Колония на Марсе к 2050 году: построит ли Илон Маск город на Красной планете

Космос — это очень сложно, и хорошие результаты там выходят лишь у лучших конструкторов. Немецкие разработчики во главе с штурмбаннфюрером СС Вернером фон Брауном запустили ракету в космос в 1944 году, и лишь 25 лет спустя ракета того же конструктора доставила людей на Луну. СССР смог совершить первый орбитальный запуск в 1957-м, но так и не высадил людей на спутник.

США после отставки фон Брауна в космической сфере оказались на бобах: проект шаттла, разработанный уже американскими конструкторами, принес 14 жертв космических полетов — в 3,5 раза больше, чем у всех остальных стран, вместе взятых. Да еще стоил много дороже лунной программы, хотя летал только на близкие околоземные орбиты. В итоге от шаттлов пришлось отказаться, и пока американские астронавты отправляются в космос на российских кораблях, предки которых полетели туда во времена Королёва, соперника фон Брауна.

Миллионная колония на Марсе — это не высадка на Луну. Сам Маск считает: для этого надо будет выводить в космос 100 миллионов тонн грузов в год. Человечество сделало менее пяти тысяч орбитальных пусков за всю историю, доставило в космос сильно менее 50 тысяч тонн за последние полвека.

Маск хочет в год запускать в тысячи раз больше, чем люди запустили за весь космический век. Возникают вопросы. Реально ли это технически? Кто оплатит банкет? Возможно ли доставить миллион людей на Марс здоровыми и сделать там самодостаточную колонию? Наконец, более важный вопрос: осуществится ли это?

Может ли частная компания в год выводить в космос больше, чем все космические державы за полвека?

Сегодня все игроки, кроме SpaceX, летают в космос на полностью одноразовых ракетах с грузоподъемностью обычной фуры. Сделал сто «Протонов» — вывел в космос пару тысяч тонн. Falcon 9 повторно использует первую ступень (70% стоимости ракеты) по три-четыре раза. С ним это уравнение работает иначе: построил 50 первых ступеней — вывел в космос ту же пару тысяч тонн.

Но Falcon скоро исполнится десять лет, и для SpaceX это довольно старая технология. В прошлом году компания впервые оторвала от земли демонстратор Starship, ракеты и корабля (вторая ступень ракеты у него и есть корабль), из нержавеющей стали. Он использует никогда не летавший до этого метановый ракетный двигатель (советские прототипы метановых двигателей проходили лишь наземное тестирование). СH4 вполне можно получать на Марсе, что решает вопрос о том, откуда брать топливо для обратных полетов на Землю.

Что более важно, обе ступени Starship проектируются как многоразовые. Причем не так, как первая ступень Falcon 9, а с живучестью выше 100 вылетов до профилактического ремонта. Общий их жизненный цикл задуман как у авиалайнеров: по 20 лет службы — и это при трех полетах в день.

Теоретически это достижимо. Керосиновый ракетный двигатель Falcon 9 ограничивает многоразовость: горение керосина оставляет много сажи. Метан сажи не оставляет, поэтому двигатели  Starship действительно будут более многоразовыми.

Другая проблема Falcon была в том, что повторно используемой была только первая ступень. Ракеты Маска садятся на хвост, тратя топливо на посадку. Если спасать еще вторую ступень (~25% стоимости ракеты), то обе ступени потратят столько топлива, что выводимый в космос груз станет слишком маленьким.

Starship решает проблему второй ступени за счет невиданной в истории космонавтики схемы торможения. Его вторая ступень при входе в атмосферу будет разворачиваться брюхом и тормозить о воздух своей широкой стороной, а не лететь к Земле вертикально, как лом. Это действительно новый ход, который позволяет использовать меньше топлива для торможения.

Новый носитель делают из обычной нержавейки, которую сваривают (это проще клепки). На единицу массы новинка заметно дешевле ракет из алюминиевых сплавов. И делать ее можно не на обеспыленных сборочных мощностях за миллиарды долларов, как у конкурентов, а в обычных ангарах. Значит, Starship будет стоить примерно как обычная ракета, хотя выводить в космос уже на первом этапе сможет 100 тонн, а на втором, финальном — 150 тонн.

