Введение

Предлагаемые концепции для человеческих поселений на Марсе

Колонизация или заселение Марса – это теоретическая миграция людей на Марс и создание долговременного присутствия человека на планете. Эта перспектива вызвала интерес у государственных космических агентств и частных корпораций и широко освещалась в научной фантастике, кино и искусстве. Организации предложили планы пилотируемой миссии на Марс, как первый шаг к любой колонизационной деятельности, но на сегодняшний день ни один человек не ступил на эту планету, и не было ни одной возвращающейся миссии. Однако посадочные аппараты и марсоходы успешно исследовали поверхность планеты и предоставили информацию об условиях на местности. Орбита Марса близка к орбите Земли и поясу астероидов. Хотя продолжительность дня и общий состав Марса схожи с земными, планета враждебна к жизни. Атмосфера Марса непригодна для дыхания, достаточно разрежена, чтобы средняя температура колебалась в широком диапазоне, но при этом достаточно плотна, чтобы вызывать планетарные пылевые бури. Безжизненный ландшафт Марса покрыт мелкой, токсичной пылью и интенсивным ионизирующим излучением. Марс обладает местными ресурсами, такими как подземные воды, марсианский грунт и руда, которые могут быть использованы колонистами. Возможности для выработки электроэнергии с использованием ветровой, солнечной и ядерной энергии на основе марсианских ресурсов ограничены. Обоснования и мотивации для колонизации Марса включают любопытство, потенциал для проведения более глубоких наблюдательных исследований человеком, чем с помощью беспилотных марсоходов, экономический интерес к его ресурсам и возможность того, что заселение других планет может снизить вероятность вымирания человечества. Сложности и опасности включают воздействие радиации во время полета на Марс и на его поверхности, токсичный грунт, низкую гравитацию, изоляцию, связанную с удаленностью Марса от Земли, нехватку воды и низкие температуры. Государственные космические агентства – NASA, ESA, Роскосмос, ISRO, CNSA и другие – и частные организации – SpaceX, Lockheed Martin и Boeing – взяли на себя обязательства по исследованию возможности создания постоянных поселений. Помимо этого, существуют группы сторонников освоения космоса, специализирующиеся на колонизации Марса, такие как Общество Марса и Планетарное общество.

Концепция и сроки выполнения задач

С начала XX века предлагалось несколько пилотируемых миссий на Марс как государственными агентствами, так и частными компаниями. Большинство концепций пилотируемых миссий, в том виде, в котором они сейчас разрабатываются национальными космическими программами, не являются прямым этапом подготовки к колонизации. Программы, которые находятся в стадии предварительного планирования в NASA, Роскосмосе и ESA, предназначены исключительно для исследовательских целей, хотя создание постоянной базы возможно, но пока не является приоритетной задачей. Колонизация требует создания постоянных поселений, обладающих потенциалом для саморасширения и самообеспечения. Два ранних предложения по созданию поселений на Марсе – концепции Mars Direct и Semi Direct, продвигаемые Робертом Зубрином, сторонником колонизации Марса.

Сравнения между Землей и Марсом

+ Сравнение атмосферного давления Местоположение Давление Вершина Олимпа Монс (0,0007 атм) Среднее давление на Марсе (0,006 атм) Дно долины Геллас Планитиа (0,0114 атм) Предел Армстронга (0,0617 атм) Вершина горы Эверест (0,3326 атм) Уровень моря на Земле (1 атм)

Гравитация и размер

Гравитация поверхности Марса составляет всего 38% от земной. Хотя известно, что микрогравитация вызывает проблемы со здоровьем, такие как потеря мышечной массы и деминерализация костей, неясно, окажет ли марсианская гравитация аналогичное воздействие. Марсианский гравитационный биоспутник был предложенным проектом, разработанным для изучения влияния пониженной гравитации Марса на организм человека, но он был отменен из-за недостатка финансирования. Площадь поверхности Марса составляет 28,4% от площади поверхности Земли, что лишь незначительно меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2% от общей площади поверхности Земли). Радиус Марса равен половине радиуса Земли, а его масса – лишь одной десятой массы Земли. Это означает, что его объем меньше (≈15%) и средняя плотность ниже, чем у Земли.

Магнитосфера

Из-за отсутствия магнитосферы солнечные частицы и космические лучи могут беспрепятственно достигать поверхности Марса.

