Почему мы до сих пор не летали на Марс?
В конце 1960-х годов люди впервые высадились на Луне. Прошли десятилетия. И люди все еще мечтают о покорении других миров. Теперь они хотят прогуляться по Марсу. Для осуществления подобной миссии необходимы новые мощные космические корабли, материалы и технологии. И задачи их разработки и производства будут решаться новыми поколениями инженеров и ученых. Новые корабли должны будут решить задачу не только доставки космонавтов на другие планеты. Но и обеспечивать их защиту от внешних условий непосредственно на месте.
Сегодняшние ракеты гораздо мощнее, гораздо эффективнее и надежнее, чем те, что использовались в ходе выполнения миссии «Аполлон». Электроника, которая управляет космическими кораблями и помогает поддерживать жизнедеятельность космонавтов, постоянно развивается. И некоторые из гаджетов, которые вы используете ежедневно в быту, гораздо мощнее компьютеров, обеспечивавших работу лунных миссий. Сегодня все аспекты пилотируемых космических полетов имеют гораздо более серьезную, чем в прошлом, поддержку. И если это так, почему же тогда люди до сих пор не были на Марсе?
До Марса сложно добраться
Основная проблема заключается в том, что до Марса невероятно сложно добраться. Именно по этой причине две трети миссий к Марсу закончились неудачей. И они все были роботизированными! Представьте, насколько это важно учитывать, если мы задумаем отправку на Красную планету людей.
Подумайте также о том, как далеко придется лететь. Даже при максимальном приближении к Земле Марс находится примерно в 150 раз дальше от нас, чем Луна. Кажется, что это не так уж и много. Но представьте, какой нужно будет иметь запас топлива. Много топлива означает большой вес. Больший вес означает, что будут нужны большие ракеты. Эти проблемы делают путешествие на Марс делом совсем другого масштаба. Это вам не относительно простой «прыжок» до Луны.
Окно возможностей
Однако это не все проблемы. Поскольку Марс находится очень далеко, и вращается вокруг Солнца с другой скоростью, нежели Земля, миссия должна быть спланирована очень точно. Инженеры миссий должны ждать лучшего «окна возможностей». Это момент, когда планеты находятся в оптимальном орбитальном положении относительно друг друга. Это важно как для полета к Марсу, так и для возвращения домой. Окно для успешного запуска открывается только один раз в несколько лет. Поэтому выбор времени старта имеет решающее значение. Кроме того, требуется время, чтобы добраться до Марса безопасно. Нужны будут месяцы или, даже, возможно, целый год для полета в один конец.
Космонавтам, когда они окажутся на поверхности Красной планеты, придется ждать, пока Земля и Марс снова займут нужные положения. Только после этого они смогут относительно быстро вернуться на Землю. Сколько времени это займет? По крайней мере полтора года.
Вопрос времени
Большая длительность полетов на Марс вызывает проблемы и в других областях. Где космонавты будут брать кислород? А как насчет воды? И, конечно же, еды? И как им обойти тот факт, что они путешествуют в космосе? Который просто пронизан солнечной радиацией и другими опасными излучениями. Добавим к этим вопросам еще проблему микрометеоритов и космического мусора, которые могут повредить космический корабль или скафандр космонавта.
Решение этих проблем задача очень сложная. Но они все равно рано или поздно будут решены. Это сделает полет на Марс вполне реальным. Защита космонавтов от опасностей космического пространства будет решена созданием космического корабля из новых прочных материалов, разработка которых уже ведется.
Где брать еду?
Проблемы пищи и воздуха тоже вполне могут быть решены. Здесь нужно применить творческий подход. Выращивание растений, которые можно употреблять в пищу, и которые будут давать кислород, является хорошей идеей. Однако если растения вдруг по какой-то причине погибнут, это будет означать катастрофу.
Конечно, космонавты могут взять с собой еду, воду и кислород. Но достаточное количество запасов, рассчитанное на весь полет, сильно увеличит вес и размер космического корабля. Одним из возможных решений может быть отправка материалов, которые будут использоваться на Марсе заранее. Подобное предложение ученые уже анализируют.
