XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Колонизация Марса
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение (Приложение 1, слайд 1)
Меня всегда притягивал космос своими загадками. Летом на даче я наблюдала в телескоп за планетами и созвездиями, красную планету Марс было прекрасно видно на ночном небе.
О том, что переселение на Марс возможно, говорят многие ученые. В октябре 2024 года компания Илона Маска SpaceX в пятый раз успешно запустила в космос самую большую в мире ракету Super Heavy с космическим кораблем Starship, при этом, впервые в истории покорения космоса, компания смогла вернуть ракету-носитель на стартовую площадку и совершить ее захват. То есть полёты на другие планеты, с возвращением на землю, становятся реальностью.
Именно поэтому мне захотелось изучить эту тему более детально: почему же мы так стремимся на Марс, смогут ли люди выжить в его условиях, и каким будет первый город на красной планете.
-
-
Актуальность темы
-
Актуальность темы колонизации Марса проявляется в следующих аспектах:
- Научные исследования. Изучение Марса поможет понять историю планет, возможность существования внеземной жизни и условия для её развития.
-Технологические прорывы. Процесс колонизации стимулирует разработки в области космических технологий, которые могут иметь применение на Земле.
- Выживание человечества. Переселение на другие планеты снизит риски, связанные с экологическими катастрофами или глобальными конфликтами.
- Социальные и экономические аспекты. Колонизация может создать новые рабочие места, возможности для бизнеса и международного сотрудничества.
- Этика и право. опросы о том, как управлять и использовать ресурсы других планет, вызывает дискуссии о международных космических законах .
Таким образом ,колонизация Марса имеет важное значение для будущего науки, техники и человечества в целом.
1.2 Цель и задачи работы
Цель:
- расширить свои знания о планете Марс;
- рассмотреть вопрос о возможности заселения человека на Марс;
- сделать макет марсианского города.
Задачи:
- изучить сходства и различия Марса и Земли;
- изучить возможные теории освоения Марса.
1.3 Объект и предмет исследования
Объект исследования: Планета Марс.
Предмет исследования. Технологические проблемы и их решения, необходимые для колонизации Марса : создание искусственной атмосферы, производство пищи и энергии на Марсе, разработка средств защиты от радиации, проектирование обитаемых модулей, транспортные системы для полетов на Марс и обратно, использование ресурсов Марса, методы терраформирования.
1.4 Гипотеза.
В своей работе я хочу доказать гипотезу: Колонизация Марса возможна.
1.5 Методика исследования
Анализ работы:
- анализ литературы о колонизации Марса
- анализ новейших научных открытий и современных космических достижений способствующих продвижению миссий колонизации Красной планеты.
План работы:
I этап — подготовительный (сентябрь 2024 года):
- познакомиться с литературой по данной теме;
- изучить информацию с интернет источников.
II этап — основной (октябрь -декабрь 2024года)
- собрать фото и видеоматериал для создания презентации;
- подготовить тезисы и презентацию для выступления
III этап — заключительный (декабрь 2024- март 2025года)
- изготовление макет Марсианского города.
Обзор литературы.
Наиболее подробный разбор темы колонизации Марса представлен в следующих научных работах, статьях, журналах, интернет-публикациях :
- Научная работа М.Ю. Горелова и Л.В. Трегубенко «Актуальные проблемы авиации и космонавтики», где астрофизики детально рассматривают планы и прорабатывают теории освоения Марса предложенные Илоном Маском.
- Книга публициста астрофизика Роберта Зубрина "Курс на Марс" ,которая доказывает возможность и необходимость колонизации Красной планеты. Марс дарит человечеству прекрасные перспективы переселения с нашей планеты на другую. Автор представил план освоения Марса - "Mars Direct" ,вполне реалистичный и возможный. Утверждает, что с помощью использования марсианских ресурсов, можно снизить стоимость полёта на Марс в разы, превратив программу посещения Марса в программу по его колонизации.
- Статья астрофизика-космолога Стивена Хокинга "Brief Answers to the Big Questions" затрагивает вопросы о колонизации космоса и необходимости поиска новых планет для жизни.
- Инженер космических технологий Илон Маск в интернет статьях высказывает идеи о колонизации Марса ,а так же разрабатывает технологию для исследования Марса и подготовку миссий с экипажем.
1.6 Практическая ценность работы
Практическая ценность исследования заключается в том, что оно помогает оценить возможности и риски, определить наиболее перспективные направления развития технологий и сформулировать стратегию освоения космоса.
