Колония на Марсе — насколько это реально?
В прошлых статьях мы уже разобрались с космическими скоростями, эффектом Оберта и формулой Циолковского, а в этой статье мы сравним Лунную программу с колонизацией Марса и насколько реально вообще отправить на Марс высших приматов.
К слову недавно Илон Марс наш Маск заявил что собирается потратить все свои деньги на колонизацию Марса (188 млрд. долларов). Считать чужие деньги, конечно же, не прилично, но не переживайте — я сделаю всю грязную работу вместо вас.
188 Млрд долларов сегодня — это сколько Лунных программ?
На всю Лунную программу США потратили 25,4 млрд (за 10 лет). В 1970 году все государственные расходы США составляли
200 млрд (за год). Т.е. Лунная программа стоила
12% от суммарных расходов США за 1 год.
Гос. Бюджет США в 2019 году составлял
3 000 млрд. а 13% — это 390 млрд. Состояние Илона Маска 188 млрд, т.е. — у Илона Маска есть сегодня
48% от того, что США потратили на всю Лунную программу.
Получается, Илон Маск может свозить на Луну и обратно 6 человек? — нет конечно, запустить и управлять ракетой в 60-х годах и сегодня — это совершенно разные вещи. Один запуск ракеты Сатурн 5 стоил около миллиарда долларов и это было 0,5% от расходов целого государства за год.
Сегодня таких тяжелых ракет нет, но если мы сравним тупо по массе, то Сатурн 5 весил 3000 тонн на старте, а Faclon 9 весит 550 тонн, т.е. 1 Сатурн=6 Falcon. Запуск Falcon стоит 62 млн*6= 372 млн, даже без учёта инфляции вывод груза на орбиту стал в 3 раза дешевле.
В лунной программе цена ракет составляла лишь 40%, остальные расходы — это технологии жизнеобеспечения и т.п, но в данной статье я буду рассматривать в основном массу самих ракет, топлива и полезной нагрузки.
Сколько массы можно посадить на Марс за 188 Млрд. Долларов?
5,7 км/с, а у Марса есть хоть и очень разрежённая, но всё таки атмосфера и об неё можно тормозить. При первом «касании» нам нужно затормозить на
700 м/с (до второй космической скорости = 5,03 км/с), мы выйдем на орбиту Марса и сможем тормозить каждый оборот вокруг него до 3,55 км/с (1-ая КС), при меньшей скорости мы уже сойдем с орбиты и начнем «падать» на поверхность. Конечно мы можем сбросить еще несколько км/с при снижении — тормозя об атмосферу, но давайте возьмем прошлую цифру = 3,7 км/с — т.е мы начнем тормозить двигателями с 3,7 км/с до нуля. Значит масса полезной нагрузки опять уменьшится в 5,6435 раз = 4 040/5,6435=
У нас 3 000 ракет = 2 148 000 кг=2 148 тонн. Много это или мало? Ну это 596 тракторов (по 3,6 тонны) — это прилично. (Причем мы очень рано начали тормозить двигателями и на самом деле полезная нагрузка может быть в 2-3 раза больше).
596 тракторов — это сколько в обезьянах?
До Марса путь неблизкий (400 млн. км) и небыстрый (270 дней) и понадобится транспортная станция, стоить она, конечно, будет очень дорого, но её нужно построить всего 1 раз. Например, к Луне летали 3 человека, а на поверхность спускались только 2, один оставался в командном модуле на орбите Луны. И с Марсом очевидно можно сделать тоже самое, транспортную станцию не нужно сажать на Марс, а её можно бросить на орбите Солнца, через 5-6 лет она будет опять пролетать возле Земли и её можно будет использовать повторно. Её нужно будет просто «догнать», припарковать ракету и лететь на Марс с комфортом и второй полет на Марс для человека будет стоить гораздо дешевле.
