• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21.05.2017
Редакция Naked Science
5
22 516

Марс – это вам не Луна. Почему так сложно отправить человека на Красную планету?

3.8

Если вы думаете, что дело в расстоянии, то вы правы лишь отчасти. Разбираемся в сложностях пилотируемой марсианской экспедиции.

Марс
©Wikipedia / Автор: Владимир Богданов

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 в копилке успехов советской космонавтики.

Командный модуль корабля «Аполлон» /© NASA

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 его пыльным тропинкам, 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.

Марсианский поезд (советский проект 60-х годлов)/ © energia.ru

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.

Минимальное расстояние между двумя планетами наблюдается в моменты Великих противостояний / © blogspot.com

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 м³. Примерно 2 м³ 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 м³ 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 тонны. Тогда как масса командного модуля «Аполлона-11», без двигательного отсека, составляла только 5,56 тонны. 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.

МКС в стадии строительства на орбите . Модуль «Звезда» третий слева /© NASA

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.

Эскизный вариант транспортно-энергетического модуля /© РКК Энергия

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.

Закат на Марсе. Снимок марсохода Spirit / ©NASA

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, вблизи солнечного диска его оттенок меняется с голубого на фиолетовый, а днем оно желто-оранжевое. Причиной тому – 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?

Небо даже днем на Луне черное / ©NASA

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.

Аэродинамический надувной замедлитель сверхзвуковой скорости /© NASA

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.

Марс и его спутники / ©NASA

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. Все это потребует длительного пребывания на поверхности планеты. И для этого необходимо 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.

Обитаемый модуль Deep Space Habitat и два марсианских ровера Space Exploration Vehicle/ © wikipedia.org

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».

Сравнение размеров Земли, Марса и Луны/© professornerdster.com

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
30 ноября
Редакция Naked Science

Последние полвека темпы развития науки снижаются. В быту это пока незаметно, потому что от фундаментального открытия до его реализации в технике проходят десятки лет. Но замедление длится слишком долго, то есть вскоре мы столкнемся с замедлением развития техники в целом. Naked Science решил дать перевод видео физика и популяризатора Сабины Хоссенфельдер на эту тему. Что же не так с современной наукой и можно ли что-то исправить?

Позавчера, 10:43
Андрей

Группа астрономов изучила десятки панорамных снимков, сделанных марсоходом Curiosity в 2019 и 2021 годах, и заметила на них уникальное атмосферное явление. Перистые облака на большой высоте переливались красным, зеленым и синим цветами в лучах закатного Солнца. На Земле такие облака называют перламутровыми и на Красной планете наблюдают впервые. Ученые также обнаружили сезонность этих переливов.

11 часов назад
Юлия Трепалина

Борщевик Сосновского, распространение которого грозит экологической катастрофой, ранее практически не имел естественных врагов. Недавно группа ученых из Российской академии наук и МГУ выяснила, что корни борщевика могут повреждать сциариды Bradysia impatiens — мелкие двукрылые насекомые, уничтожающие растения в теплицах.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

27 ноября
Елизавета Александрова

Под названием «космические лучи» скрывается не только свет, то есть фотоны, но и протоны, электроны и другие частицы. Все они летят к нам от звезд. Иногда ученые могут даже с уверенностью сказать, от каких именно. К примеру, в земную атмосферу постоянно врываются солнечные протоны. Недавно одна из обсерваторий уловила прибывшие на нашу планету электроны и позитроны с беспрецедентной энергией. Они точно «родом» не с Солнца, но у ученых есть предположения, откуда они могут быть.

28 ноября
Полина Меньшова

Принято считать, что большой мозг, характерный для человека, появился как результат резких скачков развития от одного вида к другому. Однако ученые из Великобритании изучили самый большой в истории набор данных об окаменелостях древних людей и обнаружили, что эволюция мозга происходила по-другому.

16 ноября
Evgenia

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

25 ноября
Полина Меньшова

Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.

28 ноября
Елизавета Александрова

Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев
Arturas Abrutis
31.12.2019
-
0
+
да ни кто небыл и НЕ БУДЕТ дальше земной орбиты человечество за слабое ето решыть все что мы видим это просто краасиво построены фантазии параноиков
Дмитрий сохрани себе это на стену, это истина )))))))
Ванечка
11.09.2018
-
0
+
Ну да и Илон Маск у них жулик. И вообще Земля плоская. Довольно забавно наблюдать тех кто всерьез не верит :) Особенно сейчас когда успехи американцев в освоении космоса более чем очевидны. Сдуйтесь патриоты у России просто нет денег чтобы повторить хотя бы Луноход.
Автор, ты серьёзно веришь в то что Американцы были на Луне?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно