Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете - Ричард Вагнер

Шары диаметром 18 метров будут парить над Марсом на высоте 7–8,5 километра и, в отличие от французского воздушного шара, который проектировался для аппарата «Марс-98», смогут оставаться на этой высоте и днем, и ночью. Такую возможность обеспечивают новый материал и компактные размеры (благодаря очень легкой корзине). Воздушные шары получатся достаточно крепкими, поэтому, когда давление газа внутри шаров будет возрастать из-за дневного нагрева, они смогут удержать газ, не стравливая его. А если не нужно спускать газ днем, то нет никакой необходимости сбрасывать балласт в ночное время, поэтому такие шары могут почти вечно находиться на постоянной высоте. Согласно современной модели движения марсианской атмосферы предполагается, что ветры будут сносить воздушные шары в первую очередь по направлению запад-восток примерно на 50–100 километров за час. При таких скоростях каждый шар может облетать Марс кругом каждые десять-двадцать дней, и, предполагая, что среднее время жизни шара составляет сто дней (если считать с запасом), мы вправе ожидать, что шар обогнет Марс по меньшей мере четыре раза. Каждый шар будет нести 8 килограммов инструментов: научную аппаратуру для исследования атмосферы, приборы для записи и передачи данных, аккумулятор, панель солнечной батареи и самый ценный груз – фотоаппаратуру. Фотографическая система будет состоять из двух наборов оптики: для изображений высокого и среднего разрешения. Сделанные с их помощью снимки в значительной степени расширят наши представления о марсианский геологии, кроме того, они позволят нам выбрать посадочные площадки для будущих миссий и области для поиска прошлой или настоящей марсианской жизни. Лучшие изображения, полученные с орбитального модуля «Викинг», позволяли различить на поверхности Марса детали размером с бейсбольную площадку, изображения с «Марс Глобал Сервейор» – детали размером с большой автомобиль, качество изображений с МРО позволяет найти ровер «Оппортьюнити», а камеры МЭП позволят обнаружить детали размером с кошку (но это не означает, что мы увидим марсианских кошек). Каждые пятнадцать минут в дневное время камеры на каждом шаре одновременно будут делать два снимка: один черно-белый высокого разрешения, а другой цветной умеренного разрешения с центром в той же области (последняя фотография поможет определить местоположение участка, снятого камерой высокого разрешения, на карте планеты). МЭП передаст на Землю ошеломительное количество фотографий. Каждые сто дней флот из восьми шаров будет облетать Марс, а МЭП будет пересылать 32 тысячи фотографий высокого разрешения и столько же снимков общих планов с разрешением выше, чем у лучших изображений, переданных «Викингом».

МЭП обрушит на нас лавину научных данных, которые изменят наши представления о марсианской геологии и метеорологии, геоморфологии и поведении атмосферы. Инженеры и ученые получат данные, которые помогут им разрабатывать новые миссии, определять места для биологических исследований и вероятные источники воды. Но наибольшая польза от МЭП будет наименее осязаема: я говорю о влиянии на интеллектуальную деятельность человечества в целом.

Сегодня, почти через пятьсот лет после Коперника и Кеплера, Браге и Галилея, большинство людей до сих пор считают, что Земля – единственный мир во Вселенной. Другие планеты остаются всего лишь светящимися точками, чьи перемещения по ночному небу интересны немногим избранным, абстракциями из школьного учебника. Камеры миссии МЭП предлагают человечеству взглянуть на другую планету так, как никогда не смотрели раньше. С их помощью мы увидим Марс в эффектном разнообразии: его огромные каньоны, исполинские горы, его высохшие озера и русла рек, его каменистые равнины и ледяные поля. Мы увидим, что Марс – действительно другой мир, уже не абстрактное понятие, а возможная цель путешествия. И точно так же, как Новый Свет привлекал и очаровывал моряков здесь, на Земле, Марс поманит новое поколение путешественников, поколение, готовое построить корабли, паруса которых наполнит космический ветер.