Но первый то раз её всё равно придется построить. У нас 3 000 ракет, давайте разделим их на транспорт/техника для Марса/живая масса» для Марса. 1 ракета выводит 4,04 тонны на орбиту Земля-Марс, 1000 ракет=4 040 тонн (это масса 10 МКС). Но нам еще понадобится еда. Для путешествия на Марс бизнес-классом человеку понадобится 20 кг припасов каждый день (еда+вода+кислород) 20*270= 5,4 тонны, за время полета человек съест 1,5 трактора. С одной стороны много, но с другой стороны — припасы будут стоить около 80 млн. долларов на человека (и это с нулевой переработкой и без учета того, что за 270 дней урожай можно 2 раза собрать). А суммарная масса получается как у 10-ти МКС — человек по 40 то точно можно отправлять. 220 тонн припасы и 3 820 тонн станция. На МКС экипаж 5-6 человек, а тут по 4 человека на «МКС». При этом рядом еще будет лететь 8 080 тонн для Марса и ими можно прикрыться не то что от Солнечной радиации, но и вообще от всей галактики. На Марс при этом спустится 716 тонн техники и 716 тонн «живой массы».
Можно ли из 716 тонн «техники» построить колонию?
Вряд ли это можно будет назвать колонией — скорее питомник. Никакого сложного производства из такой массы не получится и если закончится скотч (или не дай бог — синяя изолента), то заказывать их придется с Земли. Но вот биологически самодостаточную колонию построить вполне реально. На самой первой атомной подводной лодке атомный реактор весил 35 тонн и выдавал мощность 10 МегаВатт.
А 10 МВт — это 120 тракторов работающих одновременно и этой энергии хватит не то что для жизнеобеспечения, но еще останется на работу техники для строительства или выкапывание чего-нибудь из под Земли Марса — и всё это за 48% от того, что потратили на Лунную программу 50 лет назад. Хотя это цена только самих ракет, без учета технологий. Но с другой стороны мы считали потребление с нулевой переработкой по 5,4 тонны на человека (20 кг в день) — каких еще технологий не хватает? Холодильника?
Честно говоря, лично меня эти цифры немного шокировали — раньше мне казалось, что колония на Марсе — это что-то на уровне Египетских пирамид — гробница для фараонов, но на самом деле ракеты сильно подешевели. Если разделить всю эту экспедицию на 40 человек — то получится по 4,5 млрд с человека. Дороговато конечно, но это далеко не Египетские фараоны, да и не гробница — это 1500 тонн, причем масса реактора 35 тонн, +30 тракторов= 100 тонн, +300 тонн припасов на год для 40 человек и остается еще тысяча тонн — этого вполне хватит для строительства домов, шахт, ферм, дорог. Еда для перелета будет стоить 80 млн, а чтобы привезти с собой на Марс еще 10 тонн груза понадобится еще
900 млн — даже миллиарда хватит для переезда на Марс.
Дак может отправить всё это на Луну?
2,6 км/с и всю её придется гасить двигателями. А при подлете к Марсу 5,7 км/с, но у него есть атмосфера и большую часть скорости можно погасить об неё. А ускорение стоит очень дорого (как мы считали вначале 3,7 км/с сжигают
85% массы ракеты) и если мы сможем затормозить об атмосферу хотя бы до 1 км/с, то полезная нагрузка будет в 2 раза больше, чем при посадке на Луну.
Вернуться с Марса сложнее (нужно 5,7 км/с), но на Марсе проще построить само производство топлива и при посадке грузов у Марса есть огромное преимущество перед Луной. И в конечном итоге — ну сожрет обезьянка 1,5 трактора, ну снюхает полтонны кислорода из топливного бака, но из 2-ух тракторов колонию всё равно не построить и их должно быть в десятки раз больше — живая масса будет составлять в любом случае лишь несколько процентов от массы техники. Поэтому пропажа 1-2-ух тракторов на их популяции никак не скажется — они от этого не вымрут и даже ничего не заметят. И всё таки экономия при посадке техники на Марс во много раз превысит расходы на транспорт Людей, по сравнению с Луной.
Честно говоря, я сам — очень сильно удивился, когда сам во всём разобрался, раньше я думал:- отправят максимум 2-3 обезьяны и опять забудут лет на 50 (а может и вообще тупо в Голливуде снимут, хотя… я бы с удовольствием посмотрел сериал с бюджетом хотя бы 300 млрд. USD (как 1 200 Аватаров. ))
но всё оказалось совсем не так. Ракеты очень сильно подешевели и даже 1 человек, хоть и самый богатый — может отправить на другую планету 1 500 Тонн. А если представить, что бюджет Лунной программы (10% от годового бюджета) потратят, и Китай, и ЕС, и Индия, а ещё и учесть массовое производство, которое в любом случае удешевит ракеты в несколько раз — то на другую планету можно реально отправить сотню тысяч тонн грузов и построить несколько городов с тысячами жителей.
