Перерасти Землю: есть ли у людей шансы заселить Луну и Марс и зачем это нужно

Заселить Луну и Марс — смелая мечта или реальная перспектива? Чем дышать, откуда брать пищу и воду, как защититься от суровых условий космоса? «Вокруг света» попытался найти ответы на главные вопросы, связанные с космической колонизацией.

Как долететь и вернуться?

Луна

Луна достаточно близко, чтобы с путешествием не было особых проблем. Возьмем для примера «Аполлон-11» — первую экспедицию с высадкой на Луну. Она продолжалась 9 дней, причем на перелет Земля — Луна потребовалось менее четырех суток. За короткий полет астронавты не получили больших доз радиации. Майкл Коллинз оставался в корабле на окололунной орбите, пока Нил Армстронг и Эдвин Олдрин опускались на поверхность спутника. Гравитация в 17% земной позволила посадочному модулю взлететь на запасе топлива, взятом с Земли.

Марс

Полет к Марсу займет полгода в одну сторону. Все это время космонавты будут подвергаться космическому облучению. Какую дозу они получат и насколько она повредит здоровью — сложный вопрос. По некоторым оценкам, полет туда и обратно обойдется космонавтам в 0,7 зиверта (Зв) только от заряженных частиц, приходящих с просторов Галактики. Если в это время на Солнце случится выброс высокоэнергетических частиц, доза будет еще больше. Для сравнения: в России человеку, работающему с излучениями, разрешено получить не более 1 Зв за всю трудовую деятельность.

Есть и более пессимистичные оценки. По сути, неизвестно, может ли человек долететь до Марса и обратно здоровым.

Взлет с Марса — еще одна проблема. Гравитация в 38% земной — достаточно серьезное препятствие. Пока ни один аппарат даже не пытался вернуться с Красной планеты. На Марс сначала нужно доставить запас топлива, а уже потом — людей.

Какие опасности на поверхности?

Луна

На Луне нет атмосферы, а сутки в 29 раз продолжительнее земных. Поэтому за день поверхность Луны на экваторе успевает прогреться до +130 °С, а за ночь остыть до –170 °С. Еще одна опасность — облучение. Человек в скафандре на лунной поверхности получит дозу 1,4 миллизиверта (мЗв) в сутки. Это почти вдвое больше, чем получает космонавт на МКС. Меньше чем за четверо суток прогулок по Луне колонист накопит 5 мЗв — предельную годовую дозу для всех видов «облучательных» обследований, например, флюорографии. Поэтому лунная база обязательно должна защищать от радиации.

Марс

В марсианской атмосфере нет кислорода. Кроме того, на Красной планете холодно. Даже на экваторе в летний полдень «воздух» крайне редко прогревается до нуля, а среднегодовая температура ниже –40 °С. Марсианский грунт пропитан ядовитыми перхлоратами, так что выращивать в нем картошку, как в фильме «Марсианин», не получится. По уровню радиации Марс сравним с МКС: тонкая местная атмосфера слабо защищает от облучения.

Из чего строить базу?

Для Луны и Марса ситуация примерно одинаковая. Много строительных материалов с Земли не привезешь, а стены должны быть толстыми, чтобы защищать от радиации. Разумнее всего устроить базу в пещере. Орбитальные снимки Луны и Марса показывают нечто похожее на пещеры, но ни один ровер их пока не исследовал. Если природной полости не подвернется, можно выкопать искусственную. Еще один вариант — построить базу из тонкого прочного материала и засыпать грунтом сверху. Конструкции выдержат тяжесть благодаря низкой гравитации.

Даже если разместить базу в пещере, понадобится материал для внутренних стен. Им может стать местный грунт. Эксперименты с материалом, имитирующим лунный реголит, показали, что он вполне пригоден для 3D-печати. О марсианском грунте мы пока знаем слишком мало, ведь он ни разу не доставлялся на Землю.

Где взять воду?

Луна

На большей части Луны грунт гораздо суше любых пород на Земле, ведь вода мгновенно испарилась бы под беспощадным солнцем. Однако в полярных регионах есть вечно затененные кратеры, куда не проникают солнечные лучи. По наблюдениям с орбиты, на дне этих кратеров присутствует некое вещество с высоким содержанием водорода. Естественно предположить, что это лед. В 2009 году в один из таких кратеров сбросили отработанную ступень ракеты. В поднявшемся облаке обломков обнаружили водяной пар и лед. Правда, льда в полярных кратерах немного: по разным оценкам, от 1% до 5% от массы грунта.

Марс

Судя по наблюдениям с орбиты, во многих регионах Марса под тонким слоем грунта скрывается водяной лед. «Вечная мерзлота» широко распространена вплоть до 35° северной широты. На Земле это широта средиземноморских курортов. Во многих местах глубина залегания льда — менее метра.

Поиск подземного льда с орбиты — не очень надежное дело. Однако марсианский лед воочию виден на дне многих кратеров и в полярных шапках. Посадочный аппарат Phoenix обнаружил водяной лед в образцах грунта, которые исследовал.

Где взять кислород?

Луна

Производство кислорода для повседневного дыхания можно поручить растениям, а еще лучше — цианобактериям или одноклеточным водорослям (они быстрее растут). Фотосинтез обеспечит людей кислородом и растительной пищей и заодно очистит воздух от выдыхаемого углекислого газа.

