Без герметичного жилища, систем жизнеобеспечения и постоянной технической поддержки человек на поверхности Марса погибнет в считанные минуты. Атмосфера там составляет около 1% земной плотности, в ней почти нет кислорода, а среднесуточная температура — около минус 60 градусов Цельсия. Это не повод отказываться от идеи полёта, но это честная отправная точка для разговора о том, что нужно решить.
NASA систематизировало вызовы пилотируемых миссий дальнего космоса — в том числе марсианской — в пять групп опасностей.
Радиация
В открытом космосе астронавт лишён защиты земной атмосферы и магнитосферы. Два вида радиационных угроз: солнечные протонные события (мощные, но относительно предсказуемые вспышки) и галактические космические лучи (постоянный фон из высокоэнергетических частиц, против которого сложнее защититься).
Марсианская атмосфера обеспечивает частичную защиту — примерно в 50 раз хуже земной. На поверхности планеты условия лучше, чем в перелёте, но хуже, чем на Земле. Ключевая проблема при длительной миссии — накопленная доза за три года, которые потребуются на перелёт туда-обратно и время на поверхности.
Направления решений: активное прогнозирование солнечных событий; укрытия с радиационной защитой (возможно, из реголита — марсианского грунта); фармакологические контрмеры, изучаемые в рамках программы Human Research Program. Ни одно из них пока не решает проблему полностью для трёхлетней миссии.
Изоляция и замкнутое пространство
Экипаж из четырёх-шести человек проведёт несколько месяцев в перелёте и до двух лет на Марсе в замкнутом пространстве, в условиях полной зависимости друг от друга. NASA изучает эти риски в наземных аналогах — симуляторах изолированного проживания — и на МКС.
Главные психологические риски: снижение эффективности работы при усталости и монотонии; нарушения сна; межличностные конфликты в ограниченном пространстве; ограниченный доступ к психологической поддержке при задержке сигнала.
Задержка сигнала с Марса составляет от 3 до 22 минут в одну сторону — то есть от 6 до 44 минут для полного цикла вопрос-ответ. Это делает невозможным реальное общение в реальном времени и требует высокой автономии экипажа в принятии решений, включая медицинские.
Расстояние от Земли
Из предыдущего пункта вытекает третья группа проблем. Любая техническая неисправность, медицинская ситуация или нештатная ситуация должны быть решены экипажем самостоятельно — без возможности немедленно запросить помощь с Земли и тем более без быстрой доставки специалиста или оборудования.
Это требует принципиально иного уровня медицинской подготовки экипажа, автономных диагностических систем и расширенного хирургического оборудования на борту. Также — хирургически точного планирования запасов: доставить недостающее будет невозможно.
Возвращение при аварии или медицинском кризисе — нереалистичный вариант. В отличие от МКС, откуда астронавт может вернуться домой за несколько часов, с марсианской орбиты это займёт месяцы.
Гравитация и её смены
Перелёт к Марсу займёт 6–9 месяцев в условиях невесомости. Данные с МКС показывают: длительная микрогравитация вызывает потерю мышечной массы и костной плотности, изменения зрения (синдром SANS — нейроглазной синдром, связанный с космическими полётами), нарушения баланса жидкости в теле и сердечно-сосудистые изменения. На МКС эти последствия купируются возвращением на Землю; на Марсе экипаж прибудет уже ослабленным и должен будет сразу начать работу в условиях 38% земной гравитации.
Марсианская гравитация — промежуточная между лунной и земной — изучена значительно хуже, чем полная невесомость. Последствия длительного пребывания в таких условиях не известны напрямую.
Враждебная замкнутая среда
Космический корабль и марсианская база — самоподдерживающиеся экосистемы. Воздух должен поддерживаться в нужном составе, воду нужно очищать и регенерировать, питание обеспечивать на три года вперёд. Любой сбой системы жизнеобеспечения — критическая ситуация.
Дополнительные риски: микробное загрязнение в замкнутом пространстве (бактерии мутируют быстрее в условиях повышенного излучения и изменённой гравитации); токсичность марсианского реголита (он содержит перхлораты, опасные для здоровья); ограниченный доступ к переработке отходов.
Посадка: отдельная инженерная задача
Марсианская атмосфера слишком плотная, чтобы игнорировать её при посадке, но слишком разреженная, чтобы эффективно тормозить аппарат парашютами — как это делается при возвращении на Землю. Для тяжёлого обитаемого корабля ни одна из существующих систем посадки не применима напрямую: это одна из нерешённых инженерных задач.
NASA и частные компании изучают несколько подходов: тормозные двигатели с большой тягой, надувные аэродинамические тормоза и комбинированные системы. Ни один из них не прошёл испытания с кораблём нужного масштаба.
Что уже сделано и что ещё предстоит
Многое из перечисленного изучается на МКС — в том числе воздействие радиации, физиологические эффекты невесомости и системы жизнеобеспечения. Миссия «Близнецы» (Scott и Mark Kelly) предоставила данные о долгосрочных эффектах годовых миссий; HERA и другие наземные симуляторы изолированных полётов изучают психологические риски.
Конкретной даты пилотируемой марсианской миссии, подтверждённой официальным решением и финансированием, на момент подготовки этого материала не существует. Заявленные цели и сроки разных организаций носят планировочный, а не гарантированный характер.
Ключевой вывод: человек на Марсе жить не может без масштабной инфраструктуры — но создание этой инфраструктуры технически разрабатывается. Вопрос не в принципиальной невозможности, а в том, сколько задач ещё предстоит решить.
Что из марсианских технологий уже испытано
Марсоходы — Curiosity и Perseverance — на протяжении многих лет исследуют поверхность Марса и предоставляют данные о грунте, атмосфере и радиационном фоне. Эксперимент MOXIE на борту Perseverance продемонстрировал возможность получения кислорода из углекислого газа марсианской атмосферы — принципиальное доказательство концепции, хотя пока в небольших масштабах.
МКС служит долгосрочным испытательным стендом для систем жизнеобеспечения: регенерация воды из мочи и водяного пара, переработка углекислого газа, управление микроклиматом в замкнутом пространстве. Данные с МКС напрямую применяются при проектировании марсианского жилища.
Читайте также: Что такое магнитная буря, как её измеряют и почему она опасна для технологий
Марс или Луна как промежуточный этап
Многие специалисты рассматривают освоение Луны как необходимый промежуточный шаг перед Марсом: расстояние от Земли всего 3 дня пути, что позволяет отработать технологии при наличии возможности экстренного возврата. Программа Artemis NASA направлена на создание устойчивого лунного присутствия — в том числе для получения опыта длительного пребывания в условиях пониженной гравитации и радиационного воздействия.