Увидеть Марс и умереть. Как NASA со SpaceX будут доставлять людей на Красную планету
Первые миссии на Марс должны решить пять основных проблем, от которых будет зависеть дальнейшая колонизация планеты.
Человечеству предстоит преодолеть множество препятствий, прежде чем запустить первую пилотируемую миссию на Марс. Двумя основными игроками являются NASA и SpaceX, которые уже тесно сотрудничают в миссиях на МКС, пишет SciTechDaily.
Размер имеет значение
Самая большая проблема - это масса полезной нагрузки, необходимой для путешествия. Запуск в космос каждого килограмма - на вес золота. Масса полезной нагрузки обычно составляет лишь небольшой процент от общей массы ракеты-носителя.
Например, ракета "Сатурн V", которая запустила Apollo 11 на Луну, весила 3 тыс. тонн. Поэтому могла вывести лишь 140 тонн (5% от начальной стартовой массы) на низкую околоземную орбиту и 50 тонн (менее 2% от начальной стартовой массы) на Луну.
Жесткие требования к массе ограничивают размер корабля на Марс и его возможности в космосе. Каждый маневр требует затрат топлива для запуска ракетных двигателей, и это топливо в настоящее время необходимо брать с собой в космос.
План SpaceX состоит в том, чтобы его пилотируемый корабль Starship заправлялся в космосе с помощью отдельно запускаемого топливозаправщика. Это означает, что на орбиту можно вывести гораздо больше топлива.
Время имеет значение
Еще одна проблема, тесно связанная с топливом, касается времени.
Во время миссий без экипажа, космические корабли часто проходят по сложным траекториям вокруг Солнца. Они используют так называемые гравитационные маневры, чтобы эффективно достигать других планет и набирать достаточный импульс.
Такие маневры экономят много топлива, но могут затягивать миссии на годы. Подобный вариант не подходит для миссий с людьми.
И Земля, и Марс имеют (почти) круговые орбиты, и маневр, известный как переходная орбита Хомана, является наиболее экономичным способом перемещения между двумя планетами. Переходная орбита Хомана - это эллиптическая орбита, используемая для перехода между двумя круговыми орбитами разного радиуса.
Переходная орбита Хомана между Землей и Марсом занимает около 259 дней (от 8 до 9 месяцев), она возможна только каждые 2 года из-за разных орбит Солнца, Земли и Марса.
Космический корабль может достичь Марса и за более короткое время (SpaceX планирует за 6 месяцев), но для этого потребуется больше топлива.
Безопасная посадка
Предположим, что космический корабль с экипажем успешно достигают Марса. Следующая задача - приземление.
Космические корабли, приземляющиеся на Земле, могут использовать сопротивление, возникающее при взаимодействии с атмосферой, чтобы замедлиться. Это позволяет аппарату безопасно приземляться на поверхность Земли (при условии, что он выдержит соответствующий нагрев).
Но атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше, чем на Земле. Это означает меньшее замедление, поэтому безопасная посадка без какой-либо помощи маловероятна.
Некоторые миссии приземляются с помощью "подушек безопасности" (миссия NASA Pathfinder), в это же время другие используют двигатели (миссия NASA Phoenix). Последний вариант требует больше топлива.
Жизнь на Марсе
Марсианский день длится 24 часа 37 минут, но на этом сходство Красной планеты с Землей заканчивается.
Тонкая атмосфера Марса означает, что он не может удерживать тепло также хорошо, как и Земля. Поэтому марсианская погода характерна резкими перепадами температуры в течение дня и ночи.
Максимальная температура на Марсе составляет 30 градусов по Цельсию, что звучит довольно приемлемо, но минимальная температура опускается до -140 градусов по Цельсию, в это же время средняя температура составляет - 63 градуса по Цельсию. Для сравнения, средняя температура зимой на Южном полюсе Земли составляет около -49 градусов по Цельсию.
Поэтому придется крайне избирательно подходить к выбору места для базы на Марсе и того, как обеспечивать приемлемую температуру в ночное время.
Гравитация на Марсе составляет 38% от земной, но воздух в основном состоит из углекислого газа с несколькими процентами азота. Поэтому марсианским поселенцам придется построить базу с восполняющимися запасами кислорода.
SpaceX планирует совершить несколько грузовых рейсов, включая доставку частей критически важной инфраструктуры, таких как теплицы, солнечные батареи, а также объект для производства топлива. Последний позволит астронавтам возвращаться обратно на Землю.
Дорога домой
Последняя задача - благополучное возвращение на Землю.
Apollo 11 вошел в атмосферу Земли со скоростью около 40 тыс. км/ч, что чуть ниже скорости, необходимой выхода с орбиты Земли.
Космические аппараты, возвращающиеся с Марса, будут входить в атмосферу со скоростью от 47 тыс. км/ч до 54 тыс. км/ч, в зависимости от используемой орбиты для возращения.
Они могут замедлиться на низкой орбите вокруг Земли примерно до 28 800 км/ч, прежде чем войти в атмосферу планеты, но для этого снова потребуется дополнительное топливо.
Если корабль просто войдет в атмосферу, конечно, он замедлится. Но в таком случае, необходимо убедиться, что астронавты не погибнут от чрезмерной нагрузки или сильного нагрева.
