Проект по астрономии «Устройство исследовательской базы на поверхности Марса». Руководитель проекта учитель физики и астрономии Титова Елена Вячеславовна.

Проект по астрономии

на тему

«Устройство исследовательской базы на поверхности Марса»

Выполнили учащиеся МБОУ «Гимназия № 11» г.о. Балашиха:

Марусев Александр, Арифулина Алина,

Грушенко Богдан, Тришин Максим,

Боголепов Добрыня.

Руководитель проекта:

Титова Елена Вячеславовна,

учитель физики.

Содержание:

1. Цель и задачи проекта.

2. Методы исследования.

3. Актуальность.

4. Ожидаемые результаты.

5. Основная часть.

   1. Научные сведения о планете Марс.

   2. Устройство исследовательской базы на поверхности Марса.

6. Результаты.

7. Вывод.

8. Список литературы.

Цель проекта: расширение области знаний о планете Марс и представлений о возможности освоения данной планеты.

Задачи проекта:

1. Собрать и исследовать научный материал о планете Марс.

2. Создать проект исследовательской базы на поверхности Марса.

3. Представить результаты работы на конкурсе – викторине «Галактика. Наши вопросы – ваши ответы».

4. Подтвердить или опровергнуть мнение о возможности существования человечества на Марсе.

Методы исследования:

1. Составление плана работы

2. Поиск в интернете и научной литературе материала о планете Марс

3. Анализ и систематизация материалов о планете Марс

4. Подбор текста для сообщения и презентации

5. Создание проекта исследовательской базы на поверхности Марса

6. Подготовка презентации в программе Microsoft Office PowerPoint

7. Представление готового продукта на конкурсе – викторине «Галактика. Наши вопросы – ваши ответы»

8. Сформировать мнение, возможно ли существование человечества на планете Марс.

Актуальность:

Человечество уже достигло той степени зрелости, когда оно может позволить себе шагнуть за пределы своей колыбели и приступить к освоению иных планет Солнечной системы. Запасная среда обитания необходима людям для того, чтобы застраховать хрупкую земную цивилизацию от возможных последствий космических катастроф, подобных столкновению с крупным астероидом или кометой, и в случае глобальных изменений, которые могут сделать нашу планету непригодной для жизни. И такой приемлемой средой обитания для землян может стать наш ближайший сосед Марс - таинственный и интригующий.

Ожидаемые результаты:

1. Решить поставленные задачи

2. Создать проект исследовательской базы, предназначенной для работы на планете Марс.

3. Успешно и результативно участвовать в викторине «Галактика. Наши вопросы – ваши ответы»

О сновная часть.

1. Научные сведения о планете Марс.

Планета Марс названа в честь кровожадного, жестокого божественного покровителя войны. Свое название она получила за красно-коричневый окрас поверхности, который вызывал у древних астрономов ассоциации с кровью и разрушениями. Однако для современных исследователей Марс является наиболее дружелюбным для наблюдения и изучения космическим объектом.

Марс – четвертая по счету планета от Солнца, последняя из твердотельных планет земной группы. Его орбита расположена между орбитами Земли и Юпитера. Попытки найти живые организмы сделали его самой исследованным после Земли небесным телом во всей Солнечной системе.

1. История открытия и исследование

Впервые как объект на небосводе его описали астрономы Древнего Египта во втором тысячелетии до нашей эры. Они наблюдали за движением красной звезды на небосклоне, а также рассчитали ее траекторию его перемещения. Вавилонские астрономы  научились предсказывать  положение Марса в разное время года.

Происхождение названия планеты Марс древнеримское: для римлян это жестокий бог войны, которого ассоциировали с красным цветом, как с символом крови. Такого божественного покровителя планета получила за характерную окраску своей поверхности. Через несколько веков на основании работ древнеегипетских и античных астрономов индийские исследователи вычислили размер небесного тела и расстояние до него.

