Марс до и после катастрофы. размышления о жизни на красной планете — земля до потопа: исчезнувшие континенты и цивилизации

Этап VI: Современный Марс (2013- наше время)

Сегодня можно выделить два реальных направления в освоении Марса. Первое — это NASA, со своей разработкой корабля «Орион».

Второе направление — это практически выстрелившая компания SpaceX. Разработав ракеты, уменьшающие бюджет космических перелетов, Илон Маск заявил о цели: в течении полувека построить на Марсе полностью автономное поселение и переселить туда миллион человек. Но, несмотря на оптимизм, остается много вопросов.

С первых планов покорения Марса прошел не один десяток лет, но планета так и не была освоена. Случится это при нашей жизни или при наших потомках — никто не знает. Поэтому современным оптимистам остается только верить и надеяться, что однажды Марс покорится человеку.

Второе: источник метана

Следующий шаг в направлении пониманию того, может ли Марс поддерживать жизнь, по мнению ученых, заключается в том, чтобы раскопать поверхность Марса и выяснить, откуда берется весь этот метан. В то время как живые существа на Земле производят метан по мере переваривания пищи, это не единственный способ создать этот газ в атмосфере. Будущая миссия NASA InSight заглянет под поверхность Марса. Ее основная задача — разобраться в сейсмической активности планеты, но кто знает, что она найдет вместе с этим.

Почему уровень метана на Марсе колеблется? Сезонное замерзание и таяние льда, который постепенно захватывает и выпускает метан (мы знаем это из данных ровера «Кьюриосити»). Но нет никакого простого способа проверить, сколько этот метан там находится и становится ли его больше со временем. И это значит, что поиск источника марсианского метана куда сложнее, чем схватить за палец маленького зеленого человечка.

Исследуя химический состав подземных образцов и атмосферы, ученые могли бы узнать, откуда берется этот метан — из биологических процессов или сложных химически реакций, которые вовсе не подразумевают жизнь.

Ученые, которые это все рассматривают, впрочем не считают, что у нас есть убедительные доказательства существования жизни на Марсе. На самом деле, как однажды сказал Калеб Шарф, гораздо разумнее предположить, что она не существует нигде, кроме Земли. В конце концов, это единственное место, которое мы знаем наверняка.

Но если, по какой-то фантастической вероятности, под поверхностью укрылись микробы или если на Марсе была другая форма жизни, стратегия авторов этого исследования, вероятно, представляет наш лучший шанс найти их.

Согласны? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Добыча полезных ископаемых на Марсе

Зачем вообще что-то синтезировать на Марсе? Почему просто не привезти все необходимое туда с Земли? Проблема в стоимости этого удовольствия. По некоторым оценкам доставка одного килограмма полезной нагрузки (например, топлива) с Земли на Марс — то есть, вывод этого килограмма на низкую околоземную орбиту, отправку его к Марсу, замедление космического аппарата при выходе на орбиту планеты и наконец безопасную посадку на поверхность – потребуется сжечь 225 килограммов ракетного топлива. Соотношение 225:1 – та еще эффективность. При этом те же цифры будут характерны при использовании любого космического корабля. То есть, для доставки той же тонны воды, кислорода или технического оборудования на Красную планету потребуется сжечь 225 тонн ракетного топлива. Единственный способ избавить себя от такой затратной арифметики – собственное производство воды, кислорода или того же топлива на месте.

Сразу несколько исследовательских и инженерных групп в NASA работают над решением различных аспектов этой проблемы. Например, команда Swamp Works из Космического центра Кеннеди недавно начала сборку всех отдельных модулей системы добычи полезных ископаемых. Установка представляет собой ранний прототип, но сочетает в себе все детали, которые будут необходимы для работы пылеулавливающей фабрики.

