Экспедиция на Марс

Чт, 05/08/2014 - 22:50

«Ares V» на околоземной орбите. Концепция

Разгонная ступень «Ares V», состыкованная с ЛМ «Altair» и
кораблем «Orion». Концепция


Схема американской лунной базы в 2020 г.

Перед путешествием к астероиду корабль Orion стыкуется с EDS на околоземной орбите...

Схема экспедиции на Марс
1-5 — сборка и старт межпланетного корабля с марсианским посадочно-взлетным модулем DAV...

Таблица 1. Пилотируемые экспедиции на Луну и Марс

Таблица 2. Сценарии развития пилотируемой космонавтики США

Полеты на Луну, строительство на ней базы, экспедиции на Марс…. Это уже давно не фантастика. Полеты на Луну состоялись в 1969-1972 гг., а с 2004 г. начали разрабатываться планы дальнейших пилотируемых исследований Луны и полетов на Марс. В 2004 г. США обнародовали программу «Constellation», включавшую завершение постройки международной космической станции (МКС) и окончание эксплуатации ракетно-космической системы (РКС) «Space Shuttle» в 2010 г., создание космических кораблей (КК) «Orion» и ракет-носителей (РН) «Ares I/V» для замены РКС «Space Shuttle» и обеспечения исследований Луны и Марса пилотируемыми КК.

Многоразовая РКС «Space Shuttle», используемая для снабжения МКС и других миссий, срочно нуждалась в замене, так как оказалась аварийной и экономически невыгодной по сравнению с одноразовыми РН; она не обеспечивала решение всех поставленных задач, включая пилотируемые исследования Луны и Марса.

Новые РКС должны были стать одноразовыми (за исключением возвращаемых на землю твердотопливных ускорителей (ТТУ) и модулей экипажа КК «Orion»), а также частично унифицированными между собой и с предыдущими РКС «Saturn» и «Space Shuttle» по двигателям и элементам конструкции, включая при этом использование самых современных технологий.
РН «Ares I» должна была иметь 1-ю ступень (ТТУ) и 2-ю ступень с двигателем на жидких водороде и кислороде, выводящую на околоземную орбиту четырехместный корабль «Orion» весом около 25 т, который мог снабжать МКС, а также участвовать в полетах на Луну, Марс и к другим космическим объектам.

РН «Ares V» должна была включать 1-ю ступень (2 ТТУ с центральной ступенью, имеющей 6 двигателей, работающих на жидких водороде и кислороде), выводящую на околоземную орбиту отлетную ступень EDS с двигателем, работающем на жидких водороде и кислороде и лунный модуль (ЛМ) «Altair». Вес полезной нагрузки РН предполагался 160-188 т. Она также должна была выводить на орбиту тяжелые спутники, полезные нагрузки для обеспечения полета на Марс и выполнения других миссий.

Первый беспилотный полет на орбиту экспериментальной РН «Ares I-X» с макетами 2-й ступени и КК «Orion» был произведен в октябре 2009 г., а первый полет РН «Ares I» и КК «Orion» с экипажем был намечен на 2015 г. В 2015-2021 гг. планировалось осуществить 12 замен экипажей МКС при помощи КК «Orion»/РН «Ares I». Первый испытательный полет РН «Ares V» и первое летное испытание ЛМ «Altair» намечались на 2018 г. Первый пилотируемый полет на Луну был назначен на 2020 г.

Концепция экспедиций на Луну

При осуществлении пилотируемой экспедиции на Луну первой должна стартовать РН «Ares V». Ее 1-я ступень (2 ТТУ и центральная ступень с 6-ю ЖРД) выводит ЛМ «Altair» с разгонной ступенью EDS на орбиту высотой около 122 км. После отделения 1-й ступени, двигатель разгонной ступени EDS доставляет ее и лунный модуль «Altair» на круговую околоземную орбиту высотой до 300 км.
Затем стартует РН «Ares I». Ее 1-я ступень в течение первых 2,5 минут полета поднимает ракету на высоту 57 км и обеспечивает достижение скорости М5. После окончания работы ТТУ, многоразовая 1-я ступень отделяется и опускается в океан на парашютах. Начинает работать двигатель верхней ступени, который поднимает корабль «Orion» на высоту 129 км. Затем верхняя ступень отделяется, и двигатель служебного модуля КК «Orion» выводит его на круговую околоземную орбиту высотой до 300 км.