Атмосфера

Атмосферное давление на Марсе значительно ниже предела Армстронга, при котором люди могут выжить без скафандров. Поскольку терраформирование не представляется возможным в ближайшей перспективе, обитаемые структуры на Марсе должны быть построены с использованием герметичных сосудов, подобных космическим аппаратам, способных выдерживать давление от 30 до 100 кПа. Атмосфера также токсична, так как в основном состоит из углекислого газа (95% углекислого газа, 3% азота, 1,6% аргона и следовые количества других газов, включая кислород, составляющие менее 0,4%). Эта разреженная атмосфера не фильтрует ультрафиолетовое солнечное излучение, что вызывает нестабильность молекулярных связей между атомами. Например, аммиак (NH3) нестабилен в марсианской атмосфере и разлагается в течение нескольких часов. Кроме того, из-за разреженности атмосферы суточные колебания температуры значительно больше, чем на Земле, и обычно составляют около 70 °C. Однако разница между дневной и ночной температурами значительно меньше во время пыльных бурь, когда даже днем на поверхность проникает очень мало света, который вместо этого нагревает средние слои атмосферы. Климат на Марсе намного холоднее земного, со средней температурой поверхности от (в зависимости от сезона и широты). Самая низкая температура, когда-либо зарегистрированная на Земле, составляла 184 К (−89,2 °C) в Антарктиде. Поскольку Марс находится примерно на 52% дальше от Солнца, количество солнечной энергии, поступающей в верхние слои его атмосферы на единицу площади (солнечная постоянная), составляет лишь около 43,3% от того, что достигает верхних слоев атмосферы Земли. Однако, благодаря гораздо более разреженной атмосфере, большая часть солнечной энергии достигает поверхности в виде излучения. Максимальная солнечная радиация на Марсе составляет около 590 Вт/м2 по сравнению с примерно 1000 Вт/м2 на поверхности Земли; оптимальные условия на марсианском экваторе сопоставимы с условиями на острове Девон в канадской Арктике в июне. Орбита Марса более эксцентрична, чем орбита Земли, что приводит к большим колебаниям температуры и солнечной постоянной в течение марсианского года. На Марсе нет дождей и практически нет облаков, поэтому, несмотря на холод, там постоянно солнечно (за исключением периодов пыльных бурь). Это означает, что солнечные панели могут работать с максимальной эффективностью в ясные дни. Глобальные пыльные бури – обычное явление в течение всего года, они могут охватывать всю планету в течение нескольких недель, блокируя солнечный свет. Наблюдения показывают, что после таких бурь температура может падать на 4 °C в течение нескольких месяцев. В отличие от этого, на Земле сопоставимыми событиями являются редкие крупные извержения вулканов, такие как извержение Кракатау в 1883 году, которое выбросило в атмосферу огромное количество пепла, вызвав глобальное понижение температуры примерно на 1 °C. Эти пыльные бури будут оказывать влияние на выработку электроэнергии солнечными панелями в течение длительного времени и затруднять связь с Землей.

Температура и сезоны

Марс имеет наклон оси 25,19°, близкий к земному значению в 23,44°. В результате на Марсе существуют сезоны, подобные земным, хотя в среднем они длятся почти вдвое дольше, поскольку марсианский год составляет около 1,88 земных года. Температурный режим Марса более схож с земным, чем с любым другим в Солнечной системе. Несмотря на то, что Марс в целом холоднее Земли, в некоторых областях и в определенное время там могут наблюдаться температуры, сопоставимые с земными.

Почва

Марсианская почва токсична из-за относительно высоких концентраций хлора и связанных с ним соединений, таких как перхлораты, представляющие опасность для всех известных форм жизни. Однако некоторые галотолерантные микроорганизмы могут адаптироваться к повышенным концентрациям перхлоратов, используя физиологические механизмы, сходные с теми, что наблюдались в лабораторных экспериментах с дрожжами Debaryomyces hansenii при воздействии возрастающих концентраций NaClO4.

Выживаемость

Растения и животные не могут выжить в окружающих условиях на поверхности Марса. Однако некоторые экстремофилы, обитающие в суровых условиях на Земле, переживали периоды воздействия сред, близких к некоторым условиям, существующим на Марсе.

Длина дня

Марсианский день (или сол) очень близок по продолжительности к земному. Солнечный день на Марсе составляет 24 часа, 39 минут и 35,244 секунды.

