Как построить багги для миссий за миллионы километров от Земли?
Те же роверы, которые катаются по Луне, будут бесполезны на Марсе. Как же астронавтам передвигаться по Красной планете? NASA планирует посадить их на Марс в середине 2030-х годов. Но чтобы достичь этой цели, космическому агентству придется разработать совершенно новый планетарный исследовательский транспорт. Добраться до Марса относительно легко, всего лишь вопрос времени (приблизительно семь месяцев) и ресурсов. Но когда космонавты доберутся до места назначения, начнутся новые проблемы. Марс сильно отличается от Луны, единственного другого небесного тела, которое мы посетили. Поэтому Lunar Roving Vehicle, который использовался астронавтами «Аполлона» для лунных миссий, не подходит для миссий на Марс.
Как на Луне, так и на Марсе довольно пыльно; но вот давления, температуры и уровни радиации слегка разнятся. Для будущих миссий на Марс инженеры NASA должны разработать новые технологии, способные работать в новой среде.
До сих пор марсоходы «Спирит» и «Кьюриосити» позволяли земным ученым безопасно исследовать Красную планету, используя дистанционно управляемых дронов. Но это не самый эффективный метод, если исходить из временных затрат.
«Вот почему так важно отправить людей на Марс», говорит доктор Мэгги Лью, научный сотрудник Европейского космического агентства. «Они могли бы сделать ту же работу, что марсоходы за всю свою жизнь, всего за пару часов».
Необходимо также учитывать фактор задержки. Расстояние между Землей и Марсом колеблется в пределах 55 миллионов и 400 миллионов километров, зависимо от взаимного расположения планет на орбитах вокруг Солнца. Это означает, что связь между марсианским ровером и диспетчерской на Земле страдает от значительных временных задержек.
«Обратная связь отнимает от восьми до двадцати минут времени», говорит доктор Лью. «Поэтому очень сложно заставить роверы остановиться, если они, к примеру, катятся к краю обрыва».
Несмотря на то, что никто никогда не бывал на Марсе и никто не возвращал образцы с поверхности, Красную планету активно изучали орбитальные спутники типа MAVEN, равно как и марсоходы. Благодаря этим наблюдениям, ученые определили, что красноватый цвет Марса проистекает из высокого содержания оксидов железа (попросту ржавчины) на поверхности планеты.
Измерения температуры поверхности, сделанные марсоходами, показали лютый холод (-150 градусов) и апрельскую весну (20 градусов). Для сравнения: в Антарктиде «обычно» примерно -40 градусов. Давление на поверхности Марса составляет 600 Па (на Земле 100 000 Па); атмосфера состоит в основном из углекислого газа со следами азота, кислорода, аргона и других газов.
Тем не менее самая большая проблема для жизни на Земле - это ветер, который подстегивает рыхлые пески марсианского ландшафта, создавая массивные пыльные бури. Локально бури могут длиться меньше дня, но глобальные пыльные бури могут охватывать всю планету на целый месяц. Препятствуя видимости, эти бури могут также нарушать связь и производство солнечной электроэнергии. Абразивное воздействие и кислотное содержание пыли (вследствие наличия высоко коррозионных перхлоратов - солей хлорной кислоты) могут повредить незащищенный транспорт.
Менее мощные ветры, известные как «пыльные дьяволы», однако, могут очищать солнечные панели, увеличивая их эффективность производства солнечной энергии.
Для своей игры на тему колонизации Марса «Pioneer: Mars» JCB разработала серию марсианских исследовательских машин под разные задачи. Транспорт варьируется от вездеходов до тяжелых экскаваторов.
JCB использует эти концептуальные проекты как мысленное упражнение по визуализации возможных работ машин на Марсе. «Цель состоит в том, чтобы создать целый ряд универсальных машин, которые могли бы противостоять вызовам и препятствиям Красной планеты», объясняет Бен Уотсон, глава промышленного дизайна в JCB. «Экскаватор, например, имеет четыре гусеницы, чтобы справиться со всеми возможными проблемами».
«Это тяжелый экскаватор с большим ковшом. При низком давлении и низкой гравитации Марса можно загрузить гораздо больше с тем же отношением мощности, чем на Земле», говорит он. «Но, очевидно, поднять все это будет непросто, несмотря на пониженный вес».
В то время как различный транспорт JCB делают для определенных задач, в реальности же миссия на Марс требует другого. Space Exploration Vehicle, который разрабатывает NASA для своих марсианских миссий, будет иметь модульный дизайн, позволяющий ему выполнять несколько задач.
В отличие от небольшого Lunar Roving Vehicle, прототип Space Exploration Vehicle стоит на шести колесах, каждое больше метра в диаметре и трети метра шириной. Также транспорт оснащен собственной герметичной кабиной, которая позволит астронавтам передвигаться дальше, не полагаясь на собственные костюмы.
Модульная конструкция позволяет гермокабине отделяться от части шасси - «Колесницы» - транспорта. Это позволяет использовать «Колесницу» для перевозки груза или же оборудования лебедками, кранами, бульдозерными ковшами или кабельными барабанами для различных задач вроде перепозиционирования зарядных солнечных станций.
Сегмент с герметичной кабиной также позволяет двум астронавтам комфортно жить в каюте в течение 14 дней, а, если нужно, вместит и четырех. Вместо стандартного воздушного шлюза астронавты попадают внутрь через «suitport», позволяющий также осуществлять внекорабельную активность при необходимости.
Помимо герметичности, сегмент с кабиной сильно экранирован и может быть использован в качестве штормового укрытия, обеспечивая астронавтов защитой в течение трех дней от солнечных частиц, вызванных солнечными вспышками.
Одной из ключевых проблем для любого транспортного средства на Марсе будет его надежность. Запросить эвакуатор и сервисных техников в случае поломки не получится, когда ближайшая станция СТО в пятидесяти миллионах километров. Таким образом, любое планетарное транспортное средство должно быть высоко надежным и легко ремонтируемым.
Пилотируемые планетарные исследования ограничены тем, как быстро астронавты могут вернуться в безопасную герметичную среду в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Во время миссий «Аполлона» это было ограничено тем, как далеко пришлось бы астронавтам добираться до посадочного модуля, если бы луноход сломался. Поэтому астронавты не ходили дальше чем на 10 километров от модуля. Гермокабина Space Exploration Vehicle позволяет расширить исследовательский диапазон до 200 километров.
Подобно тому, как в настоящее время на Земле разворачиваются электромобили, Space Exploration Vehicle будет полагаться на батареи в качестве источника питания. Но они должны будут обеспечивать гораздо большую плотность мощности (соотношение мощности к размеру), чем традиционные земные аккумуляторы. Эти батареи будут перезаряжаться при помощи солнечных батарей. В качестве альтернативы можно будет использовать сменные литий-ионные батареи.
По мере того как пилотируемые миссии на Марс все ближе подбираются к тому, чтобы стать реальностью, астронавтам понадобятся новые и надежные транспортные технологии, чтобы безопасно исследовать поверхность Марса. Аппараты типа Space Exploration Vehicle позволят астронавтам передвигаться дальше и выполнять свои задачи, не подвергаясь излишнему риску. Отправить армию машин не получится, поэтому придется довольствоваться наиболее гибкими и универсальными.
