Целесообразность полетов на марс кратко
Обновлено: 05.07.2024
SpaceX: космические туристы чувствуют себя прекрасно
17 Сен 2021 07:55
Полет на Марс человека. Мечта или реальность
С чем придется столкнуться
Так, например, Тара Ратли, ученый, участвовавший в создании программы для полета МКС считает, что использование вращающегося космического корабля для воспроизведения искусственной гравитации нецелесообразной и считает полет людей на Марс невозможным, пока ученые полностью не выяснят результат длительного воздействия микрогравитации на организм человека. Именно для этой цели отправились в годовую экспедицию на МКС космонавт Михаил Корниенко и астронавт Скотт Келли.
Нельзя исключать и такой фактор как излучение, ведь в глубине космического пространства космонавты будут подвергаться воздействию сильной радиации, которой не наблюдается в магнитосфере Земли. По результатам некоторых исследований, женщины более восприимчивы к радиации, чем мужчины, и согласно этому фактору надежнее будет отобрать мужчин для полета на Марс. Но есть факторы и в пользу женщин — так, например, они меньше едят и имеют более долгий цикл обмена веществ, что предпочтительнее при длительном полете.
Есть еще один фактор, который будет влиять как на женщин, так и на мужчин астронавтов — это психологический фактор. Первопроходцам просто необходимо иметь очень сильную психику для того, чтобы справится со скукой во время полета. А также общим давлением, которое так или иначе будет оказываться социумом перед полетом, и общим грузом ответственности во время полета и после посадки, ведь это будет первый полет и далеко не факт, что им удастся вернуться на Землю.
Смертельной опасности астронавты могут подвергнуться и на самом Марсе. Речь идет о песчаных бурях, которые возникают по причине большого колебания давления и механизмы возникновения которых до сих пор не известны. Марсианская пыль может иметь отрицательное воздействие на здоровье астронавтов при попадании в легкие. Из-за очень малого размера частиц от нее практически невозможно изолироваться, не говоря уже о том, что она содержит 0,2% хрома, а значит есть вероятность присутствия в ней солей хромовой кислоты опасной для человека.
Учитывая все эти данные, если запланировать миссию на 6 или 9 месяцев астронавты должны будут не только привезти с собой еду, воду и другие ресурсы, но и добраться, туда находясь в условиях постоянных нагрузок и длительной невесомости. В глубоком космосе их тела должны быть способны выдерживать не только пониженную гравитацию, но и повышенный уровень радиации. К тому же нужно каким-то образом организовать их безопасность и психологический фон до, во время и после полета.
А стоит ли вообще лететь?
Вышеописанные факторы уже сами по себе ставят под сомнение целесообразность полета на Марс человека, ведь, как оказалось миссия абсолютно небезопасна для самих участников полета, требует тщательного отбора и поиска людей, способных справится с психологическими и гравитационными и прочими нагрузками. Так же не вызывает сомнения тот факт, что подобная экспедиция напрямую связана с риском для жизни первоиспытателей.
Освоение Солнечной системы, по мнению многих специалистов, необходимо всему человечеству. Илон Маск, например, считает, что без основания форпоста на другой планете нашей цивилизации просто не выжить. Колония людей на Марсе, по его мнению, будет служить резервной копией человечества, которая будет продолжать жить и работать даже в том случае, если на Земле произойдет катаклизм, который уничтожит все население или большую его часть.
Почему Марс?
Представители аэрокосмической сферы редко во всем согласны друг с другом. Но в том, что Марс — испытание для технологий и воли человечества, согласны почти все. Красную планету считают новой вершиной для людей, которую нужно преодолеть, прежде, чем двигаться дальше. Причем Марс, несмотря на отличные от Земли условия, все же более подходящее место для жизни, чем, например, открытый космос. Здесь есть атмосфера, хотя и гораздо менее плотная, чем на Земле. Здесь есть много воды в виде льда (а может быть, где-то сохраняются подземные резервуары с жидкой водой).
Всего у НАСА сейчас три основные причины лететь именно на Марс (не просто лететь, а осуществить управляемую человеком миссию с посадкой на поверхность). Первая — это показать возможности такой страны, как США. Каждая страна хочет отличиться в аэрокосмической сфере, и Америка — не исключение.