Долгосрочный план NASA направлен на колонизацию Марса, но сейчас агентство сконцентрировало все свои силы и внимание на Луне. Таким образом проверка большей части разрабатываемого оборудования будет проводиться сперва на лунной поверхности, что в свою очередь позволит решить все возможные проблемы, чтобы избежать их в будущем при использовании установки на Марсе

Пыль и грязь на внеземном космическом теле принято называть реголитом. В общем смысле речь идет о вулканической породе, которая за несколько миллионов лет под воздействием различных погодных условий превратилась в мелкий порошок. На Марсе под слоем коррозийных минералов железа, которые дают планете ее знаменитый красноватый оттенок, лежит толстый слой кремниевых и кислородных структур, соединенных с железом, алюминием и магнием. Добыча этих материалов представляет собой очень сложную задачу, поскольку запасы и концентрация этих веществ может варьироваться от одной области планеты к другой. К сожалению, эта задача усложняется еще и низкой гравитацией Марса – копать в таких условиях, используя преимущество массы гораздо сложнее. На Земле для добычи полезных ископаемых мы обычно используем большие машины. Их размеры и вес позволяют прилагать достаточно усилий для того, чтобы «вгрызаться» в грунт. Везти на Марс такую роскошь будет совершенно непозволительно. Помните проблему стоимости? С каждым граммом, который будет отправлен на Марс, цена всего запуска будет постоянно возрастать. Поэтому в NASA работают над тем, как производить добычу минералов на Красной планете с использованием легковесного оборудования.

Космический экскаватор. NASA разрабатывает роботизированный экскаватор с двумя противоположными барабанными ковшами, вращающимися в противоположном друг от друга направлении. Такой подход позволит машине работать в условиях низкой гравитации и исключит необходимость в приложении больших усилий

Этап I: Наследие рейха (40-50-е годы)

Как не странно, но первым человеком, которой серьезно заговорил о высадке на Марсе, был Вернер фон Браун. Именно этот ученый, создатель ракет «Фау», носителя «Saturn» для «Аполлона» и работающий на правительство США после победы над нацисткой Германией, заговорил о высадке на Марс. Он даже написал книгу «Проект Марса», в которой детально описал подробности высадки. Для этого требовалось:

  • — Десять кораблей массой 4000 тон;
  • — 70 членов экипажа;
  • — Высадка проходила на марсианских ледниках;
  • — Спуск к низинам проходил на лыжах;
  • — Постройка взлетной полосы для новых кораблей.

Несмотря на невыполнимость планов, идея захватила общество. Были созданы передачи, нарисованы иллюстрации и произошла первая подготовка общества к будущей мечте.

Как добываются ресурсы на Марсе

Знакомьтесь, RASSOR (Regolith Advanced Surface Systems Operations Robot) – автономный добытчик, разработанный с единственной целью – копать реголит в условиях низкой гравитации

При разработке RASSOR (читается как «рейзор» — от английского «лезвие») инженеры NASA уделили особое внимание его системе силовых приводов. Последние состоят из моторов, редукторов и других механизмов, составляющих основную массу всей установки

Здесь используются бескаркасные двигатели, электромагнитные тормоза, а также, среди прочих вещей, 3D-напечатанные титановые корпуса – все для того, чтобы минимизировать общий вес и объем конструкции. Как итог, система обладает примерно в половину меньшей массой, по сравнению другими приводами, имеющими аналогичные технические характеристики.

Для рытья RASSOR использует два оппозиционных барабанных ковша, каждый из которых оснащен несколькими зубьями для захвата материала. При движении аппарата барабанные ковши вращаются. Приводы, которые их удерживают, опускаются и барабаны, полые внутри, в буквальном смысле срезают верхний слой поверхностного реголита. Другими словами, комбайн производит забор лишь верхнего слоя материала, а не роет вглубь. Еще одной ключевой особенностью RASSOR является оппозитная конструкция – барабаны вращаются в разных направлениях. Это позволяет не применять большие усилия для забора грунта в условиях низкой гравитации.

