На протяжении ХХ века выдвигалось множество предложений по исследованию Марса с экипажем. К ним относятся знаменитый «Марсианский проект» Вернера фон Брауна, архитектура миссии «Mars Direct» Роберта Зубрина и Дэвида Бейкера, исследования НАСА по эталонному проектированию Марса и план SpaceX Mars & Beyond. К 2033 году два космических агентства (НАСА и CNSA) планируют начать отправку экипажей и полезной нагрузки на Красную планету. Эти и другие космические агентства планируют построить там базы, которые в конечном итоге могут привести к созданию постоянных поселений и первых «марсиан». Это создает несколько серьезных проблем, не последняя из которых связана с воздействием радиации, экстремальными температурами, пыльными бурями, низким атмосферным давлением и пониженной гравитацией. Однако при наличии правильных стратегий и технологий эти проблемы можно превратить в возможности для роста и инноваций.
В недавней статье исследователь из Лейденского университета предлагает план создания марсианского поселения, в котором используются последние достижения в области технологий и предлагаются решения, подчеркивающие устойчивость, эффективность и благополучие поселенцев. Предложение поступило от Флориана Нойкарта, доцента Лейденского института передовых компьютерных наук (LIACS) Лейденского университета и члена правления швейцарской компании-разработчика квантовых технологий Terra Quantum AG. Препринт его статьи «На пути к устойчивым горизонтам: комплексный план колонизации Марса» недавно был размещен на сервере препринтов arXiv и в настоящее время рассматривается издательством Elsevier для публикации.
Помимо исследований, с начала космической эры было сделано множество предложений по превращению Марса во второй дом для человечества. Некоторые из этих предложений включали геологическую инженерию (также известную как «терраформирование»), чтобы сделать Марс пригодным для жизни земных организмов. Более того, история предложений отразила историю исследований и наше растущее понимание Красной планеты. Другие факторы включают технологический прогресс, научные открытия, а также социально-экономические и политические события. Как объяснил Нуекарт по электронной почте, самые ранние идеи во многом были воплощены в научной фантастике.
Примеры включают «Войну миров» Герберта Уэллса, серию «Барсон» Эдгара Райса Берроуза, «Марсианские хроники» Рэя Брэдбери, «Марсианские пески» Артура Кларка и «Красную планету» и «Чужак в чужой стране» Роберта Хайнлайна. В этих книгах Марс изображался с ограниченной научной точностью и отражал популярные в то время представления о Марсе. Сюда входили карты Скиаперелли (которые включали марсианские «каналы») и предположения Персиваля Лоуэлла о марсианской цивилизации. На них также повлияли политические события на Земле, которые способствовали возникновению чувства ксенофобии, упадку цивилизации и экологическим проблемам. Однако с наступлением космической эры ситуация начала меняться, когда роботизированные исследования развеяли старые мифы и привели к крупным открытиям о прошлом и настоящем Марса. Как объяснил Нуекарт:
«Вторая половина 20-го века и начало 21-го века ознаменовались развертыванием различных роботизированных миссий на Марс, таких как программа «Викинг», марсоходы, такие как Spirit, Opportunity и Curiosity, и орбитальные аппараты, такие как Mars Odyssey. Эти миссии предоставили бесценную марсианскую геологию, данные о климате и потенциальной обитаемости.После 2000 года дискуссии о Марсе все больше склонялись к исследованию и заселению Марса человеком. «Эти стратегии предусматривали использование ресурсов на месте, понимание потенциальных последствий для здоровья астронавтов и разработку необходимых технологий для поддержки человеческой жизни на Марсе. В последнее время также наблюдается растущее участие частных компаний, таких как SpaceX, в планах заселения Марса. Идея Илона Маска превратить человечество в многопланетный вид, с особым упором на создание города на Марсе, открыла новые перспективы и значительные инвестиции в марсианские технологии».
Сегодня больше космических агентств вносят свой вклад в исследование Марса, чем когда-либо прежде. В то время как в 20-м веке только НАСА и Советский Союз отправляли миссии на Красную планету, за последние два десятилетия новые миссии были отправлены Европейским Союзом, Китаем, Индией и Объединенными Арабскими Эмиратами. Это способствовало растущему признанию того, что заселение Марса, скорее всего, будет международным начинанием, основанным на партнерстве и сотрудничестве, а не на конкуренции. И, как добавляет Нукерт, наше растущее понимание климата оказало заметное влияние на планирование:
«Недавние планы больше подчеркивают устойчивость, гарантируя, что марсианские поселения будут самодостаточными и будут минимально полагаться на пополнение запасов с Земли. Это включает в себя рассмотрение систем жизнеобеспечения с замкнутым контуром, использования ресурсов на месте и психологической устойчивости для жителей. Планы марсианских поселений По мере нашего прогресса планы продолжают становиться более совершенными, прагматичными и инклюзивными. различных научных, социальных и этических соображений».
