Текст книги "Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия"

После нескольких месяцев самых разных предположений и спекуляций в 2017 г. НАСА и Boeing наконец раскрыли подробности своего плана по достижению Марса. Билл Герстенмайер из Управления пилотируемых исследований и операций НАСА познакомил общественность с амбициозным графиком испытаний, необходимых для отправки астронавтов на Красную планету[22]22
  www.nasa.gov/feature/deep-space-gateway-to-open-opportunities-for-distant-destinations.


[Закрыть].

После нескольких лет испытаний ракета СЛС с кораблем «Орион» будет впервые запущена в космос в 2019 г. Полет будет проходить полностью автоматически, без астронавтов, но ракета облетит Луну. Через четыре года – после 50-летнего перерыва – астронавты наконец вернутся к Луне. Экспедиция продолжится три недели, но прилуняться корабль не будет, все ограничится облетом нашего спутника. Целью этой экспедиции станет не столько исследование Луны, сколько испытание надежности системы СЛС/«Орион».

В новом плане НАСА, однако, есть один неожиданный поворот, удививший многих аналитиков. На самом деле система СЛС/«Орион» всего лишь «рок-группа на разогреве». Она послужит основным звеном, при помощи которого астронавты покинут Землю и отправятся в космос, но к Марсу их доставит совершенно новое семейство ракет.

Во-первых, НАСА рассчитывает построить «ворота в глубокий космос» – комплекс Lunar Orbital Platform-Gateway. Он похож на Международную космическую станцию, но меньше по размеру и обращаться будет вокруг Луны, а не вокруг Земли. Астронавты будут жить на этой платформе, которая задумана как заправочная станция и база снабжения для экспедиций к Марсу и к астероидам. Этот комплекс станет основой для постоянного присутствия человека в космосе. Строительство окололунной космической станции начнется в 2023 г., а в строй она вступит к 2026 г. Для ее строительства потребуется четыре экспедиции на СЛС.

Но главное во всем этом проекте – ракета, которая доставит астронавтов на Марс. Это совершенно новая система, получившая название Deep Space Transport. Строиться она будет в основном в открытом космосе. В 2029 г. Deep Space Transport пройдет первое серьезное испытание – осуществит полет по окололунной орбите продолжительностью 300–400 суток. Это позволит нам получить ценную информацию о долгосрочных космических экспедициях. В итоге, после тщательных испытаний, к 2033 г. Deep Space Transport должна доставить астронавтов на орбиту вокруг Марса.

Многие эксперты положительно оценили марсианскую программу НАСА, поскольку она последовательна и предусматривает пошаговый план строительства сложной многофункциональной инфраструктуры на Луне.

Однако план НАСА резко контрастирует с представлениями и планами Маска. План НАСА тщательно детализирован и предусматривает создание постоянной станции на окололунной орбите, но это медленный план, на его реализацию потребуется лет на десять больше, чем на план Маска. Его SpaceX, не отвлекаясь на создание окололунной космической станции, рвется сразу к Марсу и рассчитывает попасть туда, возможно, уже в 2022 г. Однако у проекта Маска есть недостаток – его космический корабль «Дракон» значительно меньше, чем Deep Space Transport. Время покажет, чей подход лучше: НАСА, Маска или комбинация того и другого проекта.

По мере того как постепенно проясняется все больше подробностей о первой экспедиции на Марс, мы можем порассуждать о шагах, необходимых для достижения Красной планеты. Давайте посмотрим, как может развиваться план НАСА в ближайшие несколько десятилетий.

Первые участники этой исторической миссии к Марсу, вероятно, уже родились, возможно, они сейчас изучают астрономию в старших классах школы. Они будут среди тех сотен людей, которые, как ожидается, добровольно вызовутся участвовать в первой экспедиции на другую планету. После тщательной подготовки по результатам очень строгого отбора отберут, предположительно, четырех кандидатов – по их опыту и навыкам. Вероятно, избранниками станут опытный пилот, инженер, ученый и врач.

