Полет на Марс: или быть колонизации Красной планеты?

Многие из нас в детстве мечтал стать космонавтом. Многие мечтают до сих пор, даже если и не быть профессиональным астронавтом, то хотя бы побывать в космосе. Казалось бы, что это несбыточные мечты, но человечество уже имеет в своей истории успешные примеры исследования околоземного пространства, не говоря уже о высадке человека на Луну.

Технологии в современном мире развиваются так быстро, что мы можем и не зоглядітися, как через несколько лет полет на другую планету станет для нас чем-то вполне реальным и возможным. Например, полет на Марс.

Ученые, инженеры, специалисты из космических технологий со всего мира в течение многих лет пытаются разработать стратегию и необходимое оборудование для осуществления этой миссии. Идея доставки экспедиции на Марс, по сути, является первым шагом колонизации Красной планеты и проявлением феномена экспансии человека.

Зачем человечеству Марс?

Одной из первоочередных и важнейших целей полета на Марс и его освоение является создание постоянной базы для научных исследований планеты и ее спутников, в перспективе – для изучения, а также, возможно, и колонизации пояса астероидов (в том числе добычи полезных ископаемых на них) и дальних планет Солнечной Системы.

В интересах науки, основной эффект от экспедиции с участием живых астронавтов заключается в том, что человек есть несравненно более универсальным и гибким «инструментом» исследования, чем работы (марсоходы и стационарные посадочные аппараты). Очевидно, что люди способны гораздо качественнее исследовать район посадки и прилегающие территории, самостоятельно, быстро и эффективно выбрать наиболее актуальные направления исследования, исходя из фактической ситуации, которую невозможно или сложно предугадать заранее при подготовке экспедиции.

Поскольку экипаж будет возвращаться обратно на Землю, для ученых открывается возможность доставить большое количество невероятно интересных образцов различных субстратов непосредственно в лаборатории, оснащены полным спектром доступного человечеству оборудования. Также, в случае экстренной ситуации, экипаж корабля способен выполнить такие работы и исследования, которые нельзя было бы запланировать заранее. Особое значение имеет то, что важные решения о ходе работ могут приниматься очень быстро и наиболее адекватно ситуации, поскольку экипаж будет находиться непосредственно на поверхности в реальной обстановке, в отличие от операторов и управляющих автоматическими аппаратами, что находятся на Земле, от и до которой сигнал в обе стороны будет идти не менее получаса.

Пилотируемая экспедиция может наконец получить ответы на вопросы относительно Марса, мучающие ученых последние десятилетия, в частности относительно природных условий планеты и возможности существования на ней жизни.

В случае успешного освоения Марса, человечество смогло бы развернуть на Красной планете масштабный проект по промышленной добыче ценных полезных ископаемых. Известно, что полезные ископаемые на Земле являются исчерпывающими, а поскольку население постоянно растет и технологический прогресс не стоит не месте – Земля может не избежать катастрофического дефицита промышленных ресурсов.

Также стоит сказать о решении демографических проблем Земли за счет колонизации Марса. “Переїзд” землян на Червону планету міг би стати не лише ідеальним варіантом вирішення проблеми “перенаселення Землі”, но и созданием определенного запасного аэродрома. Колонизация Марса может сыграть решающую роль в спасении человечества в случае глобальной катастрофы на Земле, например столкновение с астероидом. Несмотря на то, что вероятность такой катастрофы невелика, необходимо об этом думать, потому что в результате глобального катаклизма человеческая цивилизация может совсем прекратить свое существование.

На сегодняшний день, эти планы невозможно реализовать, в силу того, что во-первых, для ощутимого переселения необходимо транспортировать с Земли населения в масштабах, не потянет современная техника (как минимум – миллионы людей), во-вторых – обеспечить полную автономию колонии и возможности более-менее комфортной жизни на поверхности чужой планеты. Ученые активно работают над решением этих проблем.