Условия для обитания человека

Условия на поверхности Марса с точки зрения температуры и солнечного света ближе к земным, чем на любой другой планете или луне, за исключением верхних слоев облаков Венеры. Однако поверхность негостеприимна для человека и большинства известных форм жизни из-за радиации, значительно пониженного атмосферного давления и атмосферы, содержащей всего 0,16% кислорода. В 2012 году было сообщено, что некоторые лишайники и цианобактерии выжили и продемонстрировали выдающиеся адаптационные способности к фотосинтезу после 34 дней в условиях, имитирующих марсианские, в Лаборатории моделирования Марса (MSL), поддерживаемой Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Некоторые ученые полагают, что цианобактерии могут сыграть роль в создании самодостаточных пилотируемых баз на Марсе. Они предлагают использовать цианобактерии напрямую для различных целей, включая производство пищи, топлива и кислорода, а также косвенно: продукты их культивирования могут поддерживать рост других организмов, открывая путь к широкому спектру биологических процессов жизнеобеспечения, основанных на марсианских ресурсах. Атмосферное давление на максимальных высотах, достигнутых пилотируемыми аэростатами (35 км в 1961 году, 38 км в 2012 году), сопоставимо с давлением на поверхности Марса. Однако пилоты не подвергались воздействию экстремально низкого давления, которое было бы для них смертельным, а находились в герметичной капсуле. Для выживания человека на Марсе потребуется проживание в искусственных марсианских средах обитания со сложными системами жизнеобеспечения. Ключевым элементом этих систем будет переработка воды. Поскольку человек в основном состоит из воды, он погибнет через несколько дней без нее. Даже снижение общего количества воды в организме на 5–8% вызывает усталость и головокружение, а при снижении на 10% наблюдаются физические и умственные нарушения (см. Обезвоживание). В среднем житель Великобритании потребляет 70–140 литров воды в день. Опыт и подготовка астронавтов на МКС показали, что можно использовать гораздо меньше воды, и около 70% используемой воды можно перерабатывать с помощью систем регенерации воды на МКС (например, половина воды расходуется на душ). Подобные системы понадобятся и на Марсе, но они должны быть гораздо эффективнее, поскольку регулярная роботизированная доставка воды на Марс будет непомерно дорогой (МКС снабжается водой четыре раза в год). NASA изучает возможность доступа к местным источникам воды (в замороженном или ином виде) посредством бурения.

Влияние на здоровье человека

Марс представляет собой враждебную среду для жизни человека. Различные технологии были разработаны для поддержки длительных космических исследований и могут быть адаптированы для обитания на Марсе. Текущий рекорд по продолжительности непрерывного космического полёта составляет 438 дней, установленный космонавтом Валерием Поляковым, а общее время, проведённое в космосе, – 878 дней у Геннадия Падалки. Максимальное время, проведённое вне защиты земных радиационных поясов Ван Аллена, составляет около 12 дней во время посадки "Аполлона-17" на Луну. Это незначительный срок по сравнению с 1100-дневным путешествием на Марс и обратно, которое NASA планирует осуществить, возможно, уже в 2028 году. Учёные также предполагают, что многие биологические функции могут быть негативно затронуты условиями марсианских колоний. Из-за повышенного уровня радиации существует множество физических побочных эффектов, которые необходимо смягчить. Более того, марсианский грунт содержит высокие концентрации токсинов, представляющих опасность для здоровья человека.

Физические эффекты

Разница в гравитации может негативно повлиять на здоровье человека, ослабляя кости и мышцы. Также существует риск развития остеопороза и сердечно-сосудистых заболеваний. Текущие ротации на Международной космической станции помещают астронавтов в состояние невесомости на шесть месяцев, что сопоставимо по времени с полётом в один конец до Марса. Это даёт исследователям возможность лучше понять физическое состояние, в котором астронавты прибудут на Марс. На Марсе поверхностная гравитация составляет всего 38% от земной. Невесомость влияет на сердечно-сосудистую, опорно-двигательную и нейровестибулярную (центральную нервную) системы. Сердечно-сосудистые эффекты сложны. На Земле около 70% крови находится ниже уровня сердца, но в невесомости это не происходит, поскольку ничто не притягивает кровь вниз. Это может иметь ряд негативных последствий. Сразу после попадания в невесомость кровяное давление в нижней части тела и ногах значительно снижается. Это приводит к ослаблению ног из-за потери мышечной и костной массы. У астронавтов появляются признаки отёчности лица и синдром «куриных ножек». После первого дня возвращения на Землю анализы крови показали потерю 17% плазмы крови, что способствовало снижению выработки эритропоэтина. На скелетную систему, которая важна для поддержания осанки, длительные космические полёты и воздействие невесомости вызывают деминерализацию и атрофию мышц. В период реадаптации у астронавтов наблюдался целый ряд симптомов, включая холодный пот, тошноту, рвоту и укачивание. Возвращающиеся астронавты также чувствовали дезориентацию. Путешествия к Марсу и обратно занимают в среднем шесть месяцев – столько же, сколько пребывание на МКС. На Марсе, с его меньшей поверхностной гравитацией (38% от земной), эти последствия для здоровья вызовут серьёзную обеспокоенность. По возвращении на Землю восстановление после потери костной массы и атрофии – длительный процесс, и последствия невесомости могут быть необратимыми.

