Колонизация Марса: проблемы и перспективы

Межрегиональная школьная астрономическая конференция «Сокровища небес»

Колонизация Марса:

проблемы и перспективы

Автор: Автор: Орзуев Далир
8 класс,

МКОУ «Таяндинская СОШ» ,
с. Таянды, Еткульского района

Челябинской области

Руководитель:
Орзуева Наталья Анатольевна,
учитель физики и астрономии

МКОУ «Таяндинская СОШ» ,
с. Таянды, Еткульского района

Челябинской области

,

Озерск, 2021

Содержание

Введение                                                                                                3

1. От Циолковского до первых полетов                                        6
2. Современные программы полетов на Марс                                7

1. Аврора                                                                                        8
2. Созвездие                                                                                        8
3. Нуклон                                                                                        9
4. Mars One                                                                                        9
5. Space X                                                                                        9

3. Факторы, затрудняющие колонизацию Марса                        10

1. Что ждет космонавтов в полёте                                                        10
2. Неблагоприятные факторы на Марсе                                                11

Заключение                                                                                        12

Список литературы                                                                                13

Введение

Фантасты и футурологи XX века в один голос твердили о необратимости колонизации Марса. Писатели наперебой выдвигали свои идеи о том, как это будет происходить. Вот некоторые из них: Рей Бредбери - «Марсианские хроники», Айзек Азимов - серия «Лакки Старр», Ким Стэнли Робинсон - «Марсианская трилогия», серия книг Эдгара Берроуза о фантастическом мире Марса, Гарри Гаррисон «Тренировочный полет» и, конечно, Энди Уир с романом «Марсианин», экранизация которого вышла на большом экране в 2015 году.

Даже дату начала освоения планеты человеком называли примерно одну и ту же: первую четверть нашего столетия. Писатель Артур Кларк полагал, что человек впервые ступит на Красную планету уже в 2021 году, а фантаст Айзек Азимов предрекал, что к 2014 году между планетами установится регулярное сообщение беспилотных кораблей.

Развитие космонавтики уже сегодня позволяет нам отрываться не только мыслями, но и телом от Земли и лететь к ближайшим планетам. На Луне уже оставлены следы человеком, впереди – Марс! Свою работу я решил посвятить теме освоения Марса, так как считаю данный вопрос актуальным и перспективным для всего человечества.

С течением времени рост населения Земли, экологические и климатические изменения могут создать ситуацию, когда недостаток пригодной для жизнедеятельности человека территории поставит под угрозу дальнейшее существование и развитие земной цивилизации. В связи с этим возникнет необходимость заселения других объектов Солнечной системы.

Пилотируемый полет на Марс – это уже давно не вымысел фантастов, а четко обозначенная перспектива, серьезно рассматриваемая правительствами многих стран.

План колонизации Марса привлекает человечество в первую очередь из-за большого запаса различных полезных ископаемых на планете: меди, железа, вольфрама, рения, урана и других. Добыча этих элементов может проходить плодотворнее, чем на Земле, так как благодаря отсутствию биосферы и высокому фону излучения можно широкомасштабно применять термоядерные заряды для вскрытия рудных тел.

Однако, несмотря на радужные планы ученых-астрономов, многие специалисты продолжают утверждать о невозможности осуществления полета, а тем более организации колонии на красной планете, ссылаясь на различные факторы, пагубно влияющие на здоровье человека.

Mapc пpeдлaгaeт кpaйнe нeкoмфopтныe уcлoвия для жизни. У нeгo cлaбaя aтмocфepa, нeт зaщиты oт кocмичecкиx лучeй и oтcутcтвуeт вoздуx. Ho у нeгo ecть и мнoгo oбщeгo c нaшeй Зeмлeй: нaклoн ocи, cтpуктуpa, cocтaв и дaжe нeбoльшoe кoличecтвo вoды. Этo oзнaчaeт, чтo у нac ecть шaнc кoлoнизиpoвaть Mapc. Boт тoлькo пoнaдoбитcя oгpoмнoe кoличecтвo pecуpcoв и вpeмeни! Kaк выглядит плaн кoлoнизaции Mapca?

Цель работы: на основе изученной литературы проанализировать возможности переселения человечества на Марс.

Объект исследования – Марс,

Предмет исследования – колонизация Марса.