В настоящее время планы по покорению Марса все еще лежат в плоскости теоретических изысканий. Но в ближайшие два десятилетия планировщики миссий надеются сократить разрыв между теорией и реальностью.
И, может быть, тогда человечество сможет послать исследователей на Красную планету для разведки и оценки ее возможной колонизации.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Колонизация Марса: почему до сих пор ничего не вышло
Фантасты и футурологи XX века в один голос твердили о необратимости колонизации Марса. Причем дату начала его освоения человеком называли примерно одну и ту же: первую четверть нашего столетия. Писатель Артур Кларк, например, полагал, что человек впервые ступит на Красную планету уже в 2021 году, а фантаст Айзек Азимов и вовсе предрекал, что к 2014 году между планетами установится чуть ли не регулярное сообщение беспилотных кораблей.
Но все эти пророчества не сбылись. Марс, за которым человечество столь пристально наблюдает уже более 300 лет, так и остался неприступен. Более того, по сравнению с тем, как развивалась космическая индустрия в прошлом веке, сегодня мы будто бы наблюдаем регресс. Это особенно заметно по сфере пилотируемой космонавтики.
Все основные миссии сконцентрированы на МКС, а также на запуске спутников, закладывающих, например, инфраструктурные основы для «интернета вещей» или милитаризации космоса. Последний раз нога человека ступала на Луну в далеком 1972 году, в то время как американцы торжествуют по поводу недавней успешной стыковки с МКС космического корабля Crew Dragon.
По сравнению с хроникой триумфов 60-70-х годов прошлого века все это выглядит, мягко говоря, скромно.
Но такое торможение в развитии космонавтики в целом, и в реализации пилотируемого полета на Марс в частности, — скорее связано с более сложными проблемами институционального порядка, нежели с тем, что человек просто предпочел потребление покорению космоса — «пить пиво и смотреть сериалы», как посетовал однажды писатель Рэй Брэдбери.
И дело даже не в финансировании (хотя любой проект, связанный с полетом на Марс, требует астрономических затрат) или отсутствии ярко выраженной идеологической составляющей, каковая была в эпоху холодной войны. За минувшие десятилетия наши знания о Марсе настолько расширились, что теперь на подобные миссии мы смотрим куда более реалистически, без того головокружительного воодушевления, с каким смотрели в будущее футурологи XX века. В этом смысле сама история проекта полета на Марс крайне поучительна.
От Циолковского до очарованности космосом
В научном дискурсе проблема межпланетных полетов человека впервые была поднята в работах ученого Константина Циолковского, математика Якова Перельмана и инженера Владимира Рюмина в самом начале прошлого века. Первые же эксперименты в этой области принадлежат советскому изобретателю Фридриху Цандеру, который, основываясь на теоретических расчетах своих предшественников, подготовил первый проект полета человека на другую планету.
Согласно подсчетам Цандера, для путешествия двух-трех космонавтов на Марс потребовался бы корабль массой в 400 тонн, конструкция которого должна была представлять собой комбинацию аэроплана и ракеты — на случай, если полет придется осуществлять в другой по своей плотности атмосфере.
Для обслуживания космонавтов и кораблей ученый предлагал использовать околопланетные орбитальные станции. К слову, Цандер впервые сумел экспериментально проверить возможность использования оранжерей, которые планировал разместить на борту корабля для выращивания питания космонавтам.
Впоследствии на фундаменте этих исследований была организована «Группа изучения реактивного движения» (ГИРД), которая в 1933 году вошла в Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ), главным инженером которого стал легендарный Сергей Королев. Осенью того же года произошел первый запуск советской ракеты «ГИРД-Х», которая, взлетев вертикально на высоту около 80 метров, разбилась. До начала Второй мировой войны ее продолжали улучшать, обкатывая на наземных и летных испытаниях.