Излучение

Опасные уровни радиации достигают поверхности Марса, несмотря на то, что он находится значительно дальше от Солнца, чем Земля. Марс потерял свой внутренний динамо, что привело к ослаблению его глобальной магнитосферы по сравнению с земной. В сочетании с разреженной атмосферой, это позволяет значительному количеству ионизирующего излучения достигать марсианской поверхности. Существует два основных типа радиационных рисков для путешествий за пределы защиты атмосферы и магнитосферы Земли: галактические космические лучи (GCR) и солнечные энергетические частицы (SEP). Магнитосфера Земли защищает от заряженных частиц Солнца, а атмосфера – от незаряженных и высокоэнергетических GCR. Существуют способы смягчения воздействия солнечной радиации, но без значительной атмосферы единственным решением для уменьшения потока GCR является массивная защита, эквивалентная примерно 15 сантиметрам стали, 1 метру горных пород или 3 метрам воды, что ограничивает возможность проживания человеческих колонистов преимущественно под землей. Космический аппарат "Марс Одиссей" несет прибор "Эксперимент по исследованию радиационной обстановки на Марсе" (MARIE) для измерения радиации. MARIE обнаружил, что уровни радиации на орбите Марса в 2,5 раза выше, чем на Международной космической станции. Средняя суточная доза составляет около 0,08 Гр в год. Трехлетнее воздействие таких уровней превысит текущие пределы безопасности, установленные NASA, а риск развития рака в результате радиационного воздействия после миссии на Марс может быть в два раза выше, чем предполагалось ранее. Периодические солнечные протонные события (SPE) приводят к гораздо более высоким дозам, как было зафиксировано в сентябре 2017 года, когда NASA сообщило о временном удвоении уровня радиации на поверхности Марса, сопровождавшемся полярным сиянием, в 25 раз более ярким, чем когда-либо наблюдаемое ранее, из-за мощной и неожиданной солнечной бури. Строительство жилых помещений под землей (возможно, в марсианских лавовых трубах) значительно снизит воздействие радиации на колонистов. О космическом излучении еще многое предстоит узнать. В 2003 году Космический центр NASA имени Линдона Б. Джонсона открыл Лабораторию космической радиации NASA в Брукхейвенской национальной лаборатории, использующую ускорители частиц для моделирования космического излучения. В лаборатории изучается его воздействие на живые организмы и проводятся эксперименты с методами защиты. Первоначально имелись некоторые данные, свидетельствующие о том, что этот тип низкоуровневого, хронического излучения не так опасен, как считалось ранее, и что существует эффект радиационного гормеза. Однако результаты исследования 2006 года показали, что протоны космического излучения могут вызывать в два раза больше серьезных повреждений ДНК, чем предполагалось, подвергая астронавтов повышенному риску развития рака и других заболеваний. В связи с более высоким уровнем радиации в марсианской среде, в итоговом докладе Комитета по пересмотру планов пилотируемых космических полетов США, опубликованном в 2009 году, было отмечено, что "Марс – нелегкодоступное место для посещения с использованием существующих технологий и без существенных инвестиций ресурсов".

Терраформирование

Различные произведения художественной литературы предлагают идею терраформирования Марса, чтобы обеспечить возможность выживания широкого спектра живых организмов, включая людей, на поверхности Марса без посторонней помощи. Были выдвинуты некоторые предположения о возможных технологиях, которые могли бы способствовать терраформированию Марса, однако ни одна из них не позволила бы превратить всю планету в такую пригодную для жизни среду, как это показано в научной фантастике.

Минимальный размер колонии

Чтобы быть самодостаточной, колония должна быть достаточно большой, чтобы обеспечивать все необходимые для жизни услуги. К ним относятся: управление экосистемой – производство необходимых газов, контроль состава, давления и температуры воздуха, сбор и производство воды, выращивание продуктов питания и переработка органических отходов. Производство энергии – включая добычу метана для транспорта, а также добычу и переработку силикатов для дополнения или замены исходного оборудования, если для производства энергии используются фотоэлектрические элементы. Промышленность – добыча и переработка подходящих руд, изготовление инструментов и других предметов, производство одежды, лекарств, стекла, керамики и пластмасс. Строительство – даже если база построена до прибытия, она потребует частой адаптации по мере развития поселения, а также неизбежной замены. Социальная деятельность – воспитание и образование детей, здравоохранение, приготовление пищи, уборка, стирка, организация работы и принятие решений. Время для спорта, культуры и развлечений можно сократить до минимума, но не исключить полностью. С ростом числа жителей деятельность и предметы могут распределяться между ними. Увеличение численности также снижает риски распада общества, вызванные внезапной смертью, несчастными случаями, бесплодием или инбридингом. Однако это не исключает возможность смертельных столкновений между различными группами людей или потерю эффективности из-за неэффективной социальной организации. Математически моделируя время, затрачиваемое людьми на решение этих задач, и упрощая расчеты, Салотти приходит к выводу, что минимальная численность колонии на Марсе составляет 110 человек.