\После этого корабль «Orion» осуществляет встречу и стыкуется с ЛМ «Altair», соединенным с разгонной ступенью EDS. Последняя обеспечивает их старт с околоземной орбиты и вывод на траекторию полета к Луне, после чего отбрасывается.

Полет к Луне продолжается свыше 3 суток, затем двигатель посадочной ступени модуля «Altair» осуществляет торможение, и КК «Orion» с лунным модулем выходят на круговую орбиту вокруг Луны высотой до 100 км.

На орбите вокруг Луны астронавты переходят в ЛМ «Altair», который расстыковывается с КК «Orion», и осуществляют мягкую посадку на Луну. Посадка продолжается 2,5 часа. Кроме 4-х астронавтов, ЛМ «Altair» может доставить на Луну до 500 кг научного оборудования и обеспечить проживание экипажа на поверхности Луны в течение 7 суток. Шлюз позволит астронавтам выходить на лунную поверхность без разгерметизации кабины экипажа. При варианте доставки экипажа на лунную базу, предельное время нахождения там — 210 дней, при этом КК «Orion» без экипажа ожидает их возвращения на орбите. После завершения экспедиции взлетная ступень ЛМ «Altair» с экипажем и образцами лунных пород осуществляет взлет с Луны и через 2,5 часа стыкуется с кораблем «Orion», ожидающим на лунной орбите. Астронавты переходят в него, взлетная ступень отбрасывается, и КК «Orion», используя двигатель служебного модуля, стартует к Земле, которой достигает примерно через 3 суток. При подходе к земной атмосфере служебный модуль отбрасывается — и модуль экипажа приземляется, используя торможение об атмосферу и парашюты. Его планируется использовать повторно (до 10 раз).

Концепция лунной базы

Рассматривалось 2 варианта исследования Луны. Посадка ЛМ «Altair» в разных ее областях должна была иметь более высокую научную ценность, однако создание лунной базы позволило бы накопить опыт длительного проживания людей при малом тяготении, необходимый для исследований Марса. С этой базы смогли бы отправляться научные экспедиции в разные области Луны, на ней можно установить оборудование для переработки и использования местных ресурсов. Наконец, ее строительство и эксплуатация позволило бы привлечь к реализации программы иностранных и коммерческих партнеров, сохраняя ключевые технологии межпланетных космических полетов в руках США.

Для размещения лунной базы был выбран участок на валу кратера Шеклтон в 4,5 км от Южного полюса Луны. Небольшой суточный перепад температур в этом месте (от –120оС до –160оС) упрощает обеспечение теплового режима базы. Отдельные места на валу Шеклтона освещены солнцем свыше 70% времени, что обеспечит базу электроэнергией с помощью солнечных батарей. Предполагалось, что в этом районе может быть лед, что позволило бы наладить водоснабжение и даже производство ракетного топлива.

Один из вариантов плана строительства лунной базы требовал 10 полетов на Луну (с 1-ой беспилотной и 9-ю пилотируемыми посадками), по 2 полета в год. Первый (испытательный) полет должен был включать беспилотную посадку ЛМ «Altair» с последующим подъемом взлетной ступени и ее стыковкой с пилотируемым КК «Orion» на окололунной орбите. Всего за 10 полетов на Луну должны были быть доставлены элементы лунной базы, включающие 4 герметичных обитаемых модуля, 5 энергоустановок с солнечными батареями, 4 модуля с аккумуляторами, комплект по использованию природных ресурсов,
2 открытых вездехода, колесный кран для сборки базы и контейнеры с оборудованием и запасами (склады).

