Заселение космоса. Колонизация космоса — проблемы и перспективы

Вопрос с колонизацией Марса с каждым годом становится все актуальней, поэтому в заинтересованной среде начинают возникать ожидаемые разговоры о доступности билета на Красную планету: дескать такое «удовольствие» смогут оплатить только самые богатые жители Земли, а обычные обыватели как всегда останутся не удел. Миллиардер и глава компании SpaceX, которая планирует не только возить людей на Марс, но еще и основать там целую колонию, ранее уже отмечал, что потенциально очень много людей будут готовы заплатить сотни тысяч долларов за полет к Красной планете.

На борту Международной космической станции, которая кружит вокруг нашей планеты, космонавты и астронавты проводят различные научные исследования и , чтобы понять, как долгое воздействие невесомости, а также космическая радиация влияют на живые организмы. Зачем? Затем, что в уже относительно недалеком будущем человечество может основать свои первые внеземные колонии на Луне и Марсе. Подобные планы имеются, например, у , и . Однако для возможности создания постоянных внеземных колоний нам необходимо решить, пожалуй, еще более важный вопрос. Необходимо понять, как в космосе рожать.

Американская компания завершила создание полноразмерного прототипа лунного орбитального жилого модуля, который может лечь в основу для проектирования и испытаний окололунной орбитальной станции NASA Gateway. Построить полноценный прототип модуля Lockheed Martin пообещала еще в 2017 году в рамках совместного проекта NextSTEP (Next Space Technologies for Exploration Partnerships), который компания проводит вместе с аэрокосмическим агентством. Модуль планируют проверить на жизнепригодность, а также использовать для разработки новых ключевых технологий, которые потребуются для выживания человека в окололунном пространстве.

В 1955 году инженер Дэрелл Си Роумик представил Американскому ракетному обществу проект космического города на 20000 человек. Предполагалось, что на орбиту отправятся 10 трехступенчатых ракет. Состыковавшись друг с другом, третьи ступени образуют длинный цилиндр, вокруг которого будет построен воздухонепроницаемый щит. По плану Роумика, строительство «города» заняло бы 3,5 года.


Сфера Бернала, разработанная еще в 1929 году британским ученым Джоном Десмондом Берналом, способна вместить не менее 10000 человек. Гравитация в «космической коммуналке» диаметром 1,6 км создается за счет ее вращения вокруг своей оси. Предполагалось, что проект будет реализован к началу 1990-х. Однако он все еще остается мечтой.


Стэнфордский тор — проект поселения, предложенный в 1975 году физиком Джерардом О’Нилом, и модифицированный группой ученых и инженеров NASA. «Бублик» диаметром 1,6 км и вместимостью 10000 человек собирались поместить между Землей и Луной, за 402 000 км от нашей планеты. Поселение с собственным теплицами и фермами должно было появиться к 2000 году.


Свою еще более амбициозную задумку физик Джерард О’Нил назвал в честь себя Цилиндром О’Нила. Поселение представляет собой полноценный город с парками и бизнес центрами. При ширине 8 км и длине 32 км космический мегаполис готов принять 40000 жителей. А чтобы поддерживать внутри земное притяжение, Цилиндр совершает 40 вращений вокруг своей оси в час. Все это пока только на бумаге.


В 1991 году сотрудник NASA Аль Глобус попытался усовершенствовать концепты космических станций, используя современные компьютеры. В результате появился проект Lewis One, представляющий собой цилиндр длиной 1921 метр и шириной 534 метра. Снаружи капсулу обрамляют две гигантские солнечные батареи, которые не только добывают энергию, но и защищают людей от космических лучей.


Проект Kalpana One получил свое название в честь первой индийской женщины-астронавта Калпаны Чалва, погибшей в катастрофе шаттла Columbia в 2003 году. Он представляет собой улучшенную и уменьшенную версию Lewis One. На станции длиной 325 метров и диаметром 550 метров могут разместиться 5500 человек.


