Протягом ХХ століття висувалося безліч пропозицій щодо дослідження Марса з екіпажем. До них відносяться знаменитий "Марсіанський проект" Вернера фон Брауна, архітектура місії "Mars Direct" Роберта Зубріна та Девіда Бейкера, дослідження НАСА з еталонного проектування Марса та план SpaceX Mars & Beyond.
До 2033 року два космічні агентства (НАСА та CNSA) планують розпочати відправлення екіпажів та корисного навантаження на Червону планету. Ці та інші космічні агенції планують побудувати там бази, які можуть призвести до створення постійних поселень і перших «марсіан».
Це створює кілька серйозних проблем, не остання з яких пов'язана з впливом радіації, екстремальними температурами, курними бурями, низьким атмосферним тиском та зниженою гравітацією. Однак за наявності правильних стратегій та технологій ці проблеми можна перетворити на можливості для зростання та інновацій. У нещодавній статті дослідник з Лейденського університету пропонує план створення марсіанського поселення, в якому використовуються останні досягнення в галузі технологій та пропонуються рішення, що підкреслюють стійкість, ефективність та благополуччя поселенців.
Пропозиція надійшла від Флоріана Нойкарта, доцента Лейденського інституту передових комп'ютерних наук (LIACS) Лейденського університету та члена правління швейцарської компанії-розробника квантових технологій Terra Quantum AG. Препринт його статті «На шляху до стійких горизонтів: комплексний план колонізації Марса» нещодавно з'явився в Інтернеті і зараз розглядається для публікації в журналі Elsevier.
Еволюція плану
Окрім досліджень, з початку космічної ери було зроблено безліч пропозицій щодо перетворення Марса на другий будинок для людства. Деякі з цих пропозицій включали геологічну інженерію (також відому як «терраформування»), щоб зробити Марс придатним для життя земних організмів. Більше того, історія пропозицій відобразила історію досліджень і наше розуміння Червоної планети, що росте. Інші фактори включають технологічний прогрес, наукові відкриття, а також соціально-економічні та політичні події. Як пояснив Нойкарт електронною поштою, найраніші ідеї були в основному втілені в науковій фантастиці.
Приклади включають «Війну світів» Герберта Уеллса, серію «Барсон» Едгара Райса Берроуза, «Марсіанські хроніки» Рея Бредбері, «Марсіанські піски» Артура Кларка та «Червону планету» та «Чужак у чужій країні» Роберта Хайн. У цих книгах Марс зображувався з обмеженою науковою точністю і відображав найпопулярніші на той час уявлення про Марса. Сюди входили карти Скіапереллі (які включали марсіанські «канали») та припущення Персіваля Лоуелла про марсіанську цивілізацію. На них також вплинули політичні події на Землі, які сприяли виникненню почуття ксенофобії, занепаду цивілізації та екологічним проблемам.
Однак із настанням космічної ери ситуація почала змінюватися, коли роботизовані дослідження розвіяли старі міфи і призвели до великих відкриттів про минуле та сьогодення Марса. Як пояснив Нойкарт:
«Друга половина 20-го століття та початок 21-го століття ознаменувалися розгортанням різних роботизованих місій на Марс, таких як програма «Вікінг», марсоходів, таких як Spirit, Opportunity та Curiosity, та орбітальних апаратів, таких як Mars Odyssey. Ці місії надали безцінні дані про марсіанську геологію, клімат і потенційну житло. Після 2000 року дискусії про Марса дедалі більше схилялися до дослідження та заселення Марса людиною».
«Ці стратегії передбачали використання ресурсів на місці, розуміння потенційних наслідків для здоров'я астронавтів та розробку необхідних технологій для підтримки людського життя на Марсі. Останнім часом також спостерігається зростання приватних компаній, таких як SpaceX, у планах заселення Марса. Ідея Ілона Маска перетворити людство на багатопланетний вигляд, з особливим упором на створення міста на Марсі, відкрила нові перспективи та значні інвестиції у технології, пов'язані з Марсом».
Сьогодні більше космічних агентств роблять свій внесок у дослідження Марса, ніж будь-коли раніше. У той час, як у 20-му столітті тільки НАСА і Радянський Союз відправляли місії на Червону планету, за останні два десятиліття нові місії були відправлені Європейським Союзом, Китаєм, Індією та Об'єднаними Арабськими Еміратами. Це сприяло зростанню визнання того, що заселення Марса, швидше за все, буде міжнародним починанням, заснованим на партнерстві та співпраці, а не на конкуренції. І, як додає Нойкарт, наше розуміння клімату, що росте, справило помітний вплив на планування:
«Недавні плани більше наголошують на стійкості, гарантуючи, що марсіанські поселення будуть самодостатніми і мінімально залежатимуть від поповнення запасів із Землі. Це включає розгляд систем життєзабезпечення із замкнутим контуром, використання ресурсів на місці та психологічної стійкості жителів. Плани заселення Марса на цих етапах еволюціонували від спекулятивних і в першу чергу науково-фантастичних ідей до більш конкретних, науково обґрунтованих і технологічно здійсненних концепцій, заснованих на реальних даних та технологічних можливостях, що розвиваються. У міру нашого прогресу плани продовжують ставати більш досконалими, прагматичними і такими, що враховують різні наукові, соціальні та етичні міркування».
