VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Как мы будем жить на Марсе

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Завидов А.Ю. 1

---

1МБОУ "Лицей"

Баландина Ж.В. 1

---

1МБОУ "Лицей"

Работа в формате PDF

2.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Говоря о необходимости покинуть когда-нибудь колыбель Земли, К.Э. Циолковский, вероятно, был прав. Однако в те годы, когда он рассуждал об этом, представление о космосе было совсем не таким, как сегодня: ближайшие планеты казались благоприятными для жизни, а сообщение о высадке марсиан реально вызывало панику у населения. Сегодня мы понимаем, что космос — весьма суровое место.[3]

Прошло уже более полувека, как человек активно начал исследовать космос. С уверенностью можно сказать, что космонавтика наравне с компьютеризацией стала основными науками XX века. Сколько загадок, парадоксов, интересных фактов и перспектив хранят в себе эти бесконечные просторы. Космонавтика — это замечательная наука, и каждый мыслящий человек должен хоть немного интересоваться тем, что окружает нашу крошечную планету. [12]

Тема космоса интересна мне уже несколько лет. Я активно слежу за космическими новостями, участвую в викторинах и астрономических олимпиадах.Космонавтика прочно вошла в нашу повседневную жизнь и принесла человечеству много преимуществ. Навигационные системы, прогнозы погоды, телевидение, телекоммуникации, сотовые телефоны, многое другое — это все космос. И это лишь малая часть всех технологий, которые не были бы возможны без освоения космоса[12 ]. Но вот тема покорения космоса, особенно колонизация Марса, стала для меня особенной. И это не красивая фантастика. Человек всегда стремился познать и изучить Вселенную, а в условиях приближающегося демографического кризиса, истощения природных ресурсов и постоянной опасности из того-же 3

космоса- это необходимая реальность. Сложная, трудная, но необходимая. Конечно, человечество только в самом начале пути изучения, даже планет Солнечной системы. И одной из самых интересных для изучения, на мой взгляд, является Красная планета. Поэтому моя конкурсная работа посвящена Марсу и возможности существования на нем. Считаю это актуальной, современной и перспективной темой для изучения.

Цель проекта я определил так:

- исследовать в разных источниках информации материалы о планете Марс, создать макет участка марсианской поверхности и представить на ней базу астронавтов для колонизации планеты, применяя полученные знания.

Одним из способов представления результата моей работы я решил изготовить макет, на котором представить модель марсианской базы, с учетом основных элементов жизнедеятельности астронавтов, предложить альтернативные источники электроэнергии и продовольственного обеспечения.

Соответственно, задачи проекта:

Изучить климатические, геологические, радиационные особенности планеты Марс для обеспечения возможности существования астронавтов;

Изучить варианты инопланетных баз, представленные в различных информационных источниках;

Изучить возможные варианты энерго- и продовольственного обеспечения базы астронавтов на Марсе.

Создать макет участка марсианской поверхности и представить на ней базу астронавтов с учетом особенностей существования на данной планете в масштабе 1:60.

Теоретическая часть

1. Планета Марс

В настоящее время Марс — наиболее интересная для изучения планета Солнечной системы. Поскольку он обладает атмосферой, хотя и очень разреженной, по сравнению с земной, можно говорить о процессах в ней, формирующих погоду, а следовательно, и климат. Он малоблагоприятен для земной жизни, однако наиболее близок к существующему на нашей планете. Предположительно в прошлом климат Марса мог быть более тёплым и влажным, а на поверхности присутствовала жидкая вода и даже шли дожди [5].

Итак, МАРС.

Рис.1

Это четвёртая по удалённости от  Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы (рис.1);  масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь  Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей минералом маггемитом¹. [16]

1.1 Рельеф

  Марсианские ландшафты сложны и живописны (фото 1). Они изобилуют вулканами, каньонами, равнинами и кратерами. Северное и южное полушария планеты существенно различаются по количеству кратеров. В южном их больше в 5 раз. [6].

