение длительного космического полета и пребывания на Марсе.
Ученые также изучают радикальные идеи, выходящие за рамки космических беговых дорожек, чтобы защитить астронавтов от последствий микрогравитации.
Например, исследователи Калифорнийского университета в Дэвисе создали генно-модифицированный салат, который вырабатывает гормон, стимулирующий образование костной ткани. А команда, спонсированная НАСА в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, пытается выяснить, возможно ли воссоздать клеточные эффекты физических упражнений без потоотделения.
А еще, команда НАСА в Юго-Западном медицинском центре Техасского университета разрабатывает спальный мешок, предотвращающий скопление жидкости в головах астронавтов во время сна – это должно помочь избежать проблемы со зрением, создаваемые микрогравитацией.
Космическая радиация
Проблема: Расплавленное металлическое ядро Земли создает вокруг планеты магнитное поле, известное как “магнитосфера”. Оно защищает нас от солнечной и космической радиации, не позволяя атмосфере испаряться в открытый космос.
Некоторые планеты тоже имеют магнитосферы, но Марс – не одна из них (во всяком случае, сейчас уже нет). Это значит, что путешественники не будут иметь такой защиты и подвергнутся повышенному риску развития рака и других проблем со здоровьем.
План: Воздействие радиации на астронавтов уже является одной из главных проблем. На МКС астронавты подвергаются облучению примерно в 100 раз большему, чем на Земле, так что НАСА ограничивает время, которое они могут провести на станции в течение своей карьеры. Но МКС все еще находится под надежной защитой магнитосферы – а за ее пределами ситуация становится куда хуже.
Радиационные лимиты НАСА, установленные в 2014 году, гораздо более консервативны, чем у других космических агентств. И пилотируемые миссии на Луну и Марс просто невозможны в рамках этих лимитов. Поэтому сейчас НАСА пытается определить новые нормы на основе последних данных и рекомендаций экспертов.
Скорее всего, все равно будет существовать разница между новыми лимитами и реальными уровнями радиации, которым подвергнутся астронавты во время миссий на Марс. Но ученые НАСА и других организаций разрабатывают стратегии минимизации облучения, включая радиационно-защитные жилеты и специальный марсианский солнцезащитный крем.
Строительство марсианских убежищ под землей, в древних лавовых трубках или под естественными скальными навесами также может помочь защитить астронавтов от радиации. В более футуристической категории даже рассматривается идея создания искусственной магнитосферы на Марсе, которая не только поможет решить проблему радиации, но и со временем сформирует более плотную атмосферу Красной планеты.
Отсутствие жидкой воды
Проблема: Людям нужна вода для питья, сельского хозяйства, гигиены и в качестве компонента ракетного топлива для возвращения домой. Но на поверхности Марса нет жидкой воды. Вода тяжелая и несжимаемая, так что доставлять ее с Земли будет очень дорого.
План: Хотя Марс выглядит сухой и пыльной планетой, на самом деле там огромные запасы воды – в виде льда и в основном под поверхностью.
Большая часть марсианского льда находится возле полюсов планеты, но там слишком холодно для астронавтов. В 2017 году НАСА запустило проект Subsurface Water Ice Mapping (SWIM) по картированию подповерхностных залежей льда на Марсе с помощью орбитальных аппаратов. Эти и другие миссии обнаружили обширные залежи льда, погребенные недалеко от экватора.
НАСА будет использовать эти карты при выборе места посадки для будущих пилотируемых миссий на Марс. Идеальная локация должна находиться рядом с большим подповерхностным резервуаром льда, к которому астронавты смогут получить доступ путем рытья или бурения, а также как можно ближе к экватору для поддержания комфортных температур.
Любую воду, добытую на Марсе (за исключением той, что пойдет на ракетное топливо), можно будет многократно перерабатывать с помощью систем вроде тех, что используются на МКС и восстанавливают 98% использованной воды.
Негодная для дыхания атмосфера
Проблема: У Марса очень разреженная атмосфера, на 96% состоящая из углекислого газа и всего лишь на 0,16% свободного кислорода. Атмосфера Земли в 100 раз плотнее и содержит около 20% кислорода. Попытайтесь вдохнуть воздух на поверхности Красной планеты – и задохнетесь почти мгновенно.
Астронавты могут взять с собой кислород и частично регенерировать его, как на МКС. Но стоимость доставки достаточного количества на несколько лет будет огромной.
План: Углекислый газ – это одна молекула углерода и две молекулы кислорода. То есть кислород на Марсе есть, просто нужно научиться извлекать его из CO2.
НАСА разработало MOXIE – устройство размером с тостер, которое в 2021 году отправилось на Марс вместе с ровером Perseverance, чтобы протестировать получение пригодного для дыхания кислорода из марсианской атмосферы. Уже на Красной планете MOXIE с помощью электричества успешно расщепил CO2 и произвел первый кислород на Марсе.
Это был небольшой эксперимент, но сейчас НАСА использует полученные с MOXIE данные для разработки более крупной системы, которая будет заранее отправлена на Марс перед пилотируемыми миссиями. Планируется, что это устройство также сможет производить жидкий кислород, пригодный в качестве ракетного топлива для возвращения экспедиций.
Подводя итог
Вот сколько угроз подстерегает марсианских исследователей, а ведь этот список далеко не полный.
Им также может придется иметь дело с пылевыми бурями, которые иногда охватывают всю планету, повреждая оборудование и блокируя солнечный свет от солнечных батарей, питающих системы жизнеобеспечения. (Отчасти поэтому НАСА изучает возможность отправки на Марс ядерных реакторов).
Длительная изоляция небольшой группы людей так далеко от дома также может сказаться на психическом здоровье марсианских путешественников. Поэтому группа по психическому здоровью и работоспособности НАСА исследует способы обеспечить психологическое благополучие астронавтов во время миссий.
Решение всех этих проблем – колоссальная задача, требующая новых технологических прорывов и инноваций. Но ученые и инженеры уверены, что смогут найти решения и в итоге обеспечить безопасность первых исследователей Марса.
Кстати, многие из этих разработок могут быть полезны и на Земле. Например, системы регенерации воды и воздуха, а также методы защиты от радиации и психологические стратегии могут использоваться в удаленных районах, на подводных лодках или в армии. Устойчивое сельское хозяйство на Марсе также даст знания, применимые в засушливых регионах нашей планеты.
Осваивая Марс, человечество получит не только ценные научные данные, но и новые революционные технологии для лучшей жизни на Земле. И конечно, стать мультипланетным видом станет огромным достижением для всего человечества.
Высадка на Марс – это сложнейшая задача. Но ученые говорят, что главная угроза марсианской миссии – не безопасность путешественников, а преодоление политических и бюджетных препятствий для ее финансирования и реализации. Если человечество сможет сосредоточиться на решении этой проблемы, первые люди ступят на Красную планету уже в ближайшие десятилетия.
И благодаря колоссальным усилиям ученых из различных международных организаций, они не просто доберутся до Марса живыми – они выживут там и вернутся домой, чтобы поведать свои невероятные истории. Истории покорения нового мира.
Читайте также: Марсоход “Perseverance” достиг удивительных результатов за 1000 дней исследования Марса