Випробування
Якщо розібратися, проблеми створення людського поселення на Марсі включають величезні відстані між нашими двома планетами, а це означає, що місії з поповнення запасів будуть нечастими, а зв'язок страждатиме від проблем із затримками. Вікна запуску будуть обмежені кожні 26 місяців. Крім цього, існують людські фактори, яких (як вказав Нойкарт) безліч:
- Фізіологічна адаптація до марсіанської середовища:
- Радіаційний вплив: поверхня Марса піддається більш високому рівню радіації, ніж Земля. Тривалий вплив є серйозним ризиком для здоров'я, включаючи підвищену сприйнятливість до раку.
- Ефекти мікрогравітації: Знижена гравітація на Марсі (близько 38% земної гравітації) може серйозно вплинути на опорно-рухову та серцево-судинну систему космонавтів.
- Психологічне та емоційне благополуччя:
- Ізоляція та ізоляція. Тривала ізоляція та ізоляція під час марсіанських місій можуть мати психологічні наслідки, потенційно впливаючи на психічне здоров'я екіпажу та групову динаміку.
- Затримки зв'язку. Значна затримка зв'язку між Марсом та Землею (від 4 до 24 хвилин в один бік) вимагає від екіпажу діяти з високим ступенем автономії, що може вплинути на прийняття рішень та рівень стресу.
- Соціальна та міжособова динаміка:
- Згуртованість команди. Забезпечення стабільних та підтримуючих міжособистісних відносин серед членів екіпажу має першорядне значення для підтримки морального духу та ефективної співпраці.
- Вирішення конфліктів. Створення механізмів управління та вирішення конфліктів усередині екіпажу стає життєво важливим у замкнутому та ізольованому середовищі.
- Продуктивність людини та управління робочим навантаженням:
- Розробка завдань та робоче навантаження: забезпечення того, щоб при розробці завдань враховувалися фізичні та психологічні навантаження марсіанського середовища, а також управління робочим навантаженням екіпажу для запобігання втомі та вигоранню.
- Підтримка навичок: розробка стратегій для підтримки та покращення різноманітних наборів навичок, необхідних під час місії, особливо з урахуванням автономії, необхідної через затримки зв'язку.
- Дизайн та зручність використання довкілля:
- Ергономічний та орієнтований на людину дизайн: створення довкілля та інструментів, які ергономічні та сприяють фізичному та психологічному благополуччю астронавтів.
- Приватні та суспільні простори: балансування дизайну для створення приватних просторів для індивідуального відпочинку та громадських просторів для сприяння соціальній взаємодії.
- Охорона здоров'я та медичний менеджмент:
- Медична готовність: забезпечення екіпажу необхідною підготовкою та ресурсами для надання екстреної медичної допомоги, враховуючи обмежену можливість евакуації або негайної зовнішньої підтримки.
- Моніторинг здоров'я: постійний моніторинг стану здоров'я для превентивного вирішення будь-яких медичних проблем чи проблем, пов'язаних зі здоров'ям.
- Культурні та етичні міркування:
- Різноманітний склад екіпажу: облік культурних та індивідуальних відмінностей усередині екіпажу та забезпечення інклюзивного та поважного середовища.
- Прийняття етичних рішень: створення рамок для прийняття етичних рішень, особливо у сценаріях нестачі ресурсів або невідкладної медичної допомоги.
Що ми можемо зробити?
Вирішення проблем відправлення людей на Марс та створення форпосту нашої цивілізації історично призвело до деяких цікавих запропонованих рішень. Тут також історично розвивалися події, що відображають наше зростаюче розуміння марсіанського клімату та навколишнього середовища, але більша частина стимулу залишилася незмінною. "Забезпечення здійсненності та стійкості присутності людини на Марсі вимагає міждисциплінарного підходу, що синергетично поєднує досягнення в різних наукових та інженерних галузях", - сказав Нойкарт. «Інновації повинні враховувати суворе марсіанське середовище в технологічній сфері та сприяти виживанню та продуктивності людства».