Вторая причина — это колонизация. Об этом уже говорилось выше и на Geektimes о колонизации публиковался большой материал. Главным сторонником колонизации Марса можно считать Илона Маска. В НАСА немного другие настроения — любую экспедицию на Марс агентство планирует с тем расчетом, чтобы вернуть космонавтов домой.
Третья причина — это наука. Поиск жизни, исследование условий на других планетах — очень важные задачи. За последние несколько лет люди узнали о Солнечной системе и ее объектах очень много. Человек полетел к Плутону, добрался до пояса астероидов, высадился (хотя и не лично) на комету Чурюмова-Герасименко.
По мнению ряда научных специалистов, результаты изучения окрестностей кратера Гейл поднимают ряд вопросов, которые нуждаются в уточнении. Например, прошлым летом ровер Curiosity обнаружил в одном из районов повышенную концентрацию метана. Этот газ может быть либо следствием происходящих в глубине геофизических явлений, либо же появиться в качестве побочного продукта жизнедеятельности микроорганизмов.
Все тот же Грансфелд считает, что проблема полета на Марс вполне решаема текущими средствами и возможностями человека. Финансы здесь не самый важный вопрос, поскольку бюджет подобной миссии будет вполне подъемным даже для отдельно взятой развитой экономически страны.
Как уже упоминалось выше, у проекта основания колонии или даже просто управляемого полета на Марс есть противники. У них тоже есть доводы, и вполне рациональные.
Почему не стоит лететь на Марс?
Ряд ученых и политиков считают, что пока что человеку на Марсе делать нечего. Полет туда потребует огромного количества ресурсов, а вот какой-либо отдачи в ресурсном же отношении человек не получит еще многие десятки лет. Гораздо рациональнее, по мнению противников Марса, решать сейчас важные задачи на Земле и развивать коммерческую космонавтику.
Даже те политики, которые якобы являются приверженцами переселения людей на Марс в большинстве случаев зарабатывают себе политический капитал. Колонизация Марса — дело многих десятков лет, и текущих политиков, в случае неудачи идеи с колониями, уже нельзя будет упрекнуть в чем-то — большинство либо уйдут к тому времени из политики, либо уйдут из жизни.
Почему Луна?
В отличие от Марса, Луна гораздо ближе к Земле. Значит, туда проще и дешевле попасть. Правда, последний человек был на Луне 44 года назад, с тех пор пилотируемых миссий не было. Причем вот парадокс — после того, как человек побывал на Луне, многие обыватели и политики считают, что эта вершина уже взята, и повторяться не стоит. Что касается политиков, то многие из них понимают, что на возвращении на естественный спутник Земли большой политический капитал не заработаешь.
Тем не менее, здесь важно мнение не только политиков. Дело в том, что на Луне, предположительно, есть большое количество ценных для человека ресурсов. Например, гелий-3, которым активно интересуются те же китайцы. И доставка ресурсов с Луны гораздо более реалистичный вариант, чем доставка ресурсов с Марса (сейчас это практически нереализуемо).
С практически 100%-ной вероятностью можно утверждать, что на Луне нет жизни. Зато там есть вода, которая будет доступна колонистам. Водяной лед скрывается в кратерах и прочих местах, куда не проникают солнечные лучи, в результате чего лед сублимирует. Так что и с водой у космонавтов проблем не будет.
У Луны и научное значение большое. Изучение ее может пролить свет на происхождение как самой Луны, так и Земли, и всей Солнечной системы. Здесь же можно основать форпост человечества, откуда уже станет возможным отправлять космические аппараты на другие планеты. Ряд ученых уверен, что сначала нужно освоить Луну, а потом уже Марс, причем на красную планету можно будет летать прямо с уже освоенной Луны. Энергия здесь дармовая — солнечные лучи освещают огромную площадь без перерывов. Если основать колонию на Луне, то человек сможет ее изучить очень быстро при помощи автоматических систем разного типа. Водяного льда здесь много, поэтому можно будет получать топливо для ракет (кислород и водород).
