Классические научно-фантастические рассказы про Марс часто повествовали о пучеглазых марсианах, которые вторгаются на Землю ради ее драгоценных ресурсов. Но реальность такова, что в ближайшие двадцать лет — при всех технических и бюджетных ограничениях — именно люди будут единственными, кто вторгается на Красную планету. В этом году NASA обнародовало свой последний план перескока за 300 миллионов километров на четвертую от Солнца планету. Стратегия предусматривает создание лунной станции на орбите Луны, которая послужит промежуточным пунктом для дальних космических полетов на Марс. Пилотируемый аванпост Deep Space Gateway станет стартовой площадкой для Deep Space Transport, этакой версии «Энтерпрайза» космического агентства.
К началу 2030-х годов астронавт может оставить первый след человека на другом небесном объекте с 1969 года. Ему или ей понадобятся хитроумные гаджеты, которые сделают возможным проживание на холодной, негостеприимной планете далеко, далеко от ближайшего места, которое можно назвать «домом».
Тот факт, что на Марсе есть вода, уже никого не удивляет. Поверхностные потоки на Красной планете, которые периодически подтекают, приводят ученых к мысли, что жидкая вода действительно должна иметь место. В прошлом году NASA объявило, что также обнаружило огромный резервуар льда, намороженного под твердой поверхностью планеты.
Тем не менее первые путешественники на Марс вряд ли получат легкий доступ к этим источникам воды, либо будет слишком затратно к ним обращаться. Вместо этого будущие космонавты могли бы использовать тип водоуловителя, разработанный учеными из Калифорнийского университета в Беркли.
Это устройство, работающее на солнечной энергии, использует специальный металл-органический каркас (MOF) для вытягивания воды из воздуха в условиях влажности не ниже 20 процентов. Исследование на эту тему было опубликовано в прошлом месяце в журнале Science.
С помощью этого прототипа удалось собрать около трех литров воды из воздуха за 12 часов, используя всего килограммовый MOF. В каркасе совмещаются металлы вроде магния с органическими молекулами, которые выстраиваются в жесткие пористые ворсинки для хранения газов и жидкостей.
«Если уровень относительной влажности на Марсе составляет около 20 процентов и более, не понимаю, почему это устройство не может там работать», говорит Омар Яги, соавтор работы, который впервые изобрел MOF 20 лет назад.
Хотя водоуловитель чудесно пригодился бы в засушливых местах на Земле, такое устройство подойдет и на совершенно сухом Марсе, где, несмотря на пустынные условия, относительная влажность ночью может достигать 80-100% — чего более чем достаточно, чтобы высосать воду из атмосферы.
Команда Яги уже работает над более дешевым и более эффективным MOF для сорбции водяного пара. «Всего лишь вопрос времени, когда эта технология станет экономически конкурентоспособной. Это важный шаг в направлении будущего водообеспечения, я называю это «персонализированной водой».
Печать цивилизации
В наши дни мы можем распечатать на 3D-принтере что угодно — даже рабочие яичники. Возможность производить инструменты и запчасти однозначно поможет марсианским колонистам, которые не смогут взять с собой всё за один раз.
Не так давно группа из Северо-Западного университета продемонстрировала возможность печати трехмерных структур с использованием марсианской и лунной пыли. Точнее, не настоящей пыли, а одобренного NASA имитанта с аналогичным размером и формой. Исследователи во главе с Рамиль Шах задействовали так называемый процесс 3D-покраски, в котором используются новые краски, которые ранее ее лаборатория использовала для печати таких вещей, как графен и углеродные нанотрубки.
Исследование было опубликовано в начале этого года в Nature Scientific Reports.
3D-печатный материал, состоящий из 90% пыли по весу, очень гибкий и прочный, как резина. Его можно «резать, сворачивать, складывать и придавать любую форму перед 3D-покраской». Можно даже делать кирпичики LEGO.
