С 14 топтехнологии стартира мисия "Марс"

С тях на Червената планета хората ще могат да произвеждат ракетно гориво, енергия, кислород, вода и необходимите суперхрани

Днес не сме много по-различни от онези смели, свръхлюбопитни и дръзки Homo sapiens, които излизайки от пещерите, постепенно завладяват планетата в търсене на по-добри условия за живот. Качвали се на малките си салове и тръгвали дори когато не виждали бряг насреща, за да откриват нови земи. Водени от същото древно любопитство, днес летим към следващата вдъхновяваща мечта – да се превърнем в междупланетна раса, да откриваме нови светове, като първата стъпка към това велико приключение ще бъде Марс.

Доскоро науката бе неспособна да даде насоки за необходимите технологии за тази вълнуваща мисия и затова тя се случваше единствено на страниците на фантастичните романи и във филмите. Днес обаче ситуацията е различна. НАСА, Европейската космическа агенция (ЕКА), тази на Китай и частната компания на Илон Мъск SpaceX трескаво работят по роботизирани и човешки мисии на Марс. При това не след десетилетия, а само след няколко години.

Най-амбициозни са плановете на Мъск, чиято цел е през 2026 - 2027 г. да изпрати безпилотна мисия, след което и астронавти, които да поставят основите на бъдещата колония.

Целта е тя на място да добива всичко необходимо за функционирането на живота. За разлика от милиардера НАСА и ЕКА искат първо да върнат на Земята за подробно проучване събраните проби от Червената планета и едва тогава, на базата на резултатите, след 2030 г. да изпратят човешки екипаж. Подобни са и плановете на Китай - мисия през 2028 - 2029 г., която трябва да върне до 2030 - 2031 г. пробите от пресъхналия океан Утопия Планиция.

И ако въпросът с транспорта и рисковете, свързани с него, вече са ясни, то със стъпването на хората на Марс не е точно така. Самата планета е два пъти по-отдалечена от Слънцето в сравнение със Земята и затова светлината там е около 60% от тази, с която сме свикнали тук. Затова пък на Червената е и доста по-студено – средно минус 63 градуса. Атмосферата е негодна за дишане, защото се състои предимно от CO2 с малки количества азот, аргон и няколко други микроелемента, което според учените означава, че ако се компресира, там ще могат да се отглеждат растения.

Гравитацията на Марс е около 38% от тази на Земята, така че хората ще могат да ходят по повърхността и дори да вдигат по-тежки товари.

На повърхността е измерена йонизираща слънчева и космическа радиация, освен това планетата няма глобално магнитно поле, което да я предпазва от слънчевия вятър. Затова опустошителните прашни бури са често явление.

От първостепенно значение е хората да бъдат защитени от радиацията. Данните от роувъра Curiosity на НАСА показват, че на Марс тя е около 240 - 300 mSv годишно, което далеч надхвърля безопасните за хората нива.

На въпроса на "Космос" може ли да се създаде глобално магнитно поле на Марс със съвременните технологии, геофизикът ни проф. Бойко Рангелов, участващ в много международни проекти, обясни, че на този етап това е невъзможно.

"Но това не изключва локални магнитни щитове – уточни ученият. - Най лесно е хората да се защитят от радиацията, като се скрият под повърхността." Затова засега единственият вариант е човешките екипажи да си направят убежища в скалните образувания.

Китайският университет за наука и технологии установи, че естествените топографски характеристики значително намаляват нивата на радиацията на повърхността. Освен това учените са изчислили, че местообитанията на повърхността изискват полиетиленова екранировка от 5 до 15 грама на сантиметър или покритие с марсиански реголит. Но има и концепции, предвиждащи блокове с лед около стените, за да пропускат светлина, а покривите да са покрити с пясък за защита от опасната радиация.

Заедно с това НАСА разработва системи за наблюдение на космическото време, за да прогнозира с точност радиационните бури, което ще осигури на хората достатъчно време, за да се укрият в специалните защитени зони. Изчисленията сочат, че техните стени трябва да са дебели поне 9 метра и да са изградени с помощта на марсианска глина.

След като бъдат защитени хората от убийствената радиация, следващото голямо предизвикателство е как ще дишат - атмосферното налягане на Марс е едва 0,6% от земното, което изисква сложни системи за поддържане на живота. 

В случая безкрайно полезна ще е системата MOXIE, която вече доказа своята ефективност. Използвайки марсиански CO2, тя произведе 6 грама кислород на час, с възможен максимум до 10,56 грама на час. В НАСА са категорични, че след като прототипът работи, една по-мащабна негова версия би могла да генерира достатъчно кислород както за дишане, така и за ракетно гориво.

Заедно с това Европейската космическа агенция създаде усъвършенствана система (ACLS) от следващо поколение за рециклиране на CO2 в кислород.

След като могат да дишат обаче, астронавтите ще трябва безопасно да се движат и по марсианската повърхност, когато се налагат такива мисии. Макар че скафандрите ще са свръхсложни системи, различни екипи по света са фокусирани върху тази задача и периодично обявяват сериозни успехи. Предизвикателствата пред производството на подходящи костюми са много, но се решават поетапно.

