Читать книгу "Как мы будем жить на Марсе? - Стивен Петранек"

Проблема воды

Всего четыре минуты без кислорода грозят мозгу необратимыми повреждениями, а пятнадцать минут – это предположительный порог смерти от кислородного голодания. Однако никто не ожидает, что на Марсе найдется хоть сколько-нибудь существенное количество кислорода. Значит, нам придется производить его, а добыть кислород можно только из воды – если мы сумеем ее найти. В случае удачи кислород можно будет получить несколькими способами, в том числе с помощью обыкновенного электролиза, пропустив через воду электрический ток. Таким образом, вода является наиважнейшим элементом для выживания человека на Марсе, при этом она слишком тяжелая, чтобы мы могли привезти ее с Земли. Если на Марсе нет необходимого количества воды, жить там будет невозможно.

Много лет назад, когда различные спускаемые и орбитальные аппараты были всего лишь набросками на бумаге, NASA положило в основу своих исследований Марса важный принцип: “следовать за водой”. Речь тогда не шла о колонизации планеты, но это правило должно было помочь в поисках инопланетной жизни. Нет воды – нет жизни. Какая ирония: желание NASA выяснить, есть ли жизнь на Марсе, по сути, привело нас к совершенно другому выводу – на Марсе может быть жизнь. Человеческая жизнь.

Данные, полученные с различных аппаратов, в том числе с “Кьюриосити”, “Марс Реконнессанс Орбитер” (Mars Reconnaissance Orbiter), “Марс-Одиссей” (Mars Odyssey), “Марс-Экспресс” (Mars Express) и даже зондов “Викинг” (Viking), которые запускались еще в 1970-е годы, указывают на то, что на Марсе в самом деле есть вода. Однако лишь после того, как зонд “Феникс” (Phoenix) в 2008 году опустился на ледяную шапку северной полярной области, было с абсолютной точностью установлено, что на Марсе есть водяной лед и что его легко найти в марсианской почве, называемой реголитом.

Хотя площадь поверхности Марса составляет лишь около 28 % земной, площадь суши на обеих планетах почти одинаковая, ведь 70 % поверхности Земли покрыто океанами, озерами и реками. На Марсе вода почти ничего не покрывает, за одним очень важным исключением: на сухой поверхности планеты, возможно, имеется более одного миллиона кубических миль воды, но почти вся она – в виде льда. Значит, жидкая вода может появляться на Марсе время от времени при особых атмосферных условиях, однако до тех пор, пока атмосфера не станет более плотной, а температура на поверхности не повысится, жидкая вода будет оставаться редкостью.

Большая доля замерзшей воды находится на северном и южном полюсах Марса, отчасти она похоронена под замерзшей углекислотой. Если бы вся эта вода растаяла, Марс был бы покрыт океаном глубиной в сотни метров. Это, конечно, очень много воды, однако намного меньше, чем когда-то было на поверхности планеты, если верить геологическим исследованиям.

На Марсе десятки тысяч речных долин и множество крупных высохших озер. Возможно, когда-то треть планеты покрывали океаны. Часть нагорья Элизий, обширной вулканической области вблизи экватора, может оказаться морем пакового льда размером с земное Северное море.

Похоже, что лед на Марсе имеется в изобилии, но оценки того, сколько водяного льда содержится в реголите, сильно разнятся – от i до 60 %. На Красной планете есть множество маленьких ледяных озер, и многие из них находятся в экваториальном поясе. Замерзшие водоемы были бы весьма удачной находкой для первых поселенцев.

Часть воды, которая когда-то свободно текла по планете, скорее всего, испарилась и улетучилась в космос, когда Марс потерял атмосферу. Многое об этом нам рассказал аппарат “МАВЕН” (.MAVEN), который сейчас находится на орбите Красной планеты. Значительная часть воды, оставшейся на Марсе, возможно, просочилась под поверхность, но большая ее часть, скорее всего, превратилась в лед и осталась на поверхности. Если критерием благосостояния для первых марсианских колонистов будет доступность водных ресурсов, то их, пожалуй, ожидает нешуточное богатство. Если бы Марс в самом деле был таким засушливым и безводным, каким он казался в телескоп или на изображениях, полученных с первых межпланетных станций, то нам, возможно, пришлось бы сосредоточиться на колонизации гораздо менее гостеприимной планеты – Венеры.