В телескоп Марс впервые увидел Галилео Галилей в начале XVII века. Исследование с помощью оптики позволило астрономам изучить марсианский ландшафт. В это же время появилась теория о возможном наличии жизни на красной планете. Окончательное ее опровержение стало возможным лишь с появлением в XX веке мощнейших радиотелескопов и космических аппаратов

С оветский Марс-3 стал первым зондом, совершившим удачную посадку на марсианскую поверхность, однако проработать он после приземления смог всего несколько десятков секунд. Спускаемый аппарат в составе американского космического комплекса Викинг-1 первым передал на Землю фотографии ландшафта и провел изучение грунта. Орбитальный спутник Одиссей, созданный NASA, впервые обнаружил  здесь приповерхностный лед, а также составил точную карту местности. Фотографии земного соседа с наиболее высоким разрешением были получены космическим телескопом Хаббл.

На данный момент исследования Марса производятся 6 орбитальными станциями, принадлежащими американским, европейским, индийским и российским исследователям. Поверхность Красной планеты изучают два американских марсохода: Оппортьюнити и Кьюриосити. В ближайшей перспективе планируется создание транспортного корабля для отправки на красного соседа космической миссии.

1. Общие сведения о Марсе

Почему Марс называют Красной планетой? Все дело в трехвалентном оксиде железа, минерале маггемите, имеющем красно-коричневый оттенок. Из этого вещества преимущественно состоят марсианские пески, придавая его поверхности характерный цвет. Ландшафт имеет темные и светлые участки – «материки» и «моря». Север Марса представляет из себя равнину, образованную застывшей вулканической лавой. Отсутствие сильных изменений рельефа связано с интенсивным процессом эрозии почв. Южное полушарие Марса более возвышено и изрыто глубочайшими в Солнечной системе кратерами.

Возраст Марса составляет около 4,6 млрд. лет, что близко к возрасту Земли. Так же как и наш дом, он принадлежит к телам земного типа.

Наименьшее расстояние от Солнца до Марса составляет  207 тыс. км. Минимальная дистанция, на которую сближаются Земля с ее красным соседом, – 55,8 тыс. км.

Марсианские сутки по времени всего на 2,7% длиннее земных. Планета делает оборот вокруг оси за 24,5 часа. При этом марсианский год длится 687 земных суток.

1. Орбита и радиус

О рбита Марса обладает довольно значительным эксцентриситетом, поэтому расстояние до центральной звезды колеблется от 207 млн. км до 249,2 млн. км. По своей траектории он движется со средней скоростью 24,2 км/с и преодолевает весь путь за 686,9 земных суток. Угол наклона марсианской оси вращения к орбите близок к земному и составляет 25,2°.

Средний радиус планеты – 3390 км, что составляет 0,5 от земного. Диаметр Марса – 6779 км.

1. Физико-химические параметры

• Масса – 6,42*10²³ кг (приблизительно 1/10 массы Земли).

• Среднее значение плотности – 3,93 г/куб. см.

• Это предпоследняя по размерам планета нашей системы. Уступает ей только Меркурий.

Строение Марса, аналогично строению остальных твердотельных объектов Солнечной системы: кора, силикатная мантия, железное ядро. Поверхностный грунт Марса по химическому составу представляет собой смесь оксидов кремния и железа с различными металлическими примесями.

Удивительным открытием, обнаруженным марсохода, стало наличие водяного льда в приповерхностных слоях марсианского грунта. Откуда же вода на Марсе?

Считается, что 2,5-3,5 млрд. лет назад условия на Красной планете были намного лучше нынешний. Она имела постоянную гидросферу: два гигантских океана, многочисленные моря, реки и озера, ледники у полюсов. Марсианская атмосфера была схожа с нынешней земной.

Около миллиарда лет назад  здесь произошли катастрофические изменения климата. Причиной их стала нестабильность оси вращения земного соседа и большой эксцентриситет его орбитального пути. Сильнейшие тектонические процессы привели к необратимым изменениям гидро- и атмосферы. После прекращения активных процессов в литосфере Марс превратился в гигантскую красную пустошь с разряженной атмосферой, где вода сохранилась только в виде льда в приповерхностном слое.

1. Атмосфера и климат

Атмосфера Красной планеты крайне разряжена. Ее основой является двуокись углерода, запасы которой постоянно пополняются в результате активности вулканов. Чуть менее 5% приходится на остальные газы: азот, кислород и озон, метан, аргон и водяные пары. Давление газов в сотни раз меньше земного.

