Перевод оригинальной статьи учёного-эколога Дэниэла Боткина, доступной по адресу: http://www.danielbbotkin.com/2013/08/24/how-to-live-on-mars-the-ecology-of-mars-colonization/

Не так давно широкую известность получила компания «Mars One», планирующая устроить на Марсе человеческую колонию. В поисках добровольцев для полёта, компания объявила, что любой желающий может подать заявку, уплатив при этом 34$. Чем и воспользовались более ста тысяч человек, продемонстрировав огромный интерес к данному начинанию. По словам Mars One, четыре колониста отправятся на Красную планету в 2022 и ещё четверо в 2025.

А в 2013 году агентство НАСА завершило эксперимент по моделированию жизни четверых людей на Марсе, в ходе которого эти люди четыре месяца жили на площадке базальтовой породы на Гавайях. Они жили в небольшом доме, наружу выходили в скафандрах и испытывали на себе различные диеты, чтобы увидеть, что будет полезно человеку в условиях, подобных марсианским. Интерес к возможному обустройству жизни людей на Марсе и Луне цветёт и крепнет и по сей день.

Как ученый-эколог, я уже давно занимаюсь вопросом о том, как создать системы жизнеобеспечения для долгого космического путешествия. В начале 1970-х годов, национальная академия наук попросила меня начать экологические исследования для такой системы. Позже, мной были разработаны компьютерные модели замкнутых экологических систем. Интерес к жизни где-либо ещё во вселенной возник у меня ещё в детстве, и, в итоге, привёл к участию в такого рода проектах.

Я также был научным консультантом в проекте Биосфера-2. Несмотря на провал этого проекта по обустройству жизни восьми людей на площади 0,013 квадратного километра, без всякого материального обмена биосферы со внешним миром, проект дал ценные результаты по длительным космическим путешествиям.

Современная наука может многое предложить таким проектам. Я же могу затронуть только некоторые вопросы, связанные с потребностями, возможностями и проблемами такого поселения на марсе.

Основными потребностями для гипотетической колонии будут вода, кислород, продукты питания, энергия и повторное использование отходов (рециркуляция). Ещё людям необходимо около 20 химических элементов. Некоторые из них есть в изобилии на Марсе, но они должны быть преобразованы в усваиваемые формы — непригодное для еды ржавое железо, например, в изобилии на Марсе. Лучше, если зелёные растения сделают его усваиваемым.

В настоящее время, НАСА и Mars One полагают, что в марсианском грунте достаточно воды для обеспечения первых колоний водой и кислородом, получаемым из воды. Но эти предположения опираются только на единственный тест, сделанный марсоходом НАСА, и оценочные данные с марсианских искусственных спутников. Такого количества данных слишком мало для высказанных предположений. На Марсе имеются полярные шапки, состоящие из воды и сухого льда, но из «тёплых» регионов, где поселенцы имеют больше шансов выжить, до шапок слишком далеко добираться. Это слишком долгая поездка, чтобы просто попить воды, и у колонистов точно не будет настолько огромной ёмкости, чтобы существовать в подобных условиях.

На улице холодновато…

Хоть Марс и является наилучшей для колонизации планетой солнечной системы, условия на нём весьма неблагоприятны: он меньше Земли, толщина атмосферы составляет менее 1% от земной, так что вы не сможете просто взять и выйти из дома на прогулку. Более того, марсианская атмосфера на 95% состоит из непригодного для дыхания диоксида углерода. Все людские жилища должны быть герметично закрыты при таких внешних условиях, а для прогулки нужен специальный скафандр.

Другая проблема: земная атмосфера в основном состоит из азота. На Марсе он тоже есть. В небольшом количестве и в виде молекул. Земные животные, растения и водоросли не могут его использовать в такой форме, и лишь некоторые бактерии способны связывать молекулярный азот. На Марсе требуется перерабатывать доступные живым организмам соединения азота, либо перерабатывать молекулярный азот, что потребует затраты энергии.

Выращивание еды станет настоящим вызовом. Средняя температура на Марсе равна -55 °C, хотя летом на экваторе поднимается и до +20 °C. Спускаемый аппарат Viking в семидесятых годах получал данные о температурах в диапазоне от -17,2 °С до -107 °C. Совсем недавно, аппарат НАСА Spirit Rover зафиксировал максимальную дневную температуру +35 °C в тени и постоянно регистрировал температуры значительно выше 0 °C  весной, летом и осенью. Культурные растения имеют сезонные ритмы жизнедеятельности. На Марсе, как и на Земле, присутствует смена времён года, но год там длится 668 марсианских дней, что, может быть, собьёт ритмы растений.

Кое-что более сложное.

Mars One предлагает, чтобы 8 поселенцев жили в закрытой среде площадью около 200 квадратных метров, что на Земле является площадью небольшого семейного дома, и вдобавок они должны выращивать себе пищу в этом пространстве. Напомним, Биосфера-2 занимала площадь около 13000 квадратных метров. Запланировано выращивать пищу на гидропонике — в воде без почвы. То есть, возможно, потребуется много воды, и даже 200 квадратных метров будет недостаточно, особенно если растения будут зависеть от солнечной энергии, которой на Марс передаётся намного меньше, чем на Землю. Одним из наиболее подходящих продуктов являются красные водоросли, которые японцы используют в кулинарии. Но диета, состоящая в основном из красных водорослей, будет утомительна и, вероятно, вредна для здоровья.

Много энергии будет необходимо, даже чтобы просто нагревать жилища. Есть три возможных источника энергии: солнце, как в марсоходах НАСА, атомный генератор, транспортируемый от Земли, и, весьма рискованный источник, — термальная энергия из недр Марса.

На Земле, природные экосистемы требуют изменений со временем, и для сохранения жизни внутри экосистемы необходимо нечто большее, чем одна экосистема на небольшой площади. В маленькой комнате на Марсе будет недостаточно пространства, а необходимость получения видов, растущих при постоянных условиях, только усложнит задачу. Ранее были протестированы несколько небольших замкнутых экосистем. Некоторые из них, состоящие только из водорослей, бактерий и других микроорганизмов, просуществовали десятилетия, но они претерпевали серьёзные изменения.

Рециркуляция кислорода, воды, прочих веществ, а также выращивание растений является значительной проблемой. В Биосфере-2 некоторая рециркуляция была достигнута созданием искусственного болота, с пресноводными растениями, в природе очищающими сточные воды, при этом получающими и запасающими азот и фосфор в доступной другим организмам форме. Но одной маленькой комнаты, скорее всего, не хватит для таких процессов.

И это лишь некоторые из многих вещей, которые необходимо учитывать для создания обитаемой космической станции.