Межпланетные космические полеты

Марс требует меньше энергии на единицу массы (дельта-V) для достижения с Земли, чем любая планета, кроме Венеры. Используя орбиту Гомана для перелета, путешествие до Марса занимает около девяти месяцев. Модифицированные траектории перелета, сокращающие время в пути до четырех-семи месяцев, возможны при незначительно большем расходе энергии и топлива по сравнению с орбитой Гомана и применяются в стандартной практике для роботизированных миссий на Марс. Дальнейшее сокращение времени полета менее чем до шести месяцев требует более высокой дельта-V и значительного увеличения запаса топлива, что сложно реализовать с помощью химических ракет. Это может стать возможным при использовании передовых технологий космической двигательной установки, некоторые из которых уже прошли испытания в различной степени, например, магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом и ядерные ракеты. В первом случае можно достичь времени в пути около сорока дней, а во втором – до двух недель. В 2016 году ученый из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре заявил, что с использованием системы лазерного паруса (направленного фотонного движения) вместо ракетной двигательной установки на топливе, время путешествия небольшого роботизированного зонда до Марса можно сократить до "всего 72 часов". Во время полета космонавты будут подвергаться воздействию радиации, что потребует средств защиты. Космическое излучение и солнечный ветер вызывают повреждение ДНК, что значительно повышает риск развития рака. Влияние длительных путешествий в межпланетном пространстве неизвестно, однако ученые оценивают дополнительный риск смерти от рака для мужчин в диапазоне от 1% до 19% (одна из оценок – 3,4%) из-за радиационного воздействия во время полета на Марс и обратно. Для женщин эта вероятность выше из-за, как правило, большей массы железистой ткани.

Посадка на Марс

На поверхности Марса сила тяжести составляет 0,38 от земной, а плотность атмосферы – около 0,6% от земной. Относительно сильная гравитация и наличие аэродинамических эффектов затрудняют посадку тяжелых пилотируемых космических аппаратов исключительно с помощью двигателей, как это было реализовано при лунных миссиях "Аполлон", однако атмосфера слишком разрежена, чтобы аэродинамические силы могли существенно помочь при аэроторможении и посадке крупного аппарата. Посадка пилотируемых миссий на Марс потребует систем торможения и посадки, отличных от тех, что использовались для посадки экипажей на Луну или роботизированных аппаратов на Марс. Если предположить, что углеродные нанотрубки с необходимой прочностью станут доступны, то можно будет построить космический лифт для доставки людей и грузов на Марс. Также было предложено строительство космического лифта на Фобосе (спутнике Марса).

Базовые коммунальные услуги

Чтобы колония функционировала, ей потребуется базовая инфраструктура для поддержания человеческой цивилизации. Эта инфраструктура должна быть спроектирована с учетом суровых условий Марса и либо обслуживаться в скафандре для внекорабельной деятельности (EVA), либо размещаться в среде, пригодной для обитания человека. Например, если системы выработки электроэнергии полагаются на солнечную энергию, потребуются крупные накопители энергии для периодов, когда пыльные бури заслоняют солнце, а также автоматические системы удаления пыли, чтобы избежать воздействия на людей на поверхности. Фактическая продолжительность перерыва в связи варьируется от миссии к миссии в зависимости от различных факторов, таких как запас прочности канала связи, заложенный в систему связи, и минимально допустимая скорость передачи данных с точки зрения миссии. На практике большинство миссий на Марс сталкивались с перерывами в связи продолжительностью около месяца. Спутник, расположенный в точке Лагранжа Земля-Солнце, мог бы служить ретранслятором в этот период для решения проблемы; даже созвездие коммуникационных спутников было бы незначительной статьей расходов в контексте программы полной колонизации. Однако размеры и мощность оборудования, необходимые для таких расстояний, делают точки L4 и L5 нереалистичными для ретрансляционных станций, а присущая этим регионам стабильность, хотя и полезная для поддержания положения, также привлекает пыль и астероиды, которые могут представлять опасность. Несмотря на это, зонды STEREO успешно прошли через области L4 и L5 в конце 2009 года без повреждений. Недавние исследования, проведенные лабораторией передовых космических концепций Университета Стратклайда в сотрудничестве с Европейским космическим агентством, предложили альтернативную архитектуру ретрансляции, основанную на высоконекеплеровых орбитах. Это особый тип орбиты, возникающий при непрерывном малой тяге, например, создаваемой ионным двигателем или солнечным парусом, изменяющей естественную траекторию космического аппарата. Такая орбита обеспечит непрерывную связь во время противостояния Солнца, позволяя ретрансляционному аппарату "зависать" над Марсом, вне орбитальной плоскости обеих планет. Такая ретрансляция позволяет избежать проблем, связанных со спутниками, расположенными в точках L4 или L5, будучи значительно ближе к поверхности Марса, при этом сохраняя непрерывную связь между двумя планетами.