Как только барабаны RASSOR заполняются, робот прекращает сбор и движется в сторону перерабатывающей фабрики. Для разгрузки реголита машина просто вращает барабаны в противоположном направлении – материал падает через те же отверстия в барабанах, через которые производился его сбор. Имеющая у фабрики своя роботизированная рука-подъемник собирает доставленный реголит и отправляет его на загрузочную ленту фабрики, которая в свою очередь доставляет материал в вакуумную печь. Там реголит будет разогреваться до высоких температур. Содержащиеся в материале молекулы воды будут выдуваться сухой газодувкой, а затем собираться с помощью охлаждающего термостата.

Вы возможно задаетесь вопросом: «а разве марсианский реголит изначально не сухой?». Сухой, но не везде. Все зависит от того, где и как глубоко вы будете копать. В некоторых областях планеты всего в нескольких сантиметрах под поверхностью имеются целые пласты водного льда. Еще ниже могут находиться сернокислая известь и песчаники, в которых может содержаться примерно до 8 процентов воды от общей массы массива.

После конденсации отработанный реголит выбрасывается обратно на поверхность, где RASSOR может его подобрать и отвезти в более удаленное от фабрики место. Эти «отходы» на самом деле представляют собой очень ценный материал, поскольку из него при помощи технологий 3D-печати, которые в настоящий момент также разрабатываются в NASA, можно будет создавать защитные сооружения для поселения, а также дороги и посадочные площадки.

Схема добычи полезных ископаемых на Марсе в картинках:

Разработка: Колесный робот производит забор реголита вращающимися ковшами с забороными отверстиями

Транспортировка: Вращающиеся в обратном направлении ковши-барабаны разгружают реголит в роботизированную руку фабрики

Переработка: Для извлечения воды из реголита его разогревают в печи, где происходит электролиз водорода и кислорода

Передача: После получения определенного объема вещества, другая роботизированная рука, оборудованная специальной защитной закрытой системой, загружает его на мобильный роботизированный танкер

Использование и хранение: Астронавты будут использовать воду и кислород для дыхания, а также выращивания растений; топливо будет храниться в виде криогенных жидкостей для будущего использования

Вся вода, которая будет добываться из реголита, будет проходить тщательную очистку. Модуль очистки будет состоять из многофазной системы фильтрации, а также нескольких деионизирующих подложек.

Этап IV: Mars to Go (90-е годы)

В 90-х годах президентом США, Джорджем Бушем-старшим, была подана инициатива проекта по исследованию Марса. Высадка планировалась в 2019 году. Но, как всегда, провал идеи крылся в деньгах и разногласиях между правительством и NASA. К тому времени как проект попал в конгресс, его цена перевалила за 450 миллиардов. Соответственно план не был принят.

Потерпев фиаско, защитники Красной планеты не опустили руки и разработали план «Mars Direct». Идея состояла в том, что на Марс отправлялся космический аппарат, который мог, в результате переработки почвы, получать топливо. Затем отправлялись космонавты на срок в 500 дней. Но проекту так и не дали ход, хотя руководители говорили о возможной поддержке на 25 лет и обвиняли NASA в создании препятствий.

Миф и реальность

Несмотря на то, что Джон Картер (герой одноименного фильма о Марсе) покорил Марс, в обычной жизни это оказалось очень трудным заданием. На пути романтиков возникли препятствия:

  • — На Марсе практически нет пригодной для дыхания атмосферы;
  • — Условия пребывания сравнимы с Антарктидой;
  • — Путешествие, при современном развитии техники, будет длиться, как минимум, один год;
  • — Финансирование проекта не обойдется без государственных инвестиций, а правительство не любит тратить деньги, если не видит выгоды и перспективы.

Так же не сформулирована четкая цель посещения планеты. Одни ученые ставят в приоритет только высадку, другие – хотят поселение, третьи – уже говорят о регулярных рейсах. Этот хаос научных идей является одним из препятствий для достижения цели. Когда же это все началось?

Когда мы будем жить на Марсе?