Средняя температура составляет – 62,9°С, при этом наблюдаются значительные суточные и сезонные колебания температур. Максимальная температура марсианского лета составляет 53°С, тогда как марсианской зимой планета может остыть до экстремальных -143°С.

Враждебность климата также обусловливают постоянные ветра, скорость которых может достигать 350 км/ч. Они поднимают в атмосферу огромные массы марсианской пыли, превращаясь в гигантские пылевые бури. Кроме бурь нередко образуются огромные пылевые торнадо с поперечников в сотни метров и высотой более километра.

Прогулки здесь без специального защитного скафандра невозможны. В противном случае, газы, растворенные в крови, образуют множество пузырьков. Это заставит кровь «вскипать», разрывая кровеносные сосуды.  Такое состояние (кессонная болезнь) наблюдается на Земле у дайверов и подводников, нарушивших технику подъема с морских глубин.

На Марсе существует поры года. При этом весенне-летний период длится большую часть времени – 371 день. Лето на марсианском юге короткое, жаркое, а на севере – продолжительное, прохладное

1. Рельеф

Н аибольшее разнообразие ландшафта наблюдается в южном полушарии Марса. У границы полушарий расположен ряд хаосов – участков беспорядочного сочетания трещин, плато, гряд и возвышенностей. Самый большой их них – хаос Авроры – достигает более 700 км. Остальная часть марсианского юга изрыта крупными кратерами.

В северном полушарии наибольший интерес для изучения представляют вулканические районы. Гора Олимп, находящая на краю равнины Фарсида, является крупнейшей на планетах нашей системы. Она занимает площадь более 500 км и достигает высоты 27 км. Здесь же пролегает долина Маринер – каньон, являющийся самым большим в нашей звездной системе.

1. Спутники

Планета имеет два спутника – Фобос и Деймос, получившие свое название в честь кровожадных и устрашающих сыновей бога войны. Они оба имеют небольшой диаметр и эллипсоидную форму. Фобос расположен ближе, а Деймос имеет тенденцию к отдалению. Образованы оба спутника были в результате попадания двух астероидов в гравитационное поле Красной планеты.

1. Планета Марс интересные факты

• Американская компания Space X работает над созданием первого транспортного межпланетного пилотируемого корабля. Основная цель проекта: доставка людей на марсианскую поверхность с целью создания самоподдерживаемой колонии.

• Большую роль в популярности Красной планеты сыграли писатели-фантасты, описывающие существование разумных форм жизни на планете – зеленых человечков, или марсиан.

• Самая длительная за всю историю наблюдений пылевая буря на Марсе длилась с сентября 1971 года по декабрь 1972 года. Она была настолько сильной, что полностью скрыла рельеф горы Олимп от орбитальных спутников.

• Фобос и Деймос были описаны еще за 150 лет до своего открытия в книге «Путешествия Гулливера» Дж. Свифта. Писатель представлял их в виде двух марсианских лун.

• Лучшее время для наблюдений за – момент марсианского противостояния, когда Земля красный сосед находится на максимально близком расстоянии от своего красного соседа. В это время он  хорошо виден на протяжении всей ночи. Это редкое явление возникает раз в 15-17 лет и длится в течение 2 недель. Последний раз Великое противостояние наблюдалось 27 июля 2018 года.

• Специалисты НАСА проводят дискуссии по поводу терраформирования земного соседа. Для этого требуется провести контролируемую бомбардировку марсианской поверхности мелкими телами из главного пояса астероидов. Это разогреет планету и пополнит ее запасами водяного пара и газов. Формирование магнитного поля возможно путем серии термоядерных взрывов вблизи ядра, что приведет его в жидкое состояние.

• Почва Марса пригодна для выращивания на ней некоторых видов растений – турнепса и спаржевой фасоли.

• На Земле закаты имеют золотисто-красный оттенок, а вот при наблюдениях с поверхности ее соседа заходящее Солнце приобретает синий цвет.

1. Устройство исследовательской базы на поверхности Марса.

