Зачем тратить миллиарды на изучение космоса, давайте тратить миллиарды на производство и потребление айфонов! Итак, допустим, следующим шагом человечества в космос действительно будет база на поверхности Луны. Чем там заняться?
Астрономия. На Луне нет атмосферы. Следовательно, нет искажений от колебаний воздуха, с которыми приходится бороться наземным телескопам. Диаметр главного зеркала космического телескопа «Хаббл» всего 2,4 метра (у наземных телескопов диаметр достиг уже 10 м), на Луне можно построить заметно больший. Далее, для исследований в радиодиапазоне очень интересной является обратная сторона Луны — она защищена самой поверхностью Луны от радиопомех с Земли. А теперь комбо — если разместить базу на Луне в районе лимба (на границе видимого диска), то можно рядом поставить и оптический, и радиотелескоп. И, что еще лучше, они смогут работать вместе с наземными телескопами, образуя интерферометр со сверхдлинной базой, который будет на порядки зорче, чем каждый из них в отдельности.
Принцип работы интерферометра со сверхдлинной базой
Геология. До сих пор ведутся споры о том, как именно образовалась Луна. Господствующая сейчас гипотеза гигантского столкновения пока не может объяснить, почему у лунных камней и земных практически совпадает изотопный состав. Совпадение по изотопному составу Земли и гипотетической Тейи, с которой Земля столкнулась, весьма маловероятно. Также очень интересна история Луны. Давно застывшее глобальное море магмы, последующие метеоритные удары, вакуум, перепады температур — все это сформировало не только известные на Земле горные породы, но и другие. Например, известен минерал армолколит, названный по первым буквам фамилий астронавтов «Аполлона-11».
Технологии. По большому счету, условия на Марсе не будут сильно отличаться от лунных. И там, и там огромные перепады температур, жесткое космическое излучение, невозможность выйти наружу без скафандра. Луна — отличное место по отработке технологий жизни за пределами Земли. И направлений их развития очень много. Крайне полезно было бы научиться строить базу с максимальным использованием местных ресурсов, например, формируя как минимум внешнюю метеоритную и радиационную защиту при помощи роботизированных 3D-принтеров. А еще лучше печатать базу целиком на месте заранее присланными роботами. Также крайне полезно научиться извлекать из местных ресурсов необходимые для жизни и работы элементы — кислород, водород, металлы, углерод, азот. Лунная база будет отличным тестом замкнутых систем жизнеобеспечения, когда кислород, еда и вода будут вырабатываться оранжереями. Решение вопросов ремонта долго работающего во враждебных условиях оборудования позволит не возить с собой склад запчастей, как это происходит сейчас на МКС. И, наконец, на лунной базе можно протестировать невозможные на Земле из-за атмосферы проекты систем запуска грузов на орбиту, к примеру, электромагнитные катапульты. Даже орбитальный лифт на Луне можно построить из уже существующих материалов — кевлара, дайнемы (из них сейчас делают стропы).
Скорее всего, первая лунная база будет посещаемой. Люди будут прилетать, расширять базу, чинить и обслуживать роботов, смахивать пыль с телескопа, проводить научные эксперименты и улетать. Но с развитием технологий появится и постоянный экипаж. Когда он станет расти, можно будет говорить о «вахтовом поселке». И только с возникновением постоянного населения можно будет сказать, что у Земли появилась первая космическая колония. Помечтать об этом приятно, но очень вряд ли, что это произойдет в ближайшие лет пятьдесят.
Идем дальше
Следующий очевидный этап колонизации — Марс. На сегодняшний день наиболее известны два частных проекта марсианской колонии — от Mars One и от SpaceX.
Исторически первым был проект Mars One, опубликованный в 2012 году. По расчетам идеологов проекта отправка людей в одну сторону якобы должна была в разы сократить затраты. Увы, спустя несколько лет стало ясно, что единственное, что в реальности смогла сделать Mars One — это устроить шумиху в СМИ, провести конкурс, набрать кандидатов и сократить их количество до 100. Не удалось найти инвесторов (и финансирования в целом), не построено никакое оборудование, а сроки сдвигаются все дальше в будущее. На таком фоне нет смысла рассматривать технические детали проекта.
У SpaceX денег заметно больше, но сотен миллиардов долларов, в которые оценивают стоимость марсианской экспедиции, нет и у них. В 2016 году был опубликован ролик с общим планом колонизации. Огромные многоразовые корабли должны будут везти сотни человек за рейс. Реалистичность такого гигантского плана также под большим вопросом.