Вместе с тем, на Западе уже в 1952 году германо-американский конструктор Вернер фон Браун опубликовал свой проект пилотируемого полета на Марс. В книге Das Marsprojekt он предложил отправить на Красную планету десять межпланетных кораблей — семь с людьми (по десять человек на каждом) и три с грузом. Фон Браун спроектировал и посадочный модуль, напоминающий самолет. Предполагалось, что космонавты смогут приземлиться на поверхность Марса как на самолете, после чего демонтируют крылья так, чтобы модуль вновь принял облик ракеты.
Конечно, первые проекты пилотируемого полета человека на другую планету были не реализуемыми в принципе. Например, сегодня мы знаем, что из-за низкой температуры (в среднем минус 62 градуса по Цельсию) и предельно разреженной атмосферы (примерно в 100 раз менее плотной, чем на Земле) совершить посадку на Марс, используя крылья самолета, невозможно.
Эти проекты скорее определили общий вектор развития, поставили новые задачи перед инженерами и превратили космическую отрасль едва ли не в самое культовое явление во всем цивилизованном мире.
Именно на пике этой всеобщей очарованности космосом, к концу 50-х — началу 60-х годов, в СССР и США сумели, наконец, сконструировать первые реальные аппараты, проложившие первые тропинки к Марсу.
14-секундное знакомство
Первые попытки посадить на планету автоматический аппарат осуществил Советский Союз в начале 1960-х годов. Правда, все они закончились провалом. «Марс 1960А» и «Марс 1960Б» не достигли планеты из-за аварий ракеты-носителя «Молния». Чуть более успешным оказался запуск станции «Марс-1», которая, несмотря на Карибский кризис, все же сумела взлететь с Байконура и подобраться к планете на расстояние в 200 тыс. км, после чего связь с аппаратом была утрачена.
В дальнейшем Советскому Союзу удалось лишь 14-секундное пребывание на Марсе: в 1971 году аппарат «Марс-3» сумел успешно приземлиться на планету, однако сильнейшая пылевая буря прервала связь с марсоходом. Много большее удалось американцам.
В 1965 году аппарат «Mariner- 4» подлетел к планете на минимальное расстояние до ее центра — 13 200 км — и сумел сделать 21 изображение с разрешением порядка одного км. Затем уже в 1971 году был запущен первый искусственный спутник планеты «Mariner-9», который доставил на Землю тысячи новых и куда более детализированных снимков.
Например, оказалось, что Марс испещрен вулканическими и тектоническими геологическими формациями, что на нем есть высохшие русла водных потоков. С того момента начались масштабные исследования атмосферы и ионосферы планеты, а также ее окружающей среды.
Наконец, в 1975 году на планету успешно приземлились две автоматические станции «Viking 1» и «Viking 2». На Землю было отправлено более 50 тыс. снимков, которые позволили составить первый картографический набросок планеты. После этого успешных марсианских экспедиций не было более 20 лет. Только в 1996 году на орбиту вышел «Mars Global Surveyor», который сумел сделать уникальные по своей четкости изображения Марса.
Сегодня в сторону планеты движется новый исследовательский аппарат «Настойчивость» (Perseverance). В случае удачи, марсоход в 2029 году передаст орбитальному кораблю первые образцы марсианского грунта, которые будут доставлены на Землю.
Это особенно важно, потому что за счет мощностей наземных лабораторий ученые смогут определить биологическое происхождение марсианской почвы, а в перспективе — хотя бы частично реконструировать историю жизни на этой планете.
В целом за 60 лет активных исследований Марса общее количество миссий на эту планету достигло 45. Из них только 19 были успешными. И это — миссии только для автоматических аппаратов. О пилотируемом полете человека мы пока не вели даже речи.
Без гравитации и связи, но с плесенью и радиацией
Дело в том, что за все время активного изучения Красной планеты человечество многое узнало не только о том, что из себя представляет сам Марс — например, какова средняя температура на поверхности планеты, какие на ней климат, гравитационное и магнитное поля, атмосфера, — но и то, с какими трудностями сопряжены путешествие и посадка на Марс.
