Как мы будем жить на Марсе
Шрифт:
Эта технология называется МОКСИ (.MOXIE, Mars Oxygen In-situ Resources Utilization Experiment) – эксперимент по утилизации местных ресурсов Марса с целью производства кислорода. В основе устройства – также принцип электролиза, но при этом используется жаропрочная электропроводная керамика, и процесс происходит непосредственно в марсианской атмосфере. “Пропущенный по керамике заряд избирательно отделяет ионы кислорода, которые при помощи катализатора собираются на поверхности”, – рассказывает доктор Майкл Хект, ведущий разработчик МОКСИ и заместитель директора по науке Хайстекской обсерватории Массачусетского технологического института. NASA этот проект нужен в первую очередь не для того, чтобы вырабатывать кислород для дыхания, а чтобы получить в достаточном количестве
Модуль МОКСИ, установленный на новом марсоходе, будет производить при стандартных показателях температуры и давления всего лишь около пятнадцати литров кислорода в час. Вроде бы не слишком много, но, с другой стороны, легким человека требуется всего пять-шесть миллилитров в минуту. По словам Хекта, “в общем и целом МОКСИ способен постоянно вырабатывать достаточно кислорода для одного человека, если этот человек не занимается очень активной физической работой”.
В настоящее время МОКСИ – это всего лишь рабочая модель в масштабе 1:100, но если она будет функционировать так, как ожидается, NASA планирует построить агрегат в натуральную величину, увеличив его размер и производительность в сто раз, хотя для обеспечения такого устройства энергией потребуется ядерный реактор.
“План следующий: сначала мы построим на Марсе автоматическую станцию с ядерным реактором и установкой по производству кислорода, – объясняет Хект. – А через два года и два месяца, удостоверившись, что резервуар с кислородом полон, а реактор работает как нужно, пошлем туда людей”.
На Земле мы дышим воздухом, который состоит примерно на 78 % из азота и на 21 % из кислорода. Человек в принципе способен дышать самыми разными комбинациями газов, в том числе смесью гелия и кислорода, но не смесью 20 % кислорода и 80 % CO2. Чтобы смесь с кислородом была пригодна для дыхания, ее вторым компонентом должен быть не вступающий в реакции (инертный) газ, такой как аргон или гелий. Азот обычно к инертным газам не относят, однако связь между двумя атомами в молекуле азота так сильна, что он чаще всего не вступает в реакцию с другими веществами.
Одно из важнейших условий для выживания человека на Марсе – наличие пищи. Агрономическая наука высоко развита во многих странах, в том числе и в Соединенных Штатах, и множество ученых посвятили годы попыткам понять, как мы сможем выращивать пищу на Марсе (колонисты будут вегетарианцами, нравится им это или нет, потому что разводить животных намного менее продуктивно). Если первые поселенцы высадятся в районе экватора, днем там будет достаточно тепло для надувных теплиц. Их нужно будет хорошо изолировать и обогревать с помощью пассивного солнечного отопления, например накапливающих тепло камней, на весь день выставленных на солнце, а в ночное время придется также подключать электрическое отопление, чтобы компенсировать резкое падение температуры. Стандартные марсианские сутки вблизи экватора – это примерно двенадцать часов дневного света и двенадцать часов темноты.
Кроме того, растениям потребуется более плотная атмосфера, чем та, что в настоящее время есть на Марсе. Ботаники расходятся во мнениях по поводу точных значений давления внутри марсианских теплиц, но предполагается, что достаточно одной десятой атмосферного давления Земли. Эксперименты, проведенные на МКС, показали, что растения могут расти в невесомости, но никто не знает наверняка, как повлияет на них гравитация Марса, составляющая примерно 38 % земной.