Где-то около 2033 г., дав журналистам серию взволнованных интервью, астронавты взойдут, наконец, на борт космического корабля «Орион». Хотя объем нового корабля будет на 50 % больше, чем объем капсулы «Аполлон», внутри все равно будет тесно, что, впрочем, не имеет значения, ведь полет до Луны продлится всего трое суток. Когда корабль оторвется от Земли, астронавты почувствуют вибрацию интенсивно работающих двигателей ракеты-носителя СЛС. До этих пор космическое путешествие по описанию и ощущениям будет очень похоже на давнюю экспедицию «Аполлон».

Но на этом сходство закончится. С данного момента, по замыслу НАСА, экспедиция будет проходить совершенно иначе, чем прошлая. Попав на окололунную орбиту, астронавты приблизятся к Lunar Orbital Platform-Gateway – первой в истории космической станции на орбите Луны. Астронавты состыкуют свой корабль со станцией и немного отдохнут.

Затем они переберутся на Deep Space Transport, не похожий ни на один из прежних космических кораблей. Сам корабль и помещение для экипажа напоминают длинный карандаш с ластиком на одном конце (именно там находится капсула, в которой астронавты будут жить и работать). Вдоль карандаша расположена серия гигантских решеток с необычно длинными и узкими солнечными панелями, так что издалека ракета начинает походить на парусник. Если капсула «Орион» весит 25 т, то Transport – уже 41 т.

На два следующих года Deep Space Transport станет для астронавтов космическим домом. Его капсула намного больше «Ориона», обитателям будет где развернуться. Это важно, ведь им нужно ежедневно тренироваться, чтобы не допустить потери мускульной и костной массы, в противном случае на Марс они прибудут полными инвалидами.

Устроившись на борту Deep Space Transport, астронавты включат двигатели корабля. При этом они не ощутят мощного толчка и не увидят гигантских огненных струй, бьющих из хвоста ракеты, – ионные двигатели мягко разгонят корабль, постепенно придав ему нужную скорость. Глядя в окна, астронавты будут видеть только мягкое свечение горячих ионов, постоянным потоком истекающих из ракеты.

Deep Space Transport использует для транспортировки астронавтов в космическом пространстве новый тип двигателя – гелиотермический электрореактивный. Громадные солнечные панели ловят солнечный свет и превращают его в электричество. При помощи этого электричества атомы газа (к примеру, ксенона) лишаются электронов и превращаются в ионы. Затем электрическое поле выстреливает эти заряженные ионы из одного конца двигателя, создавая таким образом тягу. В отличие от химических двигателей, способных работать лишь по несколько минут, ионные двигатели могут постепенно ускорять аппарат на протяжении нескольких месяцев и даже лет.

После этого начинается собственно путешествие к Марсу, долгое и тоскливое, которое займет около девяти месяцев. Главной проблемой для астронавтов в этот период станет скука, так что им придется постоянно заниматься физкультурой, играми для поддержания внимания, проводить какие-то расчеты, разговаривать с родными и близкими, бродить по интернету и т. п. Во время перелета делать будет особо нечего, за исключением редких рутинных коррекций курса. Быть может, иногда астронавтам придется выходить в открытый космос и проводить какой-то мелкий ремонт или замену изношенных частей. По ходу путешествия время между отправкой сообщения на Землю и получением ответа будет постепенно расти и достигнет в конечном итоге примерно 24 минут. Скорее всего, астронавтам, привыкшим к мгновенной связи, будет психологически тяжело вести радиообмен при таком запаздывании.

Выглядывая в окно, они будут видеть, как Красная планета постепенно попадает в фокус и растет впереди по курсу. Когда придет время готовиться к высадке, активность на космическом корабле резко усилится и для астронавтов найдется дело. Они запустят двигатели на торможение: необходимо будет замедлить корабль, чтобы он мог мягко перейти на околомарсианскую орбиту.

Приблизившись к Красной планете, участники экспедиции увидят совершенно иную панораму, чем та, что открывается при взгляде из космоса на Землю. Вместо голубых океанов, заросших зеленым лесом гор и огней больших городов – безжизненный унылый ландшафт: рыжие пустыни, величественные горы, гигантские каньоны, намного превышающие по глубине земные каньоны, и невероятные пылевые бури, которые порой могут охватывать всю планету.

Наступит момент, когда астронавты войдут в марсианскую капсулу и отделят ее от основного корабля, который останется на околомарсианской орбите. Когда капсула войдет в атмосферу Марса, температура внутри резко вырастет, но теплозащита поглотит основной жар, порожденный трением о воздух. Потом теплозащита будет сброшена, посадочный аппарат включит тормозные ракетные двигатели и медленно опустится на поверхность Марса.