В итоге за счет собранной информации удалось определить основные проблемы пилотируемого проекта, без решения которых освоение человеком планеты невозможно или будет сопряжено с огромными рисками. Все они так или иначе входят в одну глобальную проблему — расстояние между Землей и Марсом, которое составляет более 55 млн км. Для сравнения — между Землей и Луной пролегает чуть больше 384 тыс. км.
Такая дистанция требует совершенно особых решений для успешного полета — начиная с устройства ракеты, заканчивая предварительной медико-психологической подготовкой космонавтов и координацией всей миссии.
«Главное техническое препятствие сегодня — чисто формальное. Пока ни в США, ни в Китае, ни в РФ нет достаточно мощной ракеты, чтобы отправить на ней даже одного человека на Марс. Те ракеты, которые отправляют на планету автоматические станции, способны бросить туда около 5 т. Причем до самой поверхности планеты долетает только одна тонна. Для сравнения, полеты на Луну в 1970-х годах требовали 50-тонного космического корабля. И это, внимание, для шестидневного пути — туда и обратно. Тогда как до Марса путь займет уже многие месяцы. То есть все имеющиеся ракеты пока слишком слабы», — Владимир Сурдин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ.
Но даже если и удастся сконструировать достаточно мощный двигатель, начнутся препятствия совершенно другого порядка. Примерное время пути до Марса составит около 9 месяцев. Суммарная же длительность путешествия туда и обратно будет примерно 500 дней. То есть почти полтора года космонавтам придется провести в закрытом помещении в условиях почти полного отсутствия гравитации, с крайне примитивной и прерывающейся связью с Землей, а затем еще и в ужасающих марсианских условиях — при очень низких температурах и давлении.
Особенно много проблем — в отсутствии гравитации. «В невесомости происходит перемещение крови из вен нижних конечностей в верхнюю часть тела, которое приводит к переполнению кровью головы, отеку тканей в области шеи и головы и другим реакциям», — пишут, например, авторы книги «Пилотируемая экспедиция на Марс».
Иными словами, если в условиях Земли организм стремится доставить кровь и другие жидкости, преодолевая обычную гравитацию, то в космосе эти процессы продолжаются, несмотря на изменившиеся условия, что спровоцирует физиологические проблемы. Кроме того, ввиду отсутствия привычной нагрузки, человек будет терять мышечную массу и толщину костных тканей.
Помимо воздействия невесомости во время путешествия на Марс космонавт может получить чрезмерную дозу радиации, крайне опасную для работы организма.
«Если мы возьмем радиационный норматив для человека, который работает на ядерных предприятиях или на урановых рудниках, то уровень облучения равняется 1 тыс. миллизиверт. Считается, что такую не угрожающую жизни человека дозу можно получить, работая на подобном предприятии 50 лет. Так вот тот же космонавт, который работает на МКС, в год получает около 220 миллизиверт, то есть может находиться на ней безопасно, условно, в течение четырех лет. Но дело в том, что, находясь на МКС, человек защищен геомагнитным полем Земли, которое эффективно отклоняет заряженные частицы, в то время как полет на Марс будет проходить за пределами этого поля», — Вячеслав Шуршаков, заведующий отделом радиационной безопасности пилотируемых космических полетов ИМБП.
То есть, оказавшись в открытом космосе, астронавты на протяжении всего пути будут находиться под постоянным ионизирующим излучением, которое суммарно будет равняться разрешенной дозе на всю карьеру — 1 тыс. миллизиверт. Не говоря уже о том, что во время полета может произойти так называемое солнечное протонное событие — опасное проявление солнечной активности, которое может выбросить в сотни раз больше радиации, чем в невозмущенных условиях.
Полученная за полет доза радиации может привести к значительному сокращению продолжительности человеческой жизни, увеличению риска развития болезни Паркинсона и онкологических заболеваний, нарушению кратковременной памяти. К слову, поэтому считается, что женщине пока не стоит участвовать в миссии вовсе, ведь статистически продолжительность жизни женщины больше, чем у мужчины, а значит — больше рисков столкнуться с отсроченными болезнями к старости.
