Есть несколько важных проблем, которые нужно решить, прежде чем начнётся любое путешествие на Марс и обратно. Двумя основными игроками являются NASA и SpaceX, которые тесно сотрудничают между собой во время миссий на Международную космическую станцию, но имеют разные взгляды на то, как будет выглядеть полёт экипажа на Красную планету.
Статью подготовили специалисты портала Inverse.com.
Размер всё же имеет значение
Самая большая проблема — это масса полезной нагрузки (космический корабль, люди, топливо, припасы и прочее), необходимой для миссии. Мы до сих пор говорим о запуске чего-либо в космос, как о запуске на вес золота. Масса полезной нагрузки обычно составляет лишь небольшой процент от общей массы ракеты-носителя. Например, ракета «Сатурн V», которая запустила «Аполлон-11» на Луну, весила 3000 тонн. Но она смогла отправить только 140 тонн, что составляет 5 % от изначальной стартовой массы, на низкую околоземную орбиту и 50 тонн (2 % от стартовой массы) на Луну.
Масса ограничивает не только размер космического корабля, но и его возможности в космосе. Каждый манёвр требует топливных затрат для запуска ракетных двигателей, кроме того, это топливо на сегодняшний день должно быть доставлено в космос на космическом корабле. Между тем, план SpaceX состоит в том, чтобы его корабль Starship с экипажем заправлялся в космосе с помощью отдельно запускаемого топливозаправщика. Это означает, что на орбиту можно вывести гораздо больше топлива, чем за один запуск.
Вопросы, связанные со временем
Еще одна проблема, тесно связанная с топливом, — это время. Миссии, которые отправляют космические корабли без экипажа ко внешним планетам, часто проходят сложные траектории вокруг Солнца. Они используют так называемые гравитационные манёвры, чтобы эффективно летать на разные планеты и набирать достаточно ресурсов для достижения своей цели. Безусловно, такие манёвры экономят много топлива, но это может привести к миссиям, на выполнение которых уйдут годы. Ясно, что люди не хотят такого исхода событий.
И Земля, и Марс имеют практически круговые орбиты, и манёвр, известный как «переход Гомана» (Hohmann transfer), является наиболее экономичным способом перемещения между двумя планетами. По сути, не вдаваясь в подробности, космическому кораблю требуется один импульс работы двигателя на разгон для входа на эллиптическую орбиту, называемую гомановской траекторией, для перехода от одной планеты к другой.
Перелет по гомановской траектории между Землёй и Марсом занимает около 259 дней (от восьми до девяти месяцев) и возможен только каждые два года (и то приблизительно) из-за разных орбит Земли и Марса вокруг Солнца. Космический корабль может достичь Марса за более короткое время (SpaceX заявляет, что им удастся это сделать за шесть месяцев), но это потребует гораздо больше топлива.
Безопасная посадка
Предположим, наш космический корабль вместе с экипажем попадет на Марс. Следующая задача — безопасное приземление. При посадке на Землю для замедления своей скорости космический корабль может использовать сопротивление, возникающее при взаимодействии с атмосферой. Это позволит аппарату безопасно приземлиться на поверхность Земли (при условии, что он выдержит соответствующий нагрев). Однако атмосфера на Марсе примерно в 100 раз тоньше, чем на Земле, а значит, мы имеем меньший потенциал лобового сопротивления, поэтому безопасную посадку без какой-либо помощи совершить невозможно.
Некоторые миссии для приземления использовали специальные подушки безопасности, например миссия NASA Pathfinder, в то время как другие использовали мощность двигателей (миссия NASA Phoenix). Последний пример, опять же, требует больше топливных затрат.
Какая всё-таки она — жизнь на Марсе?
Марсианский день длится 24 часа 37 минут, но на этом сходство с Землёй заканчивается. Тонкая атмосфера Марса означает, что планета не может удерживать тепло так же хорошо, как Земля, поэтому жизнь на Марсе характеризуется большими перепадами температуры в течение дня и ночи. Максимальная температура +30 ℃, что звучит довольно приятно, однако минимальная температура составляет –140 ℃, в то время как средняя — 63 ℃ ниже нуля. Поэтому нам нужно очень избирательно подходить к выбору места проживания на Марсе и учиться справляться с крайне низкой температурой в ночное время.
Марсианская гравитация составляет 38 % от земной (вы почувствуете, что стали легче), но воздух в основном состоит из углекислого газа (CO₂) с несколькими процентами азота, поэтому дышать им невозможно. Поэтому также будет необходимо построить место с контролируемым климатом, чтобы жизнь на Красной планете стала возможной.
SpaceX планирует запустить несколько грузовых рейсов, включая критически важную инфраструктуру, такую как теплицы, солнечные батареи, а также ресурсы по производству топлива для миссий по возвращению на Землю. Жизнь на Марсе возможна, и на Земле уже проводилось несколько симуляционных испытаний, чтобы понять, как люди смогут справляться с такими условиями существования.
Обратно на Землю
Финальная задача марсианской миссии — благополучно вернуть людей на Землю после длительного путешествия. «Аполлон-11» вошёл в атмосферу Земли со скоростью около 40 тысяч км/ч — это чуть ниже скорости, необходимой для ухода с орбиты Земли.
Космические аппараты, возвращающиеся с Марса, будут иметь скорости входа в атмосферу от 47 000 до 54 000 км/ч — в зависимости от орбиты, которая будет использована для прибытия на Землю. Аппараты могут замедляться на низкой орбите вокруг Земли примерно до 28 800 км/ч, прежде чем войдут в нашу атмосферу, но для этого им потребуется дополнительное топливо.
Необходимо учесть множество факторов, чтобы убедиться, что астронавтов не убьет перегрузкой и не сожжет чрезмерным нагревом.
Это лишь некоторые из проблем, с которыми сталкивается миссия на Марс. Людям нужно потратить ещё много времени и финансов, чтобы собрать воедино все нюансы, позволяющие успешно совершить полёт на Марс и обратно.