Миссия по освоению Марса: новый подход
Селфи марсохода Curiosity на Марсе, NASA, 2015
Первый проект колонизации Марса - Mars One - появился в 2010 году. На данный момент миссия близка к провалу (у основателей нет контрактов ни с одной космической компанией), что не означает невозможность освоения планеты. vitus_wagner и его читатели обсуждают создание искусственной биосферы, источники энергии и роль роботов в развитии внеземной цивилизации.
vitus_wagner:
Mars Two
Допустим, проект Mars One провалился, и ничего хорошего из него уже не выйдет (это не факт, какие-то инженерные проработки ещё могут быть сделаны теми, кто в нём ещё не разочаровался, но допустим).
Каким может быть следующий проект позволяющий привлечь внимание общественности к задаче освоения Марса?
Попробуем рассмотреть вариант, который не требует собирания кучи денег, необходимой для реальной отправки аппарат на Марс.
Этап первый
Что можно сделать на Земле?
1. Отработка будущих сооружений для колонии (куполов с искусственными биосферами). Очевидно, что строительные мощности, которыми смогут располагать первые колонисты, равно как и масса доставленных с Земли грузов будет крайне ограничена. Поэтому надо отрабатывать лёгкие и дешёвые конструкции на базе надувных тонкоплёночных куполов. (включая и процедуры поиска и ремонта течей, возникших в результате ударов микрометеоритов, камушков, переносимых ураганами etc).
Вообще говоря, мы можем в каждом поселении, расположенном на 60° N и севернее, построить по купольной технологии тропический парк и выращивать там апельсины. Местное население только радо будет такому развлекательному объекту. А когда технология немножко разовъётся, можно и жилые комплексы делать. Какой нефтяник Ямбурга откажется жить в бунгало, увитом плодоносящим виноградом и кушать апельсины прямо с дерева?
А модель потребления кислорода и продуктов искусственной биосферы в заполярном посёлке нефтяников, работающих в основном за пределами данного посёлка, будет уже весьма близка к таковой у марсианского или лунного купола, где тоже люди в основном работают снаружи.
Далее, в высокогорных районах Земли - Гималаях, Альпах, Памире, Андах, можно заниматься отработкой сразу двух направлений:
1. Куполов, которые имеют перепад давления с внешней средой примерно как на Марсе (25-30КПа)
2. Искусственных биосфер, которые живут при давлении заметно меньше земного атмосферного (ну тут меньше 50КПа вряд ли получится, слишком высоко забираться надо.
2. Марсианский транспорт. Очевидно, что на Марсе, в естественной атмосфере которого нет дармового окислителя, потребуется использовать транспорт, снабжающийся тем, что там есть. Можно попытаться разработать экспедиционный транспорт на солнечных батареях. На Земле, конечно, солнечные батареи дают больше энергии, чем на Марсе, но и тратить энергии на преодоление неровностей рельефа из-за большей гравитации придётся больше.
Так что играться с этим транспортом вполне можно в тропических и субтропических широтах, где Солнца много.
Можно попробовать работать по схеме, описанной Энди Вейром - два часа на рассвете едем, потом раскладываем большие солнечные батареи и до заката заряжаемся. Попутно (поскольку транспорт у нас экспедиционный), пока идёт зарядка, можно исследовать окрестности стоянки.
3. Марсианский костюм. Костюм, позволяющий неакклиматизированному человеку успешно заниматься физическим трудом в условиях зимных восьмитысячников или Центральной Антарктиды зимой, пожалуй, окажется пригодным для работы акклиматизированного человека в условиях Марса.
Все эти задачи решаются стартапами со стартовым капиталом более-менее сравнимым с тем, что можно набрать на всяких кикстартерах.
Этап второй
Около Земли.
Пока что стоимость вывода грузов на низкую околоземную орбиту запретительно велика для того, чтобы группа энтузиастов занималась там биологическими экспериментами, тем более с участием людей. Но глядишь задача многоразовых ракет-носителей будет решена, или даже взлетит что-то вроде «Скайлона» и можно будет переходить к следующему этапу.
Отработка межпланетного транспорта
Включает в себя следующие задачи:
1. Создание жилого (пассажирского) модуля с искусственной гравитацией, после 500 дней полёта в котором человек будет иметь достаточную физическую форму для того, чтобы заниматься физической работой на Марсе.
2. Создание жилого (пассажирского) модуля, способного обеспечивать своих обитателей всем необходимым для жизни в течении 500-1000 дней без дооснащения с Земли.
3. Учитывая, что в марсианском корабле каждый килограмм на счету, эти жилые модули должны на одного пассажира иметь не 50 тонн массы, как МКС, а намного меньше, в идеале 1-2 тонны.
