Марс -- это вам не Луна. Почему так сложно отправить человека на Красную планету?
Сейчас сложно представить, но между запуском первого спутника в 1957 году и началом пилотируемой космонавтики -- полетом Юрия Гагарина в 1961 году -- прошло всего 4 года. Спустя еще семь лет, в 1968 году, «Аполлон-8» совершает первый пилотируемый облет Луны. А через год, в июле и ноябре 1969 года, американские лунные модули дважды садятся на поверхность спутника Земли.
В первый раз в районе Моря Спокойствия («Аполлон-11»), во второй -- в Океане Бурь («Аполлон-12»). Пока NASA штурмует Луну, СССР отправляет исследовательские зонды к другим планетам. Первые жесткие и мягкие посадки на ближних планетах значатся в копилке успехов советской космонавтики.
На поверхность Красной планеты впервые в истории совершает мягкую посадку спускаемый аппарат нашей межпланетной станции «Марс-3». Это произошло 2 декабря 1971 года. Правда, эта посадка на Марс оказалась единственной для отечественной космонавтики. К тому же стоит сказать, что в начале шестидесятых на этот год планировался запуск к Марсу советского пилотируемого межпланетного корабля.
В те годы казалось очевидным, что, пройдясь по Луне, человек вскоре зашагает и по Марсу. И не просто пройдется по пыльным тропинкам Марса, а проедется на целом поезде. Такой состав, естественно, колесный, на крупногабаритном шасси и состоящий из пяти платформ, предполагался советской марсианской программой. В голове поезда -- кабина экипажа из шести космонавтов, здесь же -- манипулятор и бур. На платформах -- основная и резервная взлетные ракеты для возврата на корабль, оставшийся на орбите, и ядерная энергетическая установка. Первоначально был предусмотрен и разведывательный летательный аппарат. Позже, когда выяснилось, что атмосфера планеты сильно разрежена, от этой идеи отказались. Такой исследовательский поезд должен был пересечь Марс от одного его полюса до другого. На путешествие по планете отводился год. Казалось, еще совсем немного -- и Марс покорится человеку.
Но понемногу реальные полеты стали уступать место фантастическим планам, а пилотируемая космонавтика замкнулась в кольце околоземных орбит. После окончания программы «Аполлон» NASA не переставало предлагать проекты полетов к Марсу. Рассматривался даже пилотируемый облет Венеры, запланированный на 1973-1974 годы. С развитием техники советская марсианская программа также многократно видоизменялась.
Не отставали и общественные организации. К примеру, свои предложения по пилотируемому полету на Красную планету выдвигало «Марсианское общество», основанное американским инженером и публицистом Робертом Зубриным в 1998 году. Предложенный проект, названный Mars Direct, фактически был альтернативой неосуществленной «Инициативы по освоению космоса» (Space Exploration Initiative) администрации Джорджа Буша-старшего. А с момента появления Илона Маска реализацию надежды покорения Марса больше связывают со SpaceX, чем с государственными космическими агентствами. Но мы продолжаем только мечтать о полете на Марс. Что же не позволяет нам дотянуться до него так же, как и до Луны почти полвека назад?
Расстояние
В редкие дни и ночи мы не видим в небе наш спутник. Луна сопровождает нашу планету неотступно в ее пути вокруг Солнца. До нее -- 384 467 км. Летай - не хочу. А сколько до Марса? Здесь одним числом не ответишь. Марс, как и любая другая планета, в том числе Земля, совершает свой независимый путь вокруг нашего светила. Дистанция между двумя планетами постоянно меняется. Ближе всего они друг к другу в дни противостояний, которые повторяются каждые 26 месяцев. Во время противостояния Марс находится на земном небе в направлении, противоположном нашему светилу, то есть, условно говоря, на продолжении линии «Солнце - Земля».
Но важна и форма орбиты Марса. Она имеет довольно заметный эксцентриситет. Проще говоря, она более сплюснутая, чем орбита нашей планеты. Поэтому, когда Марс находится в самой близкой к Солнцу точке своей орбиты (перигелии), то расстояние до него минимально: менее 60 млн км. Такие моменты повторяются раз в 15-17 лет и называются «великими противостояниями». Эти годы, как правило, присутствуют в планах полетов на Марс. Это лучшее время для полета. Очередное великое противостояние наступит в следующем году. Ранее на этот год SpaceX анонсировала первый тестовый полет корабля Red Dragon. Но, как теперь известно, компания отложила его полет на два года. В 2020 году Марс и Земля снова сблизятся, но не так близко, как в следующем. NASA планирует первый пилотируемый полет к Марсу на 2035 год. Это также год великого противостояния -- планеты сблизятся на 57,15 млн. км. Минимальное расстояние между двумя планетами, зафиксированное в современное время, -- 55,76 млн. км (27 августа 2003 года), а максимальное -- 401,3 млн. км. В это время наши планеты также находятся на одной условной линии, но по разные стороны от Солнца.
