Как решается проблема жизнеобеспечения человека в дальних космических миссиях

Содержание:

• Приказано выжить: медицина и репродукция в космосе
• Тонкости инопланетного земледелия
• Автономная республика Марс: как мы будем жить на Красной планете
• Космическая энергетика: солнечная или ядерная?
• Терраформирование – благоустройство отдельной взятой планеты
• «Первозданные времена»: первопроходцам будет трудно

Приказано выжить: медицина и репродукция в космосе

Уже сегодня космические технологии будущего используются на Земле, и ко времени создания колоний будут хорошо обкатаны. Например, участкового врача будущим «марсианам» и «лунатикам» заменит телемедицина и диагностика с помощью искусственного интеллекта. 3D-печать органов и тканей также входит в земную практику, а с недавних пор биопринтеры используются и в невесомости (в 2018 году на МКС впервые напечатали хрящевую ткань человека). Еще в 2006 году начались экспериментальные хирургические операции в условиях невесомости.

Правда, остается нерешенным вопрос с продолжением человеческого рода: зачатие и беременность в космосе затруднительно провести с организационной и этической точек зрения. Репродукция других живых существ проходит по-разному. Например, мухи дрозофилы размножаются на МКС успешно. Но у некоторых крыс, беременность которых протекала на американских шаттлах в 1994 году, родились мертвые детеныши. А у выживших крысят наблюдались проблемы с вестибулярной системой.

Первоначальная задача – научиться воспроизводить в невесомости живые организмы в качестве источников питания. С растениями проблем быть не должно – еще в 2015 году экипаж МКС питался салатом ромэн, выращенным на борту в пакетах с почвой. Вода, удобрения, светодиодные лампы, указывающие побегам направление роста, – вот и все, что требуется. Скоро станет известно, можно ли устроить на орбите птицеферму: на российском сегменте МКС проводится эксперимент по выведению птенцов перепелов (первый опыт не удался – вылупившиеся птенцы погибли).

Тонкости инопланетного земледелия

Можно ли вырастить на Марсе картошку, как это сделал герой фильма «Марсианин»? Его примером в 2017 году вдохновился Международный центр картофеля. При участии НАСА агрономы посадили клубни в пустыне Пампас де ла Хойя (Перу), почва которой по составу близка к марсианской. В герметичном контейнере они воссоздали состав атмосферы Марса, низкое давление на его поверхности и соответствующие перепады температур. Итог обнадеживает: если поливать, удобрять и разрыхлять, картофель прорастает – нужно, однако, работать над повышением урожайности.

В Вагенингенском университете (Нидерланды) с 2013 года вырастили 10 зерновых и овощных культур в имитационных почвах Луны и Марса. Правда, атмосфера оставалась земной: по мнению исследователей, колонисты будут заниматься фермерством в герметичных теплицах. В некоторых опытах ученые пытаются создать полноценную внеземную экосистему: заселяют «марсианскую» почву бактериями (Имперский колледж Лондона) и дождевыми червями (закрывшийся проект Mars One).

Автономная республика Марс: как мы будем жить на Красной планете

Что будут носить колонисты (скафандры с МКС не подойдут), на чем они будут двигаться (поверхность Луны и Марса неровная, обрывистая), где будут укрываться от метеоритов и погодных катаклизмов (возможно, придется бурить подземные укрытия) – лишь малая часть вопросов, стоящих при проектировании колонии. Сегодня они не выглядят столь уж умозрительными.

В 2018 году НАСА провело конкурс на лучшие проекты марсианского жилья. Один из призов получила компания AI SpaceFactory за четырехэтажный дом в форме кукурузного початка: такая форма позволит минимизировать ущерб от суровых погодных условий.

А в Манчестерском университете создают стройматериалы, которые можно будет получить из марсианского грунта. Ему нужен скрепляющий элемент, в качестве которого ученые решили использовать альбумин – белок, входящий в состав человеческой крови. Если колонисты выступят ее донорами, получится биокомпозит AstroCrete, по прочности сравнимый с бетоном. Осталось, правда, усовершенствовать рецепт: сдавать 1 литр крови ради 300 граммов марсианского бетона слишком расточительно.

Вообще ресурсом на других небесных телах станет все, в том числе продукты жизнедеятельности переселенцев. Колония должна функционировать по принципу замкнутого цикла, где ничто не пропадет даром. Агрегаты для рециркуляции сырья уже создаются. На МКС установлен 3D-принтер Refabricator от компании Tethers Unlimited, перерабатывающий пластиковые отходы. Также на станции работают системы очистки воды. На их основе НАСА создает комплекс ECLSS для производства воды из частиц льда в марсианском грунте.

Вода – главный ресурс колониального хозяйства. Путем электролиза ее можно раскладывать на кислород и водород, получая ракетное топливо. Затем из углекислого газа и водорода синтезировать метан, с помощью метана восстанавливать оксиды металлов и так далее.

Космическая энергетика: солнечная или ядерная?

