Ключевое значение имеет MAV: он слишком тяжел, чтобы опуститься на Марс с полными топливными баками, поэтому опускается туда автономно, с пустыми баками, и вырабатывает топливо на основе местных ресурсов до прибытия астронавтов. Маленький робот собирает воду из марсианского реголита (считается, что в нем содержится 40–80 г воды на 1 кг породы в зависимости от региона[43], не считая полюсов) и забирает из атмосферы углекислый газ. Электролиз воды дает молекулярные кислород и водород. Кислород накапливается, водород вступает в реакцию с углекислым газом, дающую метан и воду. Эта реакция — процесс Сабатье — происходит при высокой температуре, близкой к 330 °C, в присутствии катализатора на основе рутения и алюминия[44]. Необходимое для этого тепло без труда предоставляется радиоизотопным генератором[45]. Получаемый метан, будущее горючее, накапливается, а вода подвергается повторному электролизу. Предусмотрено, конечно, и развертывание на поверхности Марса станции, предшествующее прибытию астронавтов. Это может быть, например, надувное жилище, как в фильме: оно легкое и при этом обеспечивает эффективную защиту от враждебных марсианских условий.
Пыльная буря
Фильм начинается с драматической сцены, послужившей причиной всего дальнейшего: астронавтам приходится взлетать на MAV в разгар марсианского урагана, не дожидаясь, пока ветер опрокинет модуль. Экстренная ситуация вынуждает их оставить на поверхности планеты одного из членов экипажа, жертву несчастного случая.
Достоверна ли эта сцена? На Марсе действительно регулярно свирепствуют ураганы, это из-за поднимаемых ими мельчайших частиц почвы марсианское небо приобретает характерный оранжевый оттенок. Бывают и пылевые тайфуны (dust devils) — это явление впервые удалось понаблюдать напрямую в 1997 году благодаря марсоходу «Патфайндер». Несколько раз эти завихрения фотографировались орбитальным зондом Mars Reconnaissance Orbiter, вращающимся вокруг Красной планеты с марта 2006 года[46].
Но может ли марсианская буря натворить таких бед, как в фильме? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего уяснить, что на Марсе очень слабое атмосферное давление. Оно аналогично земному на высоте 38 км, то есть в 160 раз слабее давления на уровне земного моря. При таком давлении, средней температуре -60 °C и насыщенности углекислым газом плотность марсианской атмосферы примерно в 60 раз ниже земной[47]. Кстати, давление, оказываемое на предмет движущейся жидкостью, пропорционально произведению плотности жидкости на квадрат скорости ее движения. При марсианской плотности атмосферы давление ветра, дующего с некоей скоростью, в 60 раз ниже земного эквивалента. В этих условиях порыв ветра ощущался бы астронавтами как легкий бриз. Какой же должна быть тогда скорость ветра, способного опрокинуть корабль?
В фильме предоставлена ключевая для ответа на этот вопрос информация: миссию необходимо прервать, когда сила ветра, которой подвергается MAV, достигает 7500 ньютонов. Эта сила равна произведению давления ветра и площади, которая его испытывает. Размеры MAV можно прикинуть, сопоставляя его с ростом действующих лиц: в высоту модуль составляет примерно 20 м, его диаметр — где-то 10 м; площадь, испытывающая напор ветра, равна, следовательно, 200 м2. Чтобы напор ветра на эту площадь достиг предела безопасности, он должен дуть со скоростью 70 м/с, что несколько превосходит скорость реальных марсианских ветров, составляющую 30–50 м/с.
В бурю MAV накренится на угол, определяемый как частное от деления силы ветра на вес модуля. Зная, что максимальный допустимый крен составляет 12,3°, можно рассчитать вес MAV: порядка 34 400 ньютонов. При марсианской гравитации, равной 38 % земной, это соответствует массе 9,3 т. Это представляется недостаточным, учитывая приведенные выше размеры MAV, при которых модуль должен бы иметь массу не менее 200 т. Недостаточна она и при сравнении с 15 т лунного посадочного модуля (LEM), на котором спускались на Луну и покидали ее американские астронавты. Оценочная масса MAV для миссии «Прямо на Марс» близка скорее к 40 т. Короче говоря, ураган в фильме вряд ли мог бы опрокинуть MAV, как там показано.
Под песком?
Итак, марсианская буря не так разрушительна, как земная, при одинаковой скорости ветра. Ветер на Красной планете может поднимать только мелкую пыль с диаметром частиц 50-100 микрон. В фильме же мы видим летящие уже в начале урагана стрелы кремнезема и гальку! Для астронавтов это должно было бы представлять страшную опасность: могли разбиться их шлемы.
43
Эта вода наличествует в виде льда или включений в породы. Для ее извлечения нужно нагреть реголит до температуры выше 0 °C, если вода имеет форму льда, до 120 °C, а лучше выше, если она присутствует в гипсе, и до 800 °C и выше, если в силикатах.
44
Формула этой реакции, открытой французским химиком Полем Сабатье (1854–1941), записывается как С02 + 4Н2 — » СН4 + 2Н20. Иногда ее применяют для сохранения солнечной или ветровой электроэнергии путем превращения в горючий метан. На МКС при помощи этой реакции получают воду из выдыхаемого астронавтами углекислого газа.
45
Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) — генератор, который вырабатывает электричество из тепла, выделяющегося при радиоактивном распаде плутония-238. Электрогенераторы такого типа применяются на всех межпланетных зондах, залетающих дальше орбиты Марса, в частности на космических аппаратах «Кассини», вращающемся вокруг Сатурна, и «Новые горизонты», пролетевшем в июле 2015 года мимо Плутона. На марсоходе «Кьюриосити», исследующем ныне поверхность Красной планеты, тоже работает РИТЭГ, позволяющий марсоходу не бездействовать даже во время марсианской зимы, когда Солнце появляется редко.
46
Тени этих марсианских торнадо позволили определить их высоту в 200 м (см. http://www.uahirise.org/ESP_026051_2160). Фильм не противоречит этим оценкам, когда мы видим такие торнадо за спиной Уотни (1 час 40 минут 50 секунд).
47
Эти параметры фигурируют в фильме (5 минут 10 секунд) на табло с забортными показаниями: давление 0,11 psi, кислород 0,14 %, температура -62,0 °C. Psi, фунты на квадратный дюйм — англо-саксонская единица измерения; обычное атмосферное давление на Земле составляет 14,7 psi.