Однако кислород нужен и для заправки скафандров, для создания запасов на экстренный случай, для отправки кораблей на Землю и других нужд. Его самый большой резервуар на Луне — местный грунт. Он на 45% состоит из атомов кислорода, правда, крепко связанных в кристаллах силикатов. Если нагреть грунт в присутствии углерода, можно получить углекислый газ, а уж из него выделить кислород. Подобные опыты проводились на Земле с материалами, имитирующими лунный грунт. Запас углерода придется вести с Земли, но его можно использовать многократно.

Еще один способ получения кислорода — разложение воды электрическим током. Правда, вода на Луне — тоже дефицитный ресурс.

Марс

На Марсе проще всего получать кислород из углекислого газа, составляющего 96% местной атмосферы. Углекислый газ (СО₂) можно разлагать на кислород (O₂) и угарный газ (CO), выпуская угарный газ обратно в атмосферу как отходы. Ученые опробовали этот процесс не только на Земле, но и прямо на Марсе. Прибор MOXIE на борту марсохода Perseverance в 16 приемов выработал 122 грамма кислорода. Столько требуется небольшой собаке на 10 часов. Промышленные установки, конечно, будут производить больше живительного газа.

Где взять энергию?

Луна

На Луне можно использовать солнечную и ядерную энергию. Лунные сутки длятся 29 земных. Днем солнца даже больше чем нужно, и эффективность солнечных батарей снижается от перегрева. Но поселение не может оставаться без энергии на долгую лунную ночь. Можно запасать ее в аккумуляторах, но их потребуется много.

Возможное решение — разместить базу у полюса Луны, как и планирует NASA. Там солнце никогда не поднимается высоко, но и не заходит надолго. Ученые нашли вблизи южного полюса точки, освещенные более 90% года. Однако и там может случиться 3–5 земных суток непрерывной темноты.

Проще положиться на атомную энергию. Реактор, однажды загруженный ядерным топливом, может работать годами. Конструкторы уже трудятся над проектами «лунных» реакторов. Опыт есть: СССР запускал в космос спутники с реакторами мощностью в несколько киловатт. Правда, для лунной базы, скорее всего, потребуются десятки киловатт.

Марс

На Марсе нет проблем с долгими ночами: сутки длиннее земных всего на 40 минут. Но Красная планета дальше от Солнца, чем Земля, и снабдить марсианских поселенцев электричеством от солнечных батарей будет сложно. Будем исходить из мощности солнечных батарей аппарата InSight, севшего в 2018 году вблизи марсианского экватора. Чтобы обеспечить базе хотя бы 2000 киловатт-часов в месяц (скорее всего, потребуется намного больше), нужна панель размером 10х10 метров или несколько батарей той же общей площади. Конечно, солнечные элементы со временем могут стать эффективнее. Но все же лучше взять на Красную планету ядерный реактор.

Зачем туда лететь?

На этот вопрос есть много ответов, но с любым из них можно поспорить.

Чтобы лучше изучить Луну и Марс

У марсоходов и луноходов много ограничений. Они двигаются очень медленно и осторожно, чтобы не попасть в аварию, последствия которой будет некому устранять. Так, марсоход Opportunity за более чем 14 лет работы преодолел 45 километров. Вы представляете себе геолога, который обследовал бы местность со скоростью всего 3 км в год? Кроме того, на ровер трудно уместить много приборов, а на постоянной базе можно создать целую лабораторию.

Все это так, но не лучше ли изобрести более совершенных роботов? Ловких, быстроходных, с мощным искусственным интеллектом. Нужно, чтобы человек давал машине задания, а не управлял каждым движением. И подобные системы уже появляются на Земле. Для роботов можно организовать и базу с лабораторией. Машинам не нужна вода и кислород, не так страшна радиация, да и потеря робота — не трагедия.

Чтобы обеспечить технологический прорыв

Такой масштабный проект, как освоение Луны или Марса, потребует огромного количества открытий и технологий. Наверняка многие из них пригодятся и на Земле. Но за технологическими вызовами не обязательно лететь в космос. Чем плоха термоядерная энергетика, победа над онкологическими заболеваниями или полная переработка отходов? Прорывов потребуется не меньше, а если основная цель все же будет достигнута, это принесет неизмеримо большую пользу, чем межпланетные экспедиции.

Чтобы у человечества был запасной дом на случай глобальной катастрофы

Но что же за катаклизм может сделать Землю менее гостеприимной, чем Марс, не говоря о Луне? На Марсе и Луне нужно прятаться от радиации, как после ядерной войны. Никакая экологическая катастрофа не сделает почву более ядовитой, чем отравленный перхлоратами марсианский грунт. И даже после падения астероида на нашей планете останется кислород и вода, уцелевшие уголки природы и какие-нибудь склады с консервами.

Потому что нам так хочется

Говорят, Джордж Мэллори на вопрос, почему он хочет подняться на Эверест, ответил: «Потому что он существует». Пожалуй, это и есть самый честный ответ на вопрос, почему люди хотят обосноваться на Луне и Марсе.

_{Материал опубликован в апреле 2025}