Долгое время Марс является точкой притяжения ученых умов, объектом мечтаний писателей, кинематографистов и обычных людей. Математик I-ой категории кафедры математического моделирования систем и процессов, преподаватель Политехнической школы ПНИПУ Евгений Бурмистров рассказал, чем опасны межпланетные путешествия, какую выгоду человечество извлечет из колонизации Красной планеты, возможно ли воссоздать атмосферу на Марсе и как вернуться обратно на Землю.
Почему человек стремится к Красной планете?
Марс представляет собой не просто каменистую планету, а потенциальный новый дом для человечества. Стремление к колонизации — это своего рода высвобождение фантазии и мечтаний о космической обители.
— Путешествие к Марсу — вызов смелости и выражение стремления человека к неизведанным горизонтам, напоминание о том, что в нас живет врожденное желание исследовать и открывать новые миры. Мы не оставляем попытки отыскать следы жизнедеятельности древних организмов или даже сами живые организмы в толщах грунта и полярных шапок Красной планеты, — рассуждает Евгений Бурмистров.
Какую пользу принесут нам полеты на Марс?
Расширение наших знаний об истории Красной планеты прольет свет на эволюцию планетарных систем и даже подтвердит или опровергнет гипотезы о возможности жизни во Вселенной. Колонизация этой планеты требует разработки и применения передовых технологий в области космических полетов, систем поддержки жизни и ресурсного обеспечения. Эти технологии, разработанные для выживания на Марсе, найдут применение и на Земле. В теории, это поможет в создании космической инфраструктуры, что сделает межпланетные полеты более доступными.
Открытие ресурсов на Марсе, таких как минералы и вода, подарит людям новые экономические возможности, в том числе добычу и использование полезных ископаемых для транспортировки на Землю. Заселение Красной планеты — это шанс расширить обитаемое пространство человечества и важный фактор для нашего выживания в случае катастроф на Земле.
Чем чреваты для здоровья межпланетные путешествия?
По подсчетам специалистов, полет от Земли до Марса займет 8-9 месяцев. За это время человек столкнется с рядом испытаний. Во-первых, космическая среда подвергает астронавтов воздействию высоких уровней радиации, что повлияет на их здоровье, есть риск развития рака. Особенно велика вероятность получить опасную дозу облучения из-за солнечных вспышек, когда радиоактивные частицы выбрасываются за пределы атмосферы звезды. А еще из-за космических лучей, которые представлены элементарными частицами, фотонами и ядрами атомов, движущимися с высокими энергиями в космическом пространстве.
Преподаватель ПНИПУ Евгений Бурмистров объясняет, что солнечная радиация представляет опасность и для астронавтов на МКС, однако современные технологии ограждают их от пагубного воздействия излучения. Космические агентства разрабатывают специальные защитные системы, такие как толстые слои материалов, чтобы снизить воздействие радиации. В таких щитах могут использовать воду, полиэтилен и другие материалы, которые замедляют частицы. Время старта космических миссий планируется таким образом, чтобы минимизировать воздействие солнечных вспышек. Астронавты находятся под постоянным медицинским мониторингом во время полетов, чтобы выявлять и лечить любые негативные эффекты радиации. Для межпланетных путешествий маршруты возможно прокладывать так, чтобы использовать планеты и их магнитные поля для защиты от облучения.
Длительное нахождение в невесомости тоже приведет к потере костной массы и мышечной атрофии. Не стоит забывать и про воздействие длительных полетов на психику человека. Социальная и психологическая изоляция экипажа скажется на эмоциональном благополучии, а ограниченность ресурсов и пространства создаст напряжение и стресс.
Есть ли на Марсе атмосфера?
Атмосфера Марса (в сравнении с земной) крайне разрежена: количество газовых молекул значительно ниже привычной нам нормы. Главными ее составляющими являются углекислый газ (около 95 %), азот (3%), аргон (1,5%), а также остатки других газов и водяного пара.