«В местах вроде других планет и лун с ограниченными ресурсами людям придется использовать то, что доступно на этой планете, чтобы жить», говорит Шах, ассистент профессора в инженерной школе Маккормика. «Наши 3D-краски действительно открывают возможность печати различных функциональных или структурных объектов для создания мест обитания за пределами Земли».
Дом вдали от дома
NASA разрабатывает собственное решение для жилищ на Красной планете. Это иглу.
Технически «марсианский ледяной дом» представляет собой большую надувную трубчатую структуру, которая будет включать материалы, собранные на планете и заключенные в ледяную оболочку.
Идея надувной части конструкции заключается в том, что ее легко транспортировать. Почему лед? Вода отлично защищает от радиации, а это одна из самых больших опасностей, с которыми сталкиваются люди в космических полетах. Длительное воздействие может вызвать рак или даже острую лучевую болезнь.
В качестве альтернативы можно было бы заложить жилье, лаборатории и другие здания под поверхность, заставив исследователей жить подобно троглодитам. Но Mars Ice Home предлагает лучшую перспективу.
«Все материалы, которые мы выбрали, являются полупрозрачными, поэтому некоторая часть дневного света извне сможет проникнуть внутрь и дать вам понять, что вы находитесь в доме, а не в пещере», говорит Кевин Кемптон, главный исследователь проекта Mars Ice Home в NASA.
По яблоку в день
Непонятно, действительно ли научно-фантастический блокбастер «Марсианин» повысил продажи картофеля, но ученые разрабатывают сложные самоподдерживающиеся растительные фермы, которые будут обеспечивать будущих астронавтов свежими фруктами и овощами.
Например, совместный проект NASA, Аризонского университета и частных предприятий — биорегенеративная система жизнеобеспечения (BLSS), представленная гидропонной растительной камерой, которая не нуждается в почве (или, чего лучше, человеческих фекалиях) для производства пищи.
Система с замкнутым контуром начинается с воды, обогащенной питательными веществами. Питательная вода поддерживает корневую систему растений. Система одновременно выгодна и растениям, и людям, поскольку вторые выбрасывают диоксид углерода, который впитывается растительностью. Растения, в свою очередь, производят кислород в процессе фотосинтеза.
«Наш первый крупный проект начался в 2004 году. Мы спроектировали и построили камеру для выращивания продуктов на Южном Полюсе (в Антарктиде). Она все еще там и все еще работает», говорит Джин Джакомелли, директор Сельскохозяйственного центра управляемых сред и бывший главный исследователь проекта BLSS.
BLSS была представлена в «Биосфере-2», закрытой экологической системе, принадлежащей и управляемой австралийцами.
Грядущие вызовы
Очевидно, предстоит еще много работы, прежде чем астронавты начнут выращивать красные вкусные яблоки на Красной планете. NASA и его коммерческие партнеры все еще разрабатывают ракеты следующего поколения, которые будут выполнять все тяжелые операции будущих миссий. В настоящее время ведутся и другие проекты по созданию жилых модулей для глубокого космоса, которые отвезут людей на Марс.
По-прежнему остаются серьезные препятствия. Например, проблема радиации. Ученые, финансируемые ЕКА, недавно объявили о выпуске устройства, которое имитирует космическое излучение, для изучения угроз и разработки решений для смягчения его воздействия на людей и оборудование. В настоящее время аэрокосмическая медицина занимается по большей части изучением того, как людям оставаться здоровыми и стойкими в условиях глубокого космоса.
Есть еще вопрос пребывания вдали от дома. Достаточно ли люди крепки, чтобы выжить в таком многолетнем путешествии? На эту тему тоже проводятся исследования в антарктических условиях.
В этом году будет отмечаться 60-летие начала космической эры, когда Россия впервые запустила космический спутник. Добраться до Марса меньше чем за век с этой переломной точки станет историческим моментом, который ознаменует новое будущее человеческой расы.