Проанализировав все исследования планеты Марс, можно предложить следующее устройство исследовательской базы на поверхности Марса, которую в будущем человечество может создать для дальнейшего изучения и освоения этой планеты.

Есть несколько важных вопросов для создания постоянной базы на Марсе. Давайте рассмотрим некоторые из них:

С материально-технической точки зрения, производство продуктов питания, воздуха, воды, топлива и строительных материалов является необходимым требованием. Невозможно при современных технологиях привезти с Земли всё необходимое. Не только воздух и воду, но и еду и питьё. Нам нужно место для производства этого.

Без крыши над головой и оперативной базы никакая деятельность не может быть нормально выполнена. Тот факт, что мы находимся в двух годах перелёта туда-обратно, а не в нескольких днях, как на Луне, является ещё одним аргументом в пользу самообеспечения.

1. Климат и почвы

При строительстве любого здания важно учитывать климатические условия, в которых оно будет находиться.  

Марс намного холоднее Земли, если на нашей планете минимальная температура около -90^оС, то на Марсе около -140^оС (таб.1).  Также как и на Земле там могут возникать метели (пылевые бури/смерчи), выпадать снег и даже образовываться туман. При этом на Марсе есть времена года, протекающие по разному на разных полушариях. В северном полушарии короткая умеренная зима и длинное прохладное лето, в южном – короткое, относительно теплое лето и длинная холодная зима.  

Исходя из этого, базу выгоднее размещать в северном полушарии, т.к. будут происходить не такие резкие перепады температур. Причем здание должно быть приподнято, чтобы его, просто на просто, не замело. 

В следствии наличия атмосферы и значительной эрозии на Марсе образовалось огромное количество пыле-песчаного материала. Основная составляющая почвы – кремнезем (~25%), содержащий примеси гидратов оксида железа (причина красноватого цвета почвы). Имеются примеси серы, кальция, алюминия и др.   

Рельеф Марса для каждого полушария также свой. В северном полушарии преобладают равнинные области, в южном же – области с обилием кратеров. Помимо обширных районов с кратерами, были обнаружены прямые свидетельства тектонической и вулканической деятельности (вулканические конусы и разломы, процессов осадконакопления и др.).  

Этот пункт подтверждает выгодность размещения базы в северном полушарии Марса. Также здание базы должно быть поднято над поверхностью как минимум на 1.5 метра. 

1. Фундамент 

Из-за того, что верхний слой почвы в основном пыле-песчаный, более выгодно ставить базу на сваях. В таком грунте свайный фундамент позволяет получить более надежное основание.  

Еще одна причина выбора данного фундамента: на Марсе нередко происходят пылевые бури (на что было обращено внимание при разборе климат . Если бы база была на ленточном фундаменте, находясь прямо у поверхности, здание достаточно быстро бы замело.  

Таким образом, фундаментом базы будут металлические винтовые сваи: 

- металл при этом будет подвержен коррозии, но этот минус легко устранить с помощью антикоррозийной грунтовки; 

- выбраны винтовые сваи, т.к. они имеют такие же свойства, что и железобетонные, но при этом винтовые сваи легче установить;  

- при этом будет установлен компенсатор осадки здания (принцип работы как у домкрата) 

1. Материалы 

Основная часть конструкции будет из металла. При выборе нужного сплава надо учитывать, что некоторые металлы просто-напросто испаряются. В основном это кадмий, цинк и сплавы магния. А наиболее устойчивыми металлами оказались вольфрам, сталь, платина и как ни удивительно, титан. 

Собственно, именно титан наиболее всего заслуживает внимания. Это связанно в первую очередь с сочетанием легкости этого металла с прочностью и тугоплавкостью. Ни для кого не секрет, что на основе титана было создано множество высокопрочных сплавов для авиации, судостроения и ракетной техники. Титановые сплавы становятся прочнее, если поместить их в баки с жидким кислородом или жидким водородом, в результате это позволяет снизить их массу. 

2.4 Модульное строение.

 База должна быть модульной с возможностью простого соединения своих частей. База должна быть постоянной строительной площадкой. Строительные модули должны быть разработаны, чтобы обеспечить наилучшее присоединение компонентов в любом направлении. 