Предшественники роботов

Путь к человеческой колонии может быть подготовлен роботизированными системами, такими как марсоходы Spirit, Opportunity, Curiosity и Perseverance. Эти системы могут помочь в обнаружении ресурсов, таких как подземные воды или лёд, необходимых для роста и процветания колонии. Срок службы этих систем может составлять годы и даже десятилетия, и, как показали недавние достижения в области коммерческих космических полётов, возможно, что эти системы будут находиться как в частной, так и в государственной собственности. Эти роботизированные системы также имеют меньшую стоимость по сравнению с первыми пилотируемыми операциями и сопряжены с меньшим политическим риском. Автоматизированные системы могут заложить основу для первых пилотируемых посадок и баз, производя различные расходные материалы, включая топливо, окислители, воду и строительные материалы. Создание базовой инфраструктуры для обеспечения электроэнергией, связи, укрытия, отопления и производства может начаться с роботизированных систем, хотя бы в качестве подготовки к пилотируемым операциям. Mars Surveyor 2001 Lander MIP (Mars ISPP Precursor) должен был продемонстрировать производство кислорода из атмосферы Марса, а также протестировать технологии солнечных батарей и методы снижения влияния марсианской пыли на энергосистемы. До того, как люди будут доставлены на Марс с использованием планируемой SpaceX транспортной инфраструктуры для полётов на Марс в 2020-х годах, будет проведена серия роботизированных грузовых миссий для доставки необходимого оборудования, жилых модулей и запасов. Необходимое оборудование включало бы "установки для производства удобрений, метана и кислорода из атмосферного азота и углекислого газа Марса, а также из подповерхностного льда планеты", а также строительные материалы для возведения прозрачных куполов для первых сельскохозяйственных участков.

Экономика

Как и в случае с первыми колониями в Новом Свете, экономика будет играть решающую роль в успехе колонии. Сниженная гравитация Марса и его положение в Солнечной системе могут способствовать торговле между Марсом и Землей и обеспечить экономическое обоснование для продолжения освоения планеты. Учитывая его размер и ресурсы, Марс в конечном итоге может стать местом для выращивания продуктов питания и производства оборудования для добычи полезных ископаемых в поясе астероидов. Некоторые первые марсианские колонии могут специализироваться на разработке местных ресурсов для марсианского потребления, таких как вода и/или лёд. Местные ресурсы также могут использоваться в строительстве инфраструктуры. Одним из известных источников марсианской руды является металлическое железо в виде никель-железных метеоритов. Железо в такой форме легче извлекается, чем из оксидов железа, покрывающих планету. Другим важным товаром для межмарсианской торговли в период ранней колонизации может стать навоз. Если предположить, что на Марсе нет жизни, почва будет крайне бедной для выращивания растений, поэтому навоз и другие удобрения будут высоко цениться в любой марсианской цивилизации до тех пор, пока химический состав планеты не изменится настолько, чтобы поддерживать самостоятельный рост растительности. Солнечная энергия является одним из возможных источников энергии для марсианской колонии. Солнечная инсоляция (количество солнечного излучения, достигающего Марса) составляет около 42% от земной, поскольку Марс находится примерно на 52% дальше от Солнца, а инсоляция уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Однако тонкая атмосфера позволит почти всей этой энергии достигать поверхности, в отличие от Земли, где атмосфера поглощает около четверти солнечной радиации. Солнечный свет на поверхности Марса будет похож на умеренно облачный день на Земле.