Зачем вообще что-то колонизировать?
В следующих статьях поговорим о том, что нужно колонизировать в первую очередь и как сделать перелеты между планетами в 10-15 раз дешевле.
Подписывайся на канал, ставь лайк, делай колокольчик (чтобы это ни значило, просто все блогеры мечтают о колокольчике) но самое главное — это репосты, репосты это сердце интернета, это то что позволяет интернету жить. — обязательно сделай репост, а дальше будет ещё удивительней. У меня есть несколько вариантов орбитальных конструкций, которые сделают перелёты между планетами в десятки раз дешевле, не говоря уже о гравитационной электростанции.
И ещё это… слушай… братишка… есть 37 рублей на проезд? У меня украли все вещи на вокзале, даже на проезд до дома денег нету. Тут на хабре есть кнопка задонатить, если можешь, кинь рублей 30 от души душевно в душу. Спасибо братан.
Иногда, между состояниями ни жив ни мертв — я коллапсирую на твиче.
Все, что вам нужно знать о возможной колонизации Марса
На это есть ряд причин, среди которых сходство этой планеты с нашей родной, наличие воды, перспективы выращивания пищи, производства кислорода и строительных материалов на месте. Есть также долгосрочные выгоды от использования Марса как источника сырья и терраформирования его в более пригодную для жизни среду. Давайте подробно поговорим об этом.
Выгоды колонизации Марса
Как уже упоминалось, есть много интересных сходств между Землей и Марсом, которые делают последний жизнеспособным вариантом для колонизации. Для начала Марс и Земля обладают похожей длиной дня. Марсианский день (сол) длится 24 часа и 39 минут, а это означает, что растениям и животным, не говоря уж о колонистах со стороны людей, такой суточный цикл придется вполне по душе.
Марс также обладает наклоном оси, который очень похож на земной, что означает практически те же основные перемены времен года, к которым мы привыкли на Земле. В основном когда одно полушарие направлено на Солнце, оно испытывает лето, тогда как на другом царит зима — только температуры выше и дни дольше.
Это будет весьма на руку, когда дело дойдет до выращивания культур и обеспечения колонистов комфортными условиями и способом измерения течения года. Подобно фермерам на Земле, будущие марсиане будут переживать сезон роста урожая и сезон его сбора, а также иметь возможность проводить ежегодные торжества по случаю смены времен года.
Кроме того, как и на Земле, Марс расположен в пределах потенциально обитаемой зоны нашего Солнца (так называемой зоны Златовласки), хотя и смещен к ее внешнему краю. Венера тоже находится в этой зоне, но расположена ближе к внутреннему краю, что в сочетании с ее толстой атмосферой сделало ее самой горячей планетой Солнечной системы. Отсутствие кислотных дождей также делает Марс более привлекательным вариантом.
В дополнение к этому, Марс находится ближе к Земле, чем другие планеты Солнечной системы — кроме Венеры, но мы уже поняли, что она не подходит для первых колонистов. Это упростит процесс колонизации. На самом деле, каждые несколько лет, когда Земля и Марс находятся в оппозиции — то есть на минимальной дистанции, — открываются «окна запуска», идеальные для отправки колонистов.
К примеру, 8 апреля 2014 года Земля и Марс были на 92,4 миллиона километров друг от друга. 22 мая 2016 года они будут на расстоянии 75,3 миллиона километров, а к 27 июля 2018 года сойдутся на 57,6 миллиона километров. Запуск в нужный момент позволит сократить время полета с нескольких лет до месяцев.
Кроме того, Марс обладает изрядными запасами воды в форме льда. Большая его часть расположена в полярных регионах, но изучение марсианских метеоритов показало, что много воды может находиться под поверхностью планеты. Ее можно добывать и очищать в питьевых целях, причем довольно просто.
В своей книге The Case for Mars Роберт Зубрин также отмечает, что будущие колонисты могли бы жить за счет почвы, отправляясь на Марс, и в конечном счете колонизировали бы планеты на все сто. Вместо того чтобы возить все припасы с Земли — подобно жителям Международной космической станции, — будущие колонисты могли бы делать собственный воздух, воду и даже топливо, расщепляя марсианскую воду на кислород и водород.
