Когда космонавты полетят на марс. Вот почему на марсе до сих пор нет людей
> Когда мы отправим людей на Марс?
Сможет ли человек оказаться на Марсе : современные идеи, планы и миссии, полет человека на Марс, создание колонии, способы формирования среды жизни с фото.
В 1969 году произошел важный космический прорыв, когда Нилу Армстронгу и Баззу Олдрину удалось пройтись по лунной поверхности. Это была кульминация десятилетий работы и множества жертв и неудачных попыток. Какая следующая ступень?
Сейчас наша цель – Марс! Уже несколько лет обсуждают будущие миссии и перспективу создания колонии. Но эта задача кажется еще более сложной, поэтому нужен четкий план. Сможет ли человек оказаться на Марсе ?
Предложения по отправке людей на Марс
Концепцию первой экипажной миссии разработал Вернер фон Браун. Он был бывшим нацистским ученым и возглавлял проект Меркурий НАСА. В 1952 году предложил создать 10 аппаратов (по 7 человек), которые смогли бы доставить 70 человек к Красной планете.
Частично его разработки основывались на американском проекте Operation Highjump, где хотели использовать несколько многоразовых шаттлов. Он считал, что можно было добиться постройки корабля до 1965 года (позже отодвинул к 1980-му) и за три года выполнить потел в оба конца.
Браун не только вычислил размер и вес кораблей, но и определил количество необходимого топлива для осуществления маневров. Но полет человек на Марс так и не состоялся. Более того, с 1972 года люди так и не вернулись на Луну. Последним там побывал Юджин Сернан.
Но ведь важен не сам полет, а организация того, чтобы люди жили на Марсе. В 1990 году свой проект Mars Direct предложил Роберт Зубрин, который ориентировался на колонизацию. Первые миссии должны были построить площадку для будущего поселения. Позже можно было бы спуститься под землю и разрабатывать среду обитания уже там.
На последнем этапе можно было бы разместить специальные геодезические купола. В такой среде есть возможность для выращивания растительности на основе местных ресурсов. Зубрин знал, что колонисты все же будут зависеть от земных доставок. Но со временем они смогут добиться автономии. На Марсе огромная концентрация драгоценных металлов, к тому же там много дейтерия – источник ракетного топлива.
В 1993 году появился план Mars Design Reference от НАСА, который редактировали 5 раз до 2009 года. Но проект так и не вышел за пределы расчетов и разговоров.
Современные идеи когда мы отправим людей на Марс
Все началось с президентских заявлений. В 2004 году Джордж Буш посчитал, что нужно забыть о шаттлах и придумать новые аппараты, способные доставить человека снова на спутник в 2020-х гг. Потом Барак Обама в 2010-м сказал, что необходимо ориентироваться на Марс и посетить его уже в 2030-х гг. То есть, на этом этапе появились конкретные даты, когда люди полетят на Марс.
В 2015-м году сформировался детальных план, где доставка основывалась на использовании корабля Орион и системы запуска SLS. Проект основывается на 3-х этапах и 32-х запусках в 2018-2030-х гг. За это время получится перевезти необходимое оборудование и обустроить подготовительную площадку. До 2024-го года необходимо протестировать Орион и SLS.
Также в НАСА планируют поймать ближайший астероид и притащить его к орбите Луны, чтобы протестировать новое оборудование. Это важная миссия, которая поможет не только уберечь Землю от падения опасной космической скалы, но и использовать их для трансформации планет (создания благоприятной среды для человека- терраформирование Марса).
Первый экипажный полет на Орионе должен состояться в 2021-2023-х гг. На втором этапе запустится череда доставки оборудования на Красную планету. Третья стадия включает создание необходимой защитной среды и проверка всех необходимых приборов.
Но виды на Марс есть не только у НАСА. ЕКА также заинтересовано в изучении и колонизации чужого мира. Программа Аврора рассчитывает в 2030-х гг. отправить людей на ракете Ariane-M. В 2040-2060-х гг. Красную планету может посетить Роскосмос. Еще в 2011 году в России проводили успешные симуляции миссии. Китай определил для себя те же сроки. Однажды мы можем прийти к тому, что на Марсе живут люди.
В 2012 году голландские предприниматели заявили, что собираются в 2023-м году создать на Марсе человеческую базу, которая позже расширится в колонию.
Миссия MarsOne планирует разместить телекоммуникационное орбитальное устройство в 2018 году, ровер – в 2020-м и базу для поселенцев – в 2023-м. Она будет питаться за счет солнечных батарей с протяжностью в 3000 м 2 . Доставят 4-х астронавтов на ракете Falcon-9 в 2025-м году, где они проведут 2 года.
Свое рвение к Марсу не скрывает и генеральный директор SpaceX Илон Маск. Он собирается создать колонию на 80000 человек. И это лишь малая часть того, сколько людей способно расположиться на Марсе. Для этого ему нужна специальная система транспортировки, которая бы работала в режиме конвейера. Он уже преуспел в создании системы повторного использования ракет.
В 2016 году Маск заявил о том, что первый беспилотный полет осуществят в 2022 году, а экипажный – 2024 год. Он считает, что на все потребуется 10 млрд. долл. и можно будет запустить 100 пассажиров. Это будут туристические поездки, отправляемые каждые 26 месяцев (окно, когда Земля и Марс расположены на максимальной близости).
Первые миссии могут потребовать жертвы. Но уже многие выразили желание отправиться в один конец. Когда же мы увидим первых людей на Марсе? Точной даты нет, но факты свидетельствуют о том, что это случится в ближайшие десятилетия. Конечно, у нас все еще есть сомнения. Но никто не верил в успех американцев на Луне. И все же там стоит их флаг.