Исходя из цели работы, я сформулировал для себя ряд задач:

1.  С помощью различных источников информации: научно-популярной литературы, художественной литературы узнать как можно больше о Марсе, выяснить, насколько планета вообще пригодна для жизни.
2. Познакомиться с различными существующими планами колонизации Марса, изучить наиболее известные проекты.
3. Выяснить проблемы и перспективы колонизации Марса
4. Оформить результаты работы с возможностью их дальнейшего использования в виде презентации и устного доклада

Методы исследования: поисково-исследовательский и информационный, изучение и анализ научно-популярной литературы, обобщение.

Образовательный ресурс данного материала может быть использован на уроках, и во внеурочной работе.

Почему Марс вызывает такой интерес, и чем эта планета Солнечной системы так отличается от остальных, что тысячи людей готовы потратить несколько лет своей жизни на дорогу к ней, а может и всю жизнь, чтобы там остаться.

Марс, за которым человечество пристально наблюдает уже более 300 лет, пока так и остался неприступен. Более того, по сравнению с тем, как развивалась космическая индустрия в прошлом веке, сегодня мы будто бы наблюдаем регресс. Это особенно заметно по сфере пилотируемой космонавтики.

Все основные миссии сконцентрированы на МКС, а также на запуске спутников, закладывающих основы для «интернета вещей» или милитаризации космоса. Последний раз нога человека ступала на Луну в далеком 1972 году. По сравнению с хроникой триумфов 60-70-х годов прошлого века все это выглядит очень скромно.

Но такое торможение в развитии космонавтики в целом, и в реализации пилотируемого полета на Марс в частности, — я думаю, связано с более сложными проблемами.

Дело даже не в финансировании (хотя любой проект, связанный с полетом на Марс, требует астрономических затрат) или отсутствии ярко выраженной идеологической составляющей, каковая была в эпоху холодной войны. За минувшие десятилетия наши знания о Марсе настолько расширились, что теперь на подобные миссии мы смотрим более реалистично, без воодушевления, с каким смотрели в будущее футурологи XX века. В этом смысле сама история проекта полета на Марс крайне поучительна.

1. От Циолковского до первых полетов

В научной литературе проблема межпланетных полетов человека впервые была поднята в работах ученого Константина Циолковского, математика Якова Перельмана и инженера Владимира Рюмина в самом начале прошлого века.

Первые эксперименты в этой области принадлежат советскому изобретателю Фридриху Цандеру, который, основываясь на теоретических расчетах своих предшественников, подготовил первый проект полета человека на другую планету.

Согласно его подсчетам, для путешествия двух-трех космонавтов на Марс потребовался бы корабль массой в 400 тонн, конструкция которого должна была представлять собой комбинацию аэроплана и ракеты — на случай, если полет придется осуществлять в другой по своей плотности атмосфере.

Для обслуживания космонавтов и кораблей ученый предлагал использовать околопланетные орбитальные станции. Именно Цандер впервые сумел экспериментально проверить возможность использования оранжерей, которые планировал разместить на борту корабля для выращивания питания космонавтам.

На фундаменте этих исследований была организована «Группа изучения реактивного движения» (ГИРД), которая в 1933 году вошла в Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), главным инженером которого стал легендарный Сергей Королев. Осенью того же года произошел первый запуск советской ракеты «ГИРД-Х», которая, взлетев вертикально на высоту около 80 метров, разбилась. До начала Второй мировой войны ее продолжали улучшать, обкатывая на наземных и летных испытаниях.

На Западе в 1952 году германо-американский конструктор Вернер фон Браун опубликовал свой проект пилотируемого полета на Марс. В книге Das Marsprojekt он предложил отправить на Красную планету десять межпланетных кораблей — семь с людьми (по десять человек на каждом) и три с грузом. Фон Браун спроектировал и посадочный модуль, напоминающий самолет. Предполагалось, что космонавты смогут приземлиться на поверхность Марса как на самолете, после чего демонтируют крылья так, чтобы модуль вновь принял облик ракеты.

Конечно, первые проекты пилотируемого полета человека на другую планету были не реализуемыми в принципе. Например, сегодня мы знаем, что из-за низкой температуры (в среднем минус 62 градуса по Цельсию) и предельно разреженной атмосферы (примерно в 100 раз менее плотной, чем на Земле) совершить посадку на Марс, используя крылья самолета, невозможно.

Эти проекты определили общий вектор развития, поставили новые задачи перед инженерами и превратили космическую отрасль в самое культовое явление во всем цивилизованном мире.

Именно на пике этой всеобщей очарованности космосом, к концу 50-х — началу 60-х годов, в СССР и США сумели, наконец, сконструировать реальные аппараты, проложившие первые тропинки к Марсу.