З 1990-х років у пропозиціях наголошувалося на необхідності використання ресурсів на місці (ISRU) для мінімізації кількості запасів і будівельних матеріалів, що транспортуються із Землі. Значні дослідження також були присвячені створенню систем із замкнутим контуром, які максимізують використання ресурсів, мінімізують відходи та є самодостатніми. З цією метою дослідники шукають біорегенеративні системи життєзабезпечення (BLSS), натхненні природою, тобто на основі органічних компонентів, таких як водорості, мікроби або штучний фотосинтез. Сказав Нукерт:
«Досягнення цього передбачає вдосконалення технологій, які дозволяють ефективно переробляти та повторно використовувати ресурси в середовищі проживання та мінімізувати залежність від поставок із Землі. У більш широкій перспективі життєво важливе значення має ретельна система управління ризиками, яка передбачає потенційні кризи та забезпечує надійні стратегії пом'якшення їх наслідків та адаптації. Це включає розробку технологій і протоколів для вирішення непередбачених проблем, будь то технічні несправності, невідкладна медична допомога або брак ресурсів».
Звичайно, перш ніж ці проблеми можна буде вирішити, необхідно здійснити низку технічних розробок. Щодо того, що це таке, Нойкарт наголосив на наступному:
- Надійний розвиток технологій
- Системи життєзабезпечення: вдосконалення систем життєзабезпечення із замкнутим контуром, які можуть надійно підтримувати життя людини за рахунок переробки та регенерації ресурсів.
- Технологія довкілля: створення міцного довкілля, яке захищає мешканців від радіації, підтримує герметичність і забезпечує загальну придатність для життя.
- Просунуті космічні подорожі
- Транспорт: вдосконалення технологій космічних кораблів для більш ефективного, безпечного та здійсненного транспортування між Землею та Марсом, наприклад, за допомогою MFPD, який ми обговорювали нижче.
- Вхід, спуск та посадка (EDL): створення надійних та точних систем EDL для безпечної посадки корисних вантажів та людей на поверхню Марса.
- Використання ресурсів на місці (ISRU)
- Видобуток та використання ресурсів: створення життєздатних технологій та методологій видобутку та використання марсіанських ресурсів (наприклад, водяного льоду).
- Виробництво енергії: забезпечення стійкого та надійного виробництва енергії на Марсі з потенційним використанням сонячної та ядерної енергії.
- Здоров'я та безпека космонавтів
- Заходи протидії: Розробка ефективних заходів протидії згубному впливу мікрогравітації та радіаційного впливу на здоров'я людини.
- Медичні установи: створення комплексних медичних установ та протоколів для управління непередбаченими ситуаціями в галузі охорони здоров'я.
- Наукові дослідження та розуміння
- Геологічні дослідження: проведення ретельних геологічних досліджень для розуміння рельєфу, надр та потенційних ресурсів Марса.
- Пошук життя: Подальші дослідження для розуміння марсіанського середовища, в основному з упором на потенційне існування життя або його історичну присутність.
- Психосоціальна підготовка
- Відбір та підготовка екіпажів: створення надійних систем відбору, навчання та підтримки екіпажів астронавтів для управління психологічною та соціальною динамікою.
- Моделювання місій: проведення великих симуляцій місій для розуміння та підготовки до різних сценаріїв та завдань місій.
- Логістичне планування
- Ланцюжки поставок: створення надійних ланцюжків поставок, що забезпечують постійну доступність основних ресурсів та запасних компонентів.
- Системи зв'язку: Розробка надійних систем зв'язку для полегшення ефективного зв'язку із Землею, незважаючи на суттєву затримку.
- Глобальне співробітництво
- Міжнародне партнерство: Сприяння міжнародному співробітництву для об'єднання ресурсів, досвіду та розподілу обов'язків та вигод.
- Обмін знаннями: Створення глобальної структури обміну знаннями для покращення колективного розуміння та розвитку технологій.
- Соціальні та культурні аспекти
- Участь громадськості: взаємодія зі світовим співтовариством для формування колективного бачення та отримання суспільної підтримки марсіанських поселень.
- Збереження культури: розгляд того, як зберегти та передати культурну та біологічну спадщину Землі в марсіанських поселеннях.
Чи варто воно того?
Це питання має основне значення для будь-якого великого підприємства, і його необхідно поставити до (і після) розгляду та вирішення всіх проблем. Як і у випадку з пропозиціями щодо дослідження та створення постійної інфраструктури на Марсі, було наведено безліч причин, чому ризики прийнятні, а зусилля гідні. Як зазначає Нойкарт у своїй статті, вони варіюються від необхідності забезпечити наше виживання до наукових проривів, які це дозволить. Проте процес постійного заселення Марса сповнений проблем та небезпек.
Але, як стверджуватимуть прихильники марсіанського заселення, ці ж небезпеки являють собою можливість для інновацій, розвитку та нашого зростання як виду та цивілізації. Сказав Нойкарт:
«Потенційне поселення на Марсі має безліч переваг, які виправдовують прийняття на себе різних ризиків та проблем. Ці переваги, серед іншого, допомагають пояснити, чому прагнення заселити Марс, незважаючи на властиві йому ризики та проблеми, викликає інтерес та інвестиції з боку урядових та приватних організацій у всьому світі. Метою цієї ініціативи є не лише встановлення людської присутності на іншій планеті, але я також бачу досягнення, знання та спільні зусилля, яким сприяє подорож туди».
