110. Tyle osób potrzeba, aby kolonia na Marsie była w stanie sama się utrzymać
Dawno nie było tutaj Elona Muska, SpaceX i całej tej futurystycznej bandy. Dzisiaj też nie będzie, ale będzie w miarę blisko, bowiem naukowcy obliczyli, ile osób potrzeba do założenia pierwszej kolonii na Marsie. Zaciekawieni?
Tym razem chodzi o artykuł pt. „Minimum Number of Settlers for Survival on Another Planet” autorstwa Jean-Marca Salottiego, profesora na Bordeaux Institut National Polytechnique, który został opublikowany w periodyku Nature: Scientific Reports.
Do założenia kolonii potrzeba minimum 110 osób.
Oczywiście nie jest to jakaś magiczna liczba, bo o stałej obecności na innej planecie, niesprzyjającej ludziom, będzie decydowało wiele czynników: sposób organizacji społeczności, ilość sprzętu dostarczonego z Ziemi, trudności i sposoby wykorzystywania zasobów naturalnych na miejscu czy umiejętności poszczególnych członków załogi.
Udało mi się wykazać, że można wykorzystać model matematyczny do określenia minimalnej liczby osób oraz sposobu życia, które pozwolą przetrwać na innej planecie. Mars był tutaj dobrym przykładem.
Jean-Marca Salotti
Kolonizacja Marsa – łatwiej powiedzieć, niż zrobić.
O kolonizacji Czerwonej Planety mówi się od dawna. SpaceX zapewnia, że rakieta Starship docelowo będzie w stanie zabrać nawet 100 osób w podróż na Marsa. Elon Musk oczywiście mówi o budowie całej floty Starshipów, które pozwoliłyby zapewnić stały przepływ ładunków między Ziemią a Marsem. Pytanie jednak czy jest to realistyczne.
SpaceX bardzo optymistycznie podchodzi do możliwości Starshipa, do możliwości jego wielokrotnego wykorzystania itd. Sama certyfikacja statku do lądowania na Marsie i do ponownego startu w podróż międzyplanetarną z powierzchni Marsa będą stanowiły olbrzymie wyzwanie, którego realizacja może potrwać kilkadziesiąt lat
– pisze prof. Salotti.
Załóżmy jednak, że mamy to z głowy. Kolejny problemem jest wykorzystanie zasobów naturalnych zastanych na miejscu. Być może odpowiednie gazy będzie można pozyskiwać z atmosfery, być może minerały będzie można pozyskiwać z regolitu. Nawet jeżeli tak, to udoskonalenie technologii pozyskiwania ich i następnego wykorzystania będzie niewiarygodnie trudne na powierzchni obcej planety. Z tego też powodu ilość materiałów, które przez pierwsze lata będzie trzeba dostarczać z Ziemi na Marsa, będzie ogromna.
Już tu widać, że utrzymanie pierwszej kolonii będzie niewyobrażalnie trudne.
Prof. Salotti opracował model matematyczny, który może stanowić dobry początek do opracowywania koncepcji samowystarczalnej kolonii. Punkt startowy kolonii jest krytyczny dla powodzenia całej misji. Jakie zasoby będą dostępne dla pierwszych osadników? Czy na początku ilość zasobów i narzędzi będzie wystarczająca. To wszystko wpływa na całą resztę obliczeń.
W pewnych kwestiach punkt początkowy nie jest aż tak istotny z dwóch powodów.
Złożoność, koszty i wykonalność załogowych misji międzyplanetarnych to jedno, a czas życia sprzętu, z którego będą korzystać pierwsi osadnicy, to drugie. Wszak każde urządzenie, każde narzędzie, posiada jakiś czas życia. Dla uproszczenia jednak Salotti przyjmuje, że początkowa ilość zasobów i narzędzi wysłanych z Ziemi będzie nieograniczona, a więc nie będzie miała wpływu na przetrwanie. Zakłądając zatem, że początkowe przeżycie kolonii mamy zagwarantowane, Salotti skupia się na dwóch zmiennych, które będą miały ogromny wpływ na przetrwanie kolonistów.
Pierwszym z nich jest dostępność zasobów naturalnych na miejscu – chodzi oczywiście o wodę, tlen i inne pierwiastki chemiczne. Takie zasoby powinny być łatwo dostępne. Drugim są zdolności produkcyjne. Najprościej mówiąc, trzeba stworzyć listę przedmiotów do wyprodukowania, takich jak narzędzia i sprawdzić czy odpowiednią ich liczbę da się wyprodukować w odpowiednim czasie.
To właśnie tutaj Salotti opracował swego rodzaju równanie, w którym dostępność zasobów oraz zdolności produkcyjne są zmiennymi.
