VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Планы и возможные трудности дальнейшего освоения человечеством Луны и Марса.
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Луна - естественный спутник Земли и самый яркий объект на ночном небе. Эта планета все больше привлекает землян возможностью использовать ее уникальные условия и ресурсы.
Марс всегда привлекал человечество своей необычностью: красная планета, планета земной группы, где когда-то было много воды и теплый климат. А значит, если верна теория, что жизнь зародилась благодаря естественному химическому развитию, то она могла быть и на Марсе[1].
Если мы найдем там следы жизни, прошлой или настоящей, то сможем изучить их и получить доказательства того, что эволюционное развитие от простых химических элементов к сложным характерно для всей Вселенной.Сейчас человечество заперто на одной планете и любая катастрофа способна погубить нас или отбросить в пещерный век. Человечеству для уверенного выживания нужно расселиться на другие планеты. В 2012году Международная рабочая группа космических держав выработала специальную «дорожную карту», в которой определялось три направления: Луна как промежуточная точка для испытания новых технологий, освоение новых подходов полета человека в космос и шаг в сторону Марса[2].
Цель: Изучить проблемы, возникающие при освоении Луны и Марса.
Задачи:
1. Выявить проблемы, возникающие при освоении Луны и Марса и связаные с полетом к небесному телу, посадкой и взлетом с него, с пребыванием на небесном теле.
2. Сравнить выявленные проблемы по освоению Луны и Марса между собой.
3. Сделать выводы, какое из сравниваемых небесных тел проще освоить в ближайшие десятилетия.
Проблемы освоения Луны и Марса
Человечеству предстоит решить множество сложных задач: наладить космическое сотрудничество между Россией и другими ведущими странами, ведущие мировые страны должны обнаруживать и предотвращать враждебные намерения или террористические группы, которые могут развернуть оружие в космосе или атаковать навигационные, коммуникационные спутники и спутники наблюдения. Создать сборочные платформы на низкой околоземной орбите Земли, для строительства межпланетных кораблей. Сделать челнок, который сядет на Марс, а потом взлетит с людьми на борту и как защитить космонавтов путешествующих во Вселенной от солнечной радиации.
Международное сотрудничество на поле космоса будет исключительно взаимовыгодным. С одной стороны, большие расходы будут распределены на всех. С другой — это помогло бы установить тесные дипломатические отношения между странами и создать новые рабочие места для обеих сторон.
|
Сравнительная характеристика |
Луна |
Марс |
|
1. Длительность полета |
3 дня |
около 250 дней по Гомановской траектории, около 145 дней по "Быстрой траектории". (Для неё нужны лишние 400 м/с). |
|
2. Энергетические затраты на полет |
около 3000 м/с для перехода на траекторию полёта к Луне с НОО + 800 м/с для торможения и выхода на орбиту Луны. |
примерно 3600 м/с для перехода на траекторию полёта на Марс (4000 м/с для Быстрой траектории). После перелёта к Марсу возможно 3 варианта: 3. Выход на орбиту с помощью собственной двигательной установки. |
|
3. Радиация |
Можно лететь «в окно» когда Солнце наименее активно, и здоровью космонавтов ничего не угрожает. |
Попасть «в окно» невозможно из-за большой длительности полёта |
|
4. Посадка |
Посадочная ступень будет весить 60% от полезной нагрузки. Аэродинамическое торможение невозможно т.к. атмосферы у Луны нет. |
Все Марсианские миссии использовали аэродинамическое торможение. Масса посадочной ступени будет составлять примерно 30% от массы полезной нагрузки (с учётом теплозащитного экрана). |
|
5. Взлет |
Масса полезной нагрузки при выходе на орбиту Луны составит 40% |
Масса полезной нагрузки при выходе на орбиту Марса составит примерно 25%. |
|
6. Минимальная длительность пребывания |
Улетать можно сразу после посадки/выхода на орбиту спутника. Можно даже не выходить на орбиту, как пришлось сделать во время миссии Аполлон-13. |
После выхода на орбиту нужно ждать около 17 месяцев, чтобы планеты выстроились в благоприятное для полёта положение. |
|
7. Гравитация |
16.5% от силы притяжения Земли. |
37.8% от силы притяжения Земли. |
|
8. Условия окружающей среды |
Лунная пыль абразивна. Она может выводить из строя механизмы, от неё возможны внутренние микрокровотечения в лёгких. На лунном грунте невозможно что-либо вырастить, но зато из него можно добывать металлы и затем возводить из них сооружения.Температура на Луне колеблется от -180 до 120 градусов. |
Марсианская пыль не столь абразивна, как Лунная. Атмосфера Марса «слабее» атмосферы Земли в 110-150 раз в зависимости от сезона. Температура на Марсе колеблется от -140 до 20 градусов. В температурном плане Марс благоприятней Луны. |
|
9. Вода |
На Луне доказано наличие примерно 600.000.000 м3 льда на Северном полюсе. |
Если бы весь лёд на Марсе растаял, то планета могла бы покрыться водой на 22 метра. |
|
10.Солнечная энергия |
Мощность солнечного излучения на Луне составляет около 1400 Вт/м2. КПД солнечных батарей составляет 20-40%, Луна делает 1 оборот за 28 дней |
Марс удалён от Солнца дальше, чем Земля и Луна. Мощность солнечного излучения около 600 Вт/м2. Солнечные батареи позволят получать 120-240 Вт/м2. 1 оборот Марс делает за 24 часа 40 минут. |
Ритм Луны влияет на приливы и отливы, давление воздуха, вызывает изменения температуры, действий ветра, магнитного поля земли, а также уровня воды. ...Луна своим гравитационным полем воздействует на земную биосферу.Луна может предложить нам очень многое. Например, в состав её реголита (пылевидного слоя грунта на поверхности) входит множество химических элементов — кислород (40%), кремний (20%), железо (5—10%), алюминий (10%), кальций (10%), даже титан (3%) и магний (5%). Конечно, все эти сокровища необходимо ещё добыть. Ведь на Земле руду, содержащую меньше 25% железа, называют бедной, а меньше 16% вообще таковой не считают[2]. Ещё один элемент, который входит в состав реголита и очень интересует человечество, — знаменитый гелий-3, прекрасное «горючее» для термоядерных электростанций будущего. При термоядерном синтезе, когда тонна гелия-3 вступает в реакцию с 0,67 тонны дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн. тонн нефти[3].