Поиск воды на Марсе пока что не кажется сложной задачей, но вот превратить лед в жидкость первым поселенцам будет очень нелегко – прежде всего потому, что это потребует огромных затрат энергии и человеческого труда. Большая часть добытой воды, скорее всего, окажется льдом, смешанным с реголитом. То есть это будет вечная мерзлота, которую без отбойного молотка не победить. И даже после этого для получения жидкой воды могут потребоваться горнорудные технологии и соответствующая мощная техника, пожирающая огромное количество топлива. Так что первым колонистам очень повезет, если они найдут озерцо чистого льда.

Лучший из всех возможных сценариев – это такой, в котором переселенцы находят жидкую воду. Она вполне может скрываться в недрах планеты. Хотя по этому поводу существует множество спекуляций, реального положения дел никто не знает. Первые астронавты должны быть готовы бурить скважины (по крайней мере, на умеренную глубину) в надежде найти водоносный слой. Извлечь воду с поверхности Марса или из скважины – это, конечно, не такая хитрая штука, как ракеты, однако здесь потребуется специальное оборудование, в том числе печи и устройства для дистилляции (иначе в результате бурения вокруг скважин появятся ледяные горы из подземной воды, которая замерзнет в ту же секунду, как поднимется на поверхность).

Согласно одному из сценариев, первым колонистам придется вручную вырубать из поверхности блоки реголита, хотя впоследствии на грузовом корабле будут доставлены небольшие бульдозеры и грузовики, и это позволит увеличить объем работы, которую сможет выполнять каждый колонист. Смесь льда и реголита будут помещать в печи и нагревать, пока вода не превратится в пар, а затем дистиллировать и фильтровать ее до состояния питьевой. Придется разбираться с большим количеством отходов производства, и процесс потребует немало энергии – какой-то объем предоставят солнечные батареи, но, скорее всего, для основной части работы потребуется компактный ядерный реактор.

* * *

Готовые к использованию оборудование и материалы, доставленные с Земли, составят лишь очень малую часть того, что необходимо для жизни на Марсе в первые годы. Как и в случае с “Теслами” Илона Маска, каждый инструмент или устройство, которые будут использоваться на Красной планете, придется самым тщательным образом продумать. Нельзя, чтобы буровой мастер, занятый поиском воды под поверхностью, вдруг обнаружил, что мы не смогли предвидеть какую-то конкретную проблему – например, слой особо твердой породы, который не преодолеть без специальной буровой головки. Чтобы у выживания людей на Марсе была разумная вероятность, нужно предусмотреть все мыслимые обстоятельства.

Так что же нам делать, если все попытки первых астронавтов на Марсе добыть воду из реголита, найти скважину или вырубить блоки льда из поверхности самым жалким образом провалятся? На этот случай имеется хороший запасной план. Как показали запущенные NASA станции “Викинг” (Viking) – первые аппараты, успешно севшие на Марс в 1976 году, – атмосфера на Красной планете хоть и разреженная, но влажная, причем влажность порой достигает 100 %. В научной статье, опубликованной сотрудниками Вашингтонского университета в 1998 году, описывается устройство под названием WAVAR (Water Vapor Adsorption Reactor) – реактор для адсорбции водяного пара. Оно способно извлечь из марсианской атмосферы достаточно Н2O для поддержания жизни человека. В работе отмечается, в частности, что “атмосфера Марса представляет собой наиболее очевидный глобальный источник воды на планете… Хотя атмосфера Марса чрезвычайно сухая по сравнению с земной, в среднем она насыщена максимально возможным количеством воды, и ночью относительная влажность может достигать 100 % на протяжении большей части года и на большинстве широт”.