Пауль Спудис, сторонник возвращения человека на Луну
Финальной стадией этой программы является доставка на Луну надувных жилищ на десять человек, которые астронавты и будут использовать. Стены жилого модуля предлагается заполнить водородом, который несложно добывать из лунного реголита. Стоимость этой программы в несколько раз выше, чем цена предыдущей и составляет около $550 млрд.
Здания планируется делать либо надувными, либо строить их, используя лунный грунт. Есть и предложение оборудовать жилище для человека в какой-либо полости в лунной поверхности или даже в кратере.
Освоением Луны сейчас активнее всех занимаются китайцы, которые не против основать колонию первыми. Понятно, что США постараются не допустить такого варианта развития событий.
А может, не стоит на Луну?
Понятно, что и у проекта колонизации спутника Земли есть противники. Во-первых, далеко не все ученые уверены в том, что на Луне столько льда, сколько считают некоторые специалисты. Кроме того, здесь крайне неуютно — огромные перепады температур, нет атмосферы, вот это все.
Стоимость же создания фабрики производства ракетного топлива будет очень высокой — это сделать непросто и даже при условии наличия нужных средств создание такого объекта — дело не одного года.
Плюс ко всему, здоровью лунных колонистов будет угрожать очень мелкая лунная пыль. Мелкие частицы этой пыли очень опасны, поскольку их размер составляет всего несколько десятков нанометров. Пыль такого размера может попадать сразу в кровоток. Пыль более крупных фракций будет оседать в легких. И если космонавт будет жить на Луне достаточно долго, ему может грозить силикоз (как у шахтеров) или что-то подобное.
Может, махнем куда-то еще?
Да, вполне разумный вариант. Сотрудник НАСА планетолог Аманда Хендрикс (Amanda R. Hendrix) и ее коллеги считают, что практически идеальным местом, где человек будет жить на поверхности, может стать Титан. Несмотря на то, что условия здесь не слишком подходят для человека, Титан богат углеводородами и прочими элементами, которые обеспечат колонистов всем необходимым. Плюс ко всему, на Титане — естественная защита от радиации, чего нет ни на Луне, ни на Марсе. Углеводороды здесь повсюду, вся поверхность спутника Сатурна укрыта ими, так что добывать его не нужно. И здесь тоже есть водяной лед в огромных количествах.
Конечно, и здесь не обойтись без проблем. Добираться до Титана еще дольше, чем до Марса. Весь путь займет около семи лет. Так что реализация идеи создания колонии на Титане — дело отдаленного будущего.
Как бы там ни было, большинство ученых сходятся в том, что человек рано или поздно создаст форпост цивилизации на одной из планет или планетоидов Солнечной системы. Так что вопрос, скорее всего не в том, будет ли у человека база где-то еще, кроме Земли, а в том, когда это станет реальностью.
В 1962 году СССР впервые запустил летательный аппарат к Марсу, а сегодня Илон Маск уже тестирует ракету для полетов с экипажем. Какой путь мы прошли за эти 60 лет и почему все еще не живем на Марсе?
Первые марсианские программы
Программы СССР
Существует несколько биомаркеров, по которым можно определить, есть ли потенциально на планете жизнь или нет. Это кислород, озон, метан, вода и углекислый газ. Если планета похожа на Землю по массе и радиусу и находится в зоне обитаемости, то есть на таком расстоянии от Солнца, что вода может оставаться в жидком виде, а в ее атмосфере присутствуют и взаимодействуют друг с другом пять биомаркеров, то вероятность наличия жизни (в настоящем или в прошлом) очень высока.
Современные миссии
На сегодняшний день на орбите Марса работают несколько орбитальных аппаратов, которые изучают атмосферу и геологическое строение планеты.
- Mars Odyssey (США);
- Trace Gas Orbiter (Европейское космическое агентство, совместно с Россией);
- Mars Orbiter Mission (Индия);
- MAVEN-1 (США);
- MRO (США);
- Mars Express (Европейское космическое агентство).
Летом 2020-го на Марс отправились сразу несколько миссий из разных стран: США, Китая и ОАЭ.