4. Отработка активной электромагнитной защиты от заряженных частиц солнечного ветра и радиационных поясов Земли. Для этой цели поначалу можно запустить вглубь радиационного полюса микроспутник с дозиметром на борту, оборудованный такой защитой. Потом, когда конфигурация будет плюс-минус отработана, запустить что-то вроде «Биона» с мышами и прочими землеройками. Кстати, туда нужно будет засунуть малогабаритного дистанционно управляемого человекоподобного робота. Чтобы не было таких проблем, что из-за аварии кормушки половина мышей передохла. Кстати, подобные роботы в межпланетном корабле позволят выполнять большую часть регламентных работ в безгравитационной части, не надевая скафандров и не покидая комфортной жилой зоны.
На низкой орбите нужно создать достаточно большой объект (кольцо) с марсианской гравитацией и марсианской атмосферой. Можно даже попробовать за счёт светофильтров обеспечить марсианскую солнечную постоянную. На этом объекте можно будет испытывать технику, тренировать людей и т. д. Кстати, туризм туда будет по ценам сравним с орбитальным, что может сделать объект чуть ли не самоокупаемым, учитывая что стоимость вывода заметно меньше нынешней.
Поскольку это крайне дорогой и крупный объект, скорее всего он будет создан при орбитальной верфи или орбитальном учебном комплексе где будут заодно и готовиться специалисты по работе в безгравитационной среде (будущие экипажи межпланетных кораблей) и специалисты для работы на Луне. Там же должны быть достаточно мощные мастерские (благо зона с по крайней мере марсианской гравитацией есть. А может и земная есть в жилых отсеках для новичков), чтобы вносить изменения в конструкцию тестируемой техники на месте, досталяя с Земли минимум запасных частей.
Очевидно, что даже при ценах на вывод грузов на порядок-два меньших современных и при наличии опыта создания крупных надувных конструкций, который будет получен на первом этапе проекта, вторая часть потребует существенно больших сумм, чем можно сейчас собрать краудфундингом.
Обсудить
Обсуждение роли роботов в освоении космоса
vitus_wagner спорит в комментариях с tzirechnoy о преимуществах человека над роботом:
> Если колония заканчивается куполом диаметром в километр - то и она не нужна.
Почему не нужна? Если в этом куполе сидят операторы, управляющие роботами, которые строят ещё 50 объектов в радиусе 1000 км?
> Я, естественно, про транспорт, который будет:
> 1) Возить геологов на разведку.
> 2) Возить с ними планетологов и прочий учёный люд.
Вот это и есть экспедиционный транспорт. Он представляет собой мобильный базовый лагерь, который периодически перемещается километров на 20-50, а потом там стоит, пока исследователи ходят в пешие маршруты вокруг. Или не совсем пешие, от рельефа зависит. Но однодневные, с притаскиванием образцов в лабораторию, размещённую в этом мобильном лагере.
Тут как раз очень хорошо сочетается то, что большую часть светлого времени этот лагерь вынужден стоять неподвижно и то, что в светлое время можно разложить складные солнечные батареи и накапливать энергию. Но перемещаться всё равно надо в светлое время. Потому что выбор места следующей остановки все равно за людьми.
> Для этого - нужэн аналог Curiosity на приличной мобильной платформе.
Увы, нет. Нужны люди. С ногами, руками глазами и мозгами.
Аналог Curiosity их не заменит. Разве что этот самый аналог будет сначала лет несколько испытываться на Земле в реальных геологических партиях. Причём в каждой партии при роботе будут програмист, имеющий возможность нахрен переписать его софт и инженер, который может в широких пределах переделывать исполнительные органы.
И первый экземпляр этого аналога будет отправлен на Марс не раньше чем нормальные земные геологи скажут «что-то мне лень топать до вон того обнажения. Пошлём робота, пускай опишет и образцы притащит».
> Ну, лучшэ 50 аналогов curiosity, конечно. Собственно, этот вопрос плюс-минус успешно выясняет NASA в настоящее время, своими аппаратами.
NASA там откровенной хернёй страдает. Поскольку они после относительно удачной миссии Spirit-Opportunity не послали 50 «спиритов», а вместо этого отправили агрегат весом в тонну с мощностью источника энергии в сотни ватт, там планированием миссий занимаются инженеры, а не геологи. И планируют по принципу «а вот какую ещё херовину мы сумеем сделать в рамках выделенного бюджета».
Такие базовые принципы полевых работ, как работа обязательно в паре они даже не пытались применить к роботам. Ну и эта колесная фигня по обрывам лазить не умеет, а её якобы «буровая установка» способна на примерно то же самое, что делает человек обычным молотком.
Если я еще могу поверить в то, что толпа роботов с одним человеком во главе способна заменить толпу людей в строительных работах, то в исследовательской деятельности человеку равных не будет еще долго.
Поэтому, когда встанет задача реальной съёмки поверхности Марса, отправить туда десяток отрядов по 10-12 человек, снабженных вездеходами с лабораторным оборудованием, окажется намного эффективнее, чем отправить туда то количество «аналогов Curiosity» которое можно отправить за эти деньги.
Вся эта возня с роботами-роверами имеет смысл до тех пор, пока у нас бюджет недостаточен для отправки хотя бы одной нормально оснащённой группы людей.