По словам Вячеслава Шуршакова, на сегодняшний день обсуждаются сразу несколько способов минимизации вреда ионизирующего излучения на космонавтов, например, есть идея создать вокруг космического корабля нечто подобное тому магнитному полю, которое окружает Землю и защищает человека на МКС. Также можно ввести космонавтов в летаргический сон, произвести изменения на генном уровне, сделав организм более устойчивым к радиации. Есть варианты нейрохирургического вмешательства, заранее купирующего возможные проявления болезни Паркинсона. Такие операции сегодня уже проводятся в Японии.
Но и это еще не все. Помимо психологических проблем есть сложности и с гигиеной: неясно как стирать одежду и мыться. Отсутствие же солнечного света и замкнутая влажная атмосфера — идеальная среда для образования грибков и плесени, которые опасны тем, что могут «съесть» пластиковые изоляции на борту корабля и спровоцировать аварии.
К этому добавляются еще и типичные для любых космических полетов заболевания. Авторы книги «Пилотируемая экспедиция на Марс» дают такой внушительный список: «Космическая болезнь движения, заложенность носовых пазух, запоры, головная боль, раздражение кожи и ее сухость, абсцессы, небольшие ссадины и ушибы, воспаление роговицы или ее ссадины, инфекция верхних дыхательных путей, бессонница, отит». Поэтому на борту корабля потребуется создать автономный медицинский центр. Значимыми здесь могут оказаться и технологии телемедицины.
Конечно, все эти проблемы в перспективе могут быть решены. Многое уже прорабатывается сегодня. Например, инженеры продумывают более совершенные скафандры, которые помогут человеку выжить в условиях марсианского климата, совершенствуют систему связи, чтобы улучшить координацию всего проекта, конструируют аппарат для безопасной посадки на планету. Продумывается и возможность выращивания овощей на планете, чтобы обеспечить всю команду едой. Изучаются возможные психологические проблемы долгого полета.
Но хотя человечество за минувшие годы сделало очень многое для приближения колонизации Марса, пока даже в среднесрочной перспективе не стоит рассчитывать на то, что человек ступит на эту планету.
Подписывайтесь на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Названо три причины, почему не стоит лететь на Марс
Не стоит забывать, что у Марса почти нет атмосферы, гравитация слабее, а радиационный фон в разы выше, чем на Земле. В начале этого месяца группа из 60 выдающихся ученых и инженеров собралась за закрытой дверью в Университете Булдера в Колорадо. На повестке дня была колонизация Марса. Встречу организовала компания Илона Маска SpaceX, а участие в ней приняли члены программы исследования соседней планеты NASA.
Целью было сформулировать планы приземления, построения и поддержания человеческой колонии на Марсе в ближайшие 40-100 лет. Такие амбициозные обсуждения свидетельствуют о росте динамики и вероятности того, что люди все же полетят на Красную планету. Однако, если SpaceX и ее партнеры думают над тем, сможет ли человечество жить на Марсе, другие спрашивают, стоит ли ему там селиться вообще.
Компания Pew Research Centre провела опрос в США среди взрослых, попросив участников разместить актуальные миссии NASA по важности. Отправка людей на Марс оказалась в итоге на 8 месте. Возвращение на Луну опередило планы по колонизации другой планеты. При этом, лишь 18% опрошенных сказали, что Марс действительно заслуживает высокий приоритет. Уже давно известно, что полет на соседнюю планету будет не простым для людей.
Трудно забыть фото шестимесячной давности, когда красный автомобиль марки Tesla отправился в открытый космос. С помощью ракеты Falcon Heavy компания SpaceX надеялась поместить машину на орбиту Марса. Это была амбициозная демонстрация технической компетенции. Однако, не все были рады этому.
В отличие от всех предыдущих аппаратов, которые были отправлены на Марс, этот автомобиль с манекеном за рулем не был стерилизован. А поэтому некоторые ученые называют его «крупнейшим грузом земных бактерий, который когда-либо отправляли в космос». Так случилось, что автомобиль пролетел орбиту Марса.