Если мы хотим избежать чрезмерных трат топлива, отправляться в полет на Марс нужно в удобное стартовое окно. Продолжительностью, как правило, всего 20 дней, оно открывается примерно за три месяца до очередного противостояния. А вот на Луну можно лететь практически в любое время. Она всегда рядом с нами. При этом не только лететь, но и возвращаться.
Расстояние -- одно из условий, которое определяет время полета. Но если для беспилотных зондов долгие перелеты в принципе не критичны, то длительные пилотируемые миссии бросают настоящий вызов инженерам. В полете человеку нужны питание, вода, кислород, различные предметы первой необходимости. Все это надо брать с собой -- следовательно, масса межпланетного корабля возрастает.
Кроме того, с момента старта «Аполлона-11» и до того момента, когда корабль вышел на окололунную орбиту, прошло почти 76 часов. Столько времени, к примеру, занимает путь от Москвы до Красноярска, если ехать на поезде. Все три дня члены экипажа находились в командном отсеке объемом 6,1 м?. Примерно 2 м? на каждого астронавта. Спали тоже здесь, по очереди в подвесном гамаке. Посвободнее в командном модуле стало только когда Нил Армстронг и Эдвин Олдрин перешли в лунный модуль и спустились на Луну, а Майкл Коллинз остался на орбите один. Правда, Армстронг и Олдрин делили 4,6 м? объема отсека экипажа в лунном модуле. Но для длительного полета на Марс и нахождения на планете такие условия неприемлемы.
Наиболее реалистичный вариант -- использовать в составе межпланетного экспедиционного комплекса жилой модуль, аналогичный российскому модулю «Звезда» Международной космической станции. Такой вариант предлагают Роберт Зубрин и некоторые другие эксперты. Он имеет много плюсов. Опыт эксплуатации модуля уже имеется. Изобретать что-то новое не требуется, достаточно модернизировать то, что уже есть. В то же время его масса составляет 20,29 тонн. Тогда как масса командного модуля «Аполлона-11», без двигательного отсека, составляла только 5,56 тонн. Значительная масса отдельных частей будущего марсианского корабля говорит о том, что его потребуется собирать на орбите из нескольких модулей, запуская по очереди ракеты со всеми его частями. Одной ракетой, как например «Аполлон-11», его в космос не выведешь.
Второе условие, которое определяет время полета, -- это технология. Все последнее время космонавтика использовала для полетов в космосе химические двигатели. Они вывели нас в космос, и в том числе с их помощью мы достигли Луны. Теоретически таким же способом мы можем достичь и Марса. Но срок полета (от 8 месяцев до 1,5 лет) накладывает множество рисков. За это время возможны и ухудшение здоровья членов экипажа, и технологические сбои оборудования. В связи с этим не исключена и гибель отдельных членов экипажа, либо всей экспедиции. А следовательно, здесь присутствуют репутационные и политические риски для страны, отправившей экспедицию в космос, и ее руководства. Да и целом трагедия в космосе может на какое-то время подорвать веру человечества в свои силы.
Можно ли долететь до Марса быстрее? В принципе да. Совместными усилиями Роскосмоса и Росатома разрабатывается межпланетный буксир с ядерной электродвигательной установкой. Не так давно Сергей Кириенко, на тот момент глава Росатома, выступая в Совете Федерации, заявил, что такая установка позволит долететь до Марса за полтора месяца. Отличие от всего ранее созданного -- в сочетании ядерного реактора и электрического ракетного двигателя. Такой буксир будет иметь стыковочный узел для пилотируемого космического комплекса или полезной нагрузки. Его создание позволит существенно снизить время полета, а значит, во многих случаях и массу межпланетных комплексов. Как для полетов к Луне и Марсу, так и к любой другой планете или ее спутнику в нашей системе.
Но даже сокращение времени полета до полутора месяцев не решает полностью проблему радиации. Во время полетов к Луне астронавты лишь на короткое время покидали пределы естественной магнитосферы Земли, защищающей нас и экипажи орбитальных станций от космического излучения. Им повезло, что во время полета не происходило солнечных вспышек, которые порождают мощные потоки излучения, смертельно опасные для человека вне мощного магнитного поля нашей планеты. В случае полета на Марс полагаться только на удачу слишком рискованно. Перспективным способом борьбы с радиацией представляется создание искусственной магнитосферы для защиты корабля от космического излучения. Исследования в области создания портативного «магнитного щита» для кораблей, отправляющихся космос, ведут ученые из Европы. Согласно результатам исследования, мощность, необходимая для создания такого щита, составит несколько киловатт, а размер искусственной магнитосферы, способной защитить обитаемый корабль, может быть лишь несколько сотен метров. В то же время работы в этом направлении только в самом начале.
Взлет, посадка и пребывание на планете
Чем нас привлекает Марс? Многим. Но вспомните фотоснимки с Красной планеты, сделанные отправленными на планету марсоходами, например Curiosity и Spirit. Дневное небо Марса имеет множество оттенков. На рассвете и закате, когда Солнце у горизонта, небо имеет красновато-розовый цвет, а вблизи солнечного диска, в это время, его оттенок меняется с голубого на фиолетовый. А днем оно желто-оранжевое. Причиной этого является наличие у Марса атмосферы. А теперь вспомните черное даже днем небо на Луне. Оно еще и звездное, просто фотоаппаратура лунных экспедиций не смогла отобразить это. Почему так? Правильно, на Луне нет атмосферы. Что это значит для полетов на небесные тела?
Атмосфера на Марсе есть. Но она сильно разрежена. А это создает сложности, когда требуется посадить на поверхность планеты прилетевший из космоса аппарат. Совершить мягкую посадку только с использованием парашютов невозможно. Плотность атмосферы недостаточна для их использования. Но ее плотности достаточно чтобы разогреть спускаемый аппарат до критических температур. Поэтому, для посадки на Красную планету применяют различные комбинированные системы.
Для посадки на Красную планету NASA испытывает так называемый «Аэродинамический надувной замедлитель сверхзвуковой скорости». Внешне похожее на «летающую тарелку» устройство предполагается прикреплять к спускаемым аппаратам, чтобы обеспечить их торможение в разреженной атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса.
Вероятно, именно по этой причине, совершив только одну успешную мягкую посадку на поверхность Марса, СССР переориентировался на исследования его спутника -- Фобоса. Дальность полета такая же, но посадку осуществить несравнимо легче. На спутнике Марса нет атмосферы. Так же как и на спутнике Земли. При посадке на поверхность небесного тела, не имеющего атмосферы, для торможения и спуска применяются только ракетные двигатели. Так было и в случае с экспедициями NASA на Луну. Вот только этот способ посадки предполагает наличие на борту примерно такого же количества горючего, как и для старта с небесного тела. Как следствие, перерасход топлива и увеличение массы за счет его дополнительного запаса.
Но что с целью полета? Ради чего лететь на Марс? Если полет к планете займет длительное время, то нелогично спускаться на ее поверхность лишь на короткое время. Провести в пути полтора года только для того, чтобы выбросить накопившийся в полете мусор, поставить флаг и собрать несколько камней. Астронавты «Аполлон-11» на поверхности Луны находились всего 21 час и 36 минут. Для экспедиции которая продолжалась всего 8 суток, это приемлемо. Но для полета на Марс такой короткий срок невозможен.
Стоит хотя бы помнить, что в далеком прошлом на Марсе могла быть жизнь. Количество потенциальных доказательств этому растет. Возможно, она зародилась одновременно с нашей, но потом по какой-то причине погибла. Улетать с Красной планеты, добравшись до нее с таким трудом, не совершив новых открытий, было бы непростительно. Хотя, конечно, и сам факт полета к Марсу уже будет невероятным достижением человечества.
Перед марсианской экспедицией будет стоять много задач, от поисков следов былой жизни до первого видео с участием человека, снятого на поверхности другой планеты. Все это потребует длительного пребывания на поверхности планеты. И для этого потребуется доставить на Марс необходимое оборудование, транспортные средства, жилые модули и, конечно, все, что понадобится людям вдали от Земли.
Для коротких поездок по поверхности Луны астронавты использовали роверы. Но для длительных путешествий по Марсу в поисках следов жизни, полезных ископаемых и мест для будущих колоний желательно иметь транспорт хотя бы такой, какой предполагался советской программой полета к Марсу.
Сегодня NASA работает над проектом «марсианского дома» Deep Space Habitat. Многомодульная конструкция состоит из обитаемого шлюзового модуля, оснащенного пандусом, имеющего надувную куполообразную крышу, и гигиенического, в котором размещены душевая, туалет и система утилизации отходов. Общий объем -- 56 кубических метров. Предусмотрена возможность расширения путем пристыковки дополнительных обитаемых и лабораторных модулей. Разрабатываемый для передвижения по поверхности марсианский ровер Space Exploration Vehicle тоже является своеобразным домом на колесах. Астронавты могут провести в нем 14 суток, что позволит им перемещаться в радиусе нескольких сотен километров от основного обитаемого модуля. К нему, кстати, транспортное средство также пристыковывается, что позволяет астронавтам переходить из ровера в жилой модуль, не надевая скафандров и не выходя «на улицу». Таким образом, масса груза, который необходимо доставить на Марс, вырастет еще больше, что требует соответствующих инженерных решений и финансовых трат.
Полет на Луну был «налегке». Короткая прогулка. Но при этом уже полвека мы не можем его повторить. Возвращение на Луну -- только в возможных планах NASA. Причем этот полет настолько сложен, что заставляет многих скептиков сомневаться в том, что американцы вообще когда-то летали на Луну.
Не только сесть, но и взлететь с Марса сложнее, чем с Луны. Виной всему гравитация. На Луне сила тяжести составляет 16,6% от земной, а на Марсе уже 37%. Совершенно понятно, что с поверхности Красной планеты взлетать гораздо труднее. Но нам еще «повезло». Если бы Марс был размером с Землю, то миссия, предполагающая возврат домой, была бы еще менее реальна. Ведь фактически пришлось бы везти на планету еще одну ракету размером, например, с «Союз».