На Марсе с 2012 года проводит исследования еще один марсоход — Curiosity. Он уже обнаружил серу, азот, водород, кислород, фосфор и углерод, определил примерный состав почвы в районе залива Йеллоунайф, конца древней речной системы или дна озера. В этом регионе устройство проанализировало состав найденного глинистого материала, и выяснило, что он является результатом реакции пресной воды и магматических материалов. Одним словом, Curiosity доказал, что на Марсе могла быть жизнь.
Первая частная марсианская миссия
Система состоит из возвращаемой ракеты-носителя, самого космического корабля и танкера для дозаправки на орбите Земли. После запуска многоразовой ракеты с космическим кораблем с людьми и грузом на орбиту, ракета возвратится обратно на Землю за топливом, которое затем доставит обратно на корабль. Такая процедура будет проделана несколько раз, пока на корабле не будет достаточно топлива.
По мнению Маска, для колонизации нужен 1 млн добровольцев. Изначально планировалось, что одна ракета в течение нескольких десятков лет доставит на Марс необходимое количество людей. Но в 2020 году планы изменились: теперь Маск планирует построить 1 тыс. ракет. По плану предпринимателя, они и займутся доставкой колонизаторов и груза.
В одной ракете помещается 100 человек и 100 т груза. План по заселению Марса Маск планирует реализовать к 2050 году. Добровольцы, по словам главы SpaceX, должны быть готовы умереть, потому что эта миссия крайне опасна.
Стоимость отправки одного человека составляет $10 млрд. Маск понимает, что это очень дорого, поэтому стоимость билета будет $200 тыс. В феврале 2021-го SpaceX привлекла $850 млн в результате долевого финансирования. Месяцем ранее, став ненадолго самым богатым человеком планеты, бизнесмен сказал, что продает все свое имущество, чтобы иметь больше средств для реализации проекта.
Лететь планируется на ракетах Starship, двигатель для которой был успешно протестирован в июле 2019 года. Следом начались испытания самого аппарата. Все попытки были неудачными. Ракеты взрывались или разбивались. 4 марта 2021 года прошли очередные испытания. Аппарат смог подняться на высоту 10 км и вернуться на посадочную стойку. Через несколько минут он взорвался.
Почему так сложно долететь до Марса?
Несмотря на многочисленные программы по изучению Марса, которые проводятся уже более 60 лет, полет на планету остается опасным, сложным и непредсказуемым. Почему?
NASA уже разрабатывает специальные костюмы, которые обеспечивают атмосферное давление не воздухом, как раньше, а сдавливанием кожи материалами, плотно прилегающими к телу. Такие скафандры весят вдвое меньше обычных и обладают высокой мобильностью.
В декабре 2020-го на вручении премии Axel Springer Award, которая присуждается выдающимся инноваторам, Илон Маск заявил, что через шесть лет у людей появится возможность высадиться на Марсе.
В своих поисках признаков жизни на других планетах человечество обратило свое внимание на Марс. Это связано с близостью планеты и сходством ее с Землей. Проведенные на Земле исследования с моделированием среды показали, что живые организмы, в частности бактерии-экстремофилы, сине-зеленые водоросли и лишайники, способны нормально существовать в марсианских условиях. Но, несмотря на этот факт, побывавшие на Красной планете марсоходы не обнаружили какой-либо формы жизни. Это несоответствие порождает новые вопросы: сможет ли человек выжить в марсианских условиях и, если сможет, то сколько лететь до Марса.
Сколько лететь до Марса от Земли по времени
Нельзя определенно ответить на вопрос, сколько по времени лететь до Марса. Время полета на планету будет зависеть от трех факторов:
1. Траектория полета.
2. Скорость.
3. Вес корабля с грузом.
Можно рассчитать примерное время полета, исходя из предполагаемых скорости и траектории полета. Скорость самого быстрого космического корабля, когда-либо запускаемого в космос, 58000 км/ч.
Снаряженный корабль вместе с приборами и экипажем будет достаточно тяжелым. Поэтому для расчета лучше использовать среднюю скорость космических ракет, которая составляет 20000 км/ч.