Чем объясняется такое состояние атмосферы? Во-первых, Марс имеет меньшую массу и гравитацию по сравнению с Землей. Газы уходят в космическое пространство. Во-вторых, на Красной планете нет магнитного поля, которое бы защищало атмосферу от солнечного ветра. В-третьих, интенсивные климатические изменения на Марсе, включая ветра, пыльные бури и периоды обильных ледяных осадков, влияют на атмосферные условия и приводят к ее потере.
Какие трудности это влечет для колонизации? Разреженная атмосфера Марса неэффективно защищает от солнечной радиации. Кроме того, она осложняет маневры и аэродинамическое торможение космических аппаратов при входе в атмосферу. Ограниченны также ресурсы для производства кислорода из-за низкого процента азота в атмосфере Марса.
Возможно ли сформировать на Марсе условия, пригодные для жизни?
Атмосфера планеты формируется по-разному — все зависит от изначальных условий и научных теорий. Одна из них представляет этот процесс тремя этапами. Сперва, при формировании планеты из протопланетарного диска вокруг молодой звезды, газы и пыль начинают скапливаться под воздействием гравитационных сил. Затем на поверхности сформировавшейся планеты газы и легкие элементы образуют облако, которое служит зачатком первичной атмосферы. После этого из вулканов, комет и метеоритов на планету поступают дополнительные газы, которые обогащают состав атмосферы.
Чтобы воссоздать этот процесс «вручную», необходимо решить проблему малой гравитации Марса и отсутствия магнитосферы, чтобы важные элементы (гелий и водород) не покидали атмосферы. Необходимо обработать поверхность планеты и увеличить ее способность удерживать тепло. Создание парникового эффекта и приемлемого климата можно достичь с помощью введения в атмосферу Марса дополнительных газов. Все эти подходы объединяет терраформирование — процесс преобразования атмосферы, климата, поверхности и других характеристик планеты или спутника, чтобы сделать их более подходящими для жизни, аналогичными Земле.
К аспектам терраформирования еще относят работы по изменению грунта, водных резервуаров и других поверхностных особенностей для создания подходящей почвы, водоемов и климата. Марс считается наиболее подходящей для этих преобразований планетой, поскольку, согласно исследованиям, в прошлом на Марсе была вода в виде океанов, рек и ледяных капель, остаточная атмосфера послужит основой для сотворения новой, а близкое расположение к Солнцу и наличие дня и ночи облегчит создание необходимых климатических условий.
— Терраформирование Марса — это огромный технический, научный вызов и процесс, потребующий значительных усилий и ресурсов. Большинство других планет в Солнечной системе слишком горячи или слишком холодны, или не обладают ресурсами, необходимыми для поддержания жизни, — считает Евгений Бурмистров.
Какие ресурсы потребуются, чтобы вернуться на Землю?
Чтобы колония могла успешно проживать на Марсе, необходимо решить ряд сложившихся проблем. Прежде всего, обеспечить людей технологиями защиты от космической радиации, кислородом, водой, полезными ресурсами, энергией и системами поддержки жизни и медицинской помощи. Наладить такие процессы сразу невозможно, поэтому человеку придется лететь на Землю за новым оборудованием и запасами.
Возвращение с Марса — сложная задача. Во-первых, из-за ограниченного объема топлива придется производить его прямо на Красной планете. Для этого можно использовать кислород и водород, полученные искусственно, например, из воды. На переработку сырья потребуется потратить много энергии, полученной с помощью альтернативных источников — солнечных панелей.
— Солнечная энергия в космосе становится менее эффективной с увеличением расстояния от Солнца. Соответственно, на Марсе солнечные панели будут собирать меньше энергии, чем на Земле, — отмечает преподаватель Пермского Политеха Евгений Бурмистров.
Для добычи ресурсов на Красной планете, таких как вода из ледяных резервуаров, необходимы специальные буровые системы. Астронавтов следует обеспечить защитным снаряжением, системами связи и продовольствием.
Марс становится ареной для испытаний нашего технологического мастерства. Развитие космических технологий и систем поддержки жизни на другой планете — это вызов, который подстегивает инженеров и ученых на преодоление технологических барьеров.