В целом же базе или колонии на Марсе будет хватать задач. Главная тайна Марса — есть ли на нем жизнь, если была, то когда и как погибла, а если не зародилась, то почему. Мы точно знаем, что на Марсе нет деревьев или животных, но микроорганизмы вполне могут обнаружиться. И можно с большим интересом потратить годы исследований на поиск их или их следов. С геологической точки зрения Марс тоже интересен — раньше там было тепло и очень много воды. Как и почему планета пришла к сегодняшнему состоянию? В чем сходства и различия геологической истории Марса и Земли? С технической точки зрения Марс позволит отработать технологии пребывания на планетах с недружелюбной атмосферой.
Следующий возможный и по-своему интересный вариант — пояс астероидов между Марсом и Юпитером. Главный его плюс — небесные тела там сравнительно легкие и не потребуют больших расходов топлива на взлет и посадку. У самого тяжелого объекта пояса астероидов, Цереры, первая космическая скорость всего 360 м/с. При этом на Церере обнаружено много водяного льда, минералы с высоким содержанием железа и карбонатов. Самый крупный железный астероид Психея содержит железо-никелевого сплава в 100 тысяч раз больше, чем в земной коре. Также из-за того, что на астероидах не произошла дифференциация недр, различные тяжелые элементы доступны для добычи, в то время, как у планет и крупных спутников они опустились в центр. Пояс астероидов, конечно же, не выглядит как в фильмах, где камни буквально висят сотнями и тысячами рядом, но астероидов главного пояса диаметром более 100 км известно более двух сотен, а суммарная масса пояса астероидов оценивается в 4% массы Луны.
Удаляясь в сторону от Солнца, следующее подходящее место — Юпитер со спутниками. Очень интересно и потенциально полезно то, что под ледяной коркой поверхности на Европе и Ганимеде есть океаны жидкой воды. Но в то же время есть очень серьезная помеха — из-за крайне сильного магнитного поля Юпитера его радиационные пояса будут негативно воздействовать на технику и людей. Поэтому, возможно, первым форпостом человека в системе Юпитера станет Каллисто, единственный из больших спутников, находящихся за пределами радиационных поясов. У него наличие подледного океана вероятно, но пока не доказано. Полезным может оказаться то, что процесс дифференциации недр на нем, если и произошел, то частично, и тяжелые элементы могут быть на сравнительно небольшой глубине. Поселения в атмосфере Юпитера крайне маловероятны, но могут иметь смысл ныряющие в атмосферу беспилотные аппараты, добывающие ресурсы.
В системе Сатурна есть два интересных спутника — Титан с плотной и холодной атмосферой и изобилием углеводородов и Энцелад с доказанным подледным океаном. Спутники есть у Урана и Нептуна, но они сравнительно мало изучены и слишком далеко расположены. При движении еще дальше во внешнюю Солнечную систему начинает падать относительная доля тяжелых элементов, потому что их изначально там было мало при формировании планет из протопланетного диска. Также интенсивность излучения падает с квадратом расстояния, поэтому на орбите Плутона солнечная батарея будет в 1000 раз менее эффективной, чем на орбите Земли.
Меркурий и Венера не являются легкими объектами для колонизации. На поверхности Венеры температура примерно 460°C и давление в районе 100 атмосфер. В таких условиях крайне сложно работать даже технике, не говоря уже о людях. А идеи «облачных городов» сомнительны с точки зрения здравого смысла — да, теоретически конструкция с атмосферой, пригодной для дыхания, будет в венерианских условиях парить как дирижабль, но ради какой цели можно находиться в углекислотной атмосфере с дождями из серной кислоты? Меркурий потенциально интересен, там с высокой вероятностью есть водяной лед, а солнечная батарея будет вырабатывать в 4-9 раз больше энергии, чем на орбите Земли. Но до него сложно добраться — количество топлива для выхода на орбиту Меркурия сравнимо с полетами к спутникам Юпитера.
В головах фантастов и мечтателей есть гигантские проекты. Теоретически реализуемые идеи вроде цилиндра О’Нила или Стэнфордского тора упираются в необходимость привезти тысячи и миллионы тонн материалов в точку строительства и отсутствие задач для таких станций сегодня. Но в отдаленном будущем использование центробежной силы для создания искусственного тяготения может быть целесообразным, если орбитальные станции станут большими. Что же касается мира-кольца или сферы Дайсона, то цивилизация, способная строить такие сооружения, может манипулировать энергией масштаба звезды и далеко не факт, что к этому времени она не придумает себе занятия интересней, чем создавать астроинженерные конструкции.
Колонии на других звездных системах — дело слишком отдаленного будущего, чтобы всерьез о них рассуждать. Увы, на текущих технологиях у нас нет возможности отправить даже беспилотный корабль, который смог бы долететь до ближайшей звезды за сто лет. И, например, потенциально крайне интересную экзопланету Проксима Центавра b, которая находится в зоне обитаемости на расстоянии «всего» 4,22 световых года, сейчас выгоднее изучать, строя все более мощные телескопы, чем пытаться отправить к ней межзвездный зонд.
Филипп Терехов