Выйдя из капсулы и пройдя немного по поверхности Марса, первопроходцы-астронавты откроют новую главу в нашей истории и сделают исторический шаг к реализации глобальной цели – превращения человечества в многопланетный вид.

Они проведут на Красной планете несколько месяцев, прежде чем Земля встанет в нужное положение для обратного путешествия. У участников экспедиции будет время для изучения поверхности Марса, установки солнечных панелей и для экспериментов по поиску следов воды или микробной жизни. Одна из возможных задач экипажа – бурение в вечной мерзлоте, ведь запасы льда под поверхностью Марса, вероятно, когда-нибудь станут источником питьевой воды, а также кислорода для дыхания и водорода для ракетного топлива.

Выполнив программу пребывания на Красной планете, астронавты вернутся в свою капсулу и взлетят. (Благодаря слабой силе тяжести на Марсе кораблю потребуется гораздо меньше топлива, чем потребовалось бы для отлета с Земли.) На орбите капсула состыкуется с главным кораблем, и астронавты начнут готовиться к девятимесячному путешествию обратно на Землю.

По возвращении на родную планету капсула приводнится где-то в океане. Астронавты вернутся на Землю и будут встречены с восторгом, как герои, сделавшие первый шаг к основанию новой ветви человечества.

На пути к Красной планете мы встретим множество препятствий. Но энтузиазм общества, а также упорство НАСА и частного сектора, скорее всего, позволят нам реализовать пилотируемую экспедицию на Марс в следующие 10–20 лет. Это поставит перед человечеством новую задачу: трансформировать Марс и превратить его в новый дом.

Мне кажется, что, когда дело дойдет до исследования и строительства городов и поселков на Марсе, это будет рассматриваться как один из величайших периодов в истории человечества – как время, когда люди ступили на землю другого мира и получили свободу построить собственный мир.

Роберт Зубрин

5. Марс: планета-сад

В фильме «Марсианин» 2015 г. астронавт в исполнении Мэтта Деймона оказывается в критической ситуации: ему предстоит выжить в одиночку на промерзшей, безжизненной, лишенной воздуха планете. Товарищи по экипажу случайно оставили его на Марсе, имеющихся припасов хватит всего на несколько дней. Герой должен собрать всю свою храбрость и изобретательность, чтобы протянуть до прибытия спасательной экспедиции.

Фильм получился достаточно реалистичным, чтобы зритель мог прочувствовать трудности, с которыми столкнулись бы марсианские колонисты. Во-первых, это яростные пылевые бури, которые покрывают всю планету тончайшей, напоминающей тальк рыжей пылью. Одна такая буря чуть не опрокинула в фильме космический корабль. Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа, а атмосферное давление составляет всего 1 % от земного, так что без защиты астронавт через несколько минут задохнулся бы в разреженном марсианском воздухе и кровь в его жилах начала бы кипеть. Чтобы выработать кислород для дыхания, Мэтту Деймону пришлось запустить в своей герметичной космической станции химическую реакцию.

А поскольку запасы пищи тоже стремительно таяли, ему пришлось устроить искусственный огород и выращивать растения, используя в качестве удобрений отходы собственной жизнедеятельности.

Астронавт в фильме предпринимает один за другим мучительные шаги, необходимые для создания на Марсе экосистемы, способной долгое время поддерживать его жизнь. Безусловно, «Марсианин» помог разбудить воображение нового поколения, хотя интерес людей к Марсу имеет долгую и интересную историю, которая восходит еще к XIX в.