Проблемы колонизации Марса
Гравитация на Марсе составляет около 40% земной, приспособиться к ней будет довольно трудно. Согласно отчету NASA, последствия влияния микрогравитации на тело человека довольно глубоки, ежемесячные потери мышечной массы доходят до 5%, а плотности костей — до 1%.
На поверхности Марса эти потери будут ниже, поскольку там есть некоторая гравитация. Но постоянные поселенцы будут сталкиваться с проблемами дегенерации мышц и остеопороза в долгосрочной перспективе.
Также есть вопрос атмосферы, которая непригодна для дыхания. Порядка 95% атмосферы планеты составляет углекислый газ, а это значит, что в дополнение к производству пригодного для дыхания воздуха для колонистов, они также не смогут выходить наружу без сдавливающих скафандров и кислородных баллонов.
Марс также не имеет глобального магнитного поля, сравнимого с геомагнитным полем Земли. В сочетании с тонкой атмосферой это означает, что поверхности Марса может достигать значительное количество ионизирующего излучения.
Благодаря измерениям, сделанным космическим кораблем Mars Odyssey (инструмент MARIE), ученые выяснили, что уровень радиации на орбите Марса в 2,5 раза выше, чем на Международной космической станции. На поверхности этот уровень должен быть ниже, но все равно остается слишком высоким для будущих поселенцев.
В одной из последних работ, представленных группой ученых MIT, анализирующих план Mars One по колонизации планеты, которая начнет в 2020 году, подсчитано, что первый астронавт задохнется уже через 68 дней, в то время как остальные умрут от голода, обезвоживания или выгорания в богатой кислородом атмосфере.
Терраформирование Марса
Со временем многие или все трудности жизни на Марсе могут быть преодолены путем применения геоинженерии (терраформирования). Используя организмы вроде цианобактерий и фитопланктона, колонисты могли бы постепенно преобразовать большую часть углекислого газа в атмосфере в пригодный для дыхания кислород.
В дополнение к этому предполагается, что значительное количество диоксида углерода (CO2) содержится в форме сухого льда на южном полюсе Марса, а также поглощено реголитом (почвой). Если температура на планете поднимается, этот лед сублимирует в газ и повысит атмосферное давление. Хотя атмосфера после этого не станет более дружелюбной для легких человека, это решит проблему необходимости сдавливающих костюмов.
Возможный способ осуществить это — намеренно создать парниковый эффект на планете. Это можно сделать путем импорта аммиачного льда из атмосфер других планет в нашей Солнечной системе. Поскольку аммиак (NH3) представлен в основном азотом по весу, он также поставить буферный газ, необходимый для пригодной для дыхания атмосферы — как здесь, на Земле.
Зубрин и Крис Маккей, астробиолог Исследовательского центра Эймса при NASA, также предложили создать заводы на поверхности планеты, которые накачивали бы парниковые газы в атмосферу, тем самым вызвав глобальное потепление (с помощью такого же процессы мы портим атмосферу нашей родной Земли).
Существуют и другие возможности, начиная с орбитальных зеркал, нагревающих поверхность, до намеренной бомбардировки поверхности кометами. Независимо от метода, все существующие варианты по терраформированию Марса могут сделать планету пригодной для человека только в долгосрочной перспективе.
Также это обеспечило бы некоторой защитой от радиации. Данные, полученные Mars Recknnaissance Orbiter, показывают, что такие подземные жилища уже существуют, а значит, их можно использовать.
Предлагаемые миссии
NASA предлагает осуществить пилотируемую миссию на Марс — которая состоится в 2030-х годах с использованием многоцелевого транспортного средства «Орион» и ракеты SLS — но это не единственное предложение по отправке людей на Красную планету. В дополнение к другим федеральным космическим агентствам, существуют планы по освоению у частных корпораций и некоммерческих организаций, некоторые из которых довольно амбициозны и преследуют не только ознакомительные цели.
Европейское космическое агентство давно планирует отправить людей на Марс, только вот строить нужный транспорт так пока и не начало. Российское федеральное космическое агентство Роскосмос планирует пилотируемую миссию на Мар,с и в запасе есть проведенные испытания модели «Марс-500» еще в 2011 году, в ходе которых в течение 500 дней имитировались летные условия полета на Марс. Впрочем, ЕКА тоже принимало участие в этом эксперименте.
