Экспедиция на Марс

Чт, 05/08/2014 - 22:50

Пилотируемые исследования Марса

Пилотируемые исследования Марса предполагалось начать в первой половине 2030-х годов. Для их обеспечения необходимо будет решить ряд серьезных проблем, в том числе:
На околоземной орбите: частые запуски на орбиту больших полезных нагрузок, автоматическое сближение и стыковка, долгое сохранение систем на орбите.

При перелете к Марсу и возвращении к Земле: сохранение здоровья и человеческих возможностей дважды по 180-200 суток в условиях невесомости и космической радиации, сохранение в этот период исправности и работоспособности систем, продолжительные периоды бездействия, запаздывание связи, возможная необходимость срочного возвращения на Землю.

При подлете к Марсу, посадке на него и взлете: выход на его орбиту за счет торможения об атмосферу или двигателями, доставка больших полезных нагрузок на поверхность (вход в атмосферу и точная посадка), взлет и встреча с межпланетным кораблем.

При исследованиях на Марсе: сохранение здоровья и человеческих возможностей в течение 550-500 суток, сохранение в этот период исправности и работоспособности систем (в т.ч. атомных реакторов), минимальный объем сборочных и вспомогательных работ, отсутствие возможности доставки предметов снабжения, запаздывание связи, большой объем планетарной разведки, в т. ч. на значительном расстоянии от базы, продолжительные научные исследования при минимальном количестве образцов, которое можно увезти с планеты, неблагоприятные условия на Марсе (пыль, пыльные бури и т.д.), продолжительные периоды бездействия, защита от заражения.

При посадке на Землю: вход в атмосферу на высокой скорости (св. 12 км/с).
Сравнение пилотируемых экспедиций на Луну и Марс приведено в табл. 1.

Концепция экспедиции на Марс

С 2030 по 2046 гг. — это ближайший период, пригодный для пилотируемых полетов на Марс. За этот период можно организовать 8 марсианских экспедиций, со стартами каждые 26 месяцев, однако намечалось всего 3 таких полета. Следующий период полетов наступит через 15 лет, с 2061 г. План-график марсианской экспедиции представлен ниже.

С апреля по сентябрь 1-го года экспедиции 5-7 РН «Ares V Lite» (грузоподъемностью по 140 т) выводят на околоземную орбиту высотой 407 км элементы двух беспилотных межпланетных кораблей, в т.ч. разгонные ступени и марсианские посадочные модули. По ноябрь включительно собирается межпланетный корабль с марсианским посадочно-взлетным модулем DAV, который стартует к Марсу в начале декабря. В конце года собирается межпланетный корабль с марсианским посадочным модулем SHAB (с обитаемым отсеком), который стартует к Марсу в начале 2-го года экспедиции.

Через 10 месяцев после старта с околоземной орбиты (в конце сентября 2-го года экспедиции) модуль DAV достигает Марса, тормозится об его атмосферу теплозащитным обтекателем и садится на поверхность планеты, используя двигатели. Спустя месяц модуль SHAB достигает Марса, тормозится об атмосферу обтекателем и выходит на орбиту вокруг планеты. Модуль DAV находится на Марсе, где его установка ISRU путем электролиза углекислоты атмосферы вырабатывает кислород, служащий в качестве окислителя для двигателей взлетной ступени модуля DAV, а также для дыхания экипажа. Энергию для установки ISRU дает ядерный реактор.

Модуль SHAB пребывает на орбите 22 месяца (по август 4–го года экспедиции) до прибытия 3-го (пилотируемого) межпланетного корабля MTV. Части последнего должны выводить на околоземную орбиту 4-5 РН «Ares V Lite» и 1 — «Ares I» с начала октября 2-го года экспедиции по конец октября 3-го года.

С начала марта 4-го года экспедиции корабль MTV (имеющий в т.ч. разгонную ступень, обитаемый отсек с экипажем в 6 человек и КК «Orion») стартует, через 6 месяцев прибывает к Марсу и выходит на орбиту вокруг него за счет торможения двигателями. Там экипаж с корабля MTV переходит на КК «Orion», который перелетает и стыкуется с модулем SHAB. Астронавты переходят в него, а КК «Orion» расстыковывается с модулем, возвращается к кораблю MTV и автоматически стыкуется с ним на носовой стыковочный узел.

