На Марсе есть воздух, но человек не проживёт и минуты

У Марса есть атмосфера — и это не новость. Новость в том, что NASA уже научилось добывать кислород на Марсе из местного воздуха, состоящего почти целиком из углекислого газа. Правда, пока его хватает лишь на десять минут работы одного астронавта. Разбираемся, почему на Марсе нельзя сделать ни одного вдоха без скафандра и как инженеры собираются это изменить.

Атмосфера Марса: состав, давление и уровень кислорода

Издалека Марс может показаться почти родственником Земли: скалистый ландшафт, полярные шапки, смена времён года. Но стоит мысленно ступить на его поверхность, и иллюзия рассыпается. Атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше земной — среднее давление на поверхности составляет около 610 паскалей, то есть менее 1% от давления на уровне моря на Земле.

Состав этого разреженного воздуха тоже не в пользу человека. Углекислый газ занимает около 95–96%, азот — около 2,7%, аргон — 1,6%. На долю кислорода приходится лишь 0,13% — в 160 раз меньше, чем в земной атмосфере, где его около 21%.

Проще говоря, если бы вы могли каким-то чудом оказаться на Марсе без скафандра, вам было бы нечем дышать. Но и само отсутствие кислорода — не единственная проблема. Куда опаснее экстремально низкое давление.

Сколько секунд живёт человек на Марсе без скафандра

Наше тело привыкло к давлению в одну атмосферу — это примерно 101 325 паскалей. Оно удерживает жидкости в жидком состоянии, позволяет лёгким работать и поддерживает внутреннее равновесие организма. На Марсе давление в 170 раз ниже. Это эквивалент высоты около 35 километров над Землёй — там не летают даже самолёты.

При таком давлении происходит несколько вещей одновременно. Кислород не может поступать в кровь, потому что газообмен в лёгких прекращается. Без подпитки кислородом мозг отключается быстро: по данным авиационной медицины и экспериментов NASA, потеря сознания наступает через 10–15 секунд после воздействия почти вакуумных условий.

Есть и ещё одна угроза — эбуллизм. Когда внешнее давление падает ниже так называемого предела Армстронга (около 6,3 кПа, или высота 19 км над Землёй), вода в тканях начинает переходить в пар прямо при температуре тела. Тело отекает, кровообращение нарушается. Если реанимация не начнётся в течение 60–90 секунд, шансов практически нет.

Важно понимать: это не теория из фильмов. В 1966 году инженер NASA Джим Леблан во время испытаний скафандра в вакуумной камере случайно подвергся разгерметизации. Он потерял сознание примерно через 14 секунд. К счастью, давление восстановили быстро, и он выжил без последствий. Марс — это не просто место без воздуха. Это среда, которая активно несовместима с человеческой биологией.

Как получают кислород на Марсе из углекислого газа

Если атмосфера Марса убивает, можно ли заставить её работать на нас? Именно на этот вопрос отвечал эксперимент MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) — компактное устройство размером с микроволновку, установленное на борту марсохода Perseverance.

Принцип работы MOXIE основан на электролизе твёрдого оксида. Устройство засасывает марсианский воздух через HEPA-фильтр, сжимает его, нагревает до 800 °C и пропускает через специальную керамическую ячейку. Там молекулы CO₂ расщепляются: кислородные ионы проходят через электролит и объединяются в молекулярный кислород (O₂), а угарный газ (CO) выбрасывается обратно в атмосферу.

20 апреля 2021 года MOXIE впервые получил кислород из марсианского воздуха. За час работы прибор выдал около 5,4 грамма — этого хватило бы астронавту примерно на 10 минут нормальной активности. За всё время миссии MOXIE проработал 16 раз и в сумме произвёл 122 грамма кислорода — столько маленькая собака вдыхает за 10 часов.

На пике эффективности MOXIE выдавал 12 граммов кислорода в час при чистоте не менее 98%. Это вдвое превысило изначальные ожидания NASA. В сентябре 2023 года миссия MOXIE была официально завершена: прибор успешно выполнил все технические задачи.

MOXIE — это пока лишь демонстрация технологии. Но она доказала главное: производство кислорода на Марсе из местных ресурсов возможно в принципе.

Сколько кислорода нужно для миссии на Марс

Может показаться, что 122 грамма — это мизер. И это действительно так. Но значение MOXIE не в объёме произведённого кислорода, а в самом факте: технология работает на другой планете, в реальных условиях, при разных температурах и сезонах.

Для будущей пилотируемой миссии понадобится масштабирование. Чтобы вернуть четырёх астронавтов с Марса на Землю, нужно около 25 тонн кислорода — только как компонент ракетного топлива. Это вес гружёной фуры. Везти такой объём с Земли — задача на грани выполнимости, особенно если речь идёт про первый полёт человека на Марс. А вот произвести кислород на месте — уже не фантастика.

Еще больше познавательных статей вы найдете в нашем Telegram-канале. Подпишитесь прямо сейчас!

NASA рассчитывает, что масштабированная версия MOXIE, работающая на энергоустановке мощностью 25–30 киловатт, сможет производить не менее 2 килограммов кислорода в час. За земной год такая система накопит десятки тонн — достаточно для обратного полёта и дыхания экипажа.

Этот подход называется ISRU — использование местных ресурсов. В будущем он может радикально удешевить миссии. Каждый килограмм, который не нужно поднимать с Земли, экономит топливо, деньги и время. Марс в этой логике перестаёт быть просто точкой назначения и становится местом, где можно начать строить инфраструктуру.

Когда человек полетит на Марс и что мешает сейчас

Даже с кислородом Марс остаётся враждебным. Температура на поверхности может опускаться ниже −73 °C. Жидкой воды почти нет, хотя сама вода на Марсе всё же существует — в основном в виде льда и связанной влаги. Радиация на Марсе значительно выше, чем на Земле, потому что у планеты нет ни плотной атмосферы, ни магнитного поля для защиты. К этому добавляются глобальные пылевые бури, которые могут длиться неделями и закрывать солнце.

Астронавтам потребуются герметичные жилые модули, продвинутые системы жизнеобеспечения, защита от радиации и автономные источники энергии. Кислород — лишь одна деталь в гораздо более сложной мозаике.

Но прогресс есть. Каждая роботизированная миссия снижает неопределённость. Perseverance продолжает изучать геологию кратера Езеро и собирать образцы грунта для будущей доставки на Землю. NASA планирует отправить людей на Марс в конце 2030-х — начале 2040-х годов, хотя конкретная дата пока не определена. Программа Artemis, возвращающая астронавтов на Луну, рассматривается как ступень к марсианским экспедициям.

Марс не стал ближе физически, но он стал понятнее. Атмосфера, которая убивает за секунды, оказалась ещё и источником ресурсов. Задача ближайших десятилетий — научиться брать у планеты то, что она может дать, и защищаться от всего остального. Переход от вопроса «сможем ли мы туда добраться?» к вопросу «как долго мы там сможем находиться?» — пожалуй, главный итог последних лет исследований.