Экономические факторы

Космическая колонизация Марса может считаться приблизительно возможной, когда необходимые методы освоения космоса станут достаточно дешевыми (например, доступ в космос благодаря более дешевым системам запуска), чтобы соответствовать совокупным средствам, собранным для этой цели. Появление многоразовых ракет-носителей в 2020-х годах существенно снизило стоимость доступа в космос и теперь может сделать это осуществимым. С заявленной ценой в 62 миллиона долларов за запуск полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту или на Марс, ракеты SpaceX Falcon 9 уже являются "самыми дешевыми в отрасли". Возможность повторного использования SpaceX распространяется на Falcon Heavy и будущие ракеты-носители на основе метана, включая Starship. SpaceX успешно разработала технологию повторного использования с Falcon 9 и Falcon Heavy, и по состоянию на апрель 2024 года активно продвигалась к повторному использованию Starship. Ожидается, что это "окажет значительное влияние на стоимость доступа в космос" и изменит все более конкурентный рынок услуг по запуску космических аппаратов. Альтернативные подходы к финансированию могут включать создание стимулирующих призов. Например, президентская комиссия по реализации космической политики США 2004 года предложила учредить конкурс на стимулирующий приз, возможно, при поддержке правительства, за достижение космической колонизации. В качестве примера было предложено вручать приз первой организации, которая доставит людей на Луну и обеспечит их жизнедеятельность в течение определенного периода времени перед возвращением на Землю.

Добыча полезных ископаемых в поясах астероидов с Марса

Поскольку Марс гораздо ближе к поясу астероидов, чем Земля, для достижения пояса астероидов и возвращения минералов на Марс потребуется меньшее изменение скорости (Delta-v). Существует гипотеза, что луны Марса (Фобос и Деймос) на самом деле являются захваченными астероидами из пояса астероидов. Астероид 16 Психея в главном поясе может содержать минералов на сумму более 10 000 квадриллионов долларов. 13 октября 2023 года NASA запустила орбитальный аппарат "Психея", который должен достичь астероида к августу 2029 года. Астероид 511 Давида может содержать минералов и ресурсов на сумму 27 квадриллионов долларов. Использование луны Фобос для запуска космических аппаратов энергетически выгодно и является удобной стартовой площадкой для миссий к астероидам главного пояса. Разработка пояса астероидов с Марса и его лун может способствовать колонизации Марса.

Поляки

Было предложено развернуть первую базу на одном из полюсов Марса, что обеспечит доступ к воде.

Пещеры

Пещеры естественным образом обеспечивают некоторую степень защиты людей на планете от марсианских опасностей. К этим опасностям относятся радиация, удары метеоритов и широкий диапазон температур на поверхности. Команда исследователей, выступившая на Geological Society of America Connects 2022, выявила около 139 пещер, представляющих интерес для исследования в качестве потенциальных укрытий.

Эллас Планиция

Геллас-Планития — самая низко расположенная равнина ниже марсианского геодезического нуля. Атмосферное давление в этом месте относительно выше, чем в других районах Марса.

Планетарная защита

Робототехнические космические аппараты, направляемые на Марс, должны быть стерилизованы и содержать не более 300 000 спор на внешней поверхности. Если же аппарат контактирует со "специальными регионами", содержащими воду, требуется более тщательная стерилизация, иначе существует риск загрязнения не только экспериментов по поиску жизни, но и самой планеты. Стерилизация пилотируемых миссий до такого уровня невозможна, поскольку человек является носителем, как правило, сотен триллионов микроорганизмов, принадлежащих к тысячам видов человеческого микробиома, и их удаление при сохранении жизни человека невозможно. Карантин представляется единственным решением, однако он сопряжен с серьезными трудностями в случае жесткой посадки (то есть аварии). По этой проблеме было проведено несколько планетарных семинаров, но окончательные рекомендации по дальнейшим действиям пока не выработаны. Кроме того, исследователи будут уязвимы к обратному загрязнению Земли, если станут носителями микроорганизмов, в случае обнаружения жизни на Марсе.

Этические, политические и правовые проблемы

Неизвестно, как первая высадка человека на Марс изменит существующую политику в отношении исследования космоса и освоения небесных тел. В Договоре о космосе ООН 1967 года было установлено, что ни одна страна не может заявлять права на космос или его обитателей. Поскольку планета Марс представляет собой сложную среду с опасными препятствиями для человека, законы и культура на этой планете, вероятно, будут сильно отличаться от земных. С объявлением Илоном Маском о планах полетов на Марс, остается неясным, как сложится ситуация с тем, что частная компания может первой отправить человека на Марс, и как это повлияет на национальном и глобальном уровнях. NASA столкнулась с несколькими сокращениями финансирования. Во время президентства Барака Обамы задача NASA по достижению Марса была отодвинута на второй план. В 2017 году президент Дональд Трамп пообещал вернуть людей на Луну и в конечном итоге на Марс, увеличив бюджет NASA на 1,1 миллиарда долларов, в основном для разработки новой системы космических запусков.