Луна рядом и всегда можно сравнительно легко и быстро вернуть обитателей базы на Землю. База на луне - прекрасный способ тестировать технологии и оборудование, но все-таки не совсем адекватная модель для полета на Марс, поскольку физические условия заметно отличаются (гравитация на Марсе вдвое сильнее, чем на Луне, и у него есть атмосфера, хоть и крайне разряженная - 0.2% плотности земной). С другой стороны, лунная база будет почти полностью зависима от Земли в плане снабжения ресурсами и едой. Там нет ни воды, ни воздуха, ни возможностей для выращивания еды. Кислорода завались, но что с ним делать? Осваивая Луну можно создать на ней космодромы для отправки обитаемых экспедиций на Марс с целью его преобразования под нужды землян.Низкая сила притяжения на Луне и скорость убегания также означают, что миссии, запущенные с Луны, потребуют гораздо меньше ракетного топлива, чтобы достичь космоса[4]. Луна идеально отвечает условиям экономии топлива при старте на Марс. Освоение Луны сулит много полезного нашей цивилизации. Но такое освоение возможно только при объединении усилий и финансов целого ряда государств[3].
Марс намного дальше и путешествие туда намного опаснее. В первую очередь из-за космической радиации за пределами земного магнитного поля. Да и сам Марс магнитного поля не имеет, поэтому придется решать проблему защиты от радиации. С другой стороны, база на Марсе может быть сделана фактически автономной: уже сейчас установлено наличие огромного количества воды в почве (в замороженном состоянии, разумеется), атмосфера - почти чистый CO2 (для людей и животных он смертелен, а для растений - необходимый источник жизни и роста), в той же почве и камнях огромное количество углерода, азота и фтора, значительное содержание кальция, брома и других элементов, так что по крайней мере в регулируемой атмосфере хабов можно выращивать растения в достаточных объемах для питания. Кроме того, день на Марсе длится 24 часа. Конечно, нужно будет привезти немного земной почвы и минеральных удобрений для первоначальной посадки и насыщения почвы бактериями, необходимыми для роста растений, но дальнейшее уже не нуждается в поставках с Земли. Кислород, необходимый для дыхания, будут давать растения и его так же можно получать из марсианской атмосферы (CO2, помним, да). Так что полноценную развитую колонию на Марсе выстроить проще, чем на Луне. А если задуматься о дальней перспективе, то Марс можно терраформировать, превратив в такую же зелено-голубую планету, как Земля.
\
Вывод:
- Полноценное освоение Луны и Марса, а не рекордные полёты ради приоритета, — так видят будущее отечественной космонавтики в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, одном из ведущих предприятий российской ракетно-космической промышленности
- Освоение Луны сулит много полезного нашей цивилизации. Но такое освоение возможно только при объединении усилий и финансов целого ряда государств.
- Осваивая Луну можно создать на ней космодромы для отправки обитаемых экспедиций на Марс, с целью его преобразования под нужды землян. Луна идеально отвечает условиям экономии топлива при старте на Марс.
- Мы с трудом можем представить себе наш мир без Луны. В нем точно не было бы приливов и отливов, а может, и самой жизни. По одной из версий возникновение ее на Земле стало возможным в том числе и благодаря специфическому воздействию Луны, приводящему к замедлению вращения планеты. Изучение влияния спутника на Землю помогает понять законы Вселенной[8]....Луна своим гравитационным полем воздействует на земную биосферу.
Поэтому, я считаю,Программу терраформирования Луны стоит пересмотреть, иначе это может привести к экологической катастрофе Земли.
Источники:
Горшков Л. Полёт человека на Марс// Наука и жизнь.2007.№ 7
Ильин А. Луна и Марс как объекты колонизации//Наука и жизнь.2011.№ 4
http://wellwritten.ru/nauka-i-tehnologii/zachem-osvaivat-lunu.html
Зачем осваивать Луну?
https://aboutspacejornal.net/2016/04/05/терраформирование-луны/
https://www.nkj.ru/archive/articles/4234
http://rusachka.ru/interesnoe/pervyj-polet-lyudej-na-mars-v-21-veke.html
https://www.nkj.ru/archive/articles/11014/
http://fb.ru/article/169733/zemlya-i-luna-vliyanie-lunyi-na-zemlyu