Прямо сейчас ученые и инженеры из 4 стран работают над космическим ковчегом «Персефона», который понадобится в случае глобальной катастрофы на Земле. На борту корабля длиной 20 км и диаметром 5 км будет воссоздана экосистема с источниками света, воздуха, воды, пищи и гравитации. Плохая новость: при самых оптимистичных раскладах спастись смогут не более 500 человек.


В 1990 году NASA разработало проект надувной космической станции TransHab. И хотя он так и не был реализован, идею подхватила частная компания Bigelow Aerospace. В 2006 и 2007 году в космос отправились два первых надувных модуля. Такие аппараты требуют гораздо меньше топлива и их намного легче доставить в космос. В будущем из таких блоков собираются строить новые орбитальные станции.


Архитектурное бюро Fosters + Partners и Европейское космическое агентство совместно разработали план заселения Луны. Сначала на спутник отправятся 4 смельчака, 2-этажный надувной купол и 3D-принтер, который позволит воссоздать нужные предметы из лунной пыли. Первые поселенцы построят вокруг купола стену толщиной 1,5 метра для защиты от радиации и метеоритов и создадут основу для дальнейшей колонизации.


Mars One — некоммерческая голландская организация, которая планирует к 2027 году колонизировать Марс. Предполагается, что первые четыре смельчака отправятся в путешествие в один конец уже в 2026 году. Но прежде на Марс забросят системы жизнеобеспечения, жилые модули и другое необходимое оборудование.

И все же из-за присущей человеку внутренней потребности исследовать и колонизировать новые территории, люди постоянно ищут способы сделать жизнь в космосе возможной. Перед нами 10 интересных разработок, которые пока не реализованы — но кто знает, что несет нам будущее!

С тех пор как программа «Аполлон» поместила Луну в пределах нашей досягаемости, создание базы на Луне казалось следующим логическим шагом. Естественный спутник Земли имеет ряд преимуществ по сравнению с более экзотическими лунами вроде Титана, спутника Сатурна. Во-первых, он находится относительно близко, а значит, экипажи могут сменяться в течение нескольких дней. Также это подразумевает хорошую связь между колонистами и командирами миссии на Земле, то есть без существенных задержек. Луна могла бы стать идеальным космопортом, потому что ракеты могли бы покидать ее низкую гравитацию без особых затрат энергии. Наконец, лунная обсерватория существенно облегчила бы изучение Вселенной и поиск мест, куда можно было бы отправиться в дальнейшем.

Правда, жизнь на Луне будет непростой. В отсутствие атмосферы можно добавить существенные перепады температур, от 134 градусов по Цельсию в полдень до минус 170 градусов по Цельсию в ночь. Поверхность Луны постоянно шлифуется микрометеоритами и космическими лучами. Чтобы пережить это, колонистам придется обустраивать свои жилища под лунной почвой или в лунных кратерах.

Также возникает вопрос касательно еды и воды. Ученые знают, что на Луне имеется довольно много воды, но нужны специальные устройства, чтобы ее извлечь. И выращивание растений в течение длинных лунных ночей, не имея насекомых для опыления, будет весьма сложным.

Несмотря на эти трудности, некоторые страны разрабатывают возможности освоения Луны. Не так давно стало известно о планах России . Также в 2010 году была приостановлена американская программа Constellation, в рамках которой на Луну должны были отправиться космические аппараты нового поколения. В любом случае можно констатировать, что внимание общественности сейчас обращено по большей части на Марс.

Колонизация Марса

Некоторые ученые считают, что нам нужно пропустить Луну и отправиться прямо на Марс. Одним из самых горячих сторонников этой стратегии является Роберт Субрин, основатель и президент Mars Society. В 1996 году он изложил подробности миссии Mars Direct, которую можно назвать образцовым планом для пилотируемых поездок на Красную планету.