За счет дешевых материалов и полной многоразовости один полет Starship должен стоит два миллиона долларов (огрублено: пара сотен миллионов долларов стоимости системы делится на сотню полетов до ремонта). Два миллиона долларов за 100 тонн — это два триллиона за 100 миллионов тонн. Именно столько, 100 миллионов тонн в год, по расчетам Маска, нужно на быстрейшее развертывание крупной колонии на Марсе.

Повторимся: технически ничего нереального в этом нет. Да, Starship содержит много действительно новых решений — от полнопоточного метанового ЖРД Raptor до торможения в атмосфере брюхом. Это никто никогда не делал — и даже не планировал делать: обе концепции возникли только в SpaceX. Но Raptor уже испытан и показал свою дееспособность в полете, а в торможении брюхом физически нет ничего нереального: маневровые двигатели позволяют подобные действия в атмосфере Земли.

Сделать тысячу Starship за 10 лет, как намечает SpaceX, можно. Судя по скорости работы над прототипами, использование сварки вместо клепки сильно ускоряет работы. Даже не очень большая компания сможет строить по сотне таких кораблей в год. Вопросы возникают только к экономике процесса.

Два триллиона в год? Выходец из Африки сошел с ума?

Нил Деграсс Тайсон, американский астрофизик, уже высказался на эту тему: он настроен скептически. Только правительства, считает он, могут вкладывать огромные средства для достижения коммерчески невыгодных целей (а Марс не выглядит коммерчески выгодным). Колумб, говорит Тайсон, плавал на госденьги, а не на частные инвестиции.

Мы не астрономы, поэтому знаем: Колумб жил в эпоху золотого стандарта, где денежная масса была ограниченной. Соединенные Штаты в XXI веке ввели мир в новую эпоху, когда доллары можно печатать по триллиону в год (официальные данные ФРС США) и иметь при этом инфляцию ниже, чем в России, где денег вообще не печатают. Это ведет к предельно низкой стоимости капитала на Западе: в нынешних монетарных условиях и Колумб нашел бы инвесторов, благо из-за изобилия денег те уже не знают, во что вкладывать. То есть сами по себе два триллиона долларов на полеты к Марсу достать реально.

Остается более важный вопрос: зачем? Да, на Марсе полторы сотни миллионов квадратных километров суши, сколько и на Земле, но он холодный, на нем нет воздуха, пригодного для дыхания. Взглянем на нашу планету: в России 17 миллионов квадратных километров, но 11 миллионов из них — вечная мерзлота, поэтому живут там три миллиона человек, да и те лишь из-за редких и ценных ресурсов. На Красной планете нет ресурсов, которые стоило бы везти сюда. Какой экономический смысл вкладывать в ее освоение пару триллионов в год?

Как ни странно, смысл есть. Еще в 1993 году было показано, что Марс вполне можно терраформировать уже на существующем технологическом уровне. Дело в том, что чувствительность его климата к нагреву крайне высока: достаточно поднять среднюю температуру этой планеты на четыре градуса, чтобы растаял СО2 из полярных шапок и грунта, после чего давление там резко вырастет, а средняя планетарная температура поднимется до земного уровня (+15 °C).

Поднять температуру на четыре градуса вполне реально «малой кровью»: на Марсе много соединений серы и фтора в грунте, а относительно инертный элегаз (газ SF6) как парниковый в 34 900 раз мощнее СО2. Есть и ряд других соединений с аналогичными возможностями, которые можно получить на Красной планете.

Как заключает научная статья 1993 года, авторы которой работали для NASA: «За несколько десятилетий использования такого подхода Марс может быть терраформирован из текущего замороженного состояния в теплое и слегка влажное, пригодное для поддержания жизни». Надо четко понимать: это не значит, что люди смогут там дышать через несколько десятилетий от начала терраформирования — кислород еще не наработается в местных условиях.

Однако, согласно лабораторным экспериментам, земные организмы могут фотосинтезировать в условиях экваториального Марса уже сегодня, было бы хоть немного воды (а потоки жидкой соленой воды на поверхности этой планеты есть). При более теплых и влажных условиях они начнут вскоре превращать СО2 в кислород, со временем доводя планету до пригодности ее атмосферы для дыхания. На это уйдут столетия, на протяжении которых люди смогут перемещаться по Марсу только с кислородным аппаратом (впрочем, без скафандра — в силу повысившегося атмосферного давления).