Казалось бы, самым коротким путем будет прямая траектория. Но с учетом постоянного вращения планет вокруг Солнца по такой траектории до Марса долететь не получится – когда корабль достигнет марсианской орбиты, планеты там не окажется. Если лететь до Марса по эллиптической траектории, корабль высадится на Красной планете через 289 дней.
Сколько свет летит до Марса
Для математического расчета среднего времени путешествия к Марсу необходимы значения среднего расстояния от Марса до Солнца (228 млн. км) и скорости света в вакууме (300 тыс. км/с).
В результате получается, что среднее время достижения светом Красной планеты составляет 760 секунд, или 12 минут. Когда она находится в перигелии, это время равняется 11 минутам, в афелии – 13,01 минутам.
Расстояние до Марса в километрах
В зависимости от взаимного расположения Марс и Земля могут находиться друг от друга на разном расстоянии. Когда Солнце находится между ними, это расстояние максимально и составляет 401 млн. км, В момент нахождения Земли между Марсом и Солнцем расстояние минимально и равняется примерно 55,75 млн. км.
Цели полета на Марс
Основными целями человеческой миссии на планету являются:
1. Колонизаторская.
Поскольку полет займет очень долгое время, колония – это наилучший вариант для непосредственно изучения Красной планеты. Кроме этого, как бы жестоко ни звучало, ученые получат ответ на вопрос, сможет ли человек существовать в таких условиях, которые есть на планете.
2. Исследовательская.
• Поиски форм жизни.
Большое сходство Земли и Марса позволяет ученым предположить, что на Красной планете могла существовать жизнь. И хотя марсоходы не нашли живых организмов на Марсе, были обнаружены участки с высокой концентрацией метана, источника углерода для белковой формы жизни. Поэтому ученые все еще надеются найти на планете Марс какие-либо микроорганизмы;
• Изучение ценных геологических ресурсов.
Теоретически марсианская лава содержит большие запасы цветных (никель, медь) и драгоценных металлов платиновой группы;
• Исследование природных условий, состава грунта и других особенностей Красной планеты.
Возможные пути до Марса
Ученые разработали три траектории, отличающиеся по продолжительности полета и скорости:
1. Эллиптическая , по которой полет будет самым простым, менее энергозатратным и самым длительным.
2. Параболическая .
3. Гиперболическая , характеризующаяся большими энергетическими затратами для более быстрого достижения поверхности Красной планеты.
Эллиптическая траектория
Дорога к Марсу по эллиптической траектории будет простейшей, требующей минимальных затрат горючей смеси. Она представляет половину отрезка эллиптической орбиты вокруг Солнца. При этом Земля расположена в ближайшей к Солнцу точке орбиты (в перицентре), а самая удаленная от Солнца точка орбиты (апоцентр) расположена вблизи планеты Марс.
В зависимости от начальной скорости (11,6-12 км/с) и длины дуги эллипса миссия на Марс может занять 150-260 суток.
Учитывая необходимость наличия окон в траектории, экипажу нужно будет провести на планете 450 суток в ожидании следующего окна. В результате полет на Марс туда и обратно займет 2 года и 8 месяцев.
Параболическая траектория
Параболическая траектория полета имеет форму параболы. Если запустить корабль по такому маршруту, он достигнет Марса за 70 суток.
Но по сравнению с эллиптической, параболическая траектория будет очень энергозатратна (затраты топлива возрастают в 4,3 раза).
Это связано с большим потреблением горючей смесь в момент старта и посадки. Ведь чтобы пройти по параболической траектории, необходимо разогнать корабль до 16,7 км/с (третья космическая скорость), а потом затормозить при посадке (к этому моменту скорость будет составлять 20,9 км/с). Несмотря на большие энергетические затраты, путешествие на Марс по параболе займет 5 месяцев.
Гиперболическая траектория
По гиперболической траектории корабль должен будет пролететь мимо планеты, а затем изменить направление движения, попав в ее гравитационное поле.
Скорость корабля должна превышать третью космическую, то есть она будет выше 16,7 км/с.
Корабль с химическим типом двигателя не сможет лететь до Марса по такой траектории. Необходима быстрая ракета с другим более эффективным двигателем, способным разогнать ее до третьей космической скорости и выше при более низких энергозатратах, к примеру, ядерным или электрическим.