От една страна, те трябва да предпазват от радиацията, студа, пясъчните бури, да осигуряват комфортна термична регулация, захранване с кислород, водоснабдяване, безопасно управление на урината. Заедно с това трябва да са съоръжени с устройства за поддържане на комуникацията с контрола на мисията и останалите членове на екипажа. Но сложното уравнение не приключва дотук – скафандърът трябва да е едновременно лек и свръхзащитен от удари от отломки, освен това на него трябва да бъде монтирана стабилна батерия, осигуряваща достатъчно енергия за захранването на всички тези животоподдържащи системи.

Самото изграждане на местообитания на Марс ще става с помощта на наличните технологии за 3D принтиране на необходимите конструкции с помощта на местен реголит. Те трябва да издържат на проникването на прах заради мощните пясъчни бури и на резки температурни колебания. Инструментите също трябва да се произвеждат на място с помощта на 3D печат. Освен това вече има ефективни роботизирани системи, които могат да работят непрекъснато, при това в тежки условия, и да построят домовете и лабораториите в колониите.

Извличането на вода от марсианските ресурси също е огромно предизвикателство и в момента са в ход няколко високотехнологични разработки. Дългогодишни изследвания на НАСА сочат, че добивът на вода от марсиански реголит може да осигурява по 100 литра на ден, ако се преработват между половин и два тона почва. С термична екстракция реголитът ще се нагрява до 300°C, а генерираните изпарения ще се кондензират, за да се получи вода.

Изследвания на американската космическа агенция сочат, че вода може да се извлича и от марсианската атмосфера, която съдържа малки количества водна пара. Заедно с това се разработват усъвършенствани системи за рециклиране на водните ресурси.

Сам по себе си този научен пробив ще бъде безценен и за ракетното гориво. Вече има системи, които могат да произвеждат метан и кислород от атмосферния CO2 на Марс и извлечената вода. Тоест няма да е необходимо да се доставя гориво от Земята, за да се осигури връщането на хора и материали на Синята планета.

Осигуряването на вода е ключов момент, тъй като така пътят пред технологиите за производство на храни е отворен. Различни научни проучвания по света са категорични, че хидропониката и аеропониката са ключът към успеха.

С помощта на хидропонните системи, за които не е необходима почва, могат да се произвеждат между 600 и 2000 тона на хектар, което е 10 - 20 пъти повече от традиционното земеделие. Но най-важното е, че те осигуряват пълна защита от опустошителните бури и радиацията, тъй като всичко става в контролирана среда. За да усъвършенства тези оранжерийни системи, НАСА отдавна провежда експерименти на Международната космическа станция. Те осигуряват подходяща температура, LED осветление и оптимални условия за развитие на различните култури. Какви трябва да са те? Засега научният консенсус гравитира около парадигмата, че те трябва да са богати на хранителни вещества и да осигуряват пълноценно хранене. В условия, имитиращи тези на Марс, успешно могат да бъдат отглеждани моринга, къдраво зеле, сладки картофи и други суперхрани, които ще дадат на хората пълноценни аминокиселинни профили, витамини и минерали, нужни за балансирано и здравословно хранене.

Разбира се, всички тези системи изискват сериозни енергийни проекти. Засега най-перспективни са реакторите на НАСА Kilopower, които в поредица експерименти от 2015 г. доказаха своята надеждност и ефективност и неслучайно се финансират от Националната администрация за ядрена сигурност към Министерството на енергетиката на САЩ. 

С помощта на ядрено делене на уран-235 тази технология генерира топлина, която в Стърлингови конвертори се трансформира в електроенергия. По този начин могат да се генерират до 10 киловата, а 4 - 5 от тези реактори могат да осигурят необходимия за една човешка колония ток от 40 киловата. Но най-хубавото е, че могат да работят непрекъснато между 10 и 14 години и освен това са устойчиви на прашни бури и резки сезонни колебания.

Слънчевите батерии също могат да бъдат добро решение на Марс и инженерите непрекъснато усъвършенстват системите им за самопочистване от неизбежните запрашвания на Червената планета. Те заедно с ядрените реактори, могат да осигурят необходимата надеждност на енергийната система, мащаб и излишък от електроенергия за разрастващите се колонии. 

Разбира се, хората на Марс ще се нуждаят от херметизирани роувъри за проучвания около базовите станции и те трябва да притежават сериозна радиационна защита, животоподдържащи системи и надеждни "чистачки", които да отстраняват натрупания по тях прах.

Ще са необходими и тежкотоварни роувъри за транспортиране на оборудване, материали и различни доставки за изграждането и функционирането на човешката колония в суровата марсианска среда.

Така с натрупването на все повече знания на място и напредъка на науката и изкуствения интелект след години човечеството може да достигне до етап, в който да сбъдне тази голяма мечта – да промени атмосферата на Марс и да рестартира живота и на Червената планета.

"Основната идея за тераформирането на Марс е свързана с изследванията за посяване на низши растения - микроорганизми, гъби, мъхове и лишеи, подобни на тези, живеещи на Антарктида, защото са в състояние да преработват СО2 в кислород – коментира пред "Космос" геофизикът проф. Бойко Рангелов. - Това изисква много време, но процесът е самоускоряващ се. Това е най перспективната технология засега."

Така крачка след крачка един ден можем да изградим следващия си нов дом.

(Материалът е публикуван в брой 7 на списание "Космос".)