Миссия «Доставка марсианского грунта»

Священный Грааль автоматических программ по исследованию Марса – это миссия по доставке марсианского грунта (ДМГ). Если бы образцы, полученные «Викингом», оказались в одной из наших лабораторий, мы бы подвергли их серии тестов и испытаний, которые бы развеяли все сомнения. Что ж, почему бы не привезти образцы марсианского грунта? Сравнительно недавно при обсуждении планов по исследованию Солнечной системы НАСА запланировало именно такую миссию на 2020 год. Есть три способа реализовать этот проект. Первым и самым простым в идейном плане является метод грубой силы. В этом случае будет использована тяжелая ракета-носитель, способная доставить на орбиту 30 тонн груза, которая отправит на поверхность Марса очень большую полезную нагрузку, в том числе миниатюрную ракету массой около 500 килограммов, с достаточным количеством топлива для взлета с Марса и возвращения на Землю. Также на борту посадочного модуля будет автоматический ровер, который отправится исследовать окрестности (при помощи дистанционного управления) и собирать геологические образцы. Затем образцы погрузят в капсулу на борту ракеты. Когда примерно через год-полтора после прибытия откроется окно для запуска с Марса, ракета отправится обратно на Землю. Спустя восемь месяцев при подлете к Земле капсула отделится от остальной части корабля и на высокой скорости войдет в плотные слои атмосферы, во многом напоминая пилотируемые капсулы «Аполлона», а затем приземлится в намеченном пустынном районе. В зависимости от конструкции торможение капсулы будет происходить с помощью парашюта или сминающегося материала, наподобие пробкового дерева или пенопласта, чтобы смягчить удар. Идея этой миссии довольно проста, но проблема заключается в том, что, вероятнее всего, она будет очень дорогой, как обычные беспилотные исследовательские миссии. Потребуется ракета-носитель, превосходящая по возможностям существующие тяжелые ракеты класса «Атлас-V». Разработка и ракеты, и большого взлетно-посадочного модуля, необходимого для доставки такого тяжелого груза на поверхность Марса, вероятно, обойдутся очень дорого. Таким образом, метод грубой силы всегда приводил к оценкам стоимости, которые обрекали миссию на провал. В надежде снизить затраты также были рассмотрены некоторые другие методы. Один из самых популярных вариантов – проект марсианского орбитального рандеву (МОР). В этой схеме на Марс отправляют два космических аппарата, каждый запускается с помощью сравнительно недорогой (55 миллионов долларов каждая) ракеты-носителя «Дельта-2». Одна из ракет доставляет на околомарсианскую орбиту возвращаемый на Землю аппарат и спускаемую капсулу, а другая доставляет на поверхность Красной планеты полностью заправленный марсианский взлетный модуль (МВМ), в котором будет ровер и контейнер для образцов грунта. Ровер приступит к сбору образцов, которые поместит в контейнер. Когда задание будет выполнено, МВМ стартует с поверхности Марса на орбиту, где он в автоматическом режиме пристыкуется к ВЗА. Контейнер с образцами будет перемещен из МВМ в спускаемую капсулы на борту ВЗА. Затем два корабля расстыкуются, МВМ больше нужен не будет, а ВЗА останется ждать на марсианской орбите, пока не откроется окно для возвращения на Землю, а в нужный момент запустит свой двигатель и возьмет курс на Землю. Остальная часть миссии выполняется так же, как было описано выше.

Следует отметить, что план МОР обойдется значительно дешевле по сравнению со методом грубой силы. Так как МВМ должен только долететь до Марса, а его возвращение на Землю не предусмотрено, и его задача – поднять на орбиту только контейнер с образцами, а не многоразовый спускаемый аппарат, он может иметь сравнительно скромные размеры. То есть посадочный модуль, который доставит МВМ на Красную планету, можно сделать меньше, легче и дешевле и для запуска на Марс использовать менее мощную ракету-носитель. Тем не менее существуют серьезные проблемы, связанные с планом МОР. В первую очередь нужны две ракеты-носителя, что удваивает риск неудачного запуска и, значит, провала миссии. Кроме того, нужны два полноценных космических аппарата, каждый из которых должен быть спроектирован, построен, проверен на стадии сборки, а также потребуется предполетная подготовка (при запуске космический корабль подвергается сильным вибрациям и акустическим нагрузкам, которые до запуска воссоздаются в дорогостоящих установках), и каждый аппарат должен быть встроен в ракету-носитель. По сути, все эти работы удваивают стоимость миссии. Далее, стыковочные детали двух космических аппаратов должны сохранять идеальную точность после запуска и многих лет космического полета, несмотря на перепады температур в космосе и на поверхности Марса. Изготовители не могут этого гарантировать, поскольку такие нагрузки нельзя воссоздать при испытаниях. Наконец, технологии для стыковки в автономном режиме и передачи образцов на орбите Марса еще не разработаны, поэтому обойдутся очень дорого и также не могут быть проверены до начала миссии. Это еще больше увеличивает риск провала и без того почти неосуществимой миссии.