1.7 Структура работы
В начале работы, я анализирую вопрос зачем человечку колонизировать Марс, насколько эта планета пригодна для жизни, сходства и различия Марса и Земли. Далее, рассматриваю возможные теории колонизации , терроформирова-ния, теория полета и теория марсианского города. Каждая глава сопровождается слайдом презентации . (Приложение 1).
2. Планета Марс ( Приложение 1, слайд 2)
Марс — четвертая планета от Солнца, известная своими красными оттенками. Его особенности включают: расстояние от солнца 227,9 млн.км; радиус планеты 3389,5 км; продолжительность года 687 дней; продолжительность суток 24 часа 37 минут; спутники: Фобос и Деймос.
«Красной планетой» Марс называют из-за его состава. В нём очень много маггемита — оксида железа, имеющего красноватый цвет.
Поверхность состоит преимущественно из песчаных и земляных рельефов гор, каньонов и обширных равнин. Поверхность разбита на светлые и темные области, именуемые материками и морями соответственно. На Марсе крупнейший вулкан в солнечной системе — Олимп. На полюсах присутствуют ледяные шапки и возможные следы жидкой воды.
В глубокой древности на Марсе было достаточно много водных ресурсов, но они исчезли. Доказательствами «водного прошлого» являются меандры – высох-шие русла старинных рек и некоторые минералы, которые могли образоваться только в результате действия воды.
2.1 Сходства и различия Земли и Марса
Наравне с Венерой Марс можно было бы назвать «братом» Земли. У него примерно та же продолжительность суток и схожий процесс смены сезонов. Ось вращения наклонена к плоскости орбиты на угол 65º, почти равный углу наклона земной оси -66,5º. Это значит, что смена дня и ночи, а также смена времён года на Марсе протекает почти так же, как на Земле. Однако климат там намного пример суровее — в среднем по планете температура среды выходит примерно -63 °C.
Как и на Земле, на разных широтах Марса климатические условия заметно разнятся.
Площадь поверхности Марса составляет менее 30% площади земли, гравитация всего 38% от земной.
Человек не сможет выжить на Марсе без специального скафандра. Давление на Марсе настолько низкое, что кислород в крови мгновенно превратится в газовые пузырьки, что приведет к моментальной гибели.
Атмосфера на Марсе токсична, так как на 90% состоит из углекислого газа , она в 100 раз более разряженная, чем на Земле, но этого вполне хватает для образования ветра и облаков. А еще она не фильтрует ультрафиолетовый свет, который вызывает нестабильность молекулярных связей между атомами.
В отличие от Земли на Марсе нет озонового слоя, при восходе солнца поверхность планеты получает смертельные для человека дозы радиации.
2.2 Какие научные исследования проводились и проводятся сейчас на Марсе (Приложение 1, слайд 3)
На данный момент планета Марс остаётся одним из наиболее изучаемых объектов в нашей солнечной системе .
Исследование планеты проводится межпланетными космическими станциями и марсоходами.
Орбитальные станции Mars Reconnaissance Orbiter (2006), «Тяньвэнь-1» (с 10 февраля 2021 года), «Аль-Амаль» (с 9 февраля 2021 года) и Trace Gas Orbiter (с 19 октября 2016 года) изучают атмосферу , климат Марса, а также предоставляют высококачественные изображения поверхности планеты.
Марсоходы компании Mars Rovers "Curiosity" (2012) и "Perseverance" (2021) активно исследуют геологию планеты, анализируют грунт, собирают образцы для будущих миссий по возвращению их на Землю, а также ищут признаки древней жизни.
К последним наиболее важным научным открытиям относятся:
- вопрос о наличии воды на Марсе ,который был решён в 2008 году, когда автоматическая марсианская станция «Феникс», севшая в полярном регионе планеты, получила воду из марсианского грунта.
- Радар MARSIS, установленный на аппарате «Марс-экспресс», показал наличие подлёдного озера на Марсе, расположенного на глубине 1,5 км подо льдом Южной полярной шапки (на Planum Australe), шириной около 20 км. Это озеро стало первым известным постоянным водоёмом на Марсе.
Эти невероятные научные открытия изменяют понимание о возможности жизни на Марсе, помогают подготовить будущие миссии с людьми на борту и углубляют знания о планете.
2.3 Зачем человеку Марс? (Приложение 1, слайд 4)
Спустя 50 лет с того дня, как нога человека коснулась поверхности нашего спутника Луны, люди так и не выбрались дальше земной орбиты. И дело не только в технологиях. Зачем вообще человеку лететь на Марс?