Вот как это будет выглядеть. Первый запуск будет включать беспилотный Earth Return Vehicle, или ERV, который отправится на Марс. ERV должен быть оснащен ядерным реактором, с помощью которого можно будет изготовить топливо, используя элементы марсианской атмосферы. Двумя годами спустя будет запущен второй беспилотный ERV, который отправится в новое место для посадки. В то же время будет отправлен пилотируемый космический корабль, который должен будет приземлиться рядом с первым ERV. Экипаж будет находиться на Марсе в течение 18 месяцев, исследуя планету и проводя эксперименты, пока не наступит время возвращаться на Землю, используя топливо, добытое прямо на Марсе. После того как первая команда отправится на Землю, прибудет вторая группа исследователей, и весь процесс повторится.

Долгосрочное проживание в марсианских колониях, однако, потребует преобразования планеты, так называемого терраформирования. Терраформирование включает подъем температуры на Марсе до земных условий. Единственный реалистичный способ сделать это - построить блоки обработки почвы, которые будут накачивать сверхпарниковые газы вроде метана и аммиака в атмосферу Марса. Эти газы будут абсорбировать солнечную энергию и согревать планету, запуская выброс диоксида углерода из почвы и полярных ледяных шапок. По мере того как диоксид углерода будет увеличиваться в атмосфере, давление будет падать, обеспечивая дополнительное тепло и образование океанов. В конце концов колонисты начнут обходиться без скафандров, хотя будут вынуждены носить кислородные баллоны.

После нескольких десятилетий терраформирования, Красная планета будет выглядеть практически так же, как и наша родная. Спустя еще несколько десятилетий она будет практически неотличима от Земли. Если это произойдет, Марс может стать вторым домом для людей.

Колонии за пределами Марса


Астероиды - эти скалистые объекты, которые вращаются вокруг Солнца в широком диапазоне между Марсом и Юпитером - могли бы стать ступенью к внешним планетам. Существует только около сотни астероидов шириной более 200 километров, но общее число их превышает миллиарды, а это хороший ресурс для использования в Солнечной системе. Среди самых больших астероидов царит Церера (или карликовая планета, с какой стороны посмотреть), и после ее она вполне может стать вариантом для форпоста. С одной стороны, сам факт существования жидкой воды под ее поверхностью может быть определяющим.

Как люди могут колонизировать астероид? Один из вариантов - превратить его в город. Это потребует существенных усилий по «выдалбливанию» внутренностей этого камешка. Другой вариант - построить «город в небе», космическую станцию, которая будет вращаться вокруг астероида. Такая идея витает в воздухе уже много лет.

В 1975 году группа профессоров, технических директоров и студентов собралась на 10 недель в Стэнфордском университете и Научно-исследовательском центре Эймса, чтобы разработать проект космических поселений. Они предложили создать колесоподобное жилище диаметром 1,6 километра. Колонисты жили бы в трубе по периметру колеса, который соединялся бы с помощью шести «спиц» с центральным доком. Вся структура вращалась бы, имитируя гравитацию Земли, и с помощью зеркал собирала бы солнечный свет для использования в производстве электроэнергии и сельском хозяйстве.

В любом случае сейчас активно прорабатываются варианты с освоением Марса. Правда, не все они выглядят . А вы готовы возглавить путешествие за пределы Солнечной системы?

Курс на планету в другой системе


Если мы собираемся колонизировать планету в другой звездной системе, нам нужно ответить на два вопроса. Во-первых, существует ли подходящая планета для нашего вида за пределами Солнечной системы? Ответ: конечно, да. Телескоп Кеплер уже нашел сотни планет, которые могут нам подойти.

Второй вопрос чисто логистический: как добраться до планеты, расположенной за триллионы километров от нас? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно переосмыслить космические путешествия. Возможно, провести несколько революций в сфере освоения космоса. К примеру, мысль о том, что один экипаж долетит до далекой планеты, весьма сомнительна. Скорее понадобится «корабль поколений», на котором успеет родиться и умереть несколько поколений людей.