Испытания
Если разобраться, проблемы создания человеческого поселения на Марсе включают огромные расстояния между нашими двумя планетами, а это означает, что миссии по пополнению запасов будут нечастыми, а связь будет страдать от проблем с задержками. Окна запуска будут ограничены каждые 26 месяцев, что совпадет с тем, что Марс и Земля находятся ближе всего друг к другу (оппозиция Марса), а транзиты займут до девяти месяцев. Помимо этого, существуют человеческие факторы, которых (как указал Нойкарт) бесчисленное множество:
Физиологическая адаптация к марсианской среде:
- Радиационное воздействие: поверхность Марса подвергается более высокому уровню радиации, чем Земля. Длительное воздействие представляет серьезный риск для здоровья, включая повышенную восприимчивость к раку.
- Эффекты микрогравитации. Пониженная гравитация на Марсе (около 38% земной гравитации) может серьезно повлиять на опорно-двигательную и сердечно-сосудистую системы космонавтов.
Психологическое и эмоциональное благополучие:
- Изоляция и изоляция. Длительная изоляция и изоляция во время марсианских миссий могут иметь психологические последствия, потенциально влияя на психическое здоровье экипажа и групповую динамику.
- Задержки связи. Значительная задержка связи между Марсом и Землей (от четырех до 24 минут в одну сторону) требует от экипажа действовать с высокой степенью автономии, что может повлиять на принятие решений и уровень стресса.
Социальная и межличностная динамика:
- Сплоченность команды. Обеспечение стабильных и поддерживающих межличностных отношений среди членов экипажа имеет первостепенное значение для поддержания морального духа и эффективного сотрудничества.
- Разрешение конфликтов. Создание механизмов управления и разрешения конфликтов внутри экипажа становится жизненно важным в замкнутой и изолированной среде.
Производительность человека и управление рабочей нагрузкой:
- Разработка задач и рабочая нагрузка: обеспечение того, чтобы при разработке задач учитывались физические и психологические нагрузки марсианской среды, а также управление рабочей нагрузкой экипажа для предотвращения усталости и выгорания.
- Поддержание навыков: разработка стратегий для поддержания и улучшения разнообразных наборов навыков, необходимых во время миссии, особенно с учетом автономии, необходимой из-за задержек связи.
Дизайн и удобство использования среды обитания:
- Эргономичный и ориентированный на человека дизайн: создание среды обитания и инструментов, которые эргономичны и способствуют физическому и психологическому благополучию астронавтов.
- Частные и общественные пространства: балансирование дизайна для создания частных пространств для индивидуального отдыха и общественных пространств для содействия социальному взаимодействию.
Здравоохранение и медицинский менеджмент:
- Медицинская готовность: обеспечение экипажа необходимой подготовкой и ресурсами для оказания экстренной медицинской помощи, учитывая ограниченную возможность эвакуации или немедленной внешней поддержки.
- Мониторинг здоровья: постоянный мониторинг состояния здоровья для превентивного решения любых медицинских проблем или проблем, связанных со здоровьем.
Культурные и этические соображения:
- Разнообразный состав экипажа: учет культурных и индивидуальных различий внутри экипажа и обеспечение инклюзивной и уважительной среды.
- Принятие этических решений: создание рамок для принятия этических решений, особенно в сценариях нехватки ресурсов или неотложной медицинской помощи.
Что мы можем сделать?
Решение проблем отправки людей на Марс и создания форпоста нашей цивилизации исторически привело к некоторым интересным предлагаемым решениям. Здесь также исторически развивались события, отражающие наше растущее понимание марсианского климата и окружающей среды, но большая часть стимула осталась прежней. «Обеспечение осуществимости и устойчивости присутствия человека на Марсе требует междисциплинарного подхода, синергетически сочетающего достижения в различных научных и инженерных областях», — сказал Нойкарт. «Инновации должны учитывать суровую марсианскую среду в технологической сфере и способствовать выживанию и производительности человечества».