Люди могут ходить по планете и без кислородного аппарата — но в ограниченных пространствах. Долины Маринер площадью в десятки тысяч квадратных километров и глубиной более десятка километров можно покрыть куполами из аэрогеля, защищающими от ультрафиолета, прозрачными для видимого света и отлично удерживающими тепло.

Согласно работе 2019 года, под таким куполом (толщиной всего 20 миллиметров) на Марсе температура будет вполне земной. Даже умеренное количество растений способно обеспечить население забранных куполами долин кислородом. Кстати, земные растения в лабораторных условиях уже показали способность расти на грунте с марсианским составом.

Экономически недвижимость в 144 миллиона квадратных километрах стоит дорого и может оправдать расходы даже в два триллиона за год (не забываем, что в США деньги из-за количественного смягчения не слишком дефицитны). Однако проблема остается. Мало кто в земной истории готов вкладываться в проект, все сливки от которого удастся собрать лишь через века. Не факт, что Маску в самом деле это удастся.

На что он тогда рассчитывает? Земная история учит нас, что правительства могут веками инвестировать огромные средства  без особой нетто-отдачи, если вы поставили их в условия конкуренции с другими правительствами, пытающимися заграбастать тот же долгосрочный ресурс. Особенно это верно в случае США, которые из-за специфики политического устройства не способны эффективно планировать в космосе далее чем на восемь лет вперед.

В земной истории был период, когда Испания, Португалия, Франция, Англия и все прочие столетиями вкладывали чудовищные средства в войны за колонии и попытки их удержать. В итоге экономика первых двух рухнула. Лондон и Париж захватили огромные куски земной суши. Но на протяжении всего времени обладания ими соотношение ВВП Англии и Франции с ВВП Германии, которая опоздала к разделу колоний, заметно снижалось.

Период самого быстрого разрастания английских колоний (90-е XIX века) совпал с моментом обгона ее экономики страной без колонии (Штаты), то же случилось с Францией и Германией. В итоге колонии не принесли долгосрочной разумной отдачи никому из тех, кто имел их.

Можно предположить, что Красная планета может вызвать аналогичную «гонку престижа» между земными державами. В ближайшие годы Starship окажется в космосе, и тогда Вашингтон предстанет перед выбором: или вкладываться в марсианскую гонку самому, или дать вложиться туда китайцам.

Если Маску удастся создать систему, доставляющую в космос 100 тонн за два миллиона долларов — 20 долларов за килограмм, — гонка за освоение Красной планеты едва ли не предопределена. Китай способен мыслить категориями колоссальных инвестиций в будущее, с отдачей на протяжении сотен лет, и уже не раз показывал это. Размеры его ВВП позволяют поддерживать на плаву такой проект, даже если власти США этого не захотят.

Вполне возможно, что в Пекине об этом уже задумались. Не в этом ли причина того, что Tesla, другое детище Маска, — единственная некитайская компания, получившая право полной собственности на свой завод в КНР?

Но разве люди на Марсе не умрут от радиации?

Доктор физико-математических наук Игорь Митрофанов не так давно отметил, что самая большая проблема освоения Марса — радиация. И это не излучение на поверхности самой планеты — от него можно укрыться в подповерхностных убежищах или просто обсыпать жилые модули грунтом. Куда опаснее доза, которую экипаж получит за несколько месяцев пути к Марсу.

«На это нельзя пойти, это будет противоречить, условно говоря, нормам охраны труда, поскольку это не военная обстановка, отправлять людей на такой риск просто никто не разрешит. Если Маск отправит людей, их родственники смогут подать на него в суд», — утверждает ученый.

От слов обратимся к цифрам. Конкретно NASA для астронавтов на МКС считает нормой все, что не выше 0,5 зиверта в год — это равно цифрам «Роскосмоса». За время полета Curiosity к Марсу (180 дней) приборы на борту аппарата измеряли космическое излучение. Согласно полученным данным, астронавты на месте марсохода за полгода пути получили бы 0,33 зиверта. На поверхности Красной планеты тот же марсоход зафиксировал  0,23 зиверта в год.