Мы достаточно знаем о марсианском реголите, чтобы уверенно предполагать, что по большей части из него получится хорошая почва, хотя это будет в некоторой степени зависеть от конкретного местоположения реголита. Образцы, изученные марсоходами, и анализ астероидов, которые прилетели на Землю с Марса, указывают, что на поверхности Красной планеты есть минерал смектит, который часто встречается на Земле и используется, например, в составе наполнителей для кошачьих туалетов. Этот минерал легко поглощает воду и может быть полезным для выращивания растений. Однако марсианская почва, возможно, окажется слишком кислой или слишком щелочной и потребует реабилитации, а также насыщения питательными веществами вроде азота. Гидропоника (выращивание
Вот что говорит Анжело Вермюлен, биолог, художник и капитан команды, которая несколько месяцев провела в симуляторе марсианской среды на Гавайских островах: “Лично я не уверен, что теплицы – удачное решение. На Марсе слишком мало солнечного света и слишком много радиации. Они будут симпатично смотреться на открытке с Марса, но практической пользы не принесут”. По его представлениям, функцию теплиц должны выполнять гидропонные, укрытые от солнечной радиации под толстым слоем почвы или вовсе под землей, в природных лавовых каналах. “Выращивание еды на Марсе – это вопрос контроля, – говорит Вермюлен. – Нужно будет очень пристально контролировать окружающую среду. Светодиодная подсветка позволит менять частоту, спектр и продолжительность воздействия света. В гидропонике вода тоже находится под жестким контролем, что дает большую уверенность в хорошем урожае”.
Хотя первым поселенцам придется регулировать высокое содержание углекислоты в марсианской атмосфере в вегетационных климатических камерах и теплицах, большие дозы газа, возможно, помогут растениям развиваться быстрее и эффективнее. “Можно поиграть с уровнем CO2 и посмотреть, какой подходит лучше всего”, – считает Вермюлен. Общий объем солнечного света на Марсе составляет около шестидесяти процентов от того, что мы получаем на Земле.
В полдень на Марсе поток световой энергии от солнца, которую можно использовать для выращивания растений, – около 600 Вт на квадратный метр. На Земле эта цифра составляет около 1000 Вт на квадратный метр. Таким образом, полдень на Марсе по освещенности приблизительно похож на начало вечера на Земле, когда солнце начинает клониться к закату и находится на небе примерно в тридцати пяти градусах над горизонтом. Иными словами, на Марсе солнечного света вблизи экватора примерно столько же, сколько у нас зимой в таких городах, как Милан, Чикаго, Пекин или Саппоро.
Марсианские посевы должны быть максимально питательными и занимать очень мало места. Например, фасоль содержит очень много белка и клетчатки; она может стать частью марсианского рациона, но работы по выявлению культур, которые обязательно должны войти в этот набор, еще не завершены. Грибы можно довольно успешно выращивать на компосте, остающемся от тех частей растений, которые люди не едят. Если бы меню составлял Вермюлен, там обязательно были бы и насекомые: “Насекомые должны быть частью рациона космонавтов. Кузнечики и сверчки хрустящие, и в них полно белка. Еще мне понравились сушеные мучные черви. В одном из моих проектов мы их жарили и добавляли в салаты”.
Зеленый салат и другие листовые растения будут роскошью, но необходимой. “Салат не слишком удобен. Энергетическая ценность у него маленькая, а объем – большой. Но он оказывает положительный психологический эффект, потому что выглядит свежим и сочным”, – объясняет Вермюлен.
Биолог удивляется тому, что люди до сих пор думают, будто космонавты питаются едой из тюбиков: “Астронавтам нужна от еды и эмоциональная подпитка. Им хочется обедать в компании. Они попросили поставить на Международной космической станции стол, чтобы можно было поесть вместе. Они хотят, чтобы еда напоминала им об их корнях, о происхождении и родной культуре. Китайским и российским космонавтам нравятся некоторые продукты, которые непривычны американцу”.
Недавний пятидесятидневный эксперимент в теплице в Нидерландах, проведенный под эгидой нидерландского министерства экономики, позволил с оптимизмом взглянуть на возможность выращивания сельскохозяйственных культур на Марсе, хотя в нем не учитывались пониженная гравитация и разница в количестве солнечного света. NASA предоставило голландцам почву с Гавайских островов и из Аризоны, которая, по мнению агентства, схожа с марсианским реголитом. Из семян было выращено около четырех тысяч двухсот растений, и каждое семя, посаженное в смоделированную марсианскую почву, дало всходы. Кресс-салат, помидоры, рожь и морковь оказались в числе видов, лучше всего принявшихся в “марсианской” почве, которая, как и ожидалось, отлично удерживает воду. Ведутся и другие испытания, в том числе эксперименты канадских ученых на острове Девон и в теплицах Марсианского общества в штате Юта.