Все это энергоемкие процедуры, отсюда вопрос – откуда брать энергию? Он делит теоретиков космической экспансии на два лагеря.

Один из них ратует за солнечную энергию, и пока это базовый вариант: США, Китай и Россия планируют строить базы на Луне близко к полюсам, освещаемым почти 100% времени («пикам вечного света»). А японское космическое агентство предложило обнести экватор Луны замкнутой цепью солнечных батарей, тогда выработка энергии будет бесперебойной. Самый грандиозный план «солнечников»: окружить Солнце массивом гигантских электростанций (сфера Дайсона), транслирующих ее энергию во все уголки звездной системы.

По другой точке зрения, космическая экспансия невозможна без мирного атома. Небольшие ядерные реакторы испытывались в космосе во времена холодной войны. Сейчас изотопные источники энергии устанавливаются на исследовательских аппаратах, направляющихся в сверхдальний полет. В течение 10 лет НАСА собирается построить реактор мощностью 40 кВт для работы на Луне (его хватит для обеспечения электричеством 30 лунных «домохозяйств» в течение нескольких лет). Китай запланировал свой реактор, в десятки раз более мощный, чем у США (по слухам, уже готов его прототип).

«До сих пор основу космонавтики составляют технологии, созданные в 50–60-х годах прошлого века, – ракеты и орбитальные спутники, – объясняет «Профилю» член-корреспондент Российской академии космонавтики им. Циолковского Андрей Ионин. – Чтобы сделать следующий шаг, человеку нужно взять биотехнологический барьер – научиться жить и размножаться в космосе».

«Сколько на это уйдет времени, сказать трудно, – добавляет популяризатор космонавтики, главный редактор медиа «Pro Космос» Александр Баулин. – Искусственные аппараты "выживают" на Марсе давно и успешно, а до пилотируемого полета может пройти еще много времени. Теоретические подходы к организации колонии есть, но, чтобы довести их до ума, нужно вложить много денег. Их не вкладывают, потому что неясно, пригодятся ли результаты этих разработок».

Терраформирование – благоустройство отдельной взятой планеты

Может ли изменить ситуацию SpaceX – крупнейшая частная космическая компания? В 2016 году ее глава Илон Маск рассказал о планах переселить на Марс 1 млн человек к середине XXI века. При этом он поставил вопрос шире, чем руководители космических агентств: чтобы закрепиться на новом месте, недостаточно обустроить базу – нужно менять климат всей планеты.

Теория о возможности рукотворного влияния на климат небесных тел и приближения его к земным стандартам (терраформирование) родилась в научной фантастике и долго не воспринималась всерьез специалистами. По мнению Маска, нужно взрывать над полюсами Марса ядерные бомбы, чтобы растопить содержащийся в грунте углекислый газ, выделившись в атмосферу, он создаст парниковый эффект, планета потеплеет, и на ней образуются водоемы, как было в далеком прошлом. С тех пор, правда, вышло немало расчетов, согласно которым даже тысячи ядерных взрывов не смогут запустить цепную реакцию, на которую рассчитывает бизнесмен.

Важно, что глава SpaceX запустил эту дискуссию, говорит футуролог, сооснователь венчурного фонда Orbita Capital Partners Евгений Кузнецов.

«Порой кажется, что Маск сказал что-то для привлечения внимания, в качестве троллинга. А потом глядишь, и его идею обсуждают ученые. Скоро терраформирование будет актуально для нашей планеты, когда последствия изменения климата сделают непригодными для жизни некоторые ее регионы и придется осваивать другие. Но на Земле мы не имеем права на ошибку. Почему бы не потренироваться на мертвых планетах, астероидах? Не знаю насчет бомб, но повесить в солнечно-марсианской точке Лагранжа электростанцию, производящую электромагнитное поле, и защитить Марс "зонтиком" от радиации было бы кстати», – отмечает футуролог.

«Первозданные времена»: первопроходцам будет трудно

Впрочем, ближайшие планы Маска звучат иначе. Он хочет отправить первых людей на Марс в течение следующих пяти–десяти лет, не дожидаясь прорыва в технологиях. Согласно планам SpaceX, первые колонисты будут жить под стеклянными куполами либо в кораблях на марсианской орбите. При этом их участь будет незавидной, признает Маск: «Выжить будет сложно. Немногие люди захотят жить в первозданные времена».

Сегодня у человечества нет возможностей создать независимое от Земли поселение на Марсе, рассказал «Профилю» сооснователь компании Orbital Express Виталий Егоров. «Оцените, каким количеством предметов вы пользуетесь ежедневно, сколько отраслей задействовано в их производстве, – предлагает он. – Взять пластиковую бутылку: тысячи людей приложили к ней руку, от нефтепереработки до логистики, доставки… Повторить это в масштабе 1 млн человек на Марсе, сохранив тот же уровень комфорта, невозможно. Научную колонию в принципе создать реально, но она потребует постоянного снабжения с Земли, которое влетит в копеечку. И каждый запуск будет сопровождаться вопросом: а оно нам нужно?».