С 1990-х годов в предложениях подчеркивалась необходимость использования ресурсов на месте (ISRU) для минимизации количества припасов и строительных материалов, транспортируемых с Земли. Значительные исследования также были посвящены созданию систем с замкнутым контуром, которые максимизируют использование ресурсов, минимизируют отходы и являются самодостаточными. С этой целью исследователи ищут биорегенеративные системы жизнеобеспечения (BLSS), вдохновленные природой, то есть основанные на органических компонентах, таких как водоросли, микробы или искусственный фотосинтез. Сказал Нукерт:
«Достижение этой цели предполагает совершенствование технологий, которые позволяют эффективно перерабатывать и повторно использовать ресурсы в среде обитания и минимизировать зависимость от поставок с Земли. В более широкой перспективе жизненно важное значение имеет тщательная система управления рисками, которая предвидит потенциальные кризисы и обеспечивает надежные стратегии смягчения последствий и адаптации. Это включает в себя разработку технологий и протоколов для решения непредвиденных проблем, будь то технические неисправности, неотложная медицинская помощь или нехватка ресурсов». Естественно, прежде чем эти проблемы можно будет решить, необходимо осуществить ряд технических разработок. Что касается того, что это такое, Нуекарт подчеркнул следующее:
Надежное развитие технологий:
- Системы жизнеобеспечения: совершенствование систем жизнеобеспечения с замкнутым контуром, которые могут надежно поддерживать жизнь человека за счет переработки и регенерации ресурсов.
- Технология среды обитания: создание прочной среды обитания, которая защищает жителей от радиации, поддерживает герметичность и обеспечивает общую пригодность для жизни.
Продвинутые космические путешествия:
- Транспорт: совершенствование технологий космических кораблей для более эффективной, безопасной и осуществимой транспортировки между Землей и Марсом, например, с помощью MFPD, который мы обсуждали ниже.
- Вход, спуск и посадка (EDL): создание надежных и точных систем EDL для безопасной посадки полезных грузов и людей на поверхность Марса.
Использование ресурсов на месте (ISRU):
- Добыча и использование ресурсов: создание жизнеспособных технологий и методологий добычи и использования марсианских ресурсов (например, водяного льда).
- Производство энергии: обеспечение устойчивого и надежного производства энергии на Марсе с потенциальным использованием солнечной и ядерной энергии.
Здоровье и безопасность космонавтов:
- Меры противодействия: Разработка эффективных мер противодействия пагубному воздействию микрогравитации и радиационного воздействия на здоровье человека.
- Медицинские учреждения: создание комплексных медицинских учреждений и протоколов для управления непредвиденными ситуациями в области здравоохранения.
Научные исследования и понимание:
- Геологические исследования: проведение тщательных геологических исследований для понимания рельефа, недр и потенциальных ресурсов Марса.
- Поиск жизни: Дальнейшие исследования для понимания марсианской среды, в основном с упором на потенциальное существование или историческое присутствие жизни.
Психосоциальная подготовка:
- Отбор и подготовка экипажей: создание надежных систем отбора, обучения и поддержки экипажей астронавтов для управления психологической и социальной динамикой.
- Моделирование миссий: проведение обширных симуляций миссий для понимания и подготовки к различным сценариям и задачам миссий.
Логистическое планирование:
- Цепочки поставок: создание надежных цепочек поставок, обеспечивающих постоянную доступность основных ресурсов и запасных компонентов.
- Системы связи: Разработка надежных систем связи для облегчения эффективной связи с Землей, несмотря на существенную задержку.
Глобальное сотрудничество:
- Международное партнерство: Содействие международному сотрудничеству для объединения ресурсов, опыта и распределения обязанностей и выгод.
- Обмен знаниями: Создание глобальной структуры обмена знаниями для улучшения коллективного понимания и развития технологий.
Социальные и культурные аспекты:
- Участие общественности: взаимодействие с мировым сообществом для формирования коллективного видения и получения общественной поддержки марсианских поселений.
- Сохранение культуры: размышления о том, как сохранить и передать культурное и биологическое наследие Земли в марсианских поселениях.
Стоит ли оно того?
Этот вопрос имеет основополагающее значение для любого крупного предприятия, и его необходимо задать до (и после) рассмотрения и решения всех проблем. Как и в случае с предложениями по исследованию и созданию постоянной инфраструктуры на Марсе, было приведено множество причин, почему риски приемлемы, а усилия достойны. Как отмечает Нуекарт в своей статье, они варьируются от необходимости обеспечить наше выживание до научных прорывов, которые это сделает. Тем не менее, процесс постоянного заселения Марса полон проблем и опасностей. Но, как будут утверждать сторонники марсианского заселения, эти же опасности представляют собой возможность для инноваций, развития и нашего роста как вида и цивилизации.
«Потенциальное поселение на Марсе имеет множество преимуществ, которые оправдывают принятие на себя различных рисков и проблем. Эти преимущества, среди прочего, помогают объяснить, почему стремление к заселению Марса, несмотря на присущие риски и проблемы, привлекает интерес и инвестиции со стороны правительственных и частных организаций во всем мире. "Эта цель заключается не только в установлении человеческого присутствия на другой планете, но я также вижу достижения, знания и совместные усилия, которые облегчает путешествие туда", - сказал Нойкарт.