Джеки, работавшая в NASA в 70-е годы, уверяет, что своими глазами видела запись, на которой запечатлено, как люди идут по поверхности Марса . В эфире одной из американских радиостанций она рассказала, что заметила две человеческие фигуры в скафандрах на видео, которое транслировал марсоход Viking. Астронавты, по ее словам, блокировали трансляцию того, что не должно было попасть в кадр.
ПО ТЕМЕ
Джеки заявила, что это произошло в 1979 году, когда она проводила обработку линии телеметрической связи от аппарата, передававшего на Землю сведения с Марса. Американка уверяет, что, кроме нее, фигуры заметили еще шесть человек . В какой-то момент связь с марсоходом была утеряна, и она вышла из помещения, чтобы сообщить об этом начальству, но вернуться назад уже смогла, сообщает издание International Business Times.
Как предполагают уфологи, люди на Красной планете могли быть участниками секретной миссии, проводимой США в 60-е годы. Однако выяснить, гражданами какой страны они являлись, не удалось. По словам Джеки, их скафандры отличались от тех, что использовались астронавтами США в то время .
Официальные представители современного NASA заявление женщины пока не прокомментировали. Ранее технический директор организации Дэвид Миллер заявил, что пилотируемый полет на Марс должен стать главной целью человечества на ближайшие годы, поскольку именно там можно основать колонию.
Трудно найти человека, который ничего не слышал о Марсе. Это первая по популярности планета Солнечной системы, куда чаще всего отправляются герои фантаскических романов и фильмов. Насколько кинематографичный вымысел покорения Марса далек от реальности? Сможет ли человечество посетить Красную планету и когда это произойдет?
Миф и реальность
Несмотря на то, что Джон Картер (герой одноименного фильма о Марсе) покорил Марс, в обычной жизни это оказалось очень трудным заданием. На пути романтиков возникли препятствия:
- - На Марсе практически нет пригодной для дыхания атмосферы;
- - Условия пребывания сравнимы с Антарктидой;
- - Путешествие, при современном развитии техники, будет длиться, как минимум, один год;
- - Финансирование проекта не обойдется без государственных инвестиций, а правительство не любит тратить деньги, если не видит выгоды и перспективы.
Так же не сформулирована четкая цель посещения планеты. Одни ученые ставят в приоритет только высадку, другие – хотят поселение, третьи – уже говорят о регулярных рейсах. Этот хаос научных идей является одним из препятствий для достижения цели. Когда же это все началось?
Этап I: Наследие рейха (40-50-е годы)
Как не странно, но первым человеком, которой серьезно заговорил о высадке на Марсе, был Вернер фон Браун. Именно этот ученый, создатель ракет «Фау», носителя «Saturn» для «Аполлона» и работающий на правительство США после победы над нацисткой Германией, заговорил о высадке на Марс. Он даже написал книгу «Проект Марса», в которой детально описал подробности высадки. Для этого требовалось:
- - Десять кораблей массой 4000 тон;
- - 70 членов экипажа;
- - Высадка проходила на марсианских ледниках;
- - Спуск к низинам проходил на лыжах;
- - Постройка взлетной полосы для новых кораблей.
Несмотря на невыполнимость планов, идея захватила общество. Были созданы передачи, нарисованы иллюстрации и произошла первая подготовка общества к будущей мечте.
Этап II: NASA (50-60-е годы)
В первые шесть месяцев NASA просто горело желанием отправиться на Красную планету. Идеи немецкого ученого решили воплотить, используя ядерный двигатель. Но отправлять на орбиту огромное количество урана не захотело ни одно правительство Земли. Начиная с 1966 года, активно продвигался проект по разведке Марса, не высаживаясь на планету. Но информация с Маринера-4 показала, что ни один летательный аппарат не сможет удержаться в такой тонкой и разряженной атмосфере. Да и война во Вьетнаме не способствовала тратам американского бюджета на научные разработки.
Этап III: План Базза Олдрина (80-е годы)
В 1985 году один из пилотов «Аполлон-11» начал разработку проекта под названием «Cycler», который предполагал курсирующие отели между нашей планетой и Марсом. Планировалась ежегодная космическая переправа людей на Красную планету и ее спутник Фобос. Были выпущены ряд книг и открыт отдельный исследовательский центр. Но проекту не дали ход, так как NASA имела в тот момент более простую программу. На фото ниже самые известные астронавты NASA покорившие луну.
Этап IV: Mars to Go (90-е годы)
В 90-х годах президентом США, Джорджем Бушем-старшим, была подана инициатива проекта по исследованию Марса. Высадка планировалась в 2019 году. Но, как всегда, провал идеи крылся в деньгах и разногласиях между правительством и NASA. К тому времени как проект попал в конгресс, его цена перевалила за 450 миллиардов. Соответственно план не был принят.
Потерпев фиаско, защитники Красной планеты не опустили руки и разработали план «Mars Direct». Идея состояла в том, что на Марс отправлялся космический аппарат, который мог, в результате переработки почвы, получать топливо. Затем отправлялись космонавты на срок в 500 дней. Но проекту так и не дали ход, хотя руководители говорили о возможной поддержке на 25 лет и обвиняли NASA в создании препятствий.
Этап V: Частный космос (2000-2013)
В этот промежуток времени появилось множество частных проектов, которые, несмотря на капитал, во многом зависели от NASA. Это «Inspiration Mars Foundation» или программа «Mars One», которая готова высадить людей на планету в 2027. Все подготовки по проекту ведутся и сегодня.
Этап VI: Современный Марс (2013- наше время)
Сегодня можно выделить два реальных направления в освоении Марса. Первое - это NASA, со своей разработкой корабля «Орион».
Второе направление - это практически выстрелившая компания SpaceX. Разработав ракеты, уменьшающие бюджет космических перелетов, Илон Маск заявил о цели: в течении полувека построить на Марсе полностью автономное поселение и переселить туда миллион человек. Но, несмотря на оптимизм, остается много вопросов.