И существует реальный риск того, что некоторые из них могут окончательно сбить с пути всю миссию по поиску марсианской аборигенной жизни. Ведь мы не сможем отделить местные микроорганизмы от тех, которые привезли с собой. Человеческое присутствие на Марсе может уничтожить главную цель полета туда, а именно поиски жизни. Кроме того, никто не может точно сказать, как земные микробы повлияют на марсианскую экосистему. «Если на Марсе есть жизнь, думаю, нам нужно оставить его в покое.
И во время таких долгих перелетов им не скучно. Несмотря на стремительное развитие роботехники и искусственного интеллекта, полет на Марс машин вместо людей может оказаться значительно эффективнее. Они могут проводить сложную для астронавтов исследовательскую работу, анализировать образцы из каньонов, в которые люди не способны спуститься, и даже искать марсианские микробы под породами.
Учитывая целый список угроз, среди которых климатические изменения, перенаселение и возможность ядерной войны, Хокинг был убежден, что человечество достигло «точки невозврата» и у нашего вида просто нет другого выбора, как стать многопланетным видом. Для начала нужно колонизировать Марс.
Илон Маск тоже много раз говорил о том, что человечеству нужна «запасная планета» на случай апокалиптического события, которое уничтожит Землю. Но не все с ними согласны. Упомянутый ранее опрос Pew Research Centre показало, что большинство взрослых американцев убеждены, что приоритетом NASA «номер один» должно быть решение проблем на Земле. На колонизацию Марса придется потратить триллионы долларов.
И лучше потратить эти деньги, например, на возобновляемые источники энергии, чтобы остановить губительные изменения климата или на систему защиты планеты от столкновений с астероидами. И, конечно же, если мы не способны найти способ решить проблемы на Земле, нет гарантий, что такая же судьба не постигнет и колонию на Марсе.
К тому же, если что-то действительно кошмарное произойдет на нашей родной планете, нельзя сказать наверняка, будет ли Марс эффективным местом для спасения. Гигантские подземные бункеры, к примеру, могут спасти больше людей, чем колония на соседней планете.
Кроме того, вероятность того, что Земля даже после апокалипсиса все равно будет более благоприятной для жизни, чем Марс, достаточно высокая. Не стоит забывать, что у Красной планеты почти нет атмосферы и втрое меньшая гравитация. А уязвимость к космической радиации на ее поверхности в 100 раз больше, чем на Земле.
Можно ли долететь до Марса
Полет на Марс – реальные факты
Время, которое займет полет
Время перелета зависит от расстояния и скорости. Из школьного курса всем известно, что скорость это отношение расстояния ко времени. Время полета будет равным отношению расстояния между планетами к скорости полета.
Необходимое время для полета
Со скоростью полета все более или менее стабильно – максимальная скорость современного космического аппарата равна 64’000 км/час, однако средние показатели скорости равны примерно 20’000 км/час. А вот расстояние между движущимися планетами постоянно меняется и в среднем составляет 225 млн. км.
Отсюда получается, что теоретически космический аппарат с людьми может достигнуть планеты через 11’250 часов после вылета. Это составит 468 дней или 15 месяцев.
Если брать в расчет минимальное расстояние между планетами равное 55 млн. км, то человек преодолеет его за 2’750 часов или 115 дней. Но это только в теории. Ученые, занимающиеся разработкой проекта Mars One, предполагают, что космический аппарат доставит людей на Марс за 7 месяцев.
С чем связана такая продолжительность полета
Перелет не получится осуществить по прямой – планеты движутся по орбите вокруг Солнца. Космическому аппарату придется лететь до Марса в ту точку, где планета еще не находится.
Кроме этого, необходимо учитывать силу притяжения Солнца. Ракете необходимо будет лететь на максимально удаленном расстоянии от нашего светила. Это позволит сэкономить топливо.
Еще нужно брать во внимание, что между планетами находятся другие небесные тела – спутники, астероиды. Поэтому мало оттолкнуться от Земли и разогнаться. Нужно будет постоянно притормаживать и менять траекторию полета.
