Чтение онлайн

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”.

В реакторе WAVAR используются адсорбирующие воду минералы под названием цеолиты. На земле они встречаются в природе в чистом виде и легко производятся в фабричных условиях (цеолиты, в частности, используют в промышленных установках по осушению воздуха: они поглощают содержащийся в нем водяной пар). Затем статья объясняет, каким простым может стать процесс добычи воды: “Марсианский воздух с помощью вентилятора засасывается в систему через пылевой фильтр. Отфильтрованная смесь газов проходит через слой адсорбента, где от смеси отделяется водяной пар. После того как слой достигает предельного насыщения, водяной пар десорбируется, конденсируется и поступает в резервуар. В конструкции всего семь узлов: фильтр, слой адсорбента, вентилятор, узел десорбции, поворотный механизм, конденсатор и система активного управления”.

Чтобы по возможности уменьшить массу реактора и его влияние на окружающую среду, устройство необходимо доставить на Марс и начать производить воду за два года до прибытия космонавтов.

Наверное, это уже очевидно, но стоит повторить еще раз: если на Марсе действительно есть вода, как мы предполагаем, то у человечества будут все шансы основать там постоянное поселение.

Теперь займемся проблемой кислорода. Если в вашем скафандре закончится кислород, то вы (не считая азота) начнете вдыхать тот же углекислый газ, который выдыхаете, – пока не потеряете сознание. А там недалеко и до гибели. Человек не может долго дышать воздухом, в котором более 5 % двуокиси углерода, отчасти потому, что у нас есть такой защитный механизм – от избытка углекислого газа мы теряем сознание.

С этой точки зрения Марс кажется весьма негостеприимным местом – ведь в его атмосфере почти совсем нет кислорода. “Воздух” Марса, по данным марсохода “Кьюриосити”, полученным в 2012 году, содержит примерно 2 % азота, 2 % аргона, 95 % углекислого газа и ничтожные количества угарного газа (СО) и кислорода. Показатели слегка варьируются в зависимости от времени года, поскольку в зимние месяцы часть газов на полюсах замерзает, а весной снова испаряется. Однако, хотя свободного кислорода в атмосфере планеты меньше одного процента, на самом деле на Марсе полно кислорода. Дело в том, что углекислый газ (CO2) по атомной массе на 28 % состоит из углерода и на 72 % из кислорода. И если атмосфера Марса на 95 % состоит из CO2, значит, не меньше 70 % общей массы марсианского “воздуха” составляет кислород. И хотя плотность атмосферы Марса достигает лишь 1 % от плотности земной атмосферы, это все равно немало.

В воде, которую первые поселенцы будут добывать на Марсе, кислорода еще больше – он составляет примерно 89 % от массы воды. А земляне уже давно научились с помощью простой технологии, которая называется электролиз, расщеплять молекулы воды и получать кислород. Для этого нужно всего лишь опустить два электрода в сосуд с водой, пропустить через воду электрический ток и… вуаля! Кислород можно собирать на одном конце резервуара, у анода, а водород – на другом, у катода. Практически каждому школьнику приходилось выполнять на лабораторной работе по химии эксперимент с электролизом.