С первых планов покорения Марса прошел не один десяток лет, но планета так и не была освоена. Случится это при нашей жизни или при наших потомках - никто не знает. Поэтому современным оптимистам остается только верить и надеяться, что однажды Марс покорится человеку.
Последние 70 лет на Марс мечтали попасть все: инженеры, ученые, простые люди вроде нас с вами. Но их прекрасные планы так и не вышли за пределы чертежей. Но вот, кажется, что-то меняется: NASA нужны астронавты. Идеальные кандидаты должны хотеть отправиться на Марс. Космическое агентство, по всей видимости, действительно собирается на Марс при помощи своей будущей ракеты Space Launch System, для чего набирает астронавтов «в рамках подготовки к поездке агентства на Марс».
Но имейте в виду, когда дело доходит до пилотируемых миссий на Марс, «подготовка» NASA полным ходом длится уже 70 лет.
Эта задержка как минимум отчасти является технической. Поездка на Красную планету сравнима с посещением Антарктиды, только еще более негостеприимной, а ее атмосфера составляет два процента от того, что можно наблюдать на верхушке Эвереста. Не говоря уж о том, что на одну только дорогу уйдет минимум год. Короче, обернутся вдесятеро большей авантюрой.
«Это выбор, а не приказ, - говорит Джон Лонгсдон, почетный профессор Института космической политики при Университете Джорджа Вашингтона. - Марс далеко, до него сложно добраться, и стоит это кучу денег».
Однако на протяжении десятилетий инженеры и политики мечтали преодолеть все эти препятствия на пути к Красной планете. Некоторые проекты должны были вдохновлять; другие были направлены на то, чтобы поставить ногу человека на марсианскую поверхность. Но у всех была одна общая черта:
Они. Никогда. Не. Воплотились. В реальность.
Первый правдоподобный план по Марсу пришел из неожиданного источника: ужасного романа гениального ученого, раньше работавшего на нацистов. После Второй мировой войны немецкий ракетный инженер Вернер фон Браун, который позже проектировал ракеты «Сатурн» для миссии «Аполлон», был по сути захвачен в качестве военного трофея для испытаний ракеты «Фау-2» для армии США.
В попытке оживить свои дни, фон Браун написал «Проект Марс», роман о пилотируемой экспедиции на Марс. «Основной идеей, думаю, было сбежать оттуда, где он был», - говорит Дэвид Портри, архивариус Научного астрогеологического центра. Подробное техническое приложение к роману описывало физически жизнеспособную серию космических аппаратов, путей и даже дат запуска.
Фон Браун планировал миссию на Марс в 1985 году, с десятью 4000-тонными кораблями и 70 членами экипажа. После многомесячного круиза флот должен был высадить десант на марсианские шапки на глайдерах, оснащенный лыжами. Затем астронавты должны были пройти 7500 километров, чтобы построить взлетно-посадочную полосу для остальных судов близ экватора.
Редакторы журнала Collier очень скоро были очарованы идеями фон Брауна и опубликовали серию богато иллюстрированных статей о будущем освоения космоса. В 1957 году фон Браун и бывший коллега по «Фау-2» Эрнст Штюлингер объединились с Уолтом Диснеем для нескольких эпизодов на тему космоса для телевизионного шоу «Диснейленд», в том числе и о людях на Марсе.
Планы фон Брауна - и их неумолимая популяризация - помогли смягчить отношение американской публики к идее космических путешествий. «Они создали поп-культурное понятие того, что это реально», - говорит Лонгсдон.
Первый план NASA: ядерные ракеты (1959–1961)
Спустя каких-то шесть месяцев с начала официального существования NASA, агентство загорелось желанием отправить миссию на Марс. Его первое официальное исследование послужило наброском будущих планов NASA и в значительной степени было заимствовано из «парадигмы фон Брауна», хотя и было намного меньше и задействовало высокоэффективные ядерные термические ракеты, которые использовали реакторы деления для разогрева водорода в плазменном выхлопе.
В 1960-х годах правительство США провело наземные испытания этих ядерных ракет, и с тех пор они остаются популярными среди дизайнеров миссий NASA. Но отправка ядерного оружия в космос казалась тревожной с точки зрения политики: чтобы вывести такую ракету на орбиту, придется запустить в космос огромное количество урана. Поэтому ракеты никогда не покидали поверхность Земли.
Фотографии Марса привлекают зевак (1965)
В 1966 году NASA боролось за право отправить астронавтов к проносящемуся мимо Марсу в 1976 году. План Joint Action Group (JAG) заключался в отправке экипажа из четырех человек к Марсу и обратно без высадки, оснастив их 40-дюймовым телескопом, с помощью которого они могли бы изучить поверхность планеты при приближении.
Однако новые снимки Марса свели всю затею на нет. Облет зонда «Маринер-4» в 1965 году показал, что бесплодная поверхность планеты была усеяна кратерами, а ее атмосфера была гораздо тоньше, чем считалось раньше, уничтожая нашу затею облета Марса на самолете.
Дефициты бюджета, беспорядки в связи с войной во Вьетнаме и ужасный пожар на стартовой площадке «Аполлона-1» подлили масла в огонь. Конгресс отказался финансировать программу JAG, в конечном счете утопив планы на облет к 1968 году. В последующие годы миссия «Аполлон» вытеснила все остальные планы на Марс.
Большой план Базза Олдрина (1985 – настоящее время)
В 1985 году астронавт «Аполлона-11» Базз Олдрин начал работу над сложной цикличной миссией на Марс, которая подразумевает два материнских корабля, вращающихся вокруг Солнца и периодически перехватывающих орбиты Земли и Марса. На пике миссии этот межпланетный автобусный маршрут должен был бы ежегодно перевозить группы астронавтов в постоянные колонии на Марсе и Фобосе, одной из марсианских лун.
Если план кажется безумным, то таким он и является: Олдрин считал, что если люди собираются отправиться на Марс, они пойдут и дальше.
«Что мы извлекли из миссий «Аполлона»? Мы высадили двух людей на день и потом вернули их обратно, - говорит он. - Почему мы думаем, что будет непросто создать надежную и вдохновляющую последовательность миссий на Марс?».
На протяжении многих лет он конкретизировал свой план в многочисленных книгах. В апреле студенты Университета Пердью завершили детальный технический анализ плана Олдрина. Сам же Олдрин недавно открыл исследовательский институт во Флоридском технологическом институте для разработки своей идеи космических автобусов.
Но в обозримом будущем крылья Олдрина подрезаны политикой. У NASA есть более строгий план под названием «Путешествие на Марс», но его детали пока не анонсировались. Очевидно, крупный план потребует долговременных расходов при поддержке нескольких последующих президентов США.
Распад СССР и дорога на Марс (1989–1991)
В двадцатую годовщину лунной высадки «Аполлона-11» президент Джордж Буш объявил о своей инициативе по освоению космического пространства (SEI), мощной переориентировке приоритетов NASA, которая должна была завершиться высадкой на Марсе к 2019 году, в 50-ю годовщину «Аполлона-11».
Вряд ли сам Буш инвестировал в этот план лично, хотя и казался космическим энтузиастом. За несколько месяцев до анонса он, по существу, делегировал космическую политику Белого дома вице-президенту Дэну Куэйлу и советникам Белого дома по космосу, включая главу Национального космического совета Марка Альбрехта.
Но уже с самого начала план был с изъяном: разногласия между NASA и Белым домом совершенно все испортили. «Было невероятное непонимание, - говорит Альбрехт. - NASA должно было получить карт-бланш, но нет».
К тому моменту, когда SEI дошла до Конгресса, ее ценник - в 450 миллиардов консервативных долларов, при виде которого у людей вставали волосы дыбом, - встревожил ключевых членов Конгресса, которые убили инициативу совершенно.
Люди на Марсе - к 1999! (1990 – настоящее время)
После того как план Буша провалился, сторонники Марса начали искать более чистый и простой план. Другими словами, почему бы не отправиться прямо на Марс?
Так и назвали: Mars Direct. Разработанный парой аэрокосмических инженеров, этот план включал продвинутую роботизированную миссию по поддержке жилых помещений экипажа и транспорта с использованием производных марсианской почвы и атмосферы. За ней последовали бы люди, которые должны были бы провести на поверхности Марса порядка 500 дней, а после вернуться домой.
Будучи президентом группы Mars Society, инженер Роберт Зубрин отстаивал свою миссию в течение последних 25 лет, называя единственным препятствием само NASA. Ранняя версия плана подразумевала, что агентство смогло бы поставить людей на Марс к 1999 году, если бы решилось.
Хотя NASA не решило разрабатывать план Зубрина, собственная марсианская миссия агентства многое позаимствовала из подхода Mars Direct. Будущий марсоход NASA Mars 2020 также будет проводить эксперименты по выделению топлива и кислорода из марсианской атмосферы.
Деньги частные, проблемы общие (2010 – настоящее время)
В отсутствие решительных действий NASA, частные организации вроде Mars Foundation Денниса Тито и Planetary Society ввязались в эту борьбу, предложив собственные миссии на Марс - и все с разными результатами.
Некоммерческая организация , возможно, является самой видной инициативой, подразумевающей отправку десятков энтузиастов Марса в один путь - к колонии на Красной планете к 2030-м годам, но и у нее .
Многие считают Mars One лохотроном и мошеннической программой. Анализы показывают, что колонисты организации будут голодать, а вопросы финансирования позволяют усомниться в авторитете Mars One.
Путешествие на Марс (2013 – настоящее время)
Те, кто собирается в космонавты, возможно, могут рассчитывать на путешествие к Красной планете.
NASA активно занимается разработкой технологий для полета на Марс, вроде капсулы «Орион» и ракеты Space Launch System. Однако текущее расписание агентства отражает медленное и уверенное испытание оборудования - но никаких планов на Марс. План, по которому астронавты отправятся на Марс, до сих пор не обнародован официально.
Остается открытым вопрос, смогут ли длительный проект по освоению Марса поддерживать политики и финансирование США, даже если отдать его на реализацию международным партнерам или частным подрядчикам вроде SpaceX.
«Когда Кеннеди сказал «летим на Луну», он знал, что это станет возможно к 1967 году - и он ожидал, что будет президентом на тот момент, - говорит Лонгсдон. - Но в случае с пяти-шестилетней миссией Марса одной президентской администрации будет недостаточно».
Впрочем, это не мешает астронавтам мечтать о большем. В конце концов, космос осилит летящий.
По материалам National Geographic
Доктор технических наук Л. ГОРШКОВ.
Мечта о полете человека на планету Марс имеет давнюю историю, но только сегодня мы подошли к возможности ее исполнения очень близко. Во многом интерес к Марсу был связан с ожиданием встречи братьев по разуму. И хотя рассчитывать на обнаружение на Марсе разумных существ не приходится, какие-то формы жизни там, вероятно, можно отыскать. Но значение полета человека на Марс выходит далеко за пределы поиска жизни вне Земли. Важно, что Марс - единственная планета, перспективная с точки зрения ее колонизации. Существует мнение, что на Марс следует отправлять не экипаж, а автоматические станции, которые способны заменить человека-исследователя (см. "Наука и жизнь" № ; № ). Несмотря на это, работы по осуществлению полета ведутся, а в Институте медико-биологических проблем начинается эксперимент по моделированию полета. О проекте готовящейся марсианской экспедиции рассказывает Леонид Алексеевич Горшков, главный научный сотрудник РКК "Энергия", доктор технических наук, профессор, лауреат Государствен ной премии, действительный член Академии космонавтики. Один из руководителей работ по марсианской программе в РКК "Энергия". Принимал непосредственное участие в проектировании и разработке кораблей "Союз", станций "Салют", "Мир" и российского сегмента Международной космической станции (МКС). В 1994-1998 годах Л. А. Горшков был заместителем директора программы Международной космической станции с российской стороны.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Схема марсианской экспедиции.