Лететь с максимальной скоростью не получится, потому что самый быстрый аппарат нес на себе относительно небольшое оборудование, а космическому кораблю необходимо будет перенести людей, оборудование, провиант и топливо, которого потребуется колоссальное количество. Кроме того, корабль должен быть оснащен защитой от космической радиации, которая губительна для человека.
Расстояние от Марса до Земли
Как уже было сказано ранее, лететь до Марса по прямой не получится. Расстояние между планетами меняется. Это связано с тем, что Солнце, притягивая планеты, удерживает их на разных орбитах. Кроме этого небесные тела сами двигаются по своим орбитам.
Минимальное расстояние между планетами достигается только при выполнении двух условий:
• Марс находится в Перигелии – наиболее приближенная точка к Солнцу;
• Земля в точке Афелия, максимально удаленной от Солнца.
За всю историю человечества приблизиться к такому расстоянию удалось только в августе 2003 года. Тогда дистанция между планетами была равна примерно 56 млн. км.
Наибольшее расстояние достигается, когда планеты расположены по разные стороны от центра нашей системы (401 млн. км).
Космическому аппарату понадобится лететь навстречу красной планете по орбите, наиболее удаленной от Солнца. Многие решать, что проще всего срезать окружность по хорде (прямой, соединяющей две точки окружности). Но здесь возникает еще одна проблема – сила притяжения Солнца, которая прямо пропорционально влияет на количество необходимого топлива. Космическому аппарату придется постоянно менять траекторию, чтобы не попасть под влияние нашей звезды.
Реальные полеты к Марсу и возможные траектории
Хотя человеку еще не удалось добраться до красной планеты, но аппараты для исследований уже были доставлены с Земли.
Освоение Марса началось еще в прошлом веке. Первая автоматическая межпланетная станция НАСА Mariner-4 приблизилась к планете в 1964 году. После этого началось более пристальное изучение красной планеты, были отправлены пилотируемые с Земли зонды и аппараты. Конечно, случались и неудачные попытки, например «Зонд-2», отправленный СССР вообще не смог попасть в район красной планеты. Но, отрицательный результат – тоже результат. Это говорит только об одном – планирование полета человека на Марс должно происходить наиболее тщательно и осмысленно, здесь важна каждая мелочь.
На сегодняшний день, научному сообществу хватает данных для построения возможных траекторий для преодоления такого большого пространства. Одной из основных задач перед учеными стоит уменьшение количества потраченного топлива для полета на Марс.
Объем топлива для межпланетного перелета
Для того чтобы полет на Марс не оказался билетом в один конец, необходимо огромное количество топлива. Поэтому было предложено несколько интересных концепций для решения этого вопроса.
Представленный проект уже не будет являться обычным реактивным двигателем на химическом топливе, которого понадобится 1630 тонн, чтобы осуществить перелет. Это будет комплекс сверхтяжёлой ракеты-носителя.
Сейчас разрабатываются двигатели, работающие на темной материи и плазменные установки, но пока это только в теории.
Также интересными проектами, с точки зрения экономии топлива, являются теории проведения стартов с Луны. Тогда для полета понадобится в 33,17 раз меньше топлива. Эти цифры зависят от силы притяжения планеты и её атмосферы.
Эллиптическая гомановская траектория
В 1925 году Уолтер Гоман предложил способ перелета, при котором используется часть эллиптической орбиты для перехода между орбитами планет.
Полуэллипс образует касательную линию с орбитами Земли и Марса. Ракете необходимо развить скорость 11,59км/сек, что соответствует второй космической скорости. В среднем такой перелет займет 8 с половиной месяцев, а если увеличить скорость до 12 км/сек, то перелет сократиться до 5 месяцев.
Однако этот способ влечет за собой очень высокие затраты на топливо, так как при подлете к марсианской орбите, необходимо будет включать тормозные двигатели.