1. Жилой блок.

М ногоцелевой блок должен обеспечивать все жизненные функции, такие как сон и личное пространство, и обеспечивать соответствующие потребности, такие как приготовление и хранение пищи, физические упражнения, личная гигиена.

1. Коммуникационный модуль.

Модуль предназначен обеспечивать основную работу средствами управления / дачи команд и средствами связи.

1. Энергетический модуль.

О беспечение энергией должно осуществляться с помощью ядерного реактора. Так же около основных модулей будут расположены солнечные батареи, которые частично возьмут на себя обеспечение станции электричеством. 

1. Отсек гидропоники.

Г идропоника — это метод выращивания растений в искусственно созданных средах без использования почвы. В таких условиях сельскохозяйственные культуры получают все необходимые химические вещества и элементы из особого питательного раствора. Этот отсек нужен для выращивания растений, которые могут использоваться в пищу, а также будут поставщиками кислорода.

1. Сеть метеостанций на линии базы.

Для отслеживания погодных условий на поверхности Марса.

1. Лаборатории

Д олжны содержать всё необходимое оборудование для исследования планеты и создания условий жизни на Марсе.

1. Медицинский отсек.

Необходим для отслеживания состояния здоровья работников базы и для оказания им своевременной медицинской помощи.

1. Транспортный отсек.

Э
то отсек, в котором будут содержаться транспортные средства для передвижения по планете. Наиболее пригодным видом транспорта для Марса сейчас считаются вездеходы. Также этот отсек будет предназначен для обслуживания и ремонта транспортных средств.

1. В злётно-посадочная площадка.

Для прибытия и взлёта космических аппаратов.

Результаты:

В ходе работы были изучены научные сведения о планете Марс. В процессе использовались интернет-ресурсы и научная литература по данной теме. На основании данного исследования были выяснены условия создания исследовательской базы на поверхности Марса с учётом климатических условий и факта удалённости планеты от Земли. Было осуществлено проектирование базы на Марсе, в котором по возможности учитываются все потребности человека для научных исследований и для его жизнедеятельности. Результат был представлен в виде презентации и текста. В ходе работы мы убедились, что в недалёком будущем при условии дальнейшего развития науки и техники освоение планеты Марс может выйти за пределы фантастики и стать реальностью.

Вывод:

В результате проведённой работы мы смогли расширить и углубить свои знания о планете Марс.

Список литературы:

Большая Советская Энциклопедия. 3-е изд. Том 15. М., "Советская Энциклопедия", 1974.

Бронштэн В.А. Новая загадка Марса/ В сб. "Познание продолжается", М., "Просвещение", 1970.

Леонов А.А. На космических трассах/ В сб. "Наука и человечество. 1965", М., "Знание", 1965.

Мороз В.И. Космические аппараты исследуют Марс: советская экспедиция 1973 – 1974 гг./ В сб. "Наука и человечество. 1976", М., "Знание", 1975.

Зигель Ф.Ю. Сокровища звёздного неба: Путеводитель по созвездиям и Луне. М., "Наука", 1987.

Морозов К.В. Ракеты-носители космических аппаратов. М., "Машиностроение", 1975.

Кондрашов А.П. Справочник необходимых знаний. М., "РИПОЛ КЛАССИК", 2001.

Зайцев Ю. Миссия "Фобос"/ В сб. "Космонавтика, астрономия", №№ 10 – 12, 1989.

Карпенко С. Наша межпланетная станция (Проект российской АМС "Фобос – Грунт")/ Журнал "Новости космонавтики", № 3, 2000.

Лисов И. "Mars Pathfinder" исследует Марс/ Журнал "Новости космонавтики", № 14, 1997.

Лисов И. В 2019 г. человек высадится на Марс?/ Журнал "Новости космонавтики", № 19/20, 1998.

Лисов И. До и после "Одиссея"/ Журнал "Новости космонавтики", №№ 6 – 7, 2001, №№ 2 – 3, 2002.

Глазков Ю.Н. Готово ли человечество к полёту на Марс?/ В сб. "Гипотезы. Прогнозы". Вып.23. М., "Знание", 1990.