Як вижити на Марсі
Загрози, з якими зіштовхнуться марсіанські дослідники – і як НАСА працює над їхнім вирішенням.
НАСА ставить за мету відправити перших людей на Марс до 2040 року. Але якщо висадка на Місяці була непростим завданням, то безпечне відправлення людей на Червону планету буде воістину пекельним випробуванням.
Місяць розташований приблизно за 386 000 км від Землі. І хоча ця відстань не з тих, що можна подолати за вихідні, НАСА змогло відправити астронавтів місії Аполлон-11 туди і назад всього за 8 днів. Досить короткий термін, щоб усю необхідну їжу, воду і кисень можна було покласти в космічний корабель.
А ось Марс у найближчій точці розташований приблизно за 56 млн км від Землі. За оцінками НАСА, пілотованому кораблю знадобиться близько 7 місяців, щоб долетіти до Червоної планети. З урахуванням зворотного шляху і фактичного дослідження Марса, передбачається, що місії триватимуть від 2 до 3 років. Вартість доставки припасів для такої тривалої місії із Землі на Марс буде просто астрономічною.
Крім пошуку альтернативного способу забезпечити мандрівників їжею, водою і киснем, необхідними для виживання під час місії, НАСА також має захистити їх від багатьох загроз здоров’ю, з якими вони зіткнуться, провівши так довго далеко від Землі, а також від деяких унікальних ризиків, пов’язаних із життям на Марсі.
Ось огляд п’яти головних небезпек, що чатують на майбутніх марсіанських мандрівників, і того, що вчені роблять, щоб подолати ці перешкоди на шляху до багатопланетного майбутнього.
Відсутність продовольства
Проблема: НАСА планує доставити на Марс більшу частину продуктів харчування для місій, або разом з екіпажем, або заздалегідь. При цьому є надія доповнити ці запаси свіжими продуктами, що допоможе скоротити витрати на транспортування, забезпечить людей здоровою їжею і позбавить від пересичення космічним меню.
Однак, наскільки нам відомо, на Марсі немає нічого їстівного.
Астронавт НАСА Серена Ауньон-Чанселлор збирає капусту і салат, вирощені на борту МКС.
План: Очевидне рішення – вирощувати рослини. Насіння дешевше доставляти, ніж готові страви, а на Марсі є вода і CO2. Але Марс – не найкраще середовище для вирощування культур, навіть у теплиці.
Крім мізерного сонячного світла і обмежених запасів води, марсіанський ґрунт сильно відрізняється від земного ґрунту. Як зазначають Зак і Келлі Вайнерсміт (він – письменник, вона – ад’юнкт-професорка в Університеті Райса) у своїй книжці “Місто на Марсі”, приблизно 1% марсіанського пилу складається з хімічних речовин, які називаються перхлоратами і можуть порушити роботу щитовидної залози.
Однак у НАСА не вважають, що вирощувати рослини на Марсі неможливо, тож зараз головне завдання – знайти оптимальний підхід.
Агентство вивчає, як культури ростуть в умовах мікрогравітації на Міжнародній космічній станції (МКС), тестує системи вирощування рослин у симуляторах марсіанського середовища та оголошує призи в рамках конкурсу Deep Space Food Challenge за найкращі концепції продовольчих систем для Марса.
Слабка гравітація
Проблема: Сила тяжіння на Марсі приблизно втричі слабша, ніж на Землі. НАСА вже знає з досліджень астронавтів на МКС, що тривале перебування в умовах мікрогравітації спричиняє значну втрату кісткової та м’язової маси, проблеми із зором та інші проблеми зі здоров’ям.
При цьому більшість місій на МКС тривають лише шість місяців. Жоден астронавт НАСА не провів на орбіті довше 371 дня (рекорд належить російському космонавту Валерію Полякову – 437 днів). Гравітація на Марсі набагато слабша, ніж на Землі, але значно сильніша, ніж на МКС, тож поки невідомо, як два-три роки в умовах зниженої гравітації позначаться на людині.