Экипаж в модуле SHAB садится на Марс рядом с модулем DAV, севшим ранее. Экспедиция находится на Марсе 17 месяцев, живет в обитаемом отсеке модуля SHAB и занимается научными исследованиями. Все это время на орбите вокруг Марса ее ожидает корабль MTV. В конце января 6-го года экспедиции астронавты на взлетной ступени модуля DAV стартуют с поверхности Марса и стыкуются с кораблем MTV на боковой стыковочный узел. Астронавты переходят в него, взлетная ступень отбрасывается, и корабль MTV стартует к Земле, куда прибывает через 7 месяцев (в конце августа 6-го года экспедиции). Астронавты переходят в модуль экипажа корабля «Orion», происходит расстыковка с кораблем MTV и модуль экипажа садится на Землю, используя торможение об атмосферу, а затем парашюты. Весь полет экипажа занимает 30 месяцев (св. 900 суток).

В основном варианте концепции межпланетные корабли должны были иметь ядерные ракетные двигатели (рабочее тело — водород). Для осуществления этого варианта требовалось 9 запусков РН «Ares V Lite» и 1 — «Ares I». В альтернативном варианте межпланетные корабли должны были иметь двигатели на химическом топливе (жидкие метан и кислород). Для его осуществления нужно было 12 запусков РН «Ares V Lite» и 1 — «Ares I». Эта концепция являлась предварительной и должна была быть конкретизирована в 2020 г. с разработкой уточненной программы пилотируемых исследований Марса.
Между тем возможность экспедиций на Марс в указанные выше сроки вызывала серьезные сомнения у специалистов из-за множества нерешенных проблем. Исходя из них возможность начала пилотируемых исследований Марса в эти сроки не только представлялась нереальной, но и вообще такие сроки невозможно было определить. При этом специалисты считали возможным осуществление пилотируемых исследований Марса исключительно на международной основе (как создание и эксплуатацию МКС), по причине их сложности, высокой стоимости и главное — огромного риска. Чтобы снизить этот риск, такая экспедиция должна иметь рациональное дублирование кораблей и систем. То есть в полет должно отправиться несколько одинаковых межпланетных кораблей и посадочно-взлетных модулей (минимум по 2). Например, при экипаже экспедиции в 6 человек к Марсу должны отправиться 2 межпланетных корабля, несущих по 3 астронавта и имеющих удвоенную емкость и запасы. При отказе одного корабля это обеспечит выполнение миссии и возвращение астронавтов на Землю. Однако стоимость экспедиции, как минимум, удвоится, и может достигнуть триллиона долларов. Такая сумма тем более не по средствам одному государству, даже такому как США, что однозначно сделает организацию пилотируемых исследований Марса международным проектом.

И, наконец, обратимся к реальности…

Когда президентом США стал Барак Обама, то обнаружилось, что реализация программы «Constellation» шла со значительными задержками и перерасходом средств. Поэтому президент назначил специальную комиссию, которая должна была дать независимое экспертное заключение о перспективах реализации программы «Constellation», полетов на Луну и планов строительства лунной базы при существующем финансировании. В июне 2009 г. комиссия начала работу, а ее выводы и рекомендации были опубликованы уже в октябре. Они гласили, что для выполнения целей программы «Constellation» ежегодные расходы на NASA необходимо будет увеличить с 18 млрд. долл. до 21 млрд. долл. Комиссия представила для рассмотрения администрации президента Обамы 5 сценариев развития пилотируемой космонавтики США (всего 8 вариантов), которые приведены в табл. 2.

Комиссия рекомендовала, кроме увеличения расходов NASA, продлить эксплуатацию системы «Space Shuttle» до 2011 г. и МКС — до 2020 г., выбрать направление исследований «Гибкий путь» (исследование астероидов и точек Лагранжа, облет Луны и Марса), а в нем — вариант 5А с созданием тяжелой РН «Ares V Lite» и использованием для снабжения МКС коммерческих РН. Масштабные и дорогостоящие проекты, типа экспедиции на Марс, комиссия рекомендовала осуществлять на международной основе и в отдаленной перспективе.