Фото 1. Поверхность Марса

(Фото с сайта http://light-science.ru/kosmos/solnechnaya-sistema/planeta-mars.html/)

Отчётливо читаются некие образования, похожие на русла рек. Возможно, когда-то это и были именно реки. Одни исследователи считают, что в прошлом климат Марса был умеренным, другие уверены, что потоки появились в результате разлома коры. [6].

1.2 Сила марсианского притяжения

Радиус планеты Земля составляет 6371 км, поэтому сила притяжения у нас значительно выше. Человек или предмет на этом красном шаре будет весить всего 38 процентов от своего обычного веса. Например, взрослый мужчина, массой 80 кг, там окажется не тяжелее тридцати килограмм. [16] Мой вес на Красной планете будет почти 16 кг (фото 2)

Фото 2. Специальные весы, показывающие вес на Марсе, установлены в музее Лунариум Московского планетария

1.3 Геология, радиационная опасность

Поскольку даже детальное строение Земли нам ещё не известно, то говорить с уверенностью о строении Марса тоже нельзя. Скорее всего, он также имеет металлическое и жидкое ядро, масса которого составляет до одной десятой от массы планеты, а радиус – до половины радиуса планеты. Между ядром и корой (70 – 100 км) расположена мантия. Она силикатная и железистая. Красные окислы этого железа и определяют цвет марсианской поверхности. Марс – планета остывающая, поэтому её кора, в отличие от земной, находится в неподвижном состоянии. Марсотрясения и геологические разломы остались далеко в прошлом. [7]

Отдельно надо сказать о радиации на Красной планете. У Марса нет защитной магнитосферы, как у Земли. Ученые считают, что в свое время, примерно 4,2 миллиарда лет назад — видимо, из-за столкновения с крупным объектом или быстрого остывания ядра — магнитное поле планеты исчезло. В результате в течение следующих 500 миллионов лет атмосфера Марса медленно улетучивалась при помощи солнечного ветра. Из-за потери магнитного поля и атмосферы, поверхность Марса подвергается воздействию гораздо более высоких уровней радиации, чем Земля. И в дополнение к постоянному воздействию космических лучей и солнечного ветра, вместе с солнечными вспышками Марс подвергается смертельным дозам стерилизующего излучения. [13]

В настоящее время радиация на поверхности Марса довольно опасна. Поэтому ученые в будущем, готовя любые полеты на планету, должны принимать во внимание радиационную защиту.

1.4 Атмосфера

Ещё в 19 веке люди догадались, что Марс обладает атмосферой. Это определилось в моменты противостояний планеты с Землёй, случающихся каждые 15 – 17 лет. Это открытие породило оптимизм возможной жизни на Марсе. Однако, все надежды рухнули после определения состава атмосферы и её плотности. Углекислый газ (96%), азот (2,7%), аргон (1,6%) и ничтожные количества кислорода, и иных газов не стали благоприятными условиями для развития жизни на планете в том виде, в каком мы её представляем. Но, тем не менее, облака из углекислого газа и воды, всё же есть. По виду они похожи на земные, перистые, и формами повторяют рельефные контуры [7].

1.5 Климат

Марс вращается вокруг своей оси почти так же, как и Земля: его период вращения равен 24 час. 37 мин. 23 сек., что лишь на 41 мин. 19 сек. больше периода вращения Земли. Ось вращения наклонена к плоскости орбиты на угол 65°, почти равный углу наклона земной оси (66°,5). Это значит, что смена дня и ночи, а также смена времен года на Марсе протекают почти так же, как на Земле.

Однако вследствие удаленности Марса от Солнца и разреженности атмосферы климат планеты гораздо суровее земного. Год Марса (687 земных или 668 марсианских суток) почтя вдвое длиннее земного, а значит, дольше длятся и сезоны.

Таким образом, в северном полушарии Марса лето долгое, но прохладное, а зима короткая и мягкая (Марс в это время близок к перигелию), тогда как в южном полушарии лето короткое, но теплое, а зима долгая и суровая.