Причины интереса колонизации Марса включают:
- любопытство, то есть возможность провести более глубокие исследования планеты, чем это доступно марсоходам;
- экономический интерес, точнее интерес к ресурсам планеты;
- глобальный интерес - то есть, что возможность заселения других планет может снизить вероятность вымирания человечества.
О своих планах колонизации Марса заявляли как государственные космические агентства разных стран (европейское , индийское, китайское, NASA, Роскосмос, Объединённые Арабские Эмираты), так и частные космические компании (SpaceХ, Lockheed Martin и Boeing).
И все же почему именно Марс? Земля похожа на Венеру по составу размеру силе тяжести на поверхности, но оказавшись на Венере мы попросту испаримся за долю секунды.
Воды на Марсе очень мало вездеходы «Spirit and opportunity» находили ее меньше, чем в самой засушливой пустыне Земли. Марсианская почва токсична из-за высоких концентраций хлора и связанных с ним соединений, которые опасны для всех форм жизни. А еще радиация, удары метеоритов, вездесущая марсианская пыль, а также необходимость провести шесть месяцев в изоляции во время путешествия к Марсу, которое может стать, увы, полетом в один конец.
Но всё это не останавливает энтузиастов, которые считают, что, преодолев все преграды и трудности, человечество может получить огромные возможности, заключающиеся не только в плане побега на случай глобального катаклизма, но и в доступе к неограниченным ресурсам других планет.
3. Теория колонизации Марса (Приложение 1, слайд 5)
3.1 Проблемы колонизации Марса
Так почему же Марс до сих пор не колонизировали? Ответ прост - проблема в деньгах. Программа Аполлон была продиктована необходимостью обогнать СССР в высадке на Луну и ради этого конгресс США выделял NASA огромные суммы, но сегодня такой политической гонки у мира нет. И большинство считает, что лучше правительству заниматься проблемами нашей планеты - Земли, чтобы предотвратить глобальную катастрофу, а не искать обходные пути.
3.2 Теория создания атмосферы и условий для жизни
Одной из идей освоения красной планеты является терраформирование, то есть превращение Марса в среду обитания похожую на земную. Процесс терраформирования должен способствовать тому, что на Марсе появится атмосфера способная удерживать тепло, образуется аналог озонового слоя, биосфера и полноценное магнитное поле. Теоретически способов реализации множество, например:
- Илон Маск предлагал бомбить планету ядерными бомбами.
- идея уронить на планету Комету, ледяные астероиды из пояса астероидов, либо один из спутников Юпитера.
- идея создание на орбите марса спутников с большими отражателями, которые бы фокусировали солнечный свет, направляя его на планету.
Нагрев планету и сконцентрировав углекислый газ под ее новой атмосферой, на поверхность можно было бы поместить бактерии питающиеся CO2 и выделяющие кислород.
Но все на сегодняшний момент не осуществимо, так как на Земле не хватит ядерного оружия, чтобы запустить реальный процесс терраформирования Марса, так еще и займет сотни - тысячи лет. Остается обживаться на Марсе таком, какой он есть, используя доступные ресурсы планеты. Это означает:
- Во-первых строительство купола при помощи 3Д печати из материалов, добытых на Марсе.
- Во-вторых, выработку кислорода, что вполне возможно, как доказал последний марсоход ровер Perseverance. Один из инструментов ровера Perseverance — эксперимент MOXIE — успешно получил кислород из местной атмосферы, которая состоит преимущественно из углекислого газа. Прибор благополучно превысил минимальный порог производительности почти вдвое, показав, что у будущих марсианских колонистов есть надежный способ получения воздуха для дыхания.
- В-третьих, выращивание еды. Работа над этой задачей идет уже давно. Так, например в техническом университете Флориды проводят исследование превращения смоделированного марсианского грунта в плодородную почву. Так же эксперименты проводит некоммерческая организация MRDS закрытой лаборатории в пустыне штата Utah . И там уже удалось вырастить более-менее съедобную зелень. Белок ученые предлагают добывать из насекомых или выращивать синтетическое мясо.
Создание теплиц и облагораживание почвы, включает снятия верхнего токсичного слоя почвы Марса, что лучше всего доверить роботам. Чтобы к прилету людей на планету был уже какой-то запас еды. Так же роботы заранее должны будут организовать поиск и добычу воды, выработку кислорода и провести множество подготовительных работ.