Значительно сэкономить топливо можно используя баллистический захват – космический аппарат будет вращаться вокруг Солнца на своей орбите со скоростью, гораздо ниже, чем у Марса. При сближении Марс просто захватит аппарат на свою орбиту. Этот способ снизит количество необходимого топлива, но увеличит время перелета. А от времени пилотируемого полета зависит количество необходимых ресурсов для жизнеобеспечения экипажа.
Для осуществления перелета по параболической траектории космический аппарат должен иметь начальную космическую скорость примерно 16,7 км/сек. Это соответствует третьей космической скорости.
Траектория полета будет проходить по параболе от Земли до Марса и обратно. При этом время перелета сократится до 70 суток (при достижении оптимальных условий расположения планет).
Энергетические затраты возрастают примерно 4,3 раза в сравнении с полетом по эллиптической орбите. Однако за счет сокращения времени пребывания в космосе снижаются затраты на обеспечение защиты от радиации, кислород, продукты питания.
Гиперболическая траектория движения
Гиперболическая траектория полета самая близкая к перелету по прямой, возможен быстрый разгон до больших скоростей. При таком перелете уменьшается время воздействия космической радиации на космонавтов.
Для разгона аппарата до гиперболических скоростей на Земле уже имеются технологии. Так, космический зонд «Новые горизонты» достиг Марса за 78 суток. Но космическому аппарату, пилотируемому человеком, понадобится гораздо больше энергии.
В настоящее время ведется разработка электрических (ионных) двигателей, способных достигать скорости 100 км/сек.
История важнейших миссий освоения
Исследование красной планеты учеными началось в Древнем Египте 3,5 тысячи лет назад. Тогда была составлена математическая модель движения планеты по небосводу.
В 1964 году НАСА отправляет к Марсу аппарат «Маринер-4», тогда был проведен облет вокруг планеты и сделаны первые снимки, весь перелет занял 228 дней. После этого в феврале 1969 года стартовал проект «Маринер-6», который не только провел съемку Марса вблизи, но и исследовал атмосферу планеты, температуру. В этом же году стартует «Маринер-7», который повторяет миссию «Маринер-6».
В 1971 году был запущен первый искусственный спутник Марса «Маринер-7». Работая до октября 1972 года, он составил первую карту планеты.
В 1996 году стартовал проект «Марс Глобал Сарвейор». Ему удалось достигнуть орбиты Марса за 308 дней. В 2001 году он был выведен из строя.
В 1996 году совершил посадку на красную планету аппарат «Марс Патфайндер». Целью его изучения была поверхность планеты, состав грунта, температура и ветер.
25 декабря 2003 года была отправлена станция Европейского космического агентства Марс Экспресс.
В августе 2005 года «Марсианский разведчик» отправился на Марс, чтобы найти наиболее подходящее место для высадки людей.
Проекты по освоению Марса
На данный момент уже разработан проект Mars One. Основной задачей является пилотируемый человеком перелет. В 2013 году был осуществлен отбор претендентов.
До 2024 года планируется создать ряд искусственных спутников Солнца для реализации связи с красной планетой и отправка на Марс необходимых для организации колонии грузов – систем жизнеобеспечения, жилых модулей.
В 2026 году планируется вывести на орбиту Земли транзитный модуль и части космического корабля. Затем 4 человека совершат первый в истории пилотируемый перелет на Марс. Высадка планируется в 2027 году. Первый экипаж должен будет начать осваивать планету.
Кроме этого, Илон Маск в 2016 году представил свой проект Space-X по освоению красной планеты. Этот проект тесно связан с процессом формирования на Марсе не просто систем жизнеобеспечения. Он подразумевает полноценное освоение Марса только при создании условий, близких к условиям на Земле. А это уже займет больше сотни лет.
Высадка человека на Марсе позволит узнать не только, как зарождалась жизнь, случайность ли это или закономерность химической эволюции. Причины для освоения Марса не ограничиваются научным интересом. Это дополнительные ресурсы, консолидация сверхдержав для достижения общей цели. В конце концов, Земля может стать непригодной для жизни, и человечеству нужно будет искать новые места обитания.