Температурный режим на Марсе выглядит так. В дневные часы в районе экватора, температура может подниматься до +25°С. Но уже к вечеру она падает до нуля и ниже, а за ночь планета выхолаживается еще больше, поскольку разреженная сухая атмосфера планеты не может удержать тепло, получаемое от Солнца днем.

Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле, - около -40° С. При наиболее благоприятных условиях летом на дневной половине планеты воздух прогревается до 20° С - вполне приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать до -125° С. При зимней температуре даже углекислота замерзает, превращаясь в сухой лед. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло. [15]

Вывод: изучив имеющуюся информацию о планете Марс и, кратко изложив её, мне стало понятно, насколько трудна миссия освоения Красной планеты. В таких условиях астронавтам придется приложить немало усилий, чтобы сохранить здоровье и физическую активность.

Но необходимость — мать изобретения. Я надеюсь, что в ближайшее время, совсем в недалеком будущем, наши технологии позволят ступить первым колонистам на красный грунт планеты.

И здесь начинается следующий этап исследований.

2.Варианты марсианских поселений

Первая сложность - это сам непосредственный перелет на Марс. Колонизация осложняется тем, что даже при максимальной близости к нам красной планеты, при нынешних технологиях перелет займет около 7 месяцев. И все это время космонавтам нужно чем-то питаться, а на борту и так будет масса оборудования.

Еще одна опасность - это космическое излучение и долгое отсутствие гравитации. Здесь должны быть разработаны специальные средства и технологии для обеспечения надежной радиационной защиты и искусственно созданной гравитации в течении всего перелета на Марс.

Кроме того, все космонавты на Марсе должны будут носить костюмы при контактах с марсианской атмосферой. Костюмы будут защищать космонавтов от экстремальных температур, тонкой безвоздушной атмосферы и вредного излучения. Также насущный вопрос - это питание на Марсе. Абсолютно замкнутых систем жизнеобеспечения пока что нет, и колонистам придется надеяться только на себя и оранжереи с искусственным грунтом или гидропоникой (рис.2). И плюс для всего этого нужно жилье, хоть какие жилые модули, которые также нужно доставить, без повреждений спустить, собрать… Ведь если случится непредвиденная ситуация, космонавтам придется ждать,как минимум, 7 месяцев корабль с посылкой с родной планеты. [8].

Рис.2 (Рисунок с сайта http://fb.ru/article/235924/mars-kolonizatsiya-krasnoy-planetyi )

NASA представила новую концепцию поселения на Марсе, основным строительным материалом которого станет лед.

Эксперты исследовательского центра Лэнгли вместе с группой дизайнеров и архитекторов разработали концепцию ледяных домов для первых колонистов Марса. Здания будут напоминать большой надувной тор, окруженный оболочкой из водяного льда. Основа — легкая по весу, может быть транспортирована и развернута с помощью роботов. А затем ее достаточно просто облить водой, которая на Марсе замерзнет. Такое укрытие станет не только надежным домом для людей, но и защитит астронавтов от смертоносных космических лучей. Материал сможет выстоять в течение многих лет в условиях облучения и пылевых бурь. [9]

Еще один вариант марсианских жилищ - постройка подземных городов на планете Марс, что обеспечит хорошую защиту от радиации и метеоритов будущих "марсиан" (рис.3). [2]

Рис.3 ( Рисунок с сайта http://inoplanetyanin.ru/do-kolonizatsii-marsa /)

3.Практическая часть .

Макет участка марсианской поверхности и базы астронавтов.

Опустив трудности перелета и посадки на Марс, представим, что первые исследователи, заброшенные за двести пятьдесят миллионов километров от дома, ступили на марсианский грунт. С чего же начать?

Представляю макет «Модель марсианской станции».

Макет был изготовлен из гипса (фото 3,4).

Фото 5.11

Основной цвет грунта выбран коричнево-красный (фото 5), т.к. считается, что именно таков цвет поверхности планеты из-за присутствия соединений железа.