Возможно, мы или освоим двигатель . Есть и более реалистичные варианты вроде солнечного паруса. Ионные двигатели используют солнечные батареи для выработки электрического поля, которое ускоряет заряженные атомы ксенона. Такой двигатель в настоящее время , исследующего Цереру. Ракеты на антивеществе могут быть чрезвычайно эффективны и достигать высоких скоростей, но эта технология пока скорее гипотетическая.

В конце концов, хорошим решением может быть сочетание всех этих технологий. И это в очередной раз доказывает, что освоение глубокого космоса потребует сотрудничества и взаимодействия между учеными разных стран и направленностей. Как ни крути, космос объединяет.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock

21 октября на организованном Би-би-си "Саммите идей, способных изменить мир" будут обсуждаться интересные и спорные вопросы, которые встают перед человечеством в сферах науки, новых технологий и медицины. В преддверии саммита сайт будет писать об идеях, предложенных к дискуссии - и начинает с концепции внеземных поселений человека.

Почему мы должны воспринимать всерьез идею колонизации космоса человеком?

Население Земли неуклонно растет, и вместе с этим обостряется борьба за территорию и ресурсы нашей планеты. Широко мыслящие умы считают, что для выживания человечеству необходимо обратить взоры за пределы Земли. Элон Маск, предприниматель, основавший космотуристическую компанию SpaceX, недавно сформулировал это так: "Думаю, есть серьезные причины разнести жизнь по нескольким планетам - чтобы обеспечить выживание человечества в случае какой-нибудь глобальной катастрофы".

Возможно, вы не разделяете столь пессимистичный взгляд. Но есть и еще один важный фактор: вечная тяга человека открывать неизведанное, которая вполне способна заставить смельчаков покинуть Землю. А препятствий к этому может оказаться меньше, чем кажется.

"Уровень развития наших технологий таков, что мы вполне способны задуматься о поселении на ближайших объектах Солнечной системы, - поделился с Би-би-си бывший астронавт Джеффри Хоффман, который тоже примет участие в саммите. - Луна совсем рядом, да и Марс не очень далеко. У нас есть возможность еще при жизни нашего поколения сделать хотя бы первые шаги в этих путешествиях".

Как может выглядеть космическая колония?

Одна из концепций появилась еще в 1920-х годах. Австро-венгерский пионер ракетостроения Герман Поточник вообразил, что люди могут жить на круглой космической станции, похожей на летающую тарелку. Она должна была вращаться для создания искусственного тяготения, а энергию предполагалось добывать с помощью гигантского зеркала, фокусирующего солнечные лучи. На первый взгляд не самое практичное решение, но эта идея выдержала испытание временем: в 1970-х ее продвигал физик из Принстонского университета в США Джерард О"Нил, а потом - исследовательская организация Британское межпланетное общество. А к ее мнению, возможно, стоит прислушаться: она предсказала полет человека на Луну за три десятилетия до того, как он произошел.

Как насчет жизни на Марсе или другой планете?

Другие специалисты предпочитают скорее концепцию проживания на поверхности какой-нибудь планеты или ее спутника - с созданием искусственной биосферы, которая поставляла бы все необходимое для поддержания жизни. В первую очередь взоры исследователей обращены к Марсу, и уже даже разрабатываются планы по созданию там новой цивилизации: начальные шаги к этой цели планируется сделать в срок до 2025 года.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption Что может подтолкнуть человечество к колонизации космоса?

Голландский проект под названием "Марс-1" стартовал в 2012 году, и для участия в нем отобраны 40 добровольцев из 200 тысяч претендентов. Сейчас должна начаться их подготовка в рамках телевизионного реалити-шоу, помогающего финансировать проект. Само собой, у него есть немало критиков, но он, по крайней мере, демонстрирует, что тема колонизации космоса вызывает у публики большой интерес.