Так устроен электроракетный двигатель.
Конструкция первого служебного модуля Международной космический станции "Звезда" послужила основой для межпланетного экспедиционного комплекса.
Внутреннее устройство жилого модуля межпланетного орбитального корабля.
Взаимодействие элементов модуля солнечного буксира.
Ферменные конструкции составляют основу двигательной установки межпланетного экспедиционного комплекса.
Общий вид межпланетного экспедиционного комплекса. На ажурных фермах установлены панели солнечных фотопреобразователей и два пакета электрореактивных двигателей.
Схема работы взлетно-посадочного комплекса, обеспечивающего доставку космонавтов-исследователей на поверхность Марса и возвращение их на орбитальный корабль.
Как выглядит полет человека на Марс
Перелет с орбиты Земли на орбиту Марса займет 2-2,5 года. Корабль, в котором все это время должен жить и работать экипаж, имеет массу 500 тонн, и топлива ему требуется сотни тонн. Именно масштабность задачи отличает полет человека на Марс от полетов сравнительно небольших автоматических аппаратов. Общая масса всего пилотируемого комплекса становится значительно больше, чем могут вывести на орбиту даже самые мощные ракеты-носители. Поэтому создавать гигантскую ракету для выведения с Земли всего межпланетного комплекса не имеет смысла. Проще отправлять его на околоземную орбиту по частям, из этих частей и собирать там комплекс, используя уже отработанные технологии сборки на орбите.
Полет произойдет следующим образом. За несколько месяцев комплекс соберут, и межпланетная экспедиция по гелиоцентрической орбите перелетит в окрестности Марса. Так как опускать весь межпланетный корабль на поверхность Марса нецелесообразно, в составе комплекса будет взлетно-посадочный модуль. После выхода межпланетного экспедиционного комплекса на круговую орбиту вокруг Марса в нем экипаж или его часть совершит посадку на поверхность планеты. После окончания работы на поверхности космонавты вернутся на корабль. Межпланетный экспедиционный комплекс стартует с околомарсианской орбиты к Земле и выйдет на орбиту, с которой стартовал к Марсу. На корабле возвращения экипаж спустится на Землю.
Таким образом, межпланетный экспедиционный комплекс состоит из четырех основных функциональных частей: корабля, в котором работает экипаж и размещается все основное оборудование; межпланетного буксира, обеспечивающего перелет по межпланетной траектории; взлетно-посадочного комплекса и корабля возвращения на Землю.
Основная проблема организации полета человека на Марс - обеспечить высокую вероятность благополучного возвращения экипажа. Уровень безопасности экипажа должен соответствовать российским стандартам, то есть марсианская экспедиция должна быть не опаснее, чем, например, полет на орбитальную станцию. Выполнить это требование чрезвычайно сложно.
Одним из принципиальных технических решений по межпланетному комплексу стал выбор буксира, по существу - большой ракеты с многократным включением двигателей.
Сегодня самой надежной ракетой, выводящей человека в космос, остается ракета-носитель "Союз", прекрасно работавшая всю многолетнюю историю пилотируемых полетов. Но даже и она, хоть и редко, отказывает. На этот случай предусмотрена система аварийного спасения, когда при выходе из строя ракеты-носителя пороховые двигатели уводят спускаемый аппарат с экипажем от ракеты и космонавты приземляются на поверхность Земли. Эту систему спасения уже приходилось применять при эксплуатации орбитальных станций.
Ракету "Союз" соберут на Земле и испытают с участием множества специалистов, включая группы контроля качества работ, а межпланетную ракету соберут и испытают на орбите. И она должна иметь значительно более высокую надежность, чем "Союз", так как невозможно создать систему аварийного спасения экипажа в случае отказа в процессе ее выхода на гелиоцентрическую орбиту. Поэтому для обеспечения необходимой безопасности экипажа нужны принципиально новые технические решения при выборе межпланетного буксира.
Работы над концепцией полета человека на Марс ведутся с 1960 года (см. "Наука и жизнь" № 6, 1994 г.). Первый отечественный проект корабля для посадки человека на поверхность Марса был выполнен в ОКБ-1, возглавляемом Сергеем Павловичем Королевым. Ныне это Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им С. П. Королева. В проекте 1960 года было принято принципиально новое техническое решение: использовать для межпланетной экспедиции электроракетные двигатели (см. "Наука и жизнь" № ). Это решение РКК "Энергии" осталось неизменным для всех последующих модификаций проекта полета человека на Марс, и именно оно позволило во многом решить проблему безопасности.
Принцип работы электроракетных двигателей заключается в том, что реактивная струя, обеспечивающая тягу, создается не вследствие теплового расширения газа, как в жидкостных ракетных двигателях (ЖРД), а с помощью разгона ионизированного газа в электромагнитном поле, создаваемом бортовой электростанцией. Топливом, а точнее, "рабочим телом" станет газ ксенон.
В качестве электростанции, питающей электроракетные двигатели, в 1960 году собирались использовать ядерный реактор мощностью 7 МВт. Отдельные части корабля предполагали доставлять на орбиту тяжелой ракетой-носителем (в это время еще только начинались работы по ракете Н-1). Экипаж планировался из шести человек. После посадки на поверхность Марса оборудование собрали бы в виде "поезда", который должен был пересечь планету от одного ее полюса до другого.