На своем макете модели марсианской станции (фото 6), я представляю целый комплекс строений, который включает в себя:

- научно-лабораторный блок № 1,

- технический блок № 2,

- жилые корпуса № 3,4,

- теплица № 5

Фото 6

Прежде всего, астронавтам необходимо развернуть жилые корпуса, предстоит надуть куполообразные “здания” – герметичные шатры из специальных материалов, которые значительно расширят жилое пространство и, одновременно, будут служить теплицами, в которых можно выращивать растения.[14]

Если люди начнут жить на Марсе, логично, что им нужно производить

продукты самим, их транспортировка будет обходиться слишком дорого. Ученые уже работают над выведением некоторых сортов растений для выращивания в марсианском грунте. К примеру, учеными ставились опыты по выращиванию картофеля в условиях, максимально приближенных Марсианским. Но почему именно картофель, а не любое другое растение? Согласно данным селекционеров, главное преимущество картофеля заключается в сильной генетической способности к адаптации в экстремальных условиях, таким, как засуха или засоление.

Выращивать на Марсе именно картофель имеет смысл еще и потому, что именно это растение обладает наивысшей энергетической ценностью среди овощей и при этом требует наименьшее количество площади для успешного произрастания среди всех сельскохозяйственных культур. Подобные опыты по выращиванию проводятся и над другими растениями: рожью, помидорами, редисом, кресс-салатом, луком. Вода в чистом виде не может существовать на поверхности Марса в жидком состоянии и даже при температуре выше 0 °C вследствие низкого давления сразу закипает, то есть переходит из твёрдого состояния напрямую в газообразное. А жидкость, обнаруженная на Марсе, представляет собой концентрированный солевой раствор, так что высокое содержание солей в грунте ставит под сомнение возможность выращивания в марсианской почве земных растений без дополнительных экспериментов либо без искусственного грунта, что добавляет проблем выживания на Марсе.[16]

В своем макете весь этот комплекс, кроме теплиц, я сделал из фольгообразного серебристого материала, который обеспечит людям защиту от космической радиации, холода и перегрева.  В основе этих помещений будут лежать надувные компоненты. Весь комплекс будет соединен сетью ходов, но если кто- то захочет покинуть базу — ему нужно будет одеть специальный костюм. Установка жилого комплекса не займет много времени, и как только задача будет решена — можно приступать к строительству и исследованиям.

Теплица на макете сделана из пластика. И, конечно, в теплице предусмотрен искусственный грунт для первоначального обеспечения пищей. В дальнейшем, возможно, биологам удастся приспособить растения к условиям Красной планеты.

На базе предусмотрены средства для получения энергии (фото 7,8):

№ 6- солнечные батареи, № 8- ветроэлектростанция. 13

Обеспечение энергией марсианской станции – одна из основных задач, которую предстоит решать астронавтам. Солнечные батареи на поверхности Марса плохо срабатывают из-за наличия атмосферы, которая хоть и низкой плотности, но содержит пыль, что здорово рассеивает солнечные лучи. Для маленьких марсоходов, работающих на поверхности планеты, солнечные батареи могут обеспечить некоторую подвижность, но для поселения человека, этот вариант—не самый эффективный и надежный.

Фото 7

Учитывая высокую скорость движения воздуха на Марсе ( ветры дуют со скоростью 10-40 м/с,а во время пылевых бурь скорости достигают 100 мет.в сек.), эффективность ветрогенераторов может быть вполне реальна. [1]

Поэтому я предусмотрел на базе эти два источника энергии, как взаимозаменяющие друг друга.

Фото 8 14

Я, намерено не рассматривал вариант с доставкой и запуском небольшого ядерного реактора для обеспечения энергией базы, т.к. это слишком опасный объект, как при транспортировке, так и установке, и эксплуатации.

Кроме того, для связи с Землей на базе установлена телекоммуникационная вышка № 7.(фото 7). Считается, что сигнал с Марса достигает Земли примерно за 20 мин. Поэтому астронавтам в нештатных ситуациях стоит надеяться только на себя, исключая быструю помощь с Земли.