II. Современные программы полётов на Марс:

На сегодняшний день Марс является наиболее привлекательным объектом для возможной колонизации. Во-первых, это ближайшая планета к Земле (не считая Венеры), полет к которой займет всего 9 месяцев. Во-вторых, условия планеты очень похожи на земные, хоть человек и не может находиться на поверхности Марса без защитного снаряжения,.

Марсианские сутки схожи с земными и длятся 24 часа 39 минут и 35 секунд.

Площадь поверхности Марса практически равна площади суши на Земле. Марс и Земля имеют почти одинаковые наклон оси к плоскости эклиптики, поэтому на Марсе тоже происходит смена времен года.

Главным фактором в возможности потенциальной колонизации планеты является наличие на Марсе атмосферы, хоть и не очень плотной, что гарантирует некоторую защиту от радиации, а также облегчает посадку космического корабля. В результате исследований было подтверждено наличие воды на планете, что дает ученым повод утверждать о вероятности возникновения и поддержания жизни. Также марсианский грунт по своим параметрам очень напоминает земной, поэтому учеными рассматривается возможность выращивания на поверхности планеты растений.

Чтоб минимизировать затраты топлива используется траектория движения, называемая Гомановской.

Для этого чтобы сократить длительность полёта нужно ускорить полёт корабля, что уменьшит время его нахождения в пути. Для увеличения скорости понадобится большое количество дорогостоящего топлива. Поэтому учёные ищут альтернативные источники энергии, которая будет разогревать топливо и увеличивать его эффективность:

• сжиженное топливо (водород), разогретое с помощью ядерной энергии;
• плазма, полученная при нагреве топлива электромагнитным излучателем;
• энергия, образующаяся при столкновении частиц в ускорителе.

Коротко рассмотрим некоторые программы освоения Марса.

1.  «Аврора» – программа европейского космического агентства (ЕКА) для изучения Солнечной системы, в частности планеты Марс. Проект «Аврора» появился в 2001 году и включает в себя непилотируемые исследования Марса, пилотируемые полёты к Луне, а затем и пилотируемый полёт на Марс в 2033 году.

16 июня 2009 года глава ESA Жан-Жак Дорден сообщил о сокращении программы «Аврора». Из-за нехватки финансирования, программу упростят, исключив из неё эксперимент «Гумбольдт». Этот эксперимент предназначался для поиска воды и «прослушивания» грунта Марса.

2. «Созвездие» – совместный проект ЕС и НАСА, планирует полёт в 2037 году. Его поручил разработать НАСА ещё в 2004 году президент США Джордж Буш. Согласно проекту, корабль доставил бы землян на Луну в 2010 году, в 2024 появилась бы первая лунная база, и оттуда в 2037 году стартовала бы экспедиция к Марсу.

Но состояние бюджета Соединённых Штатов обусловило полный отказ от этой программы.

3. Экспедиционный комплекс «Нуклон»

Экспедиционный комплекс, о котором рассказали ещё летом 2020 года, — это конструкция не столько для Марса или любой другой планеты, сколько для всего сразу.

Корабль "Нуклон" — это огромный космический грузовик массой почти в 600 тонн, собрать который до настоящего момента не позволяет уровень технологического развития не какой-то отдельной страны, а человечества в целом. По сути, главная задача комплекса, создаваемого исследовательским центром имени М.В. Келдыша и конструкторским бюро "Арсенал", — привезти людей туда, куда они хотят, не ограничиваясь при этом какой-то конкретной точкой. Но построить такое устройство — задача не из лёгких.

Исполнительный директор "Роскосмоса" по перспективным программам и науке Александр Блошенко сообщил, что в 2030 году "Нуклон" должен отправиться в полёт к одному из спутников Юпитера. Затем ядерный буксир свозит людей на Марс и другие планеты Солнечной системы.

4. Проект Mars One.

В 2011 был запущен проект колонизации Марса под руководством Баса Лансдорпа. Высадка первых «поселенцев» была намечена на 2027 год. Время в пути должно было составить около 7 месяцев. При постепенном заселении группами по 4 человека раз в два года к 2035 году численность колонии на Марсе должна вырасти до 20 человек.

Со стороны профессионального и научного сообщества данный проект не раз подвергался критике. Сомнения выражались как по поводу технической реализации проекта, так и по финансовой готовности компании осуществить такой масштабный замысел. В итоге руководители стартапа были обвинены в мошенничестве, компанию Mars One признали банкротом, и проект был закрыт.

