Почему сложно строить базы на поверхности планет
Колонизация Марса и Луны — одна из амбициозных целей человечества. Сейчас крупнейшие космические компании и государственные агентства, от SpaceX до NASA, разрабатывают проекты будущих баз. Из всех планет только две находятся в относительной близости от Земли — Венера и Марс.
На Марсе, предположительно, есть вода в виде льда, горы, долины, полярные шапки, сезонные изменения. Из основных минусов выделяют: низкую температуру (-60 ℃) и низкое давление (610 Па, а на Земле — 101 325 Па), высокий уровень радиации (организм человека будет накапливать около 0,21 миллизиверта ионизирующего излучения в день) и не только. Но даже эти условия гораздо дружелюбнее, чем на Венере, где температура поверхности достигает отметки 500 °C и идут кислотные дожди. Расстояние от Венеры до Земли меняется в зависимости от положения двух планет на их орбитах — от 38 до 261 млн км.
Проекты колонизации Марса требуют создания закрытых экосистем, которые смогут поддерживать жизнь в таких суровых условиях. Поэтому ученые параллельно разрабатывают проекты по освоению Луны. Луна — естественный спутник Земли, находящийся от нее на расстоянии 384 млн км. Здесь предлагается создавать базы, которые могут служить площадкой для добычи ресурсов и тестирования технологий, необходимых для дальнейших миссий на Марс.
Но основная проблема заключается в том, что поверхности этих астрономических объектов — негостеприимные для людей места. Например, у Луны нет ионосферы, она не защищена от солнечной и космической радиаций, подвергается постоянной атаке больших и малых метеоритов. Эти факторы означают, что любая конструкция на поверхности должна быть прочной, чтобы выдержать любые удары и перепады температур. Поэтому ученые предлагают другую концепцию — строить колонии и базы в пещерах. По мнению экспертов отрасли, исследование этих естественных структур может стать ключом к созданию безопасных мест обитания человека в будущем.
Сколько пещер на Марсе и Луне
Химическая и механическая эрозии, тектонические процессы — основные механизмы появления пещер на Земле. Один из самых распространенных типов пещер образуется в известняковых и других карстовых породах. Этот процесс начинается с того, что вода, содержащая углекислый газ, проникает в почву и образует угольную кислоту. Когда кислота попадает в трещины известняка, то начинает растворять минералы в горной породе. Это со временем приводит к образованию пустот и полостей. Если этот процесс продолжается, то пустоты могут увеличиваться в размерах и формировать обширные подземные системы.
Кроме карстовых, существуют и лавовые пещеры. Они образовываются во время вулканической активности. Когда лава течет, верхний слой затвердевает, образуя корку, а под ней продолжается движение расплавленных пород. Когда лавовое течение останавливается, полости внутри могут оставаться пустыми. Механическая эрозия тоже воздействует на мягкие породы, такие как песчаник. В этом случае ветер и вода вымывают частицы породы, создавая углубления и полости.
Благодаря развитию космической отрасли в середине XX века ученым удалось доказать, что похожие углубления есть не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы.
Марс
Эксперты Геологического общества США в октябре 2022 года объявили, что на Марсе есть пещеры, которые подойдут для проживания будущих экспедиций. Именно они смогут защитить астронавтов от суровых условий планеты.
Чтобы выделить подходящие, ученые использовали каталог предполагаемых марсианских пещер. В нем собрано более тысячи объектов, которые удалось получить благодаря космическим аппаратам NASA Mars Odyssey (2001) и Mars Reconnaissance Orbiter (2006).
Ученые выбирали пещеры по месту (в пределах 100 км от места посадки кораблей), наличию фотографии в высоком разрешении и их расположению на возвышенности не более одного километра. Под все критерии подошло девять вариантов.
По мнению геологов, все эти потенциальные пещеры, самая большая из которых имеет выход на поверхность размером с футбольное поле, заслуживают более пристального внимания. Но ни один из марсоходов, работающих в настоящее время на Марсе, не находится достаточно близко, чтобы исследовать их.
Луна
Всего на Луне насчитывается не менее 200 отверстий разных размеров: от 5 до 900 м в диаметре. Три из них впервые идентифицированы с помощью изображений с японского космического корабля Kaguya в 2009 году. Еще сотни найдены благодаря новому компьютерному алгоритму, который автоматически сканировал тысячи изображений лунной поверхности с высоким разрешением, полученных с американского зонда Lunar Reconnaissance Orbiter в 2010-м.
Итальянские астрономы проанализировали данные, собранные этим аппаратом в 2024 году. Они изучили радарные снимки поверхности, которые, по предположению команды, определили наличие «подповерхностной пещеры длиной в десятки метров». Вероятно, пещера находится на дне ямы глубиной около 100 м рядом с Морем Спокойствия (море на видимой стороне Луны). Это место знаменито тем, что там впервые высадилась команда американских астронавтов, прибыв на посадочном модуле «Аполлон-11» 20 июля 1969 года.
Как будут изучать пещеры
Интерес к инопланетным пещерам наблюдается не первый год, но ни одно космическое агентство пока не добилось значительных успехов в изучении этих мест. Главное препятствие — отсутствие технических возможностей. Космические аппараты и зонды, которые займутся исследованием, все еще находятся в разработке.
При строительстве роботов-спелеологов инженерам нужно учесть ряд факторов. Во-первых, устройство необходимо либо посадить на дно возможной пещеры, либо продумать механизм спуска по вертикальной траектории. Во-вторых, потребуется обеспечить электропитание робота в условиях темноты. Сейчас зонды получают энергию от солнечных батарей. То есть если не обеспечить робота дополнительным источником энергии, работать он сможет лишь ограниченное время. В-третьих, управлять аппаратом будет сложнее из-за отсутствия связи под поверхностью планеты.
Несмотря на сложности, работа по созданию необходимых аппаратов все-таки ведется. К примеру, Европейское космическое агентство (ЕКА) планирует отправить на изучение возможной пещеры у Моря Спокойствия робота в форме сферы под названием Daedalus. Спускать его будут с помощью роботизированного крана RoboCrane. Диаметр сферы — 46 см. Она будет оснащена стереоскопической камерой, лидарами для 3D-картографирования, датчиками температуры и дозиметром радиации, а также выдвижными манипуляторами для преодоления препятствий и проверки свойств горных пород.
Daedalus сначала спустят в устье пещеры на длинном тросе, а затем отсоединят. Подвесной трос будет служить приемником Wi-Fi, что позволит сфере передавать информацию о промежуточных результатах исследования.
Daedalus, возможно, окажется на Луне не ранее 2033 года. Доставить сферу на место должна ракета Ariane 6.
NASA тоже представила рынку мобильную манипуляционную платформу ReachBot для изучения марсианских пещер. У нее есть выдвижные конечности, которые позволят дотягиваться до нескольких точек одновременно. ReachBot сможет карабкаться по скалам и пещерам, прикрепляясь к стенам металлическими шипами.
Автор идеи создания такого робота — доцент факультета аэронавтики и астронавтики Стэнфордского университета и ведущий исследователь Марко Павоне. Он вошел в число пяти исследователей, получивших в 2022 году грант программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC).
Сейчас инженеры создают прототип устройства. Как только все будет готово, пройдут первые испытания робота в лавовой пещере в Нью-Мексико или на Гавайях.
➤ Подписывайтесь на телеграм-канал «РБК Трендов» — будьте в курсе последних тенденций в науке, бизнесе, обществе и технологиях.