В 1969 году этот проект был переработан. Мощность реактора увеличена до 15 МВт. Для повышения надежности двигательной установки вместо одного реактора запланировали три. В ходе переработки проекта пришлось умерить "аппетиты": число посадочных аппаратов с пяти сократили до одного, членов экипажа стало четверо. В качестве ракеты-носителя решили использовать модификацию новой тяжелой ракеты Н-1 (см. "Наука и жизнь" №№ 4, 5, 1994 г.).
В 1988 году вследствие большого прогресса в создании пленочных фотопреобразователей и успехов в разработке трансформируемых ферменных конструкций ядерный реактор заменили на солнечные батареи. Одним из мотивов этого решения стало стремление сделать межпланетный экспедиционный комплекс экологически чистым. Основным достоинством такого решения была возможность многократного дублирования двигательной установки. Для доставки деталей корабля на орбиту Земли предполагалось использовать новую ракету-носитель "Энергия".
Элементы экспедиционного комплекса и состояние их разработки
Первый элемент международного комплекса - корабль, в котором работает экипаж. Он называется межпланетным орбитальным кораблем. Орбитальным - потому, что его главная функция связана с работой на орбитах межпланетного перелета. Создание этого корабля в сравнительно короткие сроки вполне реально. По своим задачам он, по существу, - аналог российского модуля "Звезда" Международной космической станции, только несколько больший по размерам. Дело в том, что на космическую станцию требуемое оборудование можно доставить на корабле "Прогресс" через два-три месяца, а у марсианской экспедиции такой возможности не будет два-два с половиной года. Поэтому все, что может понадобиться в течение всего полета, в том числе при возникновении нештатных ситуаций, нужно взять с собой и разместить на корабле.
Основные системы межпланетного корабля уже отработаны на орбитальных станциях "Салют" и "Мир". Поэтому для его постройки планируется использовать готовую документацию на многие конструктивные элементы, а главное - заводскую оснастку и технологии, имеющиеся на заводе - изготовителе корпуса модуля "Звезда" (завод Центра им. Хруничева).
Второй элемент межпланетного экспедиционного комплекса - солнечный буксир, обеспечивающий перелет по межпланетной траектории. Он состоит из двух пакетов электроракетных двигателей с системами управления, баков с рабочим телом и больших панелей с пленочными солнечными фотопреобразователями, снабжающими энергией двигатели.
Солнечный буксир также включает много уже разработанных агрегатов, конструкций и систем. Электроракетные двигатели широко используют в космической технике, и для полета на Марс требуется только несколько усовершенствовать их характеристики. Пленочные солнечные фотопреобразователи изготавливают в России для наземных нужд. А для проверки стойкости в условиях космического пространства их образцы размещали на внешней поверхности станции "Мир". Трансформируемые конструкции, на которых должны размещаться фотопреобразователи, также отрабатывали при полетах орбитальных станций. В солнечном буксире предполагается взять за основу конструкцию фермы "Софора", установленной на станции "Мир". Чтобы соединения не имели люфтов, использовали так называемый "эффект памяти формы", то есть способность некоторых материалов после нагревания принимать форму и размеры, какие были у соответствующих деталей до специально проведенной деформации.
Третий элемент межпланетного комплекса - взлетно-посадочный комплекс, в котором часть экипажа совершает посадку на поверхность Марса и возвращается обратно в корабль. Взлетно-посадочный комплекс в отличие от предыдущих элементов - совершенно новая разработка. Его аналогов в российских программах еще не было. Однако подобные задачи в российской космонавтике решались, и каких-то серьезных проблем по его созданию не видно.
И, наконец, четвертый элемент комплекса - корабль возвращения к Земле . Он имеет реальный прототип - корабль "Зонд", который разрабатывали в СССР для облета человеком Луны с входом в плотные слои атмосферы со второй космической скоростью. "Зонд-4"-"Зонд-7" совершили полеты в 1968-1969 годах с животными в кабине экипажа. Правда, от полетов человека в этих кораблях впоследствии отказались.
В чем же особенность проекта РКК "Энергия"? Почему он представляется вполне реальным? Прежде всего, из-за выбора двигательной установки межпланетного перелета. Электроракетные двигатели имеют сравнительно малую тягу, но высокую скорость истечения струи, что существенно снижает необходимые запасы топлива для межпланетных перелетов. Но самое главное состоит в том, что в отличие от всех других двигателей они позволяют обеспечить многократное резервирование. Что имеется в виду?
Для межпланетного комплекса с начальной массой порядка 1000 тонн нужно примерно 400 электроракетных двигателей тягой около 80 гс (0,8 Н) каждый. Все эти двигатели или группы двигателей работают независимо друг от друга, каждая группа имеет свою секцию баков с рабочим телом, свою систему управления, свою секцию солнечных батарей. И отказ даже нескольких групп двигателей не повлияет на межпланетный перелет. Такая двигательная установка практически не подвержена отказам. Это что-то вроде той стаи гусей, которая возила барона Мюнхаузена на Луну: любой гусь по дороге имел право устать и сойти с дистанции без вреда для всего полета.
Суммарная тяга всех двигателей составляет 32 кгс, или 320 Н. В открытом космосе корабль массой около 1000 тонн под действием этой силы приобретает ускорение 32x10 -5 м/с 2 . Этого мизерного ускорения достаточно, чтобы при длительной работе двигателей набрать необходимую для межпланетного перелета скорость. Время движения корабля по спиральной траектории вокруг Земли составляет около трех месяцев. На этом участке траектории двигатели не работают непрерывно, они выключаются при затенении Солнца Землей. После перехода корабля на гелиоцентрическую орбиту работа двигателей продолжится.
В России уже пройден большой путь к организации первого полета человека на Марс. На орбитальных станциях "Салют" и "Мир" проверены многие элементы будущего межпланетного комплекса, проведена огромная работа по отработке систем и технологий обеспечения длительных полетов человека в космос. Ни в одной стране не накоплено такого опыта.