Jedna osoba na Marsie sobie nie poradzi
Wyobraźmy sobie, że na Marsie ląduje jedna osoba. Wszystkie powyższe zadania spadłyby na jej barki: pozyskiwanie wody pitnej, tlenu, generowanie prądu. Jedna osoba nie miałaby na to wszystko czasu. W większej kolonii, technologie wykorzystywane przez jednych do np. pozyskiwania wody, wykorzystywane są przez więcej niż jedną osobę, dzięki czemu nakłady pracy rozkładają się na więcej osób, które jednocześnie realizują inne zadania.
10 osób na Marsie to wciąż za mało
Im więcej osób w kolonii, tym więcej miejsca na specjalizację. Wyobraźmy sobie kolonię składającą się z zaledwie 10 osób. Ile z tych osób musiałoby być w stanie naprawić system pozyskiwania wody pitnej lub tlenu? Takie systemy nie mogą ulec awarii, a więc większość załogi musiałaby znać się na ich utrzymaniu i naprawie.
Zupełnie inaczej sytuacja wyglądałaby gdyby na Marsie wylądowało sto osób. Nie każdy musiałby znać się na wszystkich systemach. Dzięki temu część załogi mogłaby specjalizować się w czymś innym. To z kolei pozwoliłoby na znacznie wydajniejsze wykorzystanie narzędzi służących do innych zadań niezbędnych do przetrwania i rozwoju kolonii.
Według Salottiego taki czynnik podziału obowiązków (sharing factor) można obliczyć i oszacować za pomocą różnych funkcji matematycznych (więcej w artykule).
Powyższy wykres wskazuje, że liczba godzin jaką kolonista jest w stanie rocznie poświęcić na pracę staje się większa od wymaganej liczby godzin pracy niezbędnej do utrzymania kolonii, jeżeli w pierwszej turze na Marsie znajdzie się więcej niż 110 osób. Źródło: Salotti 2020.
Oczywiście wszystko zależy od potrzeb, wykorzystywanych procesów, zasobów, warunków środowiskowych, które będą się różniły od siebie w zależności od wybranej planety
– dodaje Salotti.
W ten sposób Salotti dochodzi do opisu pięciu „domen przetrwania”, które należy uwzględnić w obliczeniach. Są to: zarządzenie ekosystemem, produkcja energii elektrycznej, przemysł, budownictwo, czynniki ludzkie/aktywność społeczna, przy czym ostatnia uwzględnia działalność taką jak wychowywanie i edukacja dzieci, kultura, sport czy sztuka.
Skupmy się na Marsie
W przypadku Marsa nie musimy zaczynać od samych podstaw. Wykorzystanie zasobów dostępnych na Marsie do produkcji elektryczności, do podtrzymania życia, do potrzeb rolnictwa czy przemysłu analizowane jest od wielu lat i wiele wstępnych projektów już opracowano.
W swoich rozważaniach prof. Salotti przyjmuje, że z jakiegoś powodu przerwany został łańcuch dostaw z Ziemi na Marsa i kolonia musi się sama utrzymać. W tym punkcie wylicza ile godzin pracy potrzeba na zapewnienie przetrwania kolonii i porównuje go z liczbą godzin, którą koloniści są w stanie wypracować. Z tych obliczeń wychodzi, że na Marsie powinno od początku znajdować się co najmniej 110 osób. To właśnie taka liczba osób jest w stanie pracować tyle, aby wykonać wszystkie zadania niezbędne do przetrwania na powierzchni obcej planety.
Autor opracowania zaznacza jednak, że przedstawione przez niego obliczenia stanowią tylko ogólne szacunki, które uwzględniają liczne założenia i niepewności. Niemniej jednak, obliczenia tego typu mogą stanowić punkt wyjściowy do analizy wykonalności załogowej misji marsjańskiej.
Jeżeli kiedykolwiek w przyszłości ma powstać kolonia na Marsie, w pewnym momencie trzeba będzie opracować modele, które będą wspierały przygotowania i planowanie takiej misji. Póki co, w przestrzeni medialnej pojawia się dużo futurystycznych zapewnień, fantastycznych animacji i optymistycznych zapewnień ze strony takich osobowości jak chociażby Elon Musk, ale nie mają one nic wspólnego z nauką. Jakby nie patrzeć, opisywany tutaj artykuł stanowi pierwszą próbę naukowego oszacowania minimalnej liczby osób, która będzie w stanie zapewnić przetrwanie kolonii na Marsie.
Miejmy nadzieję, że artykuł Salottiego rozpocznie poważną debatę środowiska naukowego, która być może kiedyś zaprowadzi nas bezpiecznie na Marsa.