Для первых поселенцев ученые разрабатывают методы генной инженерии для усиления устойчивости к неблагоприятным факторам длительного космического прилёта и самой марсианской среды.
Например, ученые в лабораторных условия уже ввели гены тихоходок, такие крошечные и очень стойкие животные способные выжить в космическом вакууме, в человеческие клетки. Сконструированные клетки показали большую устойчивость к радиации нежели их нормальные аналоги. Тихоходки и экстромофильные микробы такие, как радиационно-стойкая бактерия deinococcus radiodurans являются естественным резервуаром удивительных качеств. Современные ученые-генетики рассматривают возможность применения их способностей для защиты будущих колонизаторов планет.
Все эти достижения генной инженерии предвещают будущее, которое поможет колонистам закрепиться на красной планете и поможет создавать вещи в которых мы нуждаемся, материалы для строительства нашей среды обитания.
3.3 Теория полета на Марс (Приложение 1, слайд 6)
Теоретически, на самом быстром космическом корабле по кратчайшему пути добраться на Марс получится за 941 час (40 дней). По усредненному расстоянию время полета ракеты к Марсу составит 3 879 часов (162 дня).
Добраться до Марса можно будет на космическом корабле NASA, включающим в себя: гигантскую ракету носитель массой 2,5 тыс. тонн и капсулу Орион.Первым колонистам потребуется очень много всего привозить с собой с Земли. Так Илон Маск подсчитал, что на один пассажирский полет , понадобится десять грузовых вылетов.
Безопасная посадка на Марс также является непростой задачей. NASA использовали инновационный небесный кран, для спуска на поверхность марсоход Curiosity массой 1тонна в 2012 году. А капсула Арион весит почти 10 тонн ,без учета массы служебного модуля или посадочной ракеты. В настоящее время разрабатываются гигантские надувные небесные краны, для замедления космических кораблей при их приближении их к Марсу.
Последними озвученными сроками беспилотной и пилотируемой миссии SpaceX к Марсу были 2024 и 2026 год.
3.4 Теория марсианского города (Приложение 1, слайд 7)
Весной 2024 года каталонский институт космических исследований представил проект Марсианского города. Город «Нюйва» (Nüwa), названный в честь богини любви и брака из древнекитайской мифологии. Предварительная дата строительства 2050-2100 годы. Проект «Нюйва» стал одним из финалистов конкурса, организованного космической компанией TheMarsSociety. Цель конкурса: найти самый осуществимый проект марсианского города. Участники конкурса в обязательном порядке в своих проектах марсианского города должны были соблюсти следующие условия : автономность города, поддерживание себя и обеспечение собственного роста.
Проект марсианского города «Нюйва» выполнила архитектурная сту-дия ABIBOO вместе с международной командой учёных и экспертов SONet.
Нюйва — столица марсианского поселения, который будет включать в себя пять городов, объединенных в одну агломерацию.Поселение будет представлять из себя самодостаточную колонию, вместимостью до миллиона жителей.
Строительство запланировано с учетом суровых марсианских условий. Расположение города выбрано в экваториальной части Марса на склоне одной из скал региона Темпе Менса, который находится на обширном вулканическом плато Фарсида. Крутой рельеф скалы позволит создать вертикальный город. Жилые и рабочие помещения будут находится в скале, это обеспечит защиту от солнечной радиации и космических метеоритов, но сохранит доступ к непрямому солнечному свету.
Состоять этот город будет из сети туннелей, связывающих автономные модули «Макрозданий». «Макроздания» будут строится в форме цилиндра: диаметром 10 метров, а длиной 60 метров. Функционально будут включать в себя рабочие и жилые модули. Во всем городе на одного человека будет приходиться 278 кв.м. Вместимость каждого модуля составит 4440 человек.
Каждый модуль будет снабжен специальными зонами конденсации, предназначенные для рассеивания тепла и очищения воздуха. В каждом модуле будут предусмотрены зелёные зоны, городские сады и помещения для творчества. Планируется создать в городе зелёные зоны , где растительность будет выращиваться в среде с чисто марсианской атмосферой.
Внутри «Макрозданий» вертикальные перемещения будут осуществляться на высокоскоростных лифтовых системах. А для горизонтальных перемещений внутри города будут использоваться автобусы и скоростные поезда.
В проекте предусмотрены сооружения для размещения больниц, школ , университетов, помещения для культурных мероприятий, торговые районы и железно-дорожные станции, имеющие прямое сообщение с космопортом.