Компания Элона Маска SpaceX тоже, по слухам, собирается покорять Марс - при помощи колоссального корабля под названием "Марсианский колониальный транспорт". Если удастся сделать его многоразовым, то это существенно снизит стоимость полетов. В недавнем интервью сетевому журналу Aeon Маск заявил, что это только начало: "Если мы сможем основать колонию на Марсе, то почти наверняка сможем колонизировать и всю Солнечную систему - потому что уже появится мощный экономический стимул для совершенствования технологии космических перелетов. Мы отправимся к спутникам Юпитера, по крайней мере, к дальним от планеты, и, возможно, к Титану у Сатурна и к астероидам".

Но даже Маск не готов прогнозировать полеты к другим звездам: "Альфа Центавра находится от нас в четырех световых годах, то есть если развить скорость в 10% скорости света, то на путешествие уйдет 40 лет - и это если предполагать, что такая скорость достигается мгновенно, чего, конечно, не будет. Мне интересно было бы знать, как будет выглядеть человечество, когда станет готово взяться за подобное".

Ладно, про звезды пока забудем. Но готов ли человек к жизни в космосе - или хотя бы к полетам туда? Опыт проживания на борту Международной космической станции дает представление о некоторых серьезных задачах, которые придется решать. Только лишь на доставку необходимого количества воды для шестерых обитателей МКС уходит около 2 млрд долларов в год. Не говоря уж о сложностях с доставкой еды и кислорода. В идеале космическая колония должна быть самодостаточной и способной автономно производить все необходимое или же, возможно, добывать припасы на ближайших астероидах.

Правообладатель иллюстрации Thinkstock Image caption У фантастов колонии на других планетах часто выглядят весьма привлекательно...

Следует помнить и об опасностях для здоровья: пониженное тяготение может привести к потере костной и мышечной массы и нежелательному повышению внутричерепного давления - а это, в свою очередь, грозит временными или хроническими проблемами со зрением. Космическая радиация провоцирует катаракту и повышает риск онкологических заболеваний. Бессонница и одиночество повышают психологический дискомфорт. Каждой космической колонии придется решать и эти проблемы, и многие другие, в том числе и не самые очевидные: к примеру, некоторые материалы (в том числе, кстати, и волосы на человеческом лице!) легче воспламеняются при пониженной гравитации.

Легко воспламеняемыми могут стать и отношения между собратьями-колонистами. В попытке имитировать длительный полет на Марс организаторы проекта "Марс-500" заперли шестерых добровольцев в небольшом (меньше 80 квадратных метров) помещении в Москве на 520 дней. У одного из участников так сильно сместился цикл сна, что он редко бодрствовал в то же время, что другие члены "команды". Еще у одного появились признаки депрессии, а третий начал страдать от когнитивных нарушений.

Есть и вопросы о том, какая система управления должна быть в таких изолированных группах и как избежать внутренних конфликтов. Эта проблема может показаться не самой насущной, но ученые и философы уже начали разрабатывать проекты "конституций" для будущих цивилизаций.

Допустим, мы добьемся успеха. Будут ли люди, живущие или рожденные в космосе, отличаться от нас сегодняшних? Если люди способны размножаться в космосе (учитывая известные проблемы со здоровьем у космонавтов, таких гарантий нет), то в изолированных колониях вскоре появится уникальная культура. Возможно, их жители придумают новые языки или даже изменятся внешне.

По мнению Кэмерона Смита из Портлендского университета в США, поведение и внешность обитателей колонии изначальной численностью в 2000 жителей изменится примерно через 300 лет. Мутации дадут новый цвет волос, тип кожи и осанку: наши коренастые фигуры сменятся более подходящими для условий низкого тяготения.

Смит даже предполагает, что эти жители могут прибегнуть к генной инженерии для создания принципиально новых органов - к примеру, защищающих от космической радиации или позволяющих добывать кислород из углекислого газа. И тогда марсиане смогут покинуть искусственную биосферу и по-настоящему освоить свой новый дом.