Колесный кран будет незаменим даже на Марсе. Вобще-то эта техника незаменима везде и всегда. Автокран позволяет построить любой дом на Земле и любую базу на Марсе. Если поднять кран на Луну, то он и там весьма пригодится.

После завершения 10-й экспедиции, база с замкнутым циклом обеспечения позволила бы работать на Луне сменам экипажей из 4-х человек длительностью по 180 суток. После 2027 г. база могла быть расширена за счет доставки новых модулей, ядерного энергетического реактора и герметичного вездехода, позволяющего экипажу из 2-х человек совершать экспедиции продолжительностью до 2-х недель.

Лунную программу США планировалось открыть для участия партнеров, которыми могли быть другие государства и частный сектор. Им предлагалось взять на себя разработку: скафандра для длительной работы на Луне, систем электропитания и жизнеобеспечения, открытых и герметичных вездеходов, других машин для работ на Луне, средств обеспечения полета (в т.ч. широкополосной связи), комплекса для переработки местных ресурсов, роботизированных исследовательских и рабочих систем, средств снабжения на линии Земля–Луна, разных инструментов, приборов и приспособлений. Этим предложением заинтересовались Канада, Япония, ряд стран, входящих в Европейское космическое агентство. Свои разработки иностранные партнеры должны финансировать сами.

Рассмотрев программу пилотируемых исследований Луны, можно отметить, что она являлась вполне реализуемой технологически и ее успех зависел, в основном, от адекватного объема финансирования. В 1969-1972 гг. на гораздо более низком уровне развития технологии межпланетных полетов была уже реализована программа «Apollo» с посадкой на Луну 6 пилотируемых кораблей. Строительство и содержание лунной базы тоже не должно вызвать слишком сложных проблем (кроме финансовых). По оценкам, пилотируемые полеты на Луну со строительством лунной базы потребовали бы в течение 20 лет 217 млрд. долл. Однако выделение таких средств (особенно в условиях финансового кризиса) представляется сейчас весьма проблематичным.

Чтобы накопить опыт, необходимый для подготовки пилотируемых исследований Марса, кроме полетов на Луну, предлагался ряд менее дорогостоящих и сложных технически, а также более осуществимых задач, имеющих достаточно большую научную ценность. Среди них — посещение приближающихся к Земле астероидов и экспедиции в точки Лагранжа.

Концепция экспедиций к астероидам

Пилотируемые экспедиции к некоторым астероидам, приближающимся к Земле, считались весьма полезными в плане отработки КК «Orion» в полетах умеренной продолжительности (2-3 месяца) и должны были послужить хорошей репетицией полетов на Марс. Кроме того, эти полеты позволят уточнить угрозу падения на Землю крупного астероида, которое может нанести огромный ущерб (вплоть до планетарной катастрофы), и наметить пути борьбы с этой угрозой. Известно, что существует до 20 тыс. таких астероидов. Вдобавок эти исследования имеют большую научную ценность, так как астероиды являются реликтовыми телами Солнечной системы, сохранившимися со времен ее формирования 4,6 млрд. лет назад.

В этих полетах намечалось использовать создаваемые по программе «Constellation» КК «Orion» и РН «Ares I/V». Примерный их сценарий приведен ниже.

