Почему сегодня мы вряд ли можем колонизировать другие планеты?
На сегодня не существует технологий строительства в космосе. До сих пор мы смогли научиться лишь собирать станции из готовых модулей. Поэтому большинство планов по колонизации основано именно на отправке на колонизируемый объект модулей. А это удовольствие невероятно дорогое, да и не самое универсальное. Развёртывание полноценных предприятий по добыче и переработке полезных ископаемых с их последующей механической обработкой на Луне, Марсе или любом другом космическом теле невозможно как минимум несколько ближайших десятилетий. Колонизируемый объект обязан быть независимым. Необходимость ждать, например на Марсе доставок материалов и новых модулей с Земли по году делает колонизацию невозможной.
С другой стороны, многие из современных промышленных технологий устарели и до сих пор работают на Земле лишь потому, что на них завязано огромное количество других технологий и целых производств. То есть кардинальное изменение в одной отрасли влечёт за собой столь же кардинальные изменения в других, связанных с ней.
Например, системы добычи полезных ископаемых, на которых завязаны все промышленные производства, зависят от систем геологической разведки. Все они, вместе взятые, в свою очередь, зависят от логистических систем. А им тоже нужны производства, чтобы хотя бы строить дороги, для которых также необходимо добывать и перерабатывать материалы.
Чем грозит применение старых подходов при колонизации планет?
Если мы решаем реализовывать освоение других планет посредством отправки модулей с Земли, мы попадаем в ловушку зависимости от родной планеты. Ведь развернуть производство новых модулей на недружелюбной планете невозможно.
Ну а в тех случаях, когда один из модулей выйдет из строя, придётся ждать, пока его заменят на Земле, а потом доставят на колонизируемый объект.
Конечно, для начала колонизации даже необходимо забросить на новую планету несколько основных модулей. Скажем, обитаемый модуль, модуль хранения и поддержания жизнедеятельности (условную оранжерею). Но своё развитие колония должна будет обеспечить самостоятельно. Иначе это сложно назвать колонизацией.
Здесь на выручку могут прийти несколько развивающихся технологий. Наиболее перспективными среди них выглядят аддитивные. В теории они позволяют обойтись без огромных трудоёмких производств. Их заменят комплексом, состоящим из систем добычи, сепарации и подачи расходного материала на печать. То есть 3D-принтер может выступить в роли мини-фабрики, объединяющей в себе сразу несколько производств.
Помимо прочего, использование аддитивных технологий в строительстве даст возможность применить топологическую оптимизацию. Это метод, который позволяет получить оптимальную форму изделия в заданных условиях эксплуатации.
Вы только представьте себе мир без острых углов с сооружениями самой причудливой, но максимально эффективной формы. Всё, как в фантастических фильмах!
Типологическая оптимизация позволит частично решить и энергетическую проблему. Ведь с помощью аддитивных технологий и топологической оптимизации можно создавать здания без температурных мостов – участков, имеющих пониженное термическое сопротивление. К примеру, убрать стыки между частями конструкции, которые значительно снижают теплозащиту здания. К тому же они служат причиной образования конденсата, что приводит к постепенному разрушению конструкции.
Другой положительный момент заключается в отсутствии отходов и вредных выбросов. То есть новый мир с самого начала не будет загрязняться.
Поскольку мы говорим о создании колонии на недружелюбных планетах, нужно понимать, что каждый ресурс ценен по-своему и даже из камней необходимо выжимать максимум. Именно поэтому разрабатываемые (к примеру, NASA) технологии сбора реголита для последующей 3D-печати из него включают термическую обработку с выделением воды, водорода и кислорода. Получается многофункциональное производство в обеспечении колонии всем необходимым.
Правда, на первых этапах вряд ли получится строить что-то,
кроме несущих и защитных сооружений, из-за чего без разработки и отправки модулей нам всё-таки не обойтись. Но нет худа без добра. Несущие и защитные сооружения, помимо того что принесут сопутствующие «бонусы» в виде воды, кислорода и основы для топлива при своём производстве, позволят унифицировать создаваемые на Земле модули. Их не придётся разрабатывать под принципиально разные условия разных планет. Один и тот же жилой модуль можно будет отправить и на Луну, и на Марс. А там с помощью 3D-принтеров будут возведены защитные сооружения, которые укроют модули от неблагоприятных воздействий окружающей среды.
Энергетика
Тем не менее крайне важно решить энергетическую проблему. На сегодня добыча и хранение энергии с минимальными потерями (а в идеале хорошо бы обойтись без потерь) – такая же полноценная индустрия, как и промышленное производство. Эта индустрия сильно ограничивает наши возможности в продвижении в глубь космоса. К тому же на Луне и Марсе, куда мы собрались в первую очередь, нефти точно не найти. Само собой, наиболее перспективны технологии получения энергии от Солнца и ветра, а также ядерная энергетика. Если на Луне из возобновляемых источников энергии есть только Солнце, то на Марсе, помимо этого, дуют достаточно сильные ветры. К сожалению, уровень развития этих технологий недостаточен для реализации колонизации прямо сейчас. Тут не нужно питать иллюзий. Скажем откровенно, все эти три технологии до сих пор находятся в зачаточном состоянии, хотя и развиваются, о чём речь пойдёт ниже.
Оно и понятно: для реализации полётов на низкую околоземную орбиту и даже кратковременных полётов на Луну достаточно того, что мы имеем. Ну а на Земле, кто бы что ни говорил, углеводороды покрывают все наши нужды, и нет крайней необходимости разрабатывать альтернативные источники энергии.
Универсальность
Пожалуй, самым главным является тот факт, что 3D-печать – это далеко не только технология строительства внеземных баз. Она могла бы решить множество других сопутствующих проблем. Ведь основное отличие 3D-печати от любой другой технологии – унифицированность. То есть её можно применять в совершенно различных сферах, что и делает эту технологию отличным инструментом для колонизации планет и тел Солнечной системы.
3D-печать уже сегодня максимально активно используют в аэрокосмической промышленности для изготовления прототипов, оснастки и как минимум деталей двигателей.
Несколько компаний даже испытали собственные ракетные двигатели, полностью напечатанные на 3D-принтерах. К примеру, Relativity Space подписала контракт с ВВС США на запуск своей ракеты, полностью (включая двигатель) распечатанной на 3D-принтере.
Благодаря применению аддитивных технологий компании удешевляют продукцию, одновременно повышая её эксплуатационные характеристики при значительном сокращении времени изготовления отдельных изделий. К аддитивным технологиям, так или иначе, обращаются все крупные компании, связанные с аэрокосмическим производством.
Не стоит забывать и об активном внедрении аддитивных технологий в медицину: печать экзоскелетов, протезов и даже биопечать тканей и органов уже давно вышли за пределы фантастических романов. Хотя и не вошли пока в повседневную жизнь.
Если ко всему этому добавить и производство зданий на предполагаемых к заселению планетах, получается, что аддитивные технологии способны полностью покрыть все нужды человечества для колонизации новых миров. А все вопросы сводятся к тому, чтобы уделить их развитию максимальное внимание.
Может показаться, что колонизация в таком ключе будет выглядеть как захват новых миров посредством 3D-принтеров на все случаи жизни. И это практически так.
Мы прошли долгий путь в становлении современной промышленности и сейчас за месяцы возводим здания, строительство которых, по мнению людей, скажем, XV века, было просто невозможно.
Такой же рывок способны обеспечить и аддитивные технологии, которые по большому счёту представляют собой новый этап развития и унификации целого ряда других технологий. В этом плане у многих скептическое отношение к аддитивным технологиям возникает из-за того, что имеется довольно большой разрыв между развитием промышленной 3D-печати, которая уже давно стала реальностью для многих индустрий, и возможностями домашних 3D-принтеров, которые сегодня чаще напоминают игрушку для гиков.
Я уверен, аддитивные технологии максимально активно продолжат внедряться во все сферы жизни. Но больше всего потребность в них очевидна именно в деле освоения космоса. Собственно говоря, это направление и необходимо взять за основу их развития, а все получаемые результаты внедрять в повседневную жизнь. Ведь именно так всегда и работало стремление человека осваивать новые миры. Хотя для начала было бы неплохо научиться безопасно летать к другим планетам.
Генная инженерия
Начнём, пожалуй, именно с неё. Не думаю, что есть смысл рассказывать о предубеждениях и мифах, связанных с ней. Для этого есть работы специалистов по данной теме. Я же расскажу о уже свершившихся достижениях, которые точно помогут в колонизации космоса, и о том, что нас может ждать в не самом далёком будущем. Начнём с того, что проще.
Человек искусственный: начало
Вообще, кожу довольно давно научились выращивать. Но до недавнего времени (Jiyoon Lee, 2020) речь шла исключительно об эпидермисе – верхнем её слое. Правда, и здесь буквально несколько лет назад был совершён настоящий прорыв (Tobias Hirsch, 2017): ребёнка с помощью пересадки искусственно выращенного эпидермиса вылечили от буллёзного эпидермолиза – заболевания, получившего народное наименование «растворяющаяся кожа», когда эпидермис буквально распадается.