Поддерживать оптимальные условия существования внутри модулей «макрозданий» предлагается путем использования искусственного интеллекта.
Промышленную инфраструктуру, производство продуктов питания и выработки энергии, территориально планируется расположить на обширной равнине в самой высокой точке утеса - Месса. Производство сельскохозяйственных культур будет происходить в специальных сельскохозяйственных модулях с высоким содержанием CO2. Основной метод выращивания растений – гидропоника(самый эффективный способ в данных условиях).
Разработчики «Нюйвы» рассчитывают, что население города будет постепенно увеличиваться и колония перейдёт в режим самообеспечения. А все необходимые материалы будут добываться прямо на Марсе.
4. Продукт проекта (Приложение 1, слайд 8)
Опираясь на полученные знания, я сделала собственный макет марсианского города - купольного типа. Город состоит из пяти куполов ,которые изготовлены при помощи 3Д печати из материалов доступных на Марсе, соединенных между собой туннелями так же изготовленных при помощи 3Д печати. Макрокупол включает в себя: жилые дома, школы,университеты,больницы и здания для куль-турных мероприятий. Четыре купола ,каждый с собственным предназначением : промышленный, торговый (имеющий прямое соединение с космопортом), сельскохозяйственный, лесная зона .
5. Заключение (Приложение 1, слайд 9)
В заключении моей проектно-исследовательской работы "Колонизация Марса", хочу подвести итог. Выдвинутая в начале работы гипотеза о том , что колонизация Марса возможна - подтвердилась. Существуют весомые аргументы в поддержку гипотезы:
- Во-первых, научные данные подтверждают наличие воды в форме льда на поверхности и подземных резервуарах Марса, что является ключевым фактором для поддержания жизни и производства кислорода.
- Во-вторых, технологические достижения в области ракетостроения и систем жизнеобеспечения делают межпланетные путешествия более доступными. Например, проекты SpaceX, такие как Starship, направлены на создание эффективных транспортных средств для высадки людей на Марс.
- Кроме того, исследования в области генной инженерии и биотехнологий могут помочь адаптировать организмы к марсианской среде. Научные эксперименты, такие как Mars Society's Mars Desert Research Station, демонстрируют, что люди могут жить в условиях, приближенных к марсианским.
Перспектива. Изучить вопрос о возможности колонизации спутников планет .
6. Список используемой литературы
1. Гибсон Э. «Спокойное Солнце».- М.:Мир, 1977-с.79-87.
2. Витинский Ю.И. «Солнечная система».- М.:Наука,1983-с.61-67.
3. Вэнс Э. « Илон Маск: Tesla, SpaceX и дорога в будущее» / пер. с англ. Л.Пирожковой, М.Лапшинова. М.: Олимп-Бизнес, 2015.- ннолю416 с.
4. Дэвенпорт К. «Космические бароны. Илон Маск, Джефф Безос, Ричард Брэнсон, Пол Аллен. Крестовый поход во имя колонизации космоса» / пер. с англ. И.Лисова. М.: Эксмо, 2019. – 430 с.
5. Чаун М. «Солнечная система. Путеводитель по ближним и дальним окрестностям нашей планеты»,/ пер. с англ. Н.Охотина. – М.:АСТ: CORPUS, 2014. – 224 с.
6. Чёрный, И. Кто не скачет, тот не Маск // «Русский космос». – 2019. – № 9. – С. 58-61.
7. «10 технологий, необходимых для полёта на Марс» [Электронный ресурс] // Марс Планета. — URL: https://marsplaneta.ru/10-tehnologij-neobhodimyh-dlya-poleta-na-mars (дата обращения: 15.05.2025).
8. «Колонизация Марса» [Электронный ресурс] // Космолог. — URL: https://kosmolog.ru/kolonizaciya-marsa.html (дата обращения: чч.мм.гггг).
9. «Колонизация Марса:10 проблем,с которыми столкнется человечество» [Электронный ресурс] // Хабр — URL: https://habr.com/ru/companies/first/articles/817739/ (дата обращения: 12.05.2025).
10. «Колонизация Марса: проблемы и перспективы» [Электронный ресурс] // Яндекс.Дзен. — URL: https://nsportal.ru/AP/LIBRARY/NAUCHNO-TEKHNICHESKOE-TVORCHESTVO/2022/05/23/KOLONIZATSIYA-MARSA6-PROBLEMY-I-PERSPEKTIVY(13.05.2025)