Для начала космической колонизации ученым и инженерам предстоит решить множество технических задач

Например, очень важно определить, подходит ли каждая разрабатываемая подсистема установки по добыче природных марсианских ресурсов для масштабирования. Сможет ли она удовлетворять все потребности и выйти на тот уровень пропускной способности, который будет необходим в рамках пилотируемых миссий на Красную планету

Согласно недавним подсчетам специалистов NASA, подобная система примерно за 16 месяцев должна будет производить около 7 тонн жидкого метана и около 22 тонн жидкого водорода. Исходя из этого, для максимальной отдачи необходимо очень точно определить наиболее подходящие места для развертывания фабрики по сбору и переработке ресурсов. Кроме того, необходимо рассчитать сколько экскаваторов RASSOR потребуется доставить на Марс, а также сколько часов в сутки им необходимо будет работать, чтобы выйти на заданный план добычи. В конце концов нужно понять насколько большой должна быть морозильная установка для углерода, реактор Сабатье, а также сколько все это добро будет потреблять энергии.

Также ученым необходимо предусмотреть возможные форс-мажорные проблемы, которые могут помешать добыче и переработке ресурсов, потенциально задержав отправку следующей экспедиции на Красную планету. Необходимо оценить все возможные риски, связанные с этими проблемами и заранее разработать правильные и быстрые пути их решения, возможно оснастив систему дублирующими элементами для временной замены вышедшего из строя оборудования.

Необходимо убедиться, что роботизированные технологии смогут поддерживать операционную деятельность без остановки и необходимости в обслуживании в течении нескольких лет, поэтому их разработка будет проходить в строгом соответствии с установленными стандартами. Например, потребуется максимально снизить объем использующихся двигающихся частей. Таким образом можно будет минимизировать воздействие реголитной пыли на эффективность всей системы. Если же подойти к вопросу с другой стороны и начать разрабатывать двигающиеся части с более высокой устойчивостью к пыли, то это не только усложнит всю систему в целом, но еще и добавит к ней лишнего веса, который, как уже говорилось, равноценен золоту.

Ученым также предстоит выяснить, каким образом и в каких пропорциях мелкий и твердый реголит смешан со льдом под поверхностью Марса. Эти данные помогут более эффективно подготовить экскаваторы для добычи ресурсов. Например, текущая версия ковша RASSOR наиболее приспособлена для сбора реголита, смешанного с кусковым льдом. Однако данный дизайн будет менее эффективен при необходимости «вгрызаться» в более крупные пласты твердого льда. Для разработки более подходящего оборудования необходимо получить точное представление о распределении льда на Маре. Другой вариант – разработать более прочное, более сложное, более тяжелое и универсальное оборудование, которое сможет работать с любым видом почвы и плотностью ледяных пластов. Но, опять же, это лишние траты.

Еще нужно решить вопросы, связанные с долгим хранением сверхохлажденных жидкостей. Технологии хранения веществ и материалов под высоким давлением постоянно совершенствуются, но смогут ли современные технологии работать на поверхности Марса продолжительное количество времени?

Процесс сборки этого монстра.

В общем, в ближайшие годы ученые NASA будут заниматься решением всех этих проблемных вопросов. Инженеры Swamp Works в свою очередь продолжат повышать эффективность и готовность всех разрабатываемых компонентов их системы. Экскаваторы планируют сделать еще более крепкими и легкими. После этого планируется приступить к их испытаниям в искусственно созданных и максимально приближенных к марсианским условиях. Ученые также хотят повысить качество и эффективность печи, системы электролиза, а также разработать масштабируемую модель реактора Сабатье и холодильной установки для производства углерода. Разработчики уверены, что решение этих и многих других задач, приведет к тому, что пылесборочный прототип перестанет быть прототипом и в конце концов займется настоящей работой на поверхности Марса, обеспечивая будущих колонистов всеми необходимыми для жизни ресурсами.

Обсудить разработку марсианских экскаваторов и ресурсоперерабатывающей фабрики можно в нашем Telegram-чате.

Ссылка на основную публикацию