Марсианин: как выжить на Красной планете - Антон Первушин

Этап второй. К 2020 году американцы вернутся на Луну, развернув на ее поверхности постоянно действующую научно-исследовательскую станцию. С 2015 года должны начаться регулярные пилотируемые полеты на естественный спутник Земли.

Этап третий. Полеты на Марс и к другим планетам Солнечной системы. Здесь конкретные сроки не называются, поскольку никто не может предсказать, как оно все сложится через 20 лет. Возможно, произойдут какие-то серьезные перемены на геополитической арене или будут сделаны новые фундаментальные открытия – предугадать подобного нельзя, а потому нельзя и определить точную дату старта марсианской экспедиции.

В качестве финансовой подпитки этих амбициозных планов администрация Буша просила Конгресс увеличить финансирование космического агентства на 1 млрд долларов в год. При этом было указано, что дальнейший рост бюджета НАСА будет целиком зависеть от результатов деятельности самого агентства.

Вслед за выступлением Буша руководство НАСА объявило о проведении реорганизации своей структуры, чтобы «максимально эффективно реализовать новую космическую программу». Вся тяжесть работ по освоению Луны, Марса и других планет Солнечной системы легла на плечи сотрудников специально созданного Отдела исследовательских систем, во главе которого встал отставной адмирал Крейг Стейдл. На пресс-конференции адмирал заявил, что в процессе осмысления программы он будет руководствоваться не только текстом выступления Буша, но и бюджетом, выделяемым на эти цели. В то же самое время в НАСА прекрасно понимают, что усилиями одного космического агентства такую серьезную программу можно и не потянуть, поэтому американцы практически сразу обратились к ведущим ракетно-космическим корпорациям мира с предложением «включиться в работу».

Во исполнение инициатив Джорджа Буша-младшего началась доводка проекта, предложенного еще во времена Буша-старшего. Согласно прикидкам специалистов, сначала на Марс должны были отправиться три грузовых корабля. Первый из них стартует в 2009 году и «перетащит» на ареоцентрическую орбиту полностью заправленный космический корабль, на котором астронавтам предстоит вернуться на Землю. Второй обеспечит доставку уже непосредственно на марсианскую поверхность незаправленной ракетной капсулы, на которой экспедиция сумеет добраться до находящегося на орбите космического корабля возвращения. Наконец, третий корабль доставит на планету модули жилых помещений, лабораторий, блок ядерного источника электроэнергии. Лишь после этого стартует четвертый корабль, который и привезет шестерых астронавтов непосредственно на Марс, где они проведут двадцать дней, занимаясь научными исследованиями.

Стоимость проекта, предусматривающего полеты трех экипажей к Марсу в течение 12 лет, оценивалась в 50 млрд долларов. Первый экипаж планировалось высадить на поверхность Марса 4 июля 2012 года. Позднее сроки пришлось пересмотреть: отправка первого «грузовика» была перенесена на 20 ноября 2011 года, а старт первой экспедиции – на 1 декабря 2018 года. Как мы знаем сегодня, и они не были выдержаны.

Поскольку вид нового пилотируемого корабля еще не определен, концептуальные соображения НАСА на эту тему весьма туманны и опираются в основном на материалы симпозиума «Почему Марс?» («Why Mars?»), который прошел в Хьюстоне еще в августе 1992 года. Как следует из итогового отчета, участники симпозиума прежде всего определили цели, которые будут стоять перед пилотируемой экспедицией на Марс. Этих целей шесть. Во-первых, экспедиция на Марс должна стать очередным «логическим» этапом в проникновении человечества в космос. Во-вторых, она будет способствовать развитию сравнительной планетологии – изучив Марс, человек будет лучше понимать планету, на которой живет. В-третьих, такая экспедиция будет содействовать укреплению международных связей между государствами, которые примут участие в ее подготовке и осуществлении. В-четвертых, создание новых космических кораблей породит новые технологии, которые можно будет использовать во благо человечества в самых различных сферах. В-пятых, столь масштабное мероприятие продемонстрирует волю человечества к движению вперед, а его успех станет примером для будущих поколений. В-шестых, экспедиция на Марс покажет, что такие проекты вполне окупаемы и не столь затратны, как другие статьи бюджета (например, оборонные заказы).

Далее указывается, что Марс – наиболее подходящее небесное тело для организации межпланетной экспедиции. Все остальные планеты имеют неподходящие условия для строительства баз, добыча ресурсов там затруднена и требует совершенно иных затрат. Задачей первой экспедиции на Марс должно стать непосредственное изучение планеты и, на основании полученных научных данных, выработка планов дальнейшей колонизации.