В 1877 г. итальянский астроном Джованни Скиапарелли обратил внимание на странные тонкие отметины на Марсе, которые казались результатом действия каких-то природных процессов. Он назвал эти отметины canali, то есть протоками (по-английски channel). Однако с итальянского языка на английский их перевели более близким по написанию словом canal – близким по смыслу, но предполагающим искусственное, а не естественное происхождение. Простая ошибка перевода породила целую лавину рассуждений и фантазий и привела к возникновению стойкого мифа о марсианах. Богатый и эксцентричный американский астроном Персиваль Лоуэлл выдвинул теорию: Марс – это умирающая планета, и марсиане выкопали каналы в отчаянной попытке оросить пересохшие поля водой тающих полярных шапок. Лоуэлл посвятил жизнь поиску доказательств своей гипотезы. На свои средства – а у него было значительное состояние – он построил современную обсерваторию в городке Флагстафф в Аризонской пустыне. (Ему так и не удалось доказать существование марсианских каналов, а много лет спустя фотографии с космических зондов показали, что это была всего лишь оптическая иллюзия. Но обсерватория Лоуэлла добилась успехов в других областях: на ней был открыт Плутон и именно здесь были получены первые указания на расширение Вселенной.)

В 1897 г. Герберт Уэллс написал «Войну миров». Марсиане в этом романе планировали уничтожить человечество и «терраформировать» Землю так, чтобы по климату и условиям она стала похожа на Марс. Книга дала начало новому литературному жанру (его можно обозначить как «атаки марсиан»), и праздные эзотерические дискуссии профессиональных астрономов превратились внезапно в вопрос выживания рода человеческого.

В 1938 г. накануне празднования Хеллоуина американский режиссер Орсон Уэллс на основе отрывков из романа поставил серию коротких драматичных и реалистичных радиопередач. В них говорилось, будто на Землю вторглись враждебные марсиане, постановки прерывались выпусками псевдоновостей о ходе вторжения, о том, что земные вооруженные силы уничтожаются лучами смерти и марсиане на гигантских треножниках окружают Нью-Йорк. Часть радиослушателей пришла в ужас, слухи стремительно разлетелись по всей стране. Когда они были разоблачены и хаос пошел на убыль, представители крупных средств массовой информации поклялись никогда больше не устраивать подобных розыгрышей – не излагать вымысел так, как передавали бы реальное сообщение. Этот запрет действует и сегодня.

Марсианская истерия охватила многих людей. Юный Карл Саган был заворожен романами о Марсе – вспомним хотя бы романы о приключениях Джона Картера. В 1912 г. Эдгар Райс Берроуз, прославившийся романами о Тарзане, попробовал свои силы в научной фантастике. Он написал роман о том, как американский солдат времен Гражданской войны перенесся на Марс и какие приключения он там пережил. Берроуз рассуждал так: поскольку тяготение на Марсе намного слабее земного, Джон Картер стал бы там практически сверхчеловеком. Он получил бы возможность прыгать на невероятные расстояния и побеждать инопланетян-тарков, спасая прекрасную Дею Торис. Историки культуры считают, что такое объяснение суперспособностей Джона Картера позже сформировало основу истории про Супермена. В издании Action Comics 1938 г., где впервые появляется Супермен, его суперспособности приписываются именно слабости тяготения Земли в сравнении с его родным Криптоном.

Перспектива поселиться на Марсе может показаться романтичной в научной фантастике, но в реальности она выглядит весьма устрашающе. Одна из стратегий процветания на этой планете состоит в том, чтобы использовать все доступные ресурсы, например лед. Поскольку Марс проморожен насквозь, все, что вам придется сделать для того, чтобы добраться до вечной мерзлоты, – это вырыть яму в пару метров глубиной. Выкопанный лед можно расплавить и очистить для получения питьевой воды или превратить в кислород для дыхания и водород для обогрева и ракетного топлива. Для защиты от радиации и пылевых бурь колонистам, возможно, придется построить подземное убежище. (У Марса настолько разреженная атмосфера и настолько слабое магнитное поле, что частицы, приходящие из космоса, не поглощаются и не отражаются, как на Земле, поэтому космическая радиация будет представлять для колонистов настоящую проблему.) Или было бы удобно устроить первую марсианскую базу в гигантской лавовой трубке возле какого-нибудь вулкана (этот вариант мы уже обсуждали для Луны). Учитывая количество вулканов на Марсе, таких трубок там, вероятно, найдется немало.

Сутки на Марсе имеют примерно ту же продолжительность, что и на Земле. Наклон оси вращения этой планеты по отношению к Солнцу тоже соответствует земному. Но к тяготению на Марсе, которое составляет всего 40 % земного, поселенцам придется привыкать – как и на Луне, им придется упорно тренироваться, чтобы избежать потери мышечной и костной массы. Им также придется свыкнуться с жестоким холодом и вести постоянную борьбу за то, чтобы не замерзнуть насмерть. Температура на Марсе редко превышает температуру замерзания воды, а после захода Солнца может упасть до –127 °C, так что любой отказ оборудования или сбой электроснабжения может представлять опасность для жизни.