Ответить
taris_marh о том, зачем нужны роботы:
Собственно, толпа роботов полезна как раз для экономии работы ногами. Причём, толпа не «аналогов Curiosity», а довольно тупых лёгких и дешёвых «бегунков» с по типу багги с камерой, лапками и небольшим сверлом для отковыривания интересного камушка. Чтобы просто разослать всю эту толпу сразу во всех направлениях, задав какие-то критерии интересности, а потом просматривать, что они там нашли и просто видят на местности. Заодно имея возможность сказать такому бегунку взять вот этот любопытный камушек и тащить его на базу. И уже на самое интересное выходить ногами. Как раз километров 20-50 можно будет такими покрывать за день, наверное.
Бегунки с ногами, вроде тех «собачек», видео с которыми периодически всплывают, может, имеют большую проходимость, но вот затраты энергии там куда больше. Наверное, стоит подумать о каком-то гибридном шасси, позволяющем карабкаться по крутому склону или между/над камнями и подняться после опрокидывания с помощью более простых «ног», но колесо однозначно выигрывает по скорости на единицу мощности на относительно ровной поверхности. А скорость это время, для экономии которого такие бегунки и нужны. Разве что, нескольких типов делать.
Ответить
О долгосрочном планировании проекта и ресурсах для его реализации
vitus_wagner объясняет, почему планирование колонизации Марса на 50 лет вперёд является бессмысленным, и откуда можно черпать ресурсы:
Если проект требует планирования с перспективой 50 лет, он нереализуем принципиально. Десять-пятнадцать лет это максимальный срок, в течение которого может реализовываться осмысленный проект (Суэцкий канал, транссибирская магистраль). К концу этого срока могут оставаться какие-то недоделки (Северомуйский тоннель на БАМе), но в принципе оно должно уже работать и делать что задумано.
Но даже и на этом сроке технические изменения будут достаточно велики, особенно если речь идёт о массированном получении нового опыта (опыта действий в условиях другой планеты).
Поэтому придётся придумать такой способ создания внеземных колоний, при котором технические изменения в процессе реализации проекта будут приемлемыми.
Собрать десятки миллиардов заранее - это нереально. Поэтому я и предлагаю слона есть по частям - решать частные технические задачи, которые вероятно пригодятся.
И не исключено, что для каждой задачи потребуется создать более одного решения, которые окажутся востребованными на разных этапах развития колонии или в разных её местах.
Что касается поставленных задач
1. Энергообеспечение. Увы, существует ровно два доступных людям источника энергии - это термоядерная энергия Солнца (возможно, опосредованная климатическими процессами, фотосинтезом растений etc) и энергия распада тяжёлых элементов. На Земле есть ещё энергия земных недр, но на Марсе по современным данным с этим швах.
Для получения энергии из распада тяжёлых элементов требуется развитая промышленность, добыча нескольких десятков различных редких и рассеянных элементов. В общем производство ТВЭЛов колонии долго будет не по зубам. Лет этак двадцать или тридцать. Поэтому расчитывать на период более одного марсианского года можно только на энергию Солнца. Причём скорее всего, на начальном этапе на прямое её преобразование. Использование энергии ветра малореально из-за низкой плотности атмосферы, текучей воды там нет совсем, а растения для фотосинтеза ещё развести надо. Поэтому надо рассчитывать на то, что энергообеспеченность колонии несмотря на её высокотехнологичность будет примерно на уровне раннепромышленной эпохи, до широкого распространения паровых машин.
2. Воду придётся добывать. Как полезное ископаемое. Благо месторождения льда уже известны, как на Марсе, так и на Луне. После чего из этой воды и углекислого газа марсианской атмосферы запускать искусственные биоценозы и выращивать еду. Вот эту технологию можно отрабатывать на Земле.
3. Производство строительных материалов в условиях а) дефицита энергии б) невозможности использования процессов, идущих в водной среде (например отвердевания бетона) под открытым небом - это тоже ещё тот challenge. И не исключено что разработанная для этого технология окажется опять же востребованной и на Земле, например в засушливых областях.
Ответить
vitus_wagner рассматривает основные возможные источники энергии:
Радиоактивность на Марсе, как уже выяснили, не сильно больше, чем на Земле.
Вот пыль, которую несёт хотя и тощая, но атмосфера, может оказаться существенно более неприятным фактором.
Срок жизни батарей будет, естественно, ограничен. Ну лет десять, к примеру.
Но квадратные километры батарей мы же не с Земли повезём. Поэтому просто будут батарейки периодически заменяться.
Всё будет периодически заменяться, вплоть до обшивки куполов. Это и на Земле так. Любое человеческое поселение это не артефакт, это процесс. Это непрерывное поддержание всего в рабочем состоянии, замена неисправного и т. д. Если это перестать делать, город превращается в непригодные для жизни развалины в течение десятилетий, а от деревни остаётся только заросший крапивой пятачок с погребёнными в земле археологическими находками.
Ответить