Рассматриваются три возможных варианта достижения Марса.

Первый вариант – полет с коротким посещением (Short-Stay Mission). Общее время экспедиции – от 400 до 650 дней. Время пребывания на Марсе – от 30 до 90 дней. Возможны различные траектории полета: одна требует высоких затрат топлива, другая будет осуществляться с маневром в гравитационном поле Венеры, но экипаж подвергнется дополнительному риску: слишком длительное пребывание в невесомости (90 %) плюс повышенное радиационное воздействие Солнца.

Второй вариант – полет с долгим посещением (Long-Stay Mission, minimum energy). Общее время экспедиции – 900 дней. Время пребывания на Марсе – 500 дней. Для этого варианта подобрана оптимальная траектория с минимальными затратами энергии. Эта траектория позволяет послать более массивный корабль (то есть большее количество груза) при тех же затратах, что и меньший корабль по любой другой траектории. Недостатком этой траектории является опять же слишком длительное пребывание экипажа на борту корабля в окружении враждебной среды. Потому эта траектория считается оптимальной только для автоматических станций и беспилотных грузовых кораблей.

Третий вариант – полет с долгим посещением, но быстрой доставкой (Long-Stay Mission, fast transit). Общее время экспедиции – 900 дней. Время пребывания на Марсе от 600 дней и более. Профиль полета подобен предыдущему, но за счет дополнительных затрат энергии (ускорение корабля у Земли и торможение у Марса) время пребывания экипажа в невесомости под воздействием космических лучей может быть уменьшено до 100 дней в одну сторону.

Анализ предложенных вариантов показывает, что наиболее выгодным является третий вариант. Он снижает риск для экипажа и увеличивает научную отдачу от экспедиции. Однако для его реализации нужно выйти на совершенно новый уровень технологий, что требует высоких финансовых затрат.

Для реализации этого варианта предлагается использовать все ту же схему: три или четыре корабля, первые из которых будут беспилотными и доставят на Марс готовую базу.

Разработчики предлагают использовать все ближайшие «астрономические окна» для создания объектов инфраструктуры в обеспечение будущей экспедиции. Первым на Марс отправится корабль возвращения, совершенно идентичный тому, на каком астронавты полетят к Марсу. На орбиту Земли и траекторию выхода к Марсу его доставит сверхтяжелая ракета-носитель на химическом топливе, а сам он будет иметь маршевый двигатель, работающий на использовании ядерной энергии, – выбор двигателя еще предстоит осуществить. Следующими полетят два грузовых корабля. Первый из них доставит: марсианскую ракету, с помощью которой экипаж доберется до корабля возвращения, топливный завод, производящий кислород и метан, ядерный энергоблок, запас жидкого водорода, грузовик для перевозки оборудования и вездеход. Второй корабль доставит: марсианскую лабораторию, еще один энергоблок, еще один грузовик, инструменты, запчасти и небольшой дистанционно управляемый марсоход.

Затем к Марсу стартует корабль с экипажем из шести или семи человек. Астронавты прибудут на Марс в том же самом жилом модуле, на котором они совершат стодневный перелет. Этот модуль будет содержать все необходимое для обеспечения экипажа в течение полета и пребывания на поверхности Марса. Лабораторный модуль, доставленный ранее на Марс, будет абсолютно идентичен жилому модулю. Кроме научного оборудования в нем планируется разместить запасы воды и провизии на случай неполадок с основным жилым модулем. После посадки астронавты поместят модули рядом друг с другом (они будут передвижные) и соединят герметизированным тоннелем. Вездеход для путешествий по Марсу тоже будет герметичен и сможет перевозить до четырех человек. Помимо научных исследований астронавтам придется заниматься поддержанием функционирования базы, заправкой марсианской ракеты произведенным метаном и кислородом, поиском и сбором присылаемых с Земли грузов.

Вскоре определились и технические черты программы, получившей название «Созвездие» («Constellation»). Разумеется, НАСА рассчитывало максимально использовать существующий задел, и конструкторы на основе стартовых ускорителей системы «Спейс Шаттл» и двигателей старой доброй ракеты «Сатурн-5» разработали два новых носителя: тяжелый «Арес-1» («Ares I», Crew Launch Vehicle, CLV) грузоподъемностью 25 т и сверхтяжелый «Арес-5» («Ares V», Cargo Launch Vehicle, CaLV) грузоподъемностью от 125 до 150 т.