 

Проекты и идеи полета на Марс

Проекты полета на Красную планету первыми начали развивать США и СССР, как первые космические державы. В СССР первые варианты космических кораблей для экспедиции на Марс начали рассматриваться с 1959 года. Сначала булы разработаны эскизы проекта марсианского пилотируемого комплекса (МПК). Затем в этом же секторе последовала разработка тяжелого межпланетного корабля (ВМК). Он был трехместным, и его можно было вывести на околоземную орбиту за один пуск советской ракеты-носителя Н-1 с корректировкой траектории полета к Марсу. Этот проект не предусматривал высадки экипажа на поверхность планеты.

Но, эти разработки, как и многие другие, закрыли в пользу участия в “лунной гонке”. После ее проигрыша, вновь стали рассматриваться полет на Марс, но в зв’в связи с распадом СССР и экономическим кризисом, возвращение к идеям міжпланентних полетов стало возможно только в 2000-х годах.

Если говорить о США, то технический план полета на Марс впервые был предложен разработчиком первой в мире баллистической ракеты, немецким конструктором Вернером фон Брауном в 1948 году. Еще один немец, который переехал в США – Вилли Лей – в 1949 году написал научно-популярную книгу «Завоевание космоса», посвященную исследованию ближнего космоса.

В 1958 году было создано НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства), а уже в 1960 году все армейские проекты, пов’связанные с космосом, были переданы НАСА и о’объединенные в создан Космический центр Маршалла, директором которого был назначен Вернер фон Браун. В 1961 году была принята программа «Апполон», что ставила целью высадку астронавтов на Луну. После ее успеха, фон Браун предложил сделать пилотируемую миссию на Марс главной целью последующей программы пилотируемых полетов НАСА.

Уже 2 декабря 2014 года NASA объявила о своем намерении отправить людей на Марс в 30-х годах этого века. Для отработки будущего полета к Марсу, еще в 2012 году была предложена специальная предварительная программа NASA под именем’ям Asteroid Redirect Mission, приблизительной цене в 2.6 млрд долларов. Она включает в себя захват мини-астероида и выведения его на стационарную обратную орбиту вокруг Луны с помощью беспилотного космического аппарата с ионным двигателем, а затем высадку астронавтов на этот астероид к 2025 года.

Довольно интересными на сегодняшний день являются миссии полета на Марс, создаваемые частными организациями. Одними из известнейших в мире есть проекты компании SpaceX американского миллиардера Илона Маска. Его первоначальным планом было построить на Марсе нечто вроде миниатюрной теплицы для выращивания растений (проект Mars Oasis), однако Маск столкнулся с проблемой отсутствия ракет, способных воплотить его мечту. В результате он основал частную аэрокосмическую компанию, которая занимается созданием техники, что сможет доставить человека на Марс.

На данном этапе, Маск уже имеет ракету, что способна полететь на Марс, а именно Falcon Heavy. Но в состоянии ли она полноценно доставить экипаж до Красной планеты и вернуться обратно?

Falcon Heavy действительно является наиболее мощной ракетой-носителем, что используется в данный момент. Она способна вывести на низкую опорную орбиту 63,8 тонны груза, что почти в 2,5 раза больше, чем другие “серийно” летающие в космос ракеты. Для сравнения, российская ракета-носитель тяжелого класса “Протон-М” может вывести на низкую опорную орбиту только 23 тонны, столько же поднимает “младший брат” Falcon Heavy, Falcon 9.

Также, благодаря использованию инновационных технологий, себестоимость запуска Falcon Heavy сравнительно небольшая – по предварительным оценкам, около 90 миллионов долларов. Это, с учетом грузоподъемности ракеты, делает ее весьма выгодной “космическим грузовиком”: стоимость доставки 1 тонны груза на низкую опорную орбиту составит около 1,4 миллиона долларов США – вдвое меньше, чем у российского “Прогресса-М” или Falcon 9.

Показатели грузоподъемности характерны лишь для вывода на низкую орбиту – первую строчку, которую нужно преодолеть космическом аппарата для полета к Марсу. Для того чтобы попасть на поверхность Красной планеты, кораблю нужно преодолеть очень много пути.