В настоящее время в Институте медико-биологических проблем готовится эксперимент "500 дней" по исследованию медицинских аспектов будущего полета человека на Марс. В качестве основы макета марсианского комплекса используется конструкция, созданная в 1960-х годах по инициативе С. П. Королева, на которой уже проводились исследования по программе отработки межпланетных полетов.
Название эксперимента связано с тем, что, хотя время полета человека на Марс составляет 700-900 суток в зависимости от года проведения экспедиции, первый экспериментальный "полет" на Земле будет длиться 500 дней. Первый экипаж наземного "полета" составит шесть человек, и будет он международным, из представителей разных стран.
Представляется, что американцы окончательно еще не определились с концепцией полета человека на Марс. Но, судя по публикациям, докладам на международных конференциях, они склоняются к использованию ядерных двигателей. Российские специалисты не разделяют этого подхода по многим причинам. Во-первых, испытания таких двигателей на Земле связаны с истечением мощной радиоактивной струи. Несмотря на то что существуют технические способы защиты от нее земной атмосферы, стенды отработки таких двигателей все-таки представляют определенную опасность для окружающей территории. Но самое главное заключается в том, что для ядерных двигателей недостижим такой уровень надежности, какой можно достичь, применяя многократно резервируемые электроракетные двигатели. Кроме того, использование для межпланетного перелета экологически чистых двигателей позволяет сделать межпланетный корабль многоразовым. Многоразовость очень привлекательна, когда речь идет не о единственном полете, а о программе освоения Марса.
Этап посадки на поверхность Марса наиболее критичен с точки зрения обеспечения безопасности экипажа. В отличие от солнечного буксира и межпланетного орбитального корабля взлетно-посадочный комплекс имеет гораздо меньше возможностей использовать резервные комплекты оборудования: процессы идут быстро, и подключить дублирующее оборудование не всегда возможно. Поэтому главным фактором обеспечения необходимой надежности взлетно-посадочного комплекса становится его тщательная отработка, в том числе в беспилотном режиме в реальных марсианских условиях. Никто не решится послать на Марс человека до того, как взлетно-посадочный комплекс не осуществит посадку и взлет с планеты в автоматическом режиме. Поэтому первые полеты человека к Марсу будут без посадки экипажа на его поверхность.
При первых полетах к Марсу экипаж останется на околомарсианской орбите, на поверхность спустится только телеуправляемый автоматический аппарат. Следует особо обратить внимание на этот этап исследования Марса человеком. По существу, на поверхность "спускаются" глаза и руки космонавта. В этом полете хорошо сочетаются и безопасность экипажа, и использование в полной мере опыта и интуиции ученого-планетолога, который будет проводить исследования с борта межпланетного орбитального корабля. Получается полное виртуальное присутствие человека на реальной поверхности Марса. С Земли это сделать невозможно из-за большого расстояния и запаздывания сигнала на несколько десятков минут.
Трудно найти разницу с точки зрения эффективности работы, присутствует ли человек на поверхности физически или виртуально. Разве только не остается на грунте следа подошвы ботинок космонавта. При виртуальной посадке на Марс космонавт ведет наблюдение не через иллюминатор скафандра, а через весьма совершенные видеосредства. Работает не руками в перчатках скафандра, а с помощью более тонких инструментов. Учитывая, что одна из целей экспедиций на Марс - подготовка к его колонизации, полет с виртуальной посадкой экипажа станет только первым этапом в этом процессе.
Таким образом, российский проект полета человека на Марс обладает очень важными особенностями. Во-первых, технические решения, заложенные в проект, и наличие большого задела делают полет на Марс самым дешевым из всех известных вариантов экспедиций; во-вторых, безопасность экипажа в этом полете очень высока.
Зачем лететь на Марс?
И здесь уместен вопрос: а нужен ли вообще полет человека на Марс? С одной стороны, казалось бы, все ясно: полет человека на Марс стоит дорого. Каких-то более или менее заметных благ для землян он не сулит. А на самой Земле есть много проблем, на решение которых требуются средства. Даже просто обеспечение земного населения пищей представляется более приоритетной задачей, чем полет человека на Марс.
Но, к счастью, хотя жизнь населения Земли во все времена не была благополучной, человечество никогда не руководствовалось очевидным на первый взгляд принципом "сиюминутной выгоды". Именно поэтому мы сегодня не сидим в звериных шкурах у костра возле пещеры. Исследование окрестностей собственного "дома", от Мирового океана до космического пространства, всегда было и остается одним из элементов развития цивилизации.
Но существует ли какая-нибудь прагматичная мотивация полета на Марс? Первая очевидная задача экспедиции - изучение нашей соседней планеты. Исследования Марса помогут в значительной степени прогнозировать развитие Земли, продвинуться в понимании проблемы происхождения жизни и многом другом. Они находятся в одном ряду с изучением звезд, галактик, окружающей нас Вселенной, проникновением в существо материи, изучением структуры микромира, строения атомного ядра… Все это непосредственной выгоды в ближайшее время не сулит.
Мы все живем на одной планете, и она подвержена различным глобальным опасностям, которые могут уничтожить все человечество. Например, столкновение с астероидом достаточно большой массы, безусловно, будет означать конец истории Homo sapiens. Да и сами земляне представляют опасность для самих себя. "Яйца не должны лежать в одной корзине", и организация поселений на других планетах Солнечной cистемы, и в первую очередь на Марсе, служит выходом из этой ситуации. Несмотря на то что вероятность глобальной катастрофы невелика, цена, которую может заплатить человечество за беспечность, максимальна из всего, что только можно представить. Процесс освоения планет длительный, но откладывать его начало неразумно, учитывая эту цену. Казалось бы, вполне прагматичная цель. Тем не менее многие считают вероятность глобальной катастрофы слишком низкой, чтобы признать программу освоения планет вполне обоснован ной для развертывания работ по полету человека на Марс. Но следует иметь в виду, что совокупность интересов членов общества никогда не соответствует интересам всего общества в целом.
Важен вопрос о мотивации работ по марсианской программе в России. Есть ли практические задачи, которые решит Россия, взявшись за организацию полета человека на Марс? Оказывается, есть.
Несмотря на то что динамика развития экономики России позитивна, у нее существует весьма уязвимое место - ресурсная направленность (производство и экспорт углеводородов, металлургия и т. д.), на что неоднократно обращал внимание президент Российской Федерации. Восстановить промышленность России после кризиса 1990-х годов пока не удалось. А какую промышленность надо восстанавливать прежде всего? Наверное, ту, которая использует передовые технологии, востребованные на мировом рынке. И авиакосмические технологии относятся именно к таким. По многим из них у нашей страны есть безусловный приоритет.
Восстановление промышленности имеет и социальный аспект. В создании орбитальных станций "Салют", "Мир", российского сегмента Международной космической станции, например, участвовали тысячи предприятий, работающих в самых различных регионах и городах страны. Для создания космической техники нужны не только чисто "космические" производства. Необходимы различные приборы и агрегаты, материалы и многое другое. А это все рабочие места для специалистов, использующих передовые технологии, что всегда очень важно для любой страны.
Мы уже привыкли к понятию "утечка мозгов". Утечка мозгов идет, но вроде бы ничего страшного не происходит. В действительности это только так кажется. Процесс, когда наиболее ценные кадры покидают Россию, опасен для страны, грозит самому ее существованию. Ученые покидают страну не потому, что за рубежом они получают больше денег, а прежде всего потому, что в нашей стране нет программ, в которых они нашли бы себе применение. России как воздух нужны крупные научные программы. В частности, в программе полета человека на Марс будут востребованы ученые самых различных специальностей - биологи, медики, материаловеды, физики, программисты, химики и многие, многие другие.
Можно по-разному относиться к понятию престижа страны. Но авторитет государства - это понятие в том числе и экономическое. Вспомним, как вырос авторитет США после программы "Аполлон". Полет человека на Марс, что бы ни говорили по этому поводу скептики, всегда волновал и будет волновать человечество. Реализация этой мечты многих поколений предельно престижна. Так что проект полета человека на Марс для России имеет особое значение.
Теперь о ситуации с международным сотрудничеством при организации полета человека на Марс. Очень часто можно слышать, что этот полет возможен только в широкой международной кооперации. Действительно, освоение Марса - длительный процесс, и в нем на определенных этапах станут участвовать практически все страны, обладающие соответствующими технология ми. В программе полетов на Марс будут востребованы самые различные корабли, базы, средства исследований и строительства. Национальные программы различных стран будут решать отдельные задачи освоения Марса. И каждая страна пройдет свою часть пути к этой программе.
Пока существуют разные государства, неизбежно наличие национальных программ. Каждая страна заинтересована в развитии своих передовых технологий, основанных на собственном опыте и разработках. Особенно если эти технологии востребованы на мировом рынке. Поэтому в космонавтике всегда будут соседствовать и международные и национальные программы.
Сегодня в США полет человека на Марс объявлен национальной программой. Американцы, в принципе, могут пригласить участвовать в ней и другие страны, однако за их собственные средства. Но собственные средства следует тратить с максимальной выгодой для себя. Вряд ли целесообразно делать за свои деньги какие-то элементы американской программы. Более выгодно разрабатывать ключевые технологии при полете человека на Марс, которые позволят развивать национальные программы и в дальнейшем. Например, многоразовые солнечные буксиры, ставшие одним из элементов российской концепции полета на Марс, позволят решать многие другие задачи, стоящие перед человечеством. Дело в том, что эффективные космические буксиры в перспективе во многом определят космическую стратегию, как когда-то ракеты-носители. Иными словами, Россия должна иметь собственную программу развития, а не обслуживать чужие интересы. Это ни в коей мере не мешает сотрудничеству. Системы, созданные в России, будут важны для обеспечения более широких возможностей, в том числе и американских полетов. И кооперация с различными странами по созданию отдельных элементов экспедиций, безусловно, будет.
Сотрудничество с США в первом полете человека на Марс имеет и чисто технические аспекты. Мы уважаем квалификацию американских инженеров. Но принятая американцами концепция может нас не устроить. Известен ряд американских программ, которые технически неприемлемы для российских специалистов, в том числе с точки зрения обеспечения безопасности экипажа.
Предположим, что американцы захотят осуществить какой-нибудь грандиозный марсианский ядерный проект наподобие "Фридом" и, хотя это маловероятно, предложат России участвовать в этом проекте на паритетной основе. Ну и что нам делать? Участвовать? Или практически за те же деньги разрабатывать проект, основанный на российских технологиях, более дешевый, менее амбициозный и, как мы рассчитываем, более результативный. Представляется, что второй путь естественен: интеллектуальный потенциал и опыт разработок пилотируемых программ, особенно связанных с длительными полетами человека, у российских специалистов, во всяком случае, не меньший, чем у американцев.
Работа над марсианской экспедицией в США и в России не будет какой-то "марсианской гонкой". Каждая из стран станет разрабатывать свои ключевые технологии, которые позволят развивать свою национальную передовую промышленность и науку. Например, для организации очень результативного пилотируемого полета на орбиту Марса с виртуальной посадкой экипажа на марсианскую поверхность Россия уже имеет огромный технический и технологический задел. И очень важно использовать его в крупной научно-технической программе.
Таким образом, в России есть все для осуществления полета человека к Марсу: необходимый интеллектуальный потенциал, уникальный опыт работ по пилотируемым программам, работоспособная промышленная кооперация, необходимость инвестиций в наукоемкую промышленность с передовыми технологиями. Есть все основания рассчитывать, что в ближайшие десятилетия давняя мечта землян о полете человека на Марс наконец осуществится!