5. Программа корпорации Space X

Известный бизнесмен Илон Маск, который является главой корпорации SpaceX, в 2016 году представил программу по колонизации Марса. Планировалось совершить высадку на Марс ещё раньше – в 2024 году. Его проект отличается масштабностью задумки: строительством корабля, который сможет вмещать до 200 человек и перевозить 450 тонн груза одновременно. Для реализации этой программы необходимо серьёзное удешевление полётов, постройка новой тяжёлой ракеты, и другие инновации. Всё это требует серьёзного капитала и труда сотен образованных людей.

Ещё одна особенность проекта — это производство топлива на Марсе. В ближайшие 100 лет Маск планирует отправить на Марс миллион человек и обеспечить их жизнедеятельность.

Сам Илон Маск подчёркивает, что колонизация не может произойти без терраформирования планеты. Условия жизни на Марсе должны быть похожими на те, что имеются на Земле. Этот процесс займёт несколько сотен лет. И пока не изобретены технологии, при помощи которых можно изменить силу притяжения планеты, газовый состав атмосферы и т.д.

Скептики относятся к этому проекту с недоверием. Финансовые вливания требуется громадные, счёт идёт на миллиарды. И пока такую сумму никто не готов предоставить.

III. Факторы, затрудняющие колонизацию Марса

1. Что ждет космонавтов в полёте

Рассмотрим для начала сам полет на Марс, который на современном этапе развития технологий займет около 9 месяцев. Основная опасность для космонавтов заключается в солнечной радиации, которая способно разрушить ткани человека. Наиболее опасным является солнечный ветер, частицы которого при попадании в организм повреждают структуру ДНК, что приводит к необратимым клеточным мутациям. Многие специалисты говорят о высокой опасности развития рака у космонавтов. При этом опасность увеличивается при возникновении сильных вспышек на Солнце.

Другим неблагоприятным фактором полета станет попадание человека в невесомость на длительный срок, в результате чего его организм заметно перестраивается. По расчетам ученых, после 8 месяцев нахождения в космосе человеку потребуется более двух лет на восстановления.

У космонавтов, при длительном перелете в космосе сбивается 24-часовой цикл человеческой жизнедеятельности, в результате чего нарушается работа пищеварительной системы, обмен веществ, а также возрастает вероятность развития декомпрессионной болезни, в результате которой может происходить закупорка мелких сосудов (женщины более подвержены этому заболеванию, плюс к этому, они более чувствительны к радиации, поэтому, по мнению многих ученых, участие женщин в первой марсианской экспедиции нежелательно).

Нахождение в замкнутом пространстве и ограниченность контактов могут привести к возросшей агрессии и к конфликтам между космонавтами. Ученые предлагают решить это созданием на корабле условий, максимально приближенных к земным, а также тщательным отбором команды в зависимости от психологического здоровья, на основе веры, убеждений, образа жизни и других аспектов.

Многие специалисты утверждают об опасности поломок техники во время столь длительного полета.

2. Неблагоприятные факторы на Марсе

Что же касается непосредственного нахождения человека на поверхности красной планеты, то здесь существует множество неблагоприятных факторов. В первую очередь, это губительное солнечное излучение. К сожалению, на данный момент человечеству не известны медицинские препараты, которые смогли бы полностью защитить человека от вредного воздействия радиации. Учеными рассматривается возможность сооружения убежищ – кают, защищенных толстыми металлическими стенками, которые способны заметно снизить дозу радиации.

Далее, это сила тяжести, которая более чем в два с половиной раза меньше земной. Слабая гравитация заставляет организм перестраиваться, нарушается кровообращение, происходит обезвоживание организма, ослабление костной и мышечной массы. Эти симптомы наблюдаются уже при полете в космическом корабле (при нулевой гравитации), а при переходе от нулевой гравитации к марсианской организм испытывает новый стресс, способный повлечь за собой необратимые последствия. Ученые предлагают начинать постепенную адаптацию к марсианской гравитации еще в корабле за два месяца до посадки, но этот вариант еще до конца не изучен.

В-третьих, это низкая температура (максимально воздух прогревается на экваторе до +30 градусов по Цельсию, при этом зимой на полюсах температура может опускаться до -123 градусов). Также для планеты характерны большие годовые колебания температуры. Магнитное поле планеты приблизительно в 800 раз слабее, чем на Земле. Атмосферное давление на Марсе слишком мало, чтобы колонисты могли находиться на поверхности без специального костюма.

