Увидеть Марс и умереть. Как NASA со SpaceX будут доставлять людей на Красную планету

Человечеству предстоит преодолеть множество препятствий, прежде чем запустить первую пилотируемую миссию на Марс. Двумя основными игроками являются NASA и SpaceX, которые уже тесно сотрудничают в миссиях на МКС, пишет SciTechDaily.

Размер имеет значение

Самая большая проблема – это масса полезной нагрузки, необходимой для путешествия. Запуск в космос каждого килограмма – на вес золота. Масса полезной нагрузки обычно составляет лишь небольшой процент от общей массы ракеты-носителя.

Например, ракета "Сатурн V", которая запустила Apollo 11 на Луну, весила 3 тыс. тонн. Поэтому могла вывести лишь 140 тонн (5% от начальной стартовой массы) на низкую околоземную орбиту и 50 тонн (менее 2% от начальной стартовой массы) на Луну.

Жесткие требования к массе ограничивают размер корабля на Марс и его возможности в космосе. Каждый маневр требует затрат топлива для запуска ракетных двигателей, и это топливо в настоящее время необходимо брать с собой в космос.

План SpaceX состоит в том, чтобы его пилотируемый корабль Starship заправлялся в космосе с помощью отдельно запускаемого топливозаправщика. Это означает, что на орбиту можно вывести гораздо больше топлива.

Время имеет значение

Еще одна проблема, тесно связанная с топливом, касается времени.

Во время миссий без экипажа, космические корабли часто проходят по сложным траекториям вокруг Солнца. Они используют так называемые гравитационные маневры, чтобы эффективно достигать других планет и набирать достаточный импульс.

Такие маневры экономят много топлива, но могут затягивать миссии на годы. Подобный вариант не подходит для миссий с людьми.

И Земля, и Марс имеют (почти) круговые орбиты, и маневр, известный как переходная орбита Хомана, является наиболее экономичным способом перемещения между двумя планетами. Переходная орбита Хомана – это эллиптическая орбита, используемая для перехода между двумя круговыми орбитами разного радиуса.

Переходная орбита Хомана между Землей и Марсом занимает около 259 дней (от 8 до 9 месяцев), она возможна только каждые 2 года из-за разных орбит Солнца, Земли и Марса.

Космический корабль может достичь Марса и за более короткое время (SpaceX планирует за 6 месяцев), но для этого потребуется больше топлива.

Безопасная посадка

Предположим, что космический корабль с экипажем успешно достигают Марса. Следующая задача – приземление.

Космические корабли, приземляющиеся на Земле, могут использовать сопротивление, возникающее при взаимодействии с атмосферой, чтобы замедлиться. Это позволяет аппарату безопасно приземляться на поверхность Земли (при условии, что он выдержит соответствующий нагрев).

Но атмосфера Марса примерно в 100 раз тоньше, чем на Земле. Это означает меньшее замедление, поэтому безопасная посадка без какой-либо помощи маловероятна.

Некоторые миссии приземляются с помощью "подушек безопасности" (миссия NASA Pathfinder), в это же время другие используют двигатели (миссия NASA Phoenix). Последний вариант требует больше топлива.

Жизнь на Марсе

Марсианский день длится 24 часа 37 минут, но на этом сходство Красной планеты с Землей заканчивается.

Тонкая атмосфера Марса означает, что он не может удерживать тепло также хорошо, как и Земля. Поэтому марсианская погода характерна резкими перепадами температуры в течение дня и ночи.

Максимальная температура на Марсе составляет 30 градусов по Цельсию, что звучит довольно приемлемо, но минимальная температура опускается до –140 градусов по Цельсию, в это же время средняя температура составляет – 63 градуса по Цельсию. Для сравнения, средняя температура зимой на Южном полюсе Земли составляет около -49 градусов по Цельсию.

Поэтому придется крайне избирательно подходить к выбору места для базы на Марсе и того, как обеспечивать приемлемую температуру в ночное время.

Гравитация на Марсе составляет 38% от земной, но воздух в основном состоит из углекислого газа с несколькими процентами азота. Поэтому марсианским поселенцам придется построить базу с восполняющимися запасами кислорода.

SpaceX планирует совершить несколько грузовых рейсов, включая доставку частей критически важной инфраструктуры, таких как теплицы, солнечные батареи, а также объект для производства топлива. Последний позволит астронавтам возвращаться обратно на Землю.

Дорога домой

Последняя задача – благополучное возвращение на Землю.

Apollo 11 вошел в атмосферу Земли со скоростью около 40 тыс. км/ч, что чуть ниже скорости, необходимой выхода с орбиты Земли.

Космические аппараты, возвращающиеся с Марса, будут входить в атмосферу со скоростью от 47 тыс. км/ч до 54 тыс. км/ч, в зависимости от используемой орбиты для возращения.

Они могут замедлиться на низкой орбите вокруг Земли примерно до 28 800 км/ч, прежде чем войти в атмосферу планеты, но для этого снова потребуется дополнительное топливо.

Если корабль просто войдет в атмосферу, конечно, он замедлится. Но в таком случае, необходимо убедиться, что астронавты не погибнут от чрезмерной нагрузки или сильного нагрева.