В 2012 году группа голландских предпринимателей раскрыла планы на краудфандинговую компанию по созданию марсианской базы, которое начнется в 2023 году. План MarsOne предусматривает серию односторонних миссий с целью создания постоянной и расширяющейся колонии на Марсе, которые будут финансироваться при помощи сбора средств через СМИ.
Другие детали плана MarsOne включают отправку телекоммуникационного орбитального аппарата к 2018 году, марсохода к 2020 году и компонентов базы вместе с колонистами к 2023 году. База будет оснащена 3000 квадратных метров солнечных панелей, а оборудование будет доставлено с помощью ракеты SpaceX Falcon 9 Heavy. Первая команда из четырех астронавтов должна будет приземлиться на Марс в 2025 году; после этого, через каждые два года будет прибывать новая группа.
2 декабря 2014 года директор по продвинутым системам человеческого исследования и операционным миссиям NASA Джейсон Крусан и зампомощника администратора по программам Джеймс Рейтнер анонсировали предварительную поддержку инициативе Boeing под названием Affordable Mars Mission Design (проект доступной миссии на Марс). Запланированная на 2030-е годы, миссия включает планы по созданию радиационной защиты, искусственной гравитации с помощью центрифуги, повторной поддержки расходными материалами и аппарата для возвращения.
В 2014 году SpaceX начала разработку большого ракетного двигателя Raptor для MCT, однако MCT не начнет работу до середины 2020-х. В январе 2015 года Маск заявил, что надеется представить детали «совершенно новой архитектуры» системы марсианского транспорта в конце 2015 года.
Настанет день, когда спустя поколения терраформирования и многочисленные волны колонистов Марс заполучит жизнеспособную экономику. Возможно, на Красной планете будут добываться минералы, их можно будет отсылать на Землю для продажи. Запуск драгоценных металлов вроде платины будет относительно недорогим, благодаря низкой силе тяжести на планете.
Однако Маск считает, что наиболее вероятный сценарий (для обозримого будущего) включает экономику недвижимости. По мере того как население Земли будет расти, будет расти желание убраться отсюда подальше, а также инвестировать в недвижимость Марса. И как только система транспорта будет налажена и отработана, инвесторы будут рады начать строительство на новых землях.
Однажды на Марсе заведутся настоящие марсиане — и это будем мы.
Перспективы колонизации мира иного, или Для кого на Марсе будет что-нибудь цвести
Недавно мир облетела новость: команда ученых из Центра прикладных космических технологий и микрогравитации Бременского университета доказала, что цианобактерии можно выращивать на Марсе. В специально сконструированный биореактор Atmos они поместили один из штаммов бактерий рода Anabaena. Условия в реакторе представляли собой своего рода компромисс между земными и марсианскими: атмосферное давление составляло около 10% от земного (но в 16 раз выше марсианского), а сама атмосфера состояла из 96% азота и 4% углекислоты. (Эти же два газа составляют и почти всю атмосферу Марса, но в обратном соотношении: 95% углекислоты и около 3% азота.) Бактериям предлагалось расти на смоченной водой пыли, состав которой воспроизводил минеральный состав марсианского грунта.
Помимо способности к фотосинтезу (которой обладают все цианобактерии), бактерии Anabaena — еще и азотфиксаторы, т. е. способны связывать молекулярный азот. Для жизни им достаточно углекислоты, воды, азота, света и самой малости минеральных элементов. Так что они, как и ожидалось, успешно росли и размножались на предложенном скудном пайке. Авторы эксперимента сочли, что тем самым доказана принципиальная возможность использования цианобактерий непосредственно на Марсе, где они будут производить биомассу и свободный кислород (побочный продукт фотосинтеза). Это должно сильно облегчить задачу жизнеобеспечения будущих марсианских баз и поселений, планы создания которых с каждым годом все активнее обсуждаются в разных странах мира. А в дальнейшем те же бактерии или их усовершенствованные версии могут быть использованы и для терраформирования Марса — преобразования его в планету, на которой люди могли бы жить под открытым небом без скафандров.
SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию Иллюстрация: SpaceX
Что ж, вероятно, создание обитаемых станций на Марсе вполне осуществимо. Превращение его в некое подобие Земли — задачка потруднее, но принципиальных запретов не видно и тут. Остается только один вопрос: а зачем, собственно, это нужно?
Когда удается задать этот вопрос энтузиастам «освоения иных миров» и убедить их, что это не шутка и не подколка, в ответ звучит что-нибудь вроде «ну, человечество же всегда расселялось на новые территории, это у нас в крови». На самом деле человечество, как и любой другой биологический вид, всегда расселялось не от тяги к перемене мест, а от собственного избытка. Когда на какой-то территории существ определенного вида становится больше, чем может прокормиться, излишки популяции волей-неволей выдавливаются за ее пределы. И так до тех пор, пока расселение данного вида не дойдет до краев столь суровых, что смертность превысит рождаемость. Уникальность человеческого рода в этом отношении состоит разве что в том, что он в конце концов сумел найти способы жить почти на всей земной суше.
Идею расселения на другие планеты можно было обсуждать, скажем, в 60-х годах прошлого века — во время глобального «демографического взрыва», лавинообразного роста населения Земли. Но сегодня уже ясно: скорость этого роста неуклонно падает, все в новых и новых странах мира рождаемость находится ниже уровня простого воспроизводства, и через считаные десятилетия начнет сокращаться все человечество. Прогнозы ведущих демографических центров расходятся только в том, когда именно это произойдет, но все называют даты более ранние, чем возможное появление на Марсе устойчивых автономных поселений.
Другой наиболее популярный аргумент — базы нужны для исследования Марса (обычно это высказывается в форме риторического вопроса: «Вы что же, предлагаете отказаться от изучения других планет?!»). Проблема, однако, в том, что уже сегодня пилотируемая космонавтика не дает для изучения космоса (в том числе и тел Солнечной системы) ровно ничего. Все, что мы сегодня знаем и узнаем о планетах, спутниках, астероидах и прочих небесных телах помимо традиционных наблюдений с Земли, — это информация, добытая и добываемая беспилотными космическими аппаратами.
Иллюстрация: NASA
И не надо тешить себя иллюзиями, что, мол, никакой марсоход не заменит возможность увидеть собственными глазами и пощупать собственными руками. Живой исследователь, окажись он на Марсе, будет глядеть на объекты своего интереса в лучшем (лучшем ли?) случае через пластиковое забрало скафандра, скорее же всего — через те же самые видеокамеры. Делать это, оставаясь на Земле, и безопаснее, и намного технически проще, чем находясь на самом Марсе. (По сходным причинам сегодня в исследованиях Мирового океана обитаемые подводные аппараты постепенно вытесняются роботами.) Так что тем, кто ратует за развитие планетологии и вообще космических исследований, логичнее было бы содействовать перенаправлению ресурсов с проектов «освоения Марса» на совершенствование автоматических аппаратов и увеличение числа подобных миссий.
Иногда можно слышать и более экзотические аргументы вроде «добычи полезных ископаемых». Рассматривать их всерьез не приходится: они полностью описываются русской пословицей «за морем телушка — полушка, да рубль перевоз». Правда, в данном случае еще неизвестно, есть ли там «за морем» хоть какая-то «телушка».
Все эти соображения в общем-то высказывались не раз. И тем не менее для множества взрослых, разумных, образованных и никак финансово не заинтересованных в таком проекте людей необходимость космической экспансии — аксиома, не требующая доказательств.
И это невольно наводит на мысль о религиозной природе данной идеи. О том, что чаемые поселения в иных мирах — это превращенный образ рая (даром что многие их приверженцы гордятся своим рационализмом и скептицизмом). Конечно, этот «новый рай» сулит не игру на золотой арфе в чудесном саду, а нелегкий и упорный труд в суровом мире. Но он сходен с раем традиционным в главном — в нем не будет пороков и скверны мира сего. Не будет интриганов-коллег, финансовых кризисов, транспортных пробок, собачьего дерьма под ногами. список можно продолжать по своему вкусу.
Впрочем, это всего лишь гипотеза. Правда, из области других наук.
Вам может быть интересно:
Больше текстов о науке и обществе — в нашем телеграм-канале «Проект “Сноб” — Общество». Присоединяйтесь