Из-за этих и ряда других препятствий, даже если мы сможем отправить первую пилотируемую экспедицию на Марс к 2030 г., нам вряд ли удастся раньше, чем к 2050 г., накопить на этой планете достаточно оборудования и припасов для создания постоянного форпоста.

Поскольку физические нагрузки на Марсе необходимы всем – без них не удастся избежать потерь мышечной массы, – астронавты будут вынуждены активно и в обязательном порядке заниматься спортом. Здесь-то и может обнаружиться, к общей радости, что все они обрели сверхчеловеческие способности.

Но это означает также, что спортивные сооружения придется конструировать заново. Поскольку тяготение на Марсе составляет чуть больше трети земного, человек там, в принципе, может прыгнуть втрое выше, чем на Земле. Он может также бросить мяч втрое дальше, так что баскетбольные и бейсбольные площадки и футбольные поля придется увеличивать.

Более того, атмосферное давление на Марсе составляет около 1 % от земного, а это значит, что аэродинамика бейсбольного и футбольного мяча там кардинально изменится. Главная трудность – точное управление мячом. На Земле атлетам платят миллионы за особенно развитую способность управлять движением мяча, на отработку которой уходят годы практики. Это умение непосредственно связано со способностью атлета управлять вращением мяча.

Летящий мяч порождает в воздухе турбулентность – маленькие круговые вихри, которые заставляют мяч слегка вилять и замедляют его. У бейсбольного мяча эти вихри создаются выпуклыми швами, что и определяет его вращение. У мячика для гольфа они создаются впадинками на его поверхности. У футбольных мячей главную роль играют стыки между панелями покрышки.

Регбисты бросают мяч так, чтобы он быстро вращался в полете. Вращение снижает степень турбулентности у поверхности мяча, и он летит намного дальше и ровнее. Кроме того, из-за быстрого вращения он, как маленький гироскоп, сохраняет направление оси вращения. Такой мяч точнее летит и легче ловится.

Физика воздушных потоков позволяет показать, что многие мифы, имеющие отношение к бросанию бейсбольного мяча, вполне правдивы. Бейсболисты давно уже утверждают, что умеют бросать крученые мячи, и это позволяет им построить траекторию полета, которая на первый взгляд противоречит здравому смыслу.

Однако замедленная съемка показывает, что это утверждение соответствует действительности. Если бейсбольный мяч бросают так, что он почти не вращается в полете, тогда турбулентность вокруг него достигает максимального уровня, а траектория становится беспорядочной. Если такой мяч быстро вращается, давление воздуха с одной его стороны становится чуть больше, чем с другой (благодаря так называемому принципу Бернулли), и мяч может повернуть в определенном направлении.

Все это означает, что низкое атмосферное давление на Марсе может вызвать сложности для атлетов мирового класса с Земли: они потеряют способность управлять мячом. На Марсе, возможно, придется выращивать своих, марсианских, спортсменов. Все это может привести к организации нового Марсианского олимпийского движения и игр, на которых будут разыгрываться награды, в том числе и по неожиданным, физически невозможным на Земле видам спорта, которых пока попросту нет.

Нельзя исключить, что условия на Марсе внесут новую артистичность и элегантность и в уже существующие виды спорта. Фигуристы, к примеру, на Земле могут прыгать не более чем на четыре оборота. Исполнить пятерной прыжок пока не удалось ни одному спортсмену. Объясняется это тем, что высота прыжка определяется скоростью при отрыве от поверхности и силой тяготения. На Марсе фигуристы, благодаря слабому тяготению и низкому атмосферному давлению, смогут взлетать в воздух в три раза выше и исполнять головокружительные прыжки и вращения. Гимнасты на Земле исполняют чудесные винты и перевороты в воздухе, потому что их мышечная сила превышает вес тела. Но на Марсе эта сила будет намного превышать сниженный вес тела, и это позволит им исполнять невиданные никогда прежде винты и перевороты в воздухе.