Система будет передавать видеопотоки по цепочке Марс — спутник связи — Земля. [17]

Также на макете представлен посадочный модуль № 10 и небольшой марсоход для исследования планеты № 9 (фото 8).

Фото 9

На своем макете марсианской станции мне хотелось показать некоторые особенности рельефа Красной планеты (фото 9):

№ 11-потухший марсианский вулкан Олимп,

№ 12 – кратер Виктория .

Вулкан Олимп – это колоссальный вулкан, который возвышается над марсианскими равнинами на 21,2 километр. На сегодняшний день это самый высокий вулкан и гора в Солнечной системе. 15

Кратер Виктория — ударный кратер на поверхности Марса,имеет диаметр 750 метров, глубину около 70 метров.[10]

Сейчас, станцию на Марсе можно рассматривать как интересную перспективу в далёком будущем, так как остаётся ряд не решённых проблем связанных с несовершенными для таких целей земными технологиями.

Эта идея на сегодняшний день кажется нереалистичной, однако некоторые шаги в этом направлении уже предпринимаются.[4]

Так, в мае 2018 года год на Красную планету будет отправлен космический аппарат InSight. Длительность миссии стационарного сейсмического аппарата, который опустится на Марс, рассчитана на 750 дней.

На 2020 год запланирован ещё один визит к Красной планете.

На Земле проводятся подготовительные исследования, а на Гавайях в зоне потухшего вулкана шесть добровольцев прожили год в полной изоляции в условиях, имитирующих марсианский «комфорт» (фото 10) [4]

Фото 10 (Фото с сайта http://quibbll.com/44425-zakonchilsya-godichnyj-eksperiment-nasa-po-imitatsii-zhizni-na-marse/)

Возможно, мы станем свидетелями реализации этих смелых планов по освоению другой планеты Солнечной системы.

Изучив в различных источниках материал о Красной планете, изготовив макет марсианской поверхности и станции астронавтов с учетом полученных знаний, мне хочется мечтать и верить, что скоро Марс станет пригодным для обитания землян. Благодаря моему исследованию, я достиг поставленной цели и выполнил поставленные задачи. 16

Заключение

В дальнейшем я планирую продолжить работу над проектом. Как варианты, возможно, рассмотрю дополнительные источники энергии для марсианского поселения, конкретнее определю задачи для марсобиологии и марсогеологии .

Можно с уверенностью утверждать, что человечество весьма мало знает о жизни даже на Земле. Что же тогда говорить о космосе! А для того, чтобы строить космические станции, поселения, необходимо все подробно изучить.

Например, в будущем необходимо будет выращивать еду и животных в космосе. И космобиолог должен будет придумать, как это сделать. Профессия появится после 2020 г. т.к. появится необходимость в подготовке данных для развития биологической системы жизнеобеспечения экипажей межпланетных комплексов и напланетных поселений.

А как же добыча полезных ископаемых? Ведь истощение ресурсов на нашей планете идет с катастрофической быстротой. Вот и рождается необходимость в космогеологе. Эти две профессии мне интересны и в будущих проектах мне хотелось бы уделить им значительную часть, собрав информацию и представив в описании их деятельность на других планетах.

Далее я хочу выполнить целую серию макетов поверхностей планет. Солнечной системы. Возможно, будет интересны макеты поверхностей спутников, например, как вариант – изготовить в той же технике макет лунной поверхности, так же изучив климатические, геологические, радиационные особенности Луны и, учитывая их, создать базу астронавтов на ней.

Основной вывод, который хочется сделать: в процессе сбора и анализа информации, выяснилось, что тема колонизации других планет только зарождается, большинство выводов построены на теоретических предположениях и очень немного результатов практических исследований, которые в настоящее время можно трактовать по-разному. Считаю, что это очень перспективное и интересное направление следующей ступенью в развитии нашей науки и техники. 17

СПИСОК

использованных источников литературы

19