Так, после выхода на орбиту, нужно набрать достаточную скорость, чтобы покинуть поле притяжения Земли: 11,2 километра в секунду. После этого можно выключать двигатели: большую часть пути до Марса корабль пролетит по инерции. Однако с приближением к планете у двигателей снова с’появится работа.

Дело в том, что корабль будет двигаться слишком быстро для того, чтобы выйти на орбиту Марса. То есть, придется включать двигатели для того, чтобы затормозить до 5 километров в секунду, что позволит кораблю выйти на орбиту Марса.

Каждый из этих этапов требует значительных затрат топлива, которое корабль вынужден везти на “своем горбу”. Проще говоря, в 63,8 тонн груза, что Falcon Heavy может поднять, должна входить и вес этого топлива, а значит реальная грузоподъемность ракеты для марсианской миссии будет существенно ниже.

А выходом на орбиту дело не ограничивается. Кораблю (или хотя бы его части) еще надо будет каким-то образом приземлиться (опять-таки, потратив топливо на торможение). А после того как космонавты закончат свои дела на Марсе, надо будет снова взлететь, выйти на орбиту, а потом разогнаться для выхода из нее и взять курс на Землю. Все это – дополнительное топливо, а значит – дополнительный вес. Другими словами, для Falcon Heavy марсианская миссия является делом, к сожалению, пока не подъемной.

В сентябре 2017 года Илон Маск представил обновленный проект реализации системы полета на Марс, в основе которой лежит создание космического корабля BFR – Big Falcon Rocket.

Big Falcon Rocket должен состоять из двух ступеней. Первая из них, ускоритель, позволит вывести корабль на орбиту Земли, а вторая будет отвечать за полет к Марсу. Обе ступени предполагается сделать многоразовыми. BFR сможет поднимать на орбиту 150 тонн груза, а стоимость запуска будет довольно низкой.

Также, в планах Маска создать на Марсе автоматическую установку по производству жидкого кислорода и метана из местной атмосферы. С ее помощью можно будет производить ракетное топливо прямо на Красной планете, что существенно снизит вес необходимого груза. Однако многие исследователи считают такой проект слишком сложным. В частности, они указывают на то, что производство ракетного топлива из ресурсов атмосферы Марса хотя и возможно теоретически, будет пов’связано с большим количеством технических проблем.

 

Основные сложности пилотируемого полета на Марс и его колонизации

Не говоря о крайне высокую стоимость такой миссии и сложности в создании космического корабля, что отвечал бы техническим требованиям, выделяют такие сложности полета и пребывания человека на Марсе:

• Высокий уровень космической радиации, создание защитного оборудования для космонавтов.
• Отсутствие ключевых элементов, необходимых для жизни человека (чистый воздух, жидкая вода, полноценное питание).
• Сильные сезонные и суточные изменения температуры.
• Пониженная сила тяжести, что может повлиять на развитие дегенеративных изменений в организме.
• Изменения метаболизма, нарушения сна, снижение работоспособности астронавтов.
• Психологический аспект длительного пребывания в замкнутом пространстве: когнитивные и поведенческие расстройства, сложности с взаимодействием в команде и т. п.
• Наличие пыли с высоким содержанием перхлоратов и гипса. Его частицы слишком малы, чтобы полностью изолироваться от них, а электростатические свойства (в результате трения) способны вывести из строя технику.
• Технические поломки, удаленность от цивилизации.

Как бы там не было, колонизация Марса, с одной стороны, не является панацеей от всех земных бед. Многие критики считают, что на Марсе пока не обнаружено ничего настолько ценного, что оправдало бы риск для людей и расходы на организацию добычи образцов и их транспортировки, а для колонизации на Земле все еще остаются огромные незаселенные территории, условия которых являются гораздо более благоприятными, чем на Марсе, и освоение которых обойдется намного дешевле , в том числе Сибирь, огромные просторы приэкваториальных пустынь и даже целый материк – Антарктида.

Но с другой стороны, полет на Марс стал бы одним из величайших событий в истории человечества, и позволил бы понять жизнедеятельность Вселенной по новому. Технологии развиваются с невероятной скоростью, поэтому мы уверены, что пилотируемый полет на Марс – это лишь дело времени.