Колониализм

Космическая колонизация в целом рассматривалась как продолжение империализма и колониализма, особенно в отношении принятия решений о колонизации Марса, а вопросы о причинах колониального труда и эксплуатации земель поднимались в рамках постколониальной критики. Осознавая необходимость инклюзивного и демократического участия и реализации любых космических и марсианских исследований, инфраструктурных проектов или колонизации, многие призывают к радикальным социологическим реформам и гарантиям, предотвращающим расизм, сексизм и другие формы предвзятости. Нарратив об освоении космоса как о "новой границе" критикуется как непродуманное продолжение колониализма поселенцев и идеи "manifest destiny", увековечивающий представление о колониальных исследованиях как о фундаментальной черте человеческой природы. Доминирующая точка зрения на территориальную колонизацию космоса получила название "поверхностный подход", особенно в сравнении с аргументацией в пользу колонизации Марса и Венеры.

Опасность для беременности

Одна из возможных этических проблем, с которой могут столкнуться космические путешественники, – это беременность во время полёта. Согласно политике НАСА, членам экипажа запрещено вступать в половые отношения в космосе. НАСА стремится к тому, чтобы члены экипажа относились друг к другу как коллеги в профессиональной обстановке. Беременность на борту космического корабля представляет опасность для всех находящихся там. Беременной женщине и ребёнку потребуется дополнительное питание из имеющихся запасов, а также специальный уход и медицинское обслуживание. Беременность может ограничить возможности и выполнение обязанностей членом экипажа. До сих пор недостаточно изучено, как условия на космическом корабле могут повлиять на развитие ребёнка. Однако известно, что плод будет более уязвим к солнечной радиации в космосе, что, вероятно, негативно скажется на его клетках и генетике. Во время длительного полёта на Марс, члены экипажа могут вступать в половые отношения из-за стрессовой и изолированной обстановки.

Адвокация

Колонизация Марса поддерживается рядом неправительственных организаций по различным причинам и с разными предложениями. Одной из старейших является Общество Марса, которое продвигает программу NASA по исследованию Марса людьми и создало аналоговые исследовательские станции на Марсе в Канаде и Соединенных Штатах. Организация Mars to Stay выступает за переоборудование аварийных возвращаемых аппаратов в постоянные поселения, как только первые исследователи определят возможность длительного проживания. Илон Маск основал SpaceX с долгосрочной целью разработки технологий, необходимых для создания самодостаточной человеческой колонии на Марсе. Ричард Брэнсон заявлял, что "стремится принять участие в создании населения на Марсе. Я думаю, это вполне реалистично. Это произойдет, я думаю, в течение следующих 20 лет", [в 2012 году] "мы буквально отправим сотни тысяч людей в космос, что даст нам финансовые ресурсы для реализации еще более масштабных проектов". Автор Роберт Зубрин на протяжении многих лет является одним из главных сторонников исследования и колонизации Марса. Он является членом Общества Марса и автором нескольких научно-популярных и художественных книг на эту тему. В 1996 году он опубликовал книгу «Обоснование колонизации Марса: план заселения Красной планеты и причины, по которым это необходимо». Он продолжает выступать за освоение Марса и космоса, его последняя книга называется «Обоснование освоения космоса: как революция в космических полетах открывает будущее безграничных возможностей». В июне 2013 года Базз Олдрин, американский инженер и бывший астронавт, второй человек, ступивший на Луну, опубликовал статью в The New York Times, поддерживающую пилотируемую миссию на Марс и рассматривающую Луну «не как конечную цель, а скорее как отправную точку, которая направит человечество к освоению Марса и превращению в вид, обитающий на двух планетах». В августе 2015 года Олдрин, совместно с Технологическим институтом Флориды, представил «генеральный план» для рассмотрения NASA, предусматривающий колонизацию Марса до 2040 года астронавтами с «десятилетним сроком службы». Существуют и критики проекта колонизации Марса. Американский политолог Дэниел Дьюдни утверждает, что полностью развитая колония на Марсе представляет собой экзистенциальную угрозу для человечества, оставшегося на Земле. Его книга «Тёмные небеса: космическая экспансия, планетарная геополитика и конец человечества» оспаривает распространенное среди сторонников мнение о том, что колония на Марсе будет дружественна интересам землян. По мнению Дьюдни, это лишь предположение, основанное на недостаточно изученном утверждении о том, что будущая колония на Марсе станет прямым продолжением земной цивилизации, а не совершенно новым типом цивилизации со своими собственными целями, ценностями, страхами и желаниями.