Сначала РН «Ares I» выводит на околоземную орбиту КК «Orion» с экипажем, а РН «Ares V» — разгонную ступень EDS c посадочным модулем NSAM. После этого КК «Orion» стыкуется с модулем NSAM. Разгонная ступень EDS включает двигатель, и экспедиция отправляется к намеченному астероиду. После выработки топлива разгонная ступень EDS отбрасывается, а КК «Orion» с модулем NSAM, который является дополнительным жилым помещением для экипажа, приближаются к астероиду. Экипаж выбирает место для посадки, и модуль NSAM (с КК «Orion») садится, используя свои двигатели для прижатия к астероиду, имеющему незначительную гравитацию. Для смягчения посадки применяются воздушные подушки, для определения касания — датчики с индексацией в кабине, а для соединения с астероидом — гарпуны-якоря. Далее экипаж будет собирать образцы пород и вести другие исследования. Дистанционно управляемый бур, установленный на модуле NSAM, извлечет образцы пород с глубины астероида. Для перемещения по астероиду астронавты используют реактивные ранцы.
После завершения миссии с астероида стартует жилой отсек модуля NSAM с КК «Orion», а посадочный отсек NSAM остается на поверхности как долговременная научная станция. Двигатель КК «Orion» переводит его на траекторию полета к Земле. Приближаясь к ней, КК «Orion» отбросит жилой отсек модуля NSAM и свой служебный модуль, модуль экипажа войдет в атмосферу, затормозится трением об нее и приземлится на парашютах. Первый такой полет может состояться в 2017 г.
Согласно второму сценарию, экспедиция продлится 3-6 месяцев с пребыванием у астероида 1-2 недели. В полет к астероиду должен отправиться КК «Orion» (экипаж 2-3 астронавта) с разгонной ступенью EDS, и он будет не садиться на поверхность астероида, а двигаться вокруг него. Астронавты высадятся на астероид в скафандрах, используя реактивные ранцы. Реализация этого сценария потребует меньше затрат, но его научная ценность будет ниже.

Концепция экспедиций в точки Лагранжа

Точки Лагранжа — это места в межпланетном пространстве, где гравитационное воздействие от звезды и ее планеты (или планеты и ее спутника) уравнивается. В этих местах тела с относительно малой массой, которой можно пренебречь (например, астероиды или космические аппараты), остаются неподвижными относительно системы звезды и ее планеты (или планеты и ее спутника). В подобных системах существуют 5 точек Лагранжа, где гравитационные силы, действующие на тело с малой массой, уравновешиваются центробежной силой. NASA предлагает экспедиции в точки Лагранжа системы Солнце-Земля. Эти точки лежат в плоскости орбиты Земли вокруг Солнца. Первые 3 точки (неустойчивого равновесия) расположены на линии, проходящей через Солнце и Землю: 1-я — между Солнцем и Землей (ближе к Земле), 2-я — снаружи, за Землей, 3-я — за Солнцем. Вторые 2 точки (4-я и 5-я) обеспечивают устойчивое равновесие, расположены на орбите Земли вокруг Солнца и разнесены на 60 град. относительно Земли, на расстоянии 150 млн. км от нее.

В 1-й точке уже размещены автоматические солнечные обсерватории SOHO и «Advanced Composition Explorer» (они никогда не попадают в тень Земли), во 2-й точке — космические телескопы WMAP, «Herschel» и «Planck» (здесь Земля заслоняет солнечный свет и не мешает наблюдениям). Также во 2-й точке в 2013 г. намечено разместить новый космический телескоп «Webb» с зеркалом диаметром 6,5 м (у существующего телескопа «Hubble» — 2,4 м). Эти 2 точки удалены от Земли на расстояние 1,5 млн. км и лететь туда месяц. Находящиеся в них аппараты нуждаются в минимальной коррекции орбиты для сохранения местонахождения. Основная цель пилотируемой экспедиции туда должна состоять в обслуживании, ремонте и модернизации космических аппаратов. В 4-й и 5-й стабильных точках ученые надеются найти реликтовые астероиды, сохранившиеся с момента образования Солнечной системы. Подобные астероиды, которые теоретически могут быть вытолкнуты тяготением Венеры из данных точек, представляют угрозу для Земли. В настоящее время автоматические аппараты «Stereo A» и «Stereo B» исследуют эти точки. Кроме того, экспедиции к точкам Лагранжа представляют особый интерес, т. к. через них проходят самые экономичные по затратам горючего траектории к планетам Солнечной системы. Посещение этих точек также может послужить хорошей репетицией полетов к Марсу. В экспедиции к точкам Лагранжа было намечено отправить КК «Orion» (или 2 таких состыкованных КК) с разгонной ступенью EDS.