То есть среднегодовое облучение при путешествии к Марсу и пребывании там — порядка 0,45 зиверта в год, на 10% ниже нормативов как «Роскосмоса», так и NASA. Напомним: чтобы умереть с вероятностью 50%, надо за считанные часы получить 4-5 зиверт. Если облучение не разовое, а хроническое, человек переживает даже очень высокие дозы: Альберт Стивенс, на котором ставили такой эксперимент в США, прожил 21 год, получая 3 зиверта ежегодно (всего 63 зиверта). Врачам так и не удалось найти у него признаков проблем со здоровьем: он умер в 79 лет.

Общее количество радиации, которое NASA считает допустимым для мужчин, — от 1,5 зиверта (в возрасте до 25 лет), до 2,5 — для 35-летних, 3,25 — для 45-летних и 4,0 зиверта для 55 лет. То есть даже нереалистично молодой астронавт может провести на Марсе пару лет уже в рамках существующих нормативов, а 35-летний без проблем со стороны радиации может работать там четыре года. Все это — не упоминая того факта, что реальный колонист на четвертой планете будет треть времени проводить там, куда радиация не дотянется.

Легко видеть, почему Игорь Митрофанов ограничился общими словами и не привел конкретные цифры: получается, на это можно пойти и никто за это судить не будет.

В чем причина, по которой тезис о радиации так часто всплывает в речах скептиков марсианской колонизации? Здесь следует вспомнить общую обстановку в мировой космической индустрии. Что будет после начала полетов Starship? Полторы сотни тысяч работников «Роскосмоса» окажутся под серьезным психологическим давлением. Получится, что компания, которой нет 20 лет, имеющая в 20 раз меньше сотрудников и даже меньший, чем у «Роскосмоса» объем средств, смогла создать нечто, что доставляет грузы на орбиту куда дешевле, чем российские ракеты.

Что в такой ситуации остается делать тем, кто связан с «Роскосмосом»? Верно: пытаться показать, что планы SpaceX все равно не нужны и ошибочны. Что-то такое все вокруг видели несколько лет назад, в период, когда российские специалисты дружно сомневались в возможностях компании Маска вернуть на Землю первую ступень Falcon.

И увидим это еще не раз: первый вылет Starship, первый облет им Луны, первый полет к Марсу — все это будет проходить на фоне отсутствия у России чего-либо сопоставимого с новым носителем. Стоит ожидать потока негативного пиара от отечественных ученых инженеров в сторону SpaceX.

Впрочем, то же мы увидим и по ту сторону океана: NASA в моральном отношении тоже окажется на дне в случае успеха программы Starship. Одноразовая SLS, которую агентство разрабатывает много лет, планируют запускать по полтора миллиарда долларов за рейс — в десятки, а то и в сотни раз дороже Starship. NASA уже сейчас говорит, что планы Маска чересчур смелые. И о том, что радиация на пути к Марсу высокая, отчего лететь туда опасно — но, что характерно, специалисты агентства никогда не называют конкретного уровня этой радиации.

В NASA сидят милые, но отставшие от жизни люди, поэтому там не знают, что в эпоху сай-хаба научные работы, опирающиеся на данные от насовского же марсохода, доступны каждому желающему. Поэтому по-детски наивная пропаганда «на Марс все равно нельзя отправлять людей» не работает и не сработает. Как мы видим, в отношении SpaceX западный и российский госкосмос едины. Поэтому позиция Митрофанова вполне логична и понятна.

Колония на Марсе будет — хотя мы и не верим в миллион человек к 2050 году

Определенно, довести Starship, который только в этом году планирует первый полет в космос, будет недешево и сложно. Но опыт работы над Falcon — где SpaceX показала себя самым быстро развивающимся в плане технологий игроком на космическом рынке — убеждает, что это реально. В первой половине 2020-х Starship будет готов к полетам, и к 2030 году люди действительно могут впервые отправиться к Марсу.

Мы сильно сомневаемся, что к 2050-му на четвертой планете будет колония в миллион человек. Для запуска процесса терраформирования нужно намного меньше людей, а вот затраты на многолюдное поселение будут заметно выше. Тем не менее там будет немало тысяч человек. Сейчас это кажется нереалистичным только потому, что наши существующие средства полетов в космос технически напоминают каравеллы Колумба. Каравеллы слабо подходили для колонизации Нового Света -— а сегодняшние ракеты слабо подходят для колонизации Марса.

Но всегда стоит помнить, что от плаваний каравелл до появления огромных океанских галеонов прошли считаные десятки лет.