План: Програма досліджень людського фактора (Human Research Program, HRP) проводить дослідження з марсіанськими симуляціями на Землі і на МКС, щоб краще зрозуміти проблему і спробувати розробити ефективні протидії. Частина цих досліджень продовжиться на Місяці, коли в рамках програми Artemis (Артеміда) туди вирушать астронавти.
Принаймні, частиною рішення стануть фізичні вправи – астронавти на МКС тренуються по дві години на день, щоб сповільнити втрату кісткової та м’язової маси, але навіть так вони втрачають дуже багато м’язів. Дослідники в лабораторії фізіології вправ і контрзаходів НАСА розробляють спеціальні програми тренувань, щоб допомогти марсіанським дослідникам залишатися здоровими протягом тривалого космічного польоту і перебування на Марсі.
Вчені також вивчають радикальні ідеї, що виходять за рамки космічних бігових доріжок, щоб захистити астронавтів від наслідків мікрогравітації.
Дослідження проводяться в Лабораторії протидії вправам (ECL) Дослідницького центру Гленна.
Наприклад, дослідники Каліфорнійського університету в Девісі створили генно-модифікований салат, який виробляє гормон, що стимулює утворення кісткової тканини. А команда, спонсорована НАСА в Університеті Іллінойсу в Урбана-Шампейн, намагається з’ясувати, чи можливо відтворити клітинні ефекти фізичних вправ без потовиділення.
А ще, команда НАСА в Південно-Західному медичному центрі Техаського університету розробляє спальний мішок, що запобігає скупченню рідини в головах астронавтів під час сну – це повинно допомогти уникнути проблем із зором, що створюються мікрогравітацією.
Космічна радіація
Проблема: Розплавлене металеве ядро Землі створює навколо планети магнітне поле, відоме як “магнітосфера”. Воно захищає нас від сонячної та космічної радіації, не дозволяючи атмосфері випаровуватися у відкритий космос.
Деякі планети теж мають магнітосфери, але Марс – не одна з них (у всякому разі, зараз уже ні). Це означає, що мандрівники не матимуть такого захисту і піддадуться підвищеному ризику розвитку раку та інших проблем зі здоров’ям.
План: Вплив радіації на астронавтів уже є однією з головних проблем. На МКС астронавти піддаються опроміненню приблизно в 100 разів більшому, ніж на Землі, тож НАСА обмежує час, який вони можуть провести на станції протягом своєї кар’єри. Але МКС все ще перебуває під надійним захистом магнітосфери – а за її межами ситуація стає куди гіршою.
Радіаційні ліміти НАСА, встановлені 2014 року, набагато консервативніші, ніж в інших космічних агентств. І пілотовані місії на Місяць і Марс просто неможливі в рамках цих лімітів. Тому зараз НАСА намагається визначити нові норми на основі останніх даних і рекомендацій експертів.
Найімовірніше, все одно існуватиме різниця між новими лімітами і реальними рівнями радіації, яких зазнають астронавти під час місій на Марс. Але вчені НАСА та інших організацій розробляють стратегії мінімізації опромінення, включно з радіаційно-захисними жилетами і спеціальним марсіанським сонцезахисним кремом.
Будівництво марсіанських притулків під землею, у стародавніх лавових трубках або під природними скельними навісами також може допомогти захистити астронавтів від радіації. У більш футуристичній категорії навіть розглядають ідею створення штучної магнітосфери на Марсі, яка не тільки допоможе розв’язати проблему радіації, а й із часом сформує щільнішу атмосферу Червоної планети.
Відсутність рідкої води
Проблема: Людям потрібна вода для пиття, сільського господарства, гігієни та як компонент ракетного палива для повернення додому. Але на поверхні Марса немає рідкої води. Вода важка і нестислива, тож доставляти її із Землі буде дуже дорого.
План: Хоча Марс виглядає сухою і курною планетою, насправді там величезні запаси води – у вигляді льоду і в основному під поверхнею.
Більша частина марсіанського льоду розташована біля полюсів планети, але там занадто холодно для астронавтів. У 2017 році НАСА запустило проєкт Subsurface Water Ice Mapping (SWIM) з картування підповерхневих покладів льоду на Марсі за допомогою орбітальних апаратів. Ці та інші місії виявили великі поклади льоду, поховані недалеко від екватора.