Другие материалы рубрики


  • ...Также было обнаружено отсутствие у Марса магнитного поля, которое могло бы защитить планету от потенциально опасных для жизни космических лучей. Также было измерено атмосферное давление на Марсе — 0,6 кПа (по сравнению с 101,3 кПа на Земле), что означает невозможность существования на планете жидкой воды. После полученных «Маринером-4» данных было принято решение искать на Марсе одноклеточные организмы, так как для многоклеточных окружающая среда была слишком резка.
    И тогда все надежды были положены на миссию аппаратов «Викинг». Они содержали научные приборы для исследований как на участке спуска в атмосфере Марса, так и после посадки на поверхность планеты...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Жизнь на Марсе похоронили рано. Хотя «рассол», когда-то покрывавший Меридианное плато, был слишком кислым и соленым, в других районах планеты условия для развития жизни были «благоприятными», говорят ученые. Там остались глины, а в них могли остаться следы жизни.
    В феврале 2008 года ученые, казалось, похоронили всякую надежду на то, что Марс когда-то мог быть пригодным для жизни. Да, вода здесь была в достаточно значительных количествах, подтвердили они на основании данных, собранных марсоходом Opportunity на Меридианном плато Марса. Но жить в этой воде было невозможно, поскольку она представляла собой насыщенный раствор солей серной кислоты, в котором образовывались сульфаты, дошедшие до наших дней. Раствор представлял чрезвычайно кислую среду, жить в которой известные нам микробы не в состоянии, и этот «рассол» наверняка погубил все возможные формы жизни.



  • «3 июня 2010 года шестеро бесстрашных исследователей отправились в невообразимый 520 суточный полет к далекому Марсу, таинственной красной планете…». Это не строки научно-фантастического романа. Так мировые информационные агентства начинали свои сообщения о беспрецедентном эксперименте «Марс-500» - наземной имитации полета к красной планете, проводимой Институтом медико-биологических проблем РАН в кооперации с иностранными партнерами.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Выбрав базу в качестве первого приоритета освоения Луны, группа Лавойе пришла к необходимости пересмотра проектных наметок по лунному модулю LSAM. Главной его задачей становится доставка на поверхность Луны максимального количества полезного груза, а масса посадочной и взлетной ступени должны быть сведены к минимуму. Роль последней сводится исключительно к доставке экипажа с базы на лунную орбиту: жить в ней даже временно, как во времена программы Apollo, не предполагается. Масса доставляемого груза оценивается сейчас в 6000 кг...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Воздушно-космический самолет (ВКС) «Сура» уже был представлен «ПО Южный машиностроительный завод» на двух последних авиационно-космических салонах «Авіасвіт-XXI» в Украине. Он конструктивно состоит из двух ступеней, возвращаемых для многократного использования. Орбитальный самолет ВКС «Сура» в беспилотном варианте предусматривается использовать самостоятельно, а также для формирования и обслуживания спутниковых группировок, в т.ч. с использованием возвращаемых для многократного использования спутников-трансформеров, обеспечения работы на орбите «космического завода», например, по вышепредставленной теме «Молекулярный экран», а также для доставки на орбиты и с орбит грузов массой до 300 кг...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...Результаты экспериментов были противоречивыми. Из необработанного грунта при воздействии искусственного солнечного света и воды выделилось некоторое количество углекислого газа, но еще больше кислорода. Без солнечного света или с предварительной стерилизацией грунта результат практически не изменился. Высвобождение газов могло быть прекращено, если температура превышала 120° С. Поскольку в почве не было обнаружено никаких органических соединений, то сделали вывод, что наблюдаемые реакции, вероятно, были химическими и обусловлены наличием в грунте сильного окислителя, такого, как перекись водорода. Вероятность наличия жизни сильно уменьшилась, но некоторые ученые до сих пор считают, что жизнь на Марсе есть — только в очень экзотической форме.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4