Слабое магнитное поле Марса оказывает пагубное воздействие на организм, в результате чего у человека нарушается работа вегетативно-нервной системы. Поэтому при посадке на Марс в лагере космонавтов необходимо будет создать искусственное магнитное поле.

На данный момент нет возможности предсказывать марсианские песчаные бури, которые до сих пор до конца не изучены. Поэтому вся экспедиция на поверхность планеты становится очень опасной.

Частицы марсианской пыли слишком малы, чтобы полностью изолироваться от них. Также, в ней могут содержаться соли хромовой кислоты, которые способны нанести сильный вред организму человека. Электростатические свойства марсианской пыли (в результате трения) способны вывести из строя технику.

Уже сейчас все силы ученых брошены на решение многих проблем, и вполне возможно, что скоро миссия полета на Марс станет реальной.

Для успешной колонизации планеты требуется предварительное терраформирование.

Атмосфера Марса на 95 процентов состоит из углекислого газа, поэтому на начальных этапах требуется растительность, с помощью которой можно бы было увеличить содержание кислорода. Затем достигается атмосферное давление на Марсе, при котором стало бы возможным существование воды в жидком виде. Постепенно создается озоновый слой, который бы защищал поверхность от излучения. Плюс к этому, нужно повысить температуру на экваторе до минимум +10 градусов.

При удачном террафомировании наиболее благоприятными местами для создания колоний станут низменности в экваториальной зоне. Среди подобных мест ученые отмечают в первую очередь впадину Эллада (наивысшее давление на планете), а также долину Маринера (наибольшие минимальные температуры).

Заключение

«На пыльных тропинках далёких планет останутся наши следы» – когда-то эта песня была настоящим гимном космонавтов СССР. И, возможно, подобные отпечатки на тропинках Марса в недалёком будущем появятся.

Колонизацию Марса и других планет миру обещали неоднократно.

Например, один из президентов США, Джордж Буш — младший, обещал, что Марс заселят до конца 2020 года. Потом его однопартиец Дональд Трамп сообщил: США вернутся на Луну к середине 20-х годов, но дело даже при огромных бюджетах NASA идёт, что называется, "со скрипом". Как ни странно, но в данный момент ни одна страна в мире не обладает полностью готовым решением по колонизации других планет. В России есть "Нуклон", но нет ракеты-носителя. В США ракет много, но нет такого корабля, как "Нуклон". Эксперты в области космонавтики отмечают, что если все будут работать сообща, то проблему колонизации удастся решить уже лет через 30–40 — и тогда можно будет "вспахивать" лунный грунт и добывать на Марсе железную руду. Но при текущих политических разногласиях добиться этого почти невозможно, поэтому в битве за ближний космос каждый по-прежнему сам за себя.

Список литературы

1. Астафьев Б. Н. «Исторические предпосылки учения о космосе» 2001г.
2. Барсуков В.Л. «Освоение космического пространства в СССР» 1982 г.
3. Карл Саган «Космос. Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации» 2004 г.
4. Куликовский П. Г. «Справочник любителя астрономии» 2009г.
5. Маров М. Я. «Планеты Солнечной системы» 1986г.
6. Уиппл Ф. «Земля, Луна и Планеты»1967г.
7. Халезов Ю. В. «Планеты и эволюция звезд. Новая гипотеза происхождения Солнечной системы» 2000-е гг.
8. Солнечная система / Ред.-сост. В. Г. Сурдин. — М.: Физматлит, 2008. 
9. Владимир Сурдин. Марс: Великое противостояние. — М.: Физматлит, 2004.
10. https://ru.citaty.net/avtory/sergei-pavlovich-koroliov/
11. http://fb.ru/article/240360/razvitie-kosmonavtiki-istoriya-razvitiya-kosmonavtiki-v-rossii
12. https://ru.wikipedia.org/wiki/Марс
13. https://ru.wikipedia.org/wiki/Колонизация_Марса
14. https://ru.wikipedia.org/wiki/Космонавтика
15. https://marsplaneta.ru/10-tehnologij-neobhodimyh-dlya-poleta-na-mars
16. https://riafan.ru/489680-polet-na-mars-s-chego-nam-sleduet-nachinat
17. https://zen.yandex.by/media/deep_cosmos/realen-li-polet-na-mars-pri-tekuscem-urovne-razvitiia-tehnologii-5e900061f28ead2b29873456