Марсианские города можно было бы строить изо льда

Фото из открытых источников

Путешествие на Марс, одна из заявленных президентом Дональдом Трампом целей для астронавтов НАСА, может оказаться проще, чем кажется. Если астронавты хотят остаться там на некоторое время после приземления, им потребуется построить защитные жилые модули, которые позволят им спать, проводить исследования и оставаться здоровыми и в здравом уме. Теперь исследователи придали научное обоснование оригинальной идее, которая может решить все эти проблемы: лед.

На поверхности Марса или вблизи неё находится более 5 миллионов кубических километров замерзшей воды, и, по прогнозам, под ней скрывается ещё больше. Если лёд Красной планеты окажется доступным, будущие астронавты смогут жить в мире, словно сошедшем со страниц диснеевского мультфильма «Холодное сердце», сообщили сегодня учёные на ежегодном собрании Американского геофизического союза. С помощью различных методов моделирования команда показала, что из этого материала можно создавать хорошо изолированные, прочные конструкции, эффективно защищающие жителей Земли от вредных солнечных лучей.

«Это очень интригующая идея», — говорит Валентина Сумини, исследовательница космической архитектуры из Массачусетского технологического института, которая не принимала участия в исследовании. Главным препятствием на пути к колонизации внеземных цивилизаций является огромное количество рейсов, необходимых для доставки грузов с Земли, отмечает она. Любой способ минимизировать это, по ее словам, мог бы ускорить заселение инопланетных миров.

Марс содержит два потенциальных строительных блока для обитания: лед и реголит — поверхностный слой планеты, состоящий из пыли и мельчайших частиц горных пород. Реголит не идеален, поскольку для его получения потребовалось бы просеять огромные его количества, чтобы извлечь такие элементы, как кремний и кислород. Затем их нужно было бы нагревать до высоких температур и превращать в такие материалы, как стекло, отмечает Робин Вордсворт, планетолог из Гарвардского университета. Поэтому его команда выбрала лед. Наша собственная планета послужила источником вдохновения, говорит Рафид Куайюм, бывший студент Вордсворта, руководивший работой и ныне работающий системным инженером в научно-исследовательском центре: Исландия известна своими стально-голубыми ледяными пещерами, которые образовались, когда тепло Земли растопило реки льда, проложившие себе путь наружу.

Вместо пещер традиционно для Марса рассматриваются ледяные жилища в виде куполов, каждый размером около 1 гектара, с различными помещениями для жизни и сельского хозяйства. Чтобы оценить практическую осуществимость таких сооружений, Куэйум и его коллеги начали с математического моделирования роли льда как изолятора, определив, что слой толщиной в несколько метров может повысить внутреннюю температуру примерно с –120°C (что характерно для Марса) до –20°C. Это далеко не тепло, но достаточно холодно, чтобы поддерживать стабильность льда.

Далее команда смоделировала структурные свойства льда, отметив предыдущие исследования, показавшие, что легирование его органическими материалами, такими как гидрогели — богатые водой полимерные цепи — может повысить его сопротивление напряжениям и гибкость, которые являются важными строительными качествами. Ученые также проанализировали, как предотвратить рассеивание ледяных структур в марсианской атмосфере из-за сублимации, когда твердое вещество непосредственно переходит в газообразное состояние: добавление водостойкого покрытия решило бы эту проблему, как они выяснили, хотя его, вероятно, пришлось бы доставить с Земли.

Самое важное, исследователи смоделировали, как замерзшая вода будет отражать или пропускать солнечный свет, который получает Марс. Лед дал решающее преимущество перед другими доступными материалами, такими как реголит: он в значительной степени блокирует ультрафиолетовые волны света, пропуская при этом видимые и инфракрасные. Это означает, что ледяные жилища будут защищать людей от вредного ионизирующего излучения Солнца, одновременно пропуская свет и тепло, необходимые для фотосинтеза и физического и психологического здоровья астронавтов.

Однако у ледяного города есть существенные ограничения. Во-первых, потребуются огромные объемы льда. Первоначальные расчеты исследователей показывают, что за день можно было бы обрабатывать около 15 квадратных метров (размером с парковочное место), используя источник энергии, эквивалентный источнику энергии Международной космической станции. Кроме того, на Марсе часто случаются пылевые бури; пыль, оседающая на льду, блокирует его прозрачность и теплоизоляционные свойства, отмечает Адомас Валантинас, научный сотрудник-планетолог из ETH Zürich, изучавший использование льда и пыли на Марсе, но не участвовавший в новом анализе. А чтобы вообще извлечь лед из земли, потребуются буровые системы и другое оборудование с Земли, говорит Сумини.

Тем не менее, «важно думать об исследовании космоса в среднесрочной перспективе, а также о том, чем мы будем заниматься в ближайшие несколько лет», — говорит Вордсворт. Его команда представляет себе мир, где для обработки льда используется только отработанное тепло от солнечных или ядерных энергетических установок, уже построенных на поверхности Земли для долгосрочного существования внеземных обществ.

Сумини считает, что марсианские жилища — лишь одно из применений льда на планете. В качестве примеров она приводит использование замерзшей воды для гидропонного земледелия, а также выращивание клеток водорослей в качестве потенциального источника пищи. Лед — это «на самом деле начало возможного продления нашей жизни на другой планете», — говорит она.