Цей пігмент, виявлений у грибах вовчого лишайника, одного разу може бути використаний у сонцезахисному кремі для підкорювачів Марса.
НАСА використовуватиме ці карти під час вибору місця посадки для майбутніх пілотованих місій на Марс. Ідеальна локація має бути поруч із великим підповерхневим резервуаром льоду, до якого астронавти зможуть отримати доступ шляхом риття або буріння, а також якомога ближче до екватора для підтримки комфортних температур.
Будь-яку воду, видобуту на Марсі (за винятком тієї, що піде на ракетне паливо), можна буде багаторазово переробляти за допомогою систем на кшталт тих, що використовуються на МКС і відновлюють 98% використаної води.
Непридатна для дихання атмосфера
Проблема: У Марса дуже розріджена атмосфера, яка на 96% складається з вуглекислого газу і всього лише на 0,16% вільного кисню. Атмосфера Землі в 100 разів щільніша і містить близько 20% кисню. Спробуйте вдихнути повітря на поверхні Червоної планети – і задихнетеся майже миттєво.
Астронавти можуть взяти з собою кисень і частково регенерувати його, як на МКС. Але вартість доставки достатньої кількості на кілька років буде величезною.
План: Вуглекислий газ – це одна молекула вуглецю і дві молекули кисню. Тобто кисень на Марсі є, просто потрібно навчитися витягувати його з CO2.
НАСА розробило MOXIE – пристрій розміром із тостер, який 2021 року вирушив на Марс разом із ровером Perseverance, щоб протестувати отримання придатного для дихання кисню з марсіанської атмосфери. Уже на Червоній планеті MOXIE за допомогою електрики успішно розщепив CO2 і виробив перший кисень на Марсі.
Це був невеликий експеримент, але зараз НАСА використовує отримані з MOXIE дані для розробки більшої системи, яка буде заздалегідь відправлена на Марс перед пілотованими місіями. Планується, що цей пристрій також зможе виробляти рідкий кисень, придатний як ракетне паливо для повернення експедицій.
Дослідники завантажують інструмент MOXIE в марсохід Perseverance.
Підбиваючи підсумок
Ось скільки загроз підстерігає марсіанських дослідників, але ж цей список далеко не повний.
Їм також може доведеться мати справу з пиловими бурями, які іноді охоплюють усю планету, пошкоджуючи обладнання та блокуючи сонячне світло від сонячних батарей, що живлять системи життєзабезпечення. (Почасти тому НАСА вивчає можливість відправки на Марс ядерних реакторів).
Тривала ізоляція невеликої групи людей так далеко від дому також може позначитися на психічному здоров’ї марсіанських мандрівників. Тому група з психічного здоров’я і працездатності НАСА досліджує способи забезпечити психологічне благополуччя астронавтів під час місій.
Вирішення всіх цих проблем – колосальне завдання, що вимагає нових технологічних проривів та інновацій. Але вчені та інженери впевнені, що зможуть знайти рішення і в підсумку забезпечити безпеку перших дослідників Марса.
До речі, багато з цих розробок можуть бути корисними і на Землі. Наприклад, системи регенерації води і повітря, а також методи захисту від радіації та психологічні стратегії можуть використовуватися у віддалених районах, на підводних човнах або в армії. Стале сільське господарство на Марсі також дасть знання, застосовні в посушливих регіонах нашої планети.
Освоюючи Марс, людство отримає не тільки цінні наукові дані, а й нові революційні технології для кращого життя на Землі. І звичайно, стати мультипланетним видом стане величезним досягненням для всього людства.
Висадка на Марс – це надскладне завдання. Але вчені кажуть, що головна загроза марсіанської місії – не безпека мандрівників, а подолання політичних і бюджетних перешкод для її фінансування та реалізації. Якщо людство зможе зосередитися на вирішенні цієї проблеми, перші люди ступлять на Червону планету вже в найближчі десятиліття.
І завдяки колосальним зусиллям вчених з різних міжнародних організацій, вони не просто доберуться до Марса живими – вони виживуть там і повернуться додому, щоб розповісти свої неймовірні історії. Історії підкорення нового світу.