Ознакомившись с результатами работы комиссии и изучив проблемы американской космонавтики, президент Обама принял радикальное решение, которое во многом расходилось с осторожными рекомендациями комиссии. Он вообще решил закрыть программу «Constellation» и отказаться от создания КК «Orion» и РН «Ares I/V», полетов на Луну и устройства там обитаемой базы, несмотря на то, что на эту программу уже было затрачено 9 млрд. долл. (и придется затратить еще 2,5 млрд. долл. — на ее закрытие). Президент мотивировал это тем, что бюджет программы сильно завышен и нереален в условиях финансового кризиса, он поглощает значительную часть средств, необходимых для других программ NASA. Кроме того, в программе отсутствует новизна (американцы уже высаживались на Луну 40 лет назад), и в довершение — она серьезно отстает от графика. Тем не менее президент принял ряд рекомендаций комиссии, в том числе решил продлить эксплуатацию МКС до 2020 г., а для ее обслуживания — заказать коммерческие РН и КК. Все это отражено в проекте бюджета NASA на 2011 ф.г. и планах на 2012-2015 ф.г.

В 2011-2015 ф.г ежегодный бюджет NASA намечено увеличить с 19 млрд. долл. до 21 млрд. долл. Средства, высвободившиеся в результате закрытия программы «Constellation», планируется направить на расширение научных исследований Земли, планет солнечной системы, звезд и Солнца с помощью автоматических КА, создание новых авиационно-космических технологий, исследования и разработки (демонстраторов технологий, тяжелых РН и двигателей нового поколения, исследовательских автоматических КА и коммерческих пилотируемых и грузовых КК и РН). Зато расходы на космические операции уменьшатся за счет вывода из эксплуатации РКС «Space Shuttle», при этом эксплуатация МКС продлится до 2020 г., и расходы на нее увеличатся. Также вырастет финансирование обеспечения NASA.
Авторы этой новой прагматичной и экономной стратегии предполагают, что она позволит NASA в условиях экономического кризиса быстрее находить и реализовывать перспективные направления и лучше внедрять передовые технологии в гражданскую жизнь, а также эффективнее расходовать выделенные средства. Однако при отказе от программы «Constellation» пилотируемые исследования планет солнечной системы отодвигаются в неопределенное будущее и возникает угроза потери США лидерства в пилотируемой астронавтике. Кроме того, ориентация на создание пилотируемых коммерческих КК и РН несет в себе технический риск. Проекту нового бюджета NASA еще предстоит утверждение в Конгрессе, где у него есть влиятельные противники.

Отвечая критикам новой стратегии, президент Обама заявил, что США, на основе созданных технологий, двигателей и РН смогут разработать пилотируемый корабль для полетов в дальний космос к 2025 г., что позволит организовать экспедиции к астероидам, а в середине 2030-х годов — на орбиту вокруг Марса. Позднее будут созданы аппараты для посадки Марс, которые испытают на Луне.
Как это неожиданно не прозвучит, ракетно-космическая промышленность Украины тоже участвует в осуществлении планов американской космонавтики. Известно, что она задействована в создании 1-й ступени коммерческой РН «Taurus II» для обеспечения снабжения МКС. Кроме того, имеются возможности участия и в других космических программах США.

Возвращаясь к пилотируемым исследованиям Марса, можно наверняка утверждать одно — люди рано или поздно высадятся на Красной планете. Если не в первой половине XXI-го века, то во второй. И приведет их туда не столько поиск инопланетной жизни и братьев по разуму, не нужда в полезных ископаемых и месте для расселения, не жажда новых научных знаний, присущая ученым, и не амбиции сверхдержав — хотя все перечисленное в сумме может служить достаточным поводом для подобной экспедиции. Главная причина — это неуемный дух людей, потребность в достижении новых рубежей и реализации своих возможностей, которая посылала их на высочайшие вершины гор и в глубины океана, на околоземную орбиту и на Луну, а в будущем приведет их на Марс и другие планеты, в звездные системы и бездны космоса…

Другие материалы рубрики


  • ...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


  • 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.



  • ...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


  • «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