Когда запланирован первый полет людей на Марс
Предположительно, первое путешествие на Марс будет не ранее 2025 года.
Подготовкой к полету занимаются не только космические агентства разных стран, но и частные компании. Mars One планирует высадить первых людей на планету в 2027 году. Space X, предположительно, доставит человека на Марс в 2024 году. Исследовательский центр им. Эймса разрабатывает проект отправки в 2030 году людей на Марс без возвращения на Землю.
Три космических агентства – Роскосмос, НАСА, ЕКА – объявили путешествие на Марс своей целью в XXI веке. Другие страны пока не разрабатывают план полета на эту планету, что связано с недостаточным развитием космической отрасли.
Некоторые страны вообще отказались от полетов. Совет по религии ОАЭ категорично высказался о полетах на Красную планету как о форме самоубийства и запретил своим гражданам лететь до Марса.
Планы России
Планы Америки
Первые планы по полету на Марс предлагались еще при Джордже Буше, но из-за больших финансовых затрат они были не были реализованы.
В 2015 году НАСА разработала новый план полета на Марс.
План состоит из нескольких этапов:
1. Добыча полезных ресурсов на Луне, а именно топлива, кислорода, воды и строительных материалов. Эти запасы с помощью ионных тягачей будут доставлены на марсианскую орбиту.
2. Колонизация Марса с использованием ее ресурсов. По другому варианту плана мини-база будет создана не на самой планете, а на одном из ее спутников – Фобосе или Деймосе. Астронавты проведут на ней год, а затем вернутся на Землю.
В конце 2015 года НАСА начала работу по поиску места высадки астронавтов на Красной планете.
Планы Европейского космического агентства
Инициативы частных организаций
Перспективный полет к Марсу является целью нескольких частных организаций.
1. Проект Mars One под руководством Баса Лансдорпа направлен на осуществление полета на Красную планету и основание на ней колонии. Также предполагается телевизионная трансляция жизни первых поселенцев. Mars One поддерживается Герардом Хоофтом, лауреатом Нобелевской премии в области физики.
2. Первоначально Илон Маск, руководитель SpaceX, в рамках проекта Mars Oasis планировал построить на Красной планете небольшую теплицу для выращивания растений. Но ввиду отсутствия более совершенных энергетически выгодных ракет Mars Oasis был заброшен.
Маском была создана аэрокосмическая компания SpaceX, которая сможет доставить человека на планету. По мере подготовки миссии туда доставят конструкционные элементы будущей базы, а в 2024 году высадятся первые марсиане.
3. Исследовательский институт Эймса разрабатывает проект полета первых людей на Марс в один конец для создания колонии в 2030 году.
По предположениям ученых запланированный полет будет менее затратным по ресурсам, чем полет туда и обратно. В таком случае космический корабль может перевезти больше груза и людей.
Первые марсиане с помощью небольшого ядерного реактора и высокотехнологичных приборов будут производить кислород, пищу и воду. Раз в два года, когда планета будет находиться в нужной точке орбиты, американское НАСА будет отправлять корабли с новыми астронавтами.
Сколько топлива нужно для полета на Марс
Для полета на Красную планету потребуются очень большое количество топлива, приблизительно 1630 тонн. Связано это, в первую очередь, с использованием в космических кораблях энергозатратных химических двигателей.
Такие ракеты разгоняются до высоких скоростей, но требуют большого количества химической энергии, выделяемой при сгорании горючей смеси. Большой объем топлива расходуется, когда происходит запуск и посадка на Марс. Кроме этого, чем больше масса корабля, тем больше энергии необходимо.
Перспективные виды космического топлива
На данный момент в химических ракетных двигателях используется горючая смесь из несимметричного диметилгидразина и тетраоксида азота. Поскольку полет на Марс требует огромных запасов этого топлива, ученые занимаются разработкой более эффективных двигателей и видов топлива.
В России разработана термическая ядерная установка, принцип работы которой заключается в расщеплении атомов, сопровождающемся выделением тепловой энергии для создания реактивной тяги.
Люди были на Марсе?
Читайте также: