Успехи частных ракетостроительных корпораций породили очередной виток интереса к космической теме. В том числе к вопросу поиска нового дома для землян...

Марс: кандидат номер один

Марс всегда казался заманчивым вариантом для колонизации, что в целом понятно. Это планета земной группы, похожая на наш мир. Марс имеет аналогичные земным период вращения и смену времен года. На обеих планетах можно встретить вулканы, горы, хребты, ущелья, плато, каньоны и равнины.
Различий – тоже хоть отбавляй, и без «продвинутого» защитного снаряжения делать на Марсе нечего. Между тем Красная планета имеет несравнимо более привлекательные условия, чем «выжженные» Солнцем Меркурий или Венера. Есть еще спутники газовых гигантов, но, в силу огромных расстояний, полет к ним займет столько времени и сил, что говорить о создании постоянного поселения можно разве что на страницах научно-фантастических книг.
Марс также не близкая цель. Минимальное расстояние от него до Земли – 55,75 миллиона километров, максимальное – около 401 миллиона километров. Для сравнения: среднее расстояние от нашей планеты до Луны составляет жалкие 384 403 километра, а ведь высадка на спутник была сложнейшей инженерной задачей…


Отчасти правы те, кто называют планируемый полет человека к Марсу «первой настоящей космической экспедицией», а высадку на Луне рассматривают как часть освоения Земли и ее окрестностей. Если говорить совсем кратко, лететь на Марс долго, дорого и технически сложно. Один из самых быстрых способов доставки людей на Красную планету предложил небезызвестный Илон Маск. В рамках его системы Interplanetary Transport System (теперь – Big Falcon Rocket) подразумевают создать ракету и несколько типов кораблей, с помощью которых довезти до Марса 100 человек можно будет за 80 дней. А затем сократить этот срок до 30 дней.

Даже если планы SpaceX претворятся в жизнь, сам полет точно не окажется легкой прогулкой. Ведь, кроме вопросов сугубо технических, нужно будет решать и проблемы психологического плана. Не стоит забывать, что люди будут находиться в замкнутом пространстве много времени. И эта тренировка – наподобие эксперимента SIRIUS: она не простит пресловутый человеческий фактор.

Сложности не раз становились причиной того, почему планы полета человека к Марсу дополняли, пересматривали и переносили на неопределенное время. При этом Красная планета как объект для колонизации выглядит заманчивее Луны. Считается, например, что первая может быть богата минеральными ресурсами. В силу отсутствия свободного кислорода в атмосфере, допускают наличие на Марсе крупных месторождений меди, железа, вольфрама, рения, урана, золота. Наконец, терраформирование Марса в обозримом будущем может сделать его «второй Землей».
Увы, свидетелями подобного, мы, вероятно, сможем стать лишь в одном случае: если дальнейшая жизнь на нашей планете станет невозможной и придется искать новый дом. При иных раскладах никто не потратит десятки миллиардов долларов, чтобы просто увидеть холодную пустошь. Это можно сделать и на Голубой планете.


Новый дом

Очевидно, что первые поселения на Марсе создадут (если), прежде чем терраформирование позволит чувствовать себя как дома. Значит, колонистам каждую секунду времени придется в буквальном смысле выживать (что, кстати, не прибавляет шансов на скорый полет к Марсу). Условия достаточно суровы. Атмосфера Красной планеты более разреженная, чем воздушная оболочка Земли. Средняя температура на Марсе – примерно минус 40° С. Известный популяризатор науки Виталий Егоров сравнил его условия с… Норильском, где средняя январская температура – минус 28 °C. Правда, при самых благоприятных раскладах летом на дневной половине Красной планеты воздух прогревается до плюс 20° С. Уже что-то.
Марс не имеет защитной магнитосферы, как Земля. Радиационный фон на Красной планете в 2,5 раза выше радиационного фона на МКС и приблизительно в 13 раз превышает его средний уровень в современных развитых странах. Возможное решение предложили инженеры Роберт Зубрин и Дэвид Бейкер: по их мнению, жилища можно строить прямо на поверхности, которая послужит естественным заслоном от радиации. Для защиты также предлагалось создать надувные модули, которые заключены в керамику, созданную с помощью марсианского грунта. В свою очередь, специалисты частного проекта Mars One предложили защитить поселенцев от радиации путем встраивания экранирования в жилые модули, а на случай мощной солнечной вспышки можно построить убежище.

В целом весь проект Mars One столкнулся с жесткой критикой специалистов, указавших на недостаточную техническую проработку, нерешенные вопросы финансирования и небрежный отбор предполагаемых колонистов. Сейчас эксперты считают Mars One откровенной аферой.

В общем и целом город на Марсе будет «крепостью», защищающей колонистов от неприглядной окружающей среды. В разное время художники предлагали свое видение того, каким может быть первое марсианское поселение. Увы, многие из таких проектов отличались слабой проработкой и в основном были созданы, чтобы просто привлечь внимание. Не так давно 26-летний швед Вилле Эрикссон (Ville Ericsson) представил картины с изображением марсианских колоний. Там – и огромные небоскребы под куполом, и орбитальная станция с искусственной гравитацией, и марсианский альпинизм, и еще много всего. Красиво, но едва ли достижимо в ближайшие десятилетия, а то и столетия.


Некоторые дизайнеры предлагают и вполне реалистичные проекты. Ранее эксперты NASA выделили несколько интересных идей, поддержанных в рамках конкурса на разработку дизайна дома для «марсиан» – Mars Base Challenge. Участие в нем приняли 228 человек, из которых в конечном итоге выбрали тройку лидеров. Первое место отошло проекту жилого комплекса The Queen от Ноя Хорнербергера с помещениями гексагональной формы. Внешние стены «убежища» должен покрывать обедненный уран, защищающий от радиации. Водоснабжение и отопление инициатор проекта предлагает добывать с помощью экзотермического реактора под поверхностью.


Второе место досталось марсианскому дому в виде пирамиды. Автором стал некто Valcrow. Комплекс должен быть полностью автономным: в центре него предполагается поместить резервуары, которые по внутренним помещениям будут доставлять воду по системе замкнутого цикла. Наконец, третье место занял Крисс Старр с проектом марсианского Акрополя. Речь идет о трехуровневой системе из композитных материалов, внутри которой – источники кислорода, чью роль выполняют теплицы с растениями и генераторы для сбора влаги из атмосферного пара.


В 2017 году о намерениях построить модель гипотетического города на Марсе объявили Объединенные Арабские Эмираты. Проект назвали Mars Space City (MSC). Это шаг на пути к строительству настоящего мегаполиса на Красной планете: его хотят реализовать к 2117 году.
Проект обойдется в 140 миллионов долларов и станет «жизнеспособной и реалистичной моделью города». Площадь поселения составит приблизительно 580 квадратных метров, так что перед нами – крупнейший симулятор Марса из всех существующих и даже сугубо перспективных. Согласно планам, город будет состоять из нескольких блоков-куполов, внутри которых – лаборатории, фермы для производства продуктов питания, электростанции, а также установки для переработки воды. Модель должна появиться примерно через два года.
Наибольший интерес, конечно, представляют проекты настоящих специалистов своего дела, которые учитывают все особенности другого мира. В ноябре 2017 года группа инженеров и архитекторов из знаменитого MIT (Массачусетский технологический институт) одержала победу в конкурсе Mars City Design. Эксперты создали прообраз поселения, который можно использовать для будущей колонизации Красной планеты.


Спонсоры конкурса – NASA и ЕКА. Проект назвали Redwood Forest. Перед нами – множество мембранных корпусов, которые связывает разветвленная схема тоннелей, похожих на корневую систему дерева. Тоннели будут вести в разные помещения, предназначенные для работы, отдыха и приема новых колонистов. Такой подход позволит надежно защищать «марсиан» от радиации, перепадов температур и даже ударов небольших астероидов. Один дом может вместить до 50 человек.
Согласно общему видению, в будущем можно построить около 200 куполов, где смогут разместиться 10 тысяч человек. Проще говоря, речь идет о настоящем марсианском городе, а не просто исследовательской базе. Каждый «купольный» дом будет создавать собственную искусственную среду обитания, похожую на земную. Разработчики любят связывать условия Redwood Forest с настоящим лесом на Земле. «На Марсе наш город будет функционально имитировать (земной. – Прим. NS) лес с помощью таких местных ресурсов, как лед и вода, реголит (грунт. – Прим. NS) и Солнце, необходимых для обеспечения жизни», – пояснила исследователь из MIT Валентина Сумини.


По словам Джорджа Лордоса, одного из архитекторов проекта, энергию Солнца используют для переработки воды, а также ее транспортировки через «деревья». Каждое из них сможет воспроизводить насыщенную влагой среду. Вода наполнит ячейки внутри купола, за счет чего будут обеспечиваться защита от радиации, поддержка процессов распределения тепла и работа гидропонных ферм, которые нужны для разведения рыб и растений. Кроме этого, солнечные панели хотят применять для получения энергии, которая необходима для производства ракетного топлива и кислорода. С ее помощью хотят заряжать водородные батареи, обязательные для путешествий на большие расстояния по Красной планете.
По мнению Лордоса, описанная концепция подземной многоуровневой самоподдерживающейся системы может пригодиться и на Земле – например, в условиях жаркой пустыни. Стоит добавить, что глобальное потепление и впрямь может дать толчок к разработке таких комплексов. Им будет не страшен ни холод, ни жара, ни пылевые бури или, например, наводнения (хотя в последнем случае, конечно, придется применить ряд дополнительных мер безопасности).


Старина Илон

Главные надежды на создание марсианских колоний сейчас связывают с именем Илона Маска. Это не только успешный изобретатель и бизнесмен, но и гений пиара. В хорошем смысле. К его эффектным презентациям приковано внимание всего мира, даже если в них мало конкретики и много технических нюансов.
Об идее переселить на Марс миллион человек, а также сбросить на полюса Красной планеты термоядерные бомбы слышали многие. Однако для начала Маск решил просто добраться до своей цели. Именно поэтому его проекты, такие как Big Falcon Rocket, обрастают сугубо техническими деталями, в то время как общая концепция марсианского поселения остается за кадром.


Некоторые общие черты, впрочем, видны уже сейчас. Прежде всего речь идет об огромном городе – настоящем мегаполисе. Из презентации видно, что рядом с ним планируют разместить по меньшей мере пять посадочных площадок. От них будут отходить и вести в город три крупные дороги. Сам мегаполис представляет собой «нагромождение» куполов разных размеров, служащих, очевидно, самым разным целям.
Нет сомнений в том, что проработка деталей такого поселения – не вопрос завтрашнего дня. Во всяком случае, для Илона Маска, который привык решать вопросы планомерно, шаг за шагом. Вопреки распространенному мнению, «витать в облаках», предлагая утопичные проекты, предприниматель не любит. Так что пока он сосредоточится на средствах доставки – таких, как уже упомянутый BFR.

Долететь до…

Строго говоря, это вообще самый важный вопрос. На данный момент не существует полностью готовых ракеты-носителя и космического корабля, с помощью которых можно осуществить марсианскую экспедицию с высадкой человека. Естественно, в таких условиях всерьез говорить о строительстве города или даже базы на Марсе нельзя.
Теоретически для полетов к Красной планете можно использовать новейшую ракету от SpaceX – Falcon Heavy. Однако она еще не имеет доказанной надежности. Кроме того, будучи мощнейшей из ныне эксплуатируемых ракет, у нее есть вполне реальные ограничения. Масса полезной нагрузки при полете на Марс, по расчетам, составляет 16 800 килограммов. На низкую опорную орбиту (НОО) ракета-носитель может вывести до 63 800 килограммов. Это много, но до рекорда старого Saturn V далеко. Какие еще варианты? У разрабатываемой сейчас компанией Boeing ракеты Space Launch System (SLS) масса полезной нагрузки при выведении на НОО в усиленном варианте должна быть равна 131 500 килограммам. Значительно выше, чем у Falcon Heavy.


Ракета SLS сможет выводить в космос перспективный пилотируемый корабль «Орион» из закрытой программы «Созвездие», который, кроме всего прочего, рассматривают и в рамках марсианских амбиций NASA. При этом нужно понимать, что вмещающий четыре астронавта аппарат нельзя назвать научно-техническим прорывом. Это относительно недорогой, частично многоразовый корабль, с помощью которого получится доставить человека на орбиту Красной планеты, но не выйдет переселить на Марс, скажем, тысячу землян.


Получается несколько парадоксальная ситуация, когда предложенный Маском гигантский корабль BFR Spaceship при всей своей «фантастичности» выглядит куда более реальным инструментом для покорения Марса, чем проекты, которые в течение долгих лет реализовывали до него. Напомним, данный аппарат выступит в качестве верхней ступени ракеты Big Falcon Rocket. Он будет содержать 825 кубических метров герметичных площадей, в которых возможно разместить до 40 кабин для членов экипажа, большие зоны общего пользования, склады, кухни, а также убежища для защиты экипажа от солнечных вспышек.

Ракета-носитель SLS появится раньше, чем Big Falcon Rocket, даже если у Маска все пройдет как по маслу. В настоящий момент Space Launch System выглядит наиболее реалистичным способом для полетов к Марсу.

В контексте возможного строительства предполагаемого марсианского города особую значимость имеет то, что корабль (во всяком случае, его ранняя версия) способен доставить на Марс до 450 тонн грузов. Это могут быть материалы для строительства жилых помещений, солнечные панели, запасы воды и пищи, ремонтное оборудование и многое другое, без чего жизнь на Красной планете невозможна.
Конкурент SpaceX – компания Lockheed Martin – в 2017 году предложила свое представление об инструменте покорения Марса. Специалисты рассказали об идее создания нового космического корабля MADV (Mars Ascent/Descent Vehicle), который можно отправить на Красную планету. Чисто внешне он похож на челнок «Спейс Шаттл». Сама идея родилась не на пустом месте: космический корабль хотят использовать как транспорт для околомарсианской орбитальной станции Mars Base Camp, о проекте которой Lockheed Martin рассказала в 2016-м. Станция должна включать в себя несколько модулей и быть заметно меньше МКС.


Аппарат MADV стал важным дополнением к проекту: в теории он будет доставлять грузы и колонистов со станции на Марс. На орбитальной станции могут находиться сразу два челнока MADV: один для выполнения текущих задач, другой – для подстраховки. Отправить первых астронавтов на орбиту Марса Lockheed Martin хочет в 2028 году.
К сожалению, MADV – всего лишь концепт. И как будет продвигаться его судьба дальше – пока не известно. В свою очередь, SpaceX полна решимости воплотить в жизнь проект Big Falcon Rocket. Маск даже презентовал миру топливный бак корабля и инструмент для сборки космического аппарата. Так что при всем свойственном многим скептицизме Илон (разумеется, при поддержке NASA) вполне может стать первым, кто действительно построит что-нибудь на Марсе. Правда, вряд ли это будет город. И уж тем более мегаполис на миллион жителей.Автор: И.Ведмеденко
Источник: Nacked Science