Космическая гонка столетия: кто будет первым на Марсе (часть 1 - США)
Кадр из фильма "Марсианин"
Издание Naked Science решило оценить стартовые позиции «гоночных» команд, присмотрелось к «болидам» и прикинуло шансы на успех.
Часть 1. США (оценка шансов прибыть первыми - 50%).
СССР первым отправил человека в космос. Американцы первыми прошлись по Луне. После того как землянин ступит на поверхность Марса и станет первым человеком на другой планете, в Солнечной системе «время первых», вероятно, закончится. И чтобы снова повторить успех, нужно будет лететь к соседней звезде, а это удастся в лучшем случае не раньше середины следующего столетия.
Несмотря на то что Марс не слишком гостеприимен, другие небесные тела в плане прогулок подходят еще меньше. Да и лететь к ним несравнимо дольше. Есть много причин, по которым Марс станет, пожалуй, единственной важной целью пилотируемых миссий этого века.
Полет на Марс непростое мероприятие. На порядок сложнее, чем полет на Луну. Чтобы безопасно доставить человека на Красную планету и столь же безопасно вернуть его, предстоит найти ответы на множество вопросов, связанных с защитой от радиации, обеспечением комфортных условий в полете, организацией безопасной посадки на поверхность планеты и тем более взлета с нее.
В итоге, найдя все ответы, нужно собрать воедино необходимые составляющие будущего межпланетного путешествия: ракету, корабль, посадочный модуль и не только. Их наличие, или перспектива постройки, будет служить критерием возможности той или иной страны (или группы стран) достигнуть поверхности Марса и победить в космической гонке. Учитывая, что такой полет еще и дело престижа, примем во внимание и другие факторы, например наличие политической воли.
Сегодня в США полностью уверены, что первый флаг, который будет развеваться на марсианском ветру, будет именно американским. Поэтому к подготовке к пилотируемому полету на Марс подходят обстоятельно и без спешки, постоянно меняя планы и отодвигая сроки. NASA медленно и упорно работает над тем, чтобы когда-нибудь отправить человека на Красную планету. И тем не менее, когда мы слышим Марс, слышится Маск.
Именно Илон Маск больше других говорит о Марсе и особенно очень красиво «показывает». Цель его частной космической компании SpaceX - позволить людям жить на других планетах. В первую очередь на Марсе. Маск неоднократно заявлял, что планирует отправить человека на Красную планету. На данный момент пилотируемый полет по-прежнему намечен на 2024 год (ну, во всяком случа Илон пока не объявлял о переносе сроков, хотя вероятность этого события мизерна).
Dragon V2
Изначально считалось, что именно Crew Dragon, который уже летал на МКС и с грузом, и с астронавтами, будет в комплекте с FH вероятным претендентом на токой полет. Однако Маск еще в 2017 году сделал выбор в пользу будущего Starship, анонсированного годом ранее как BFR. И пока изменений в этом плане нет.
Falcon Heavy
Проект StarShip предполагает не только создание многоразовой ракеты-носителя и космического аппарата, но также наземной инфраструктуры для их запуска и повторного использования. В дополнение к этому в космос будут выведены топливные депо для заправки ракет на низкой околоземной орбите. Новую ракету, как заявлено, можно будет использовать в том числе для исследования Марса, включая как миссии с отправкой грузов, так и пилотируемые.
Напомню - StarShip намного больше по размеру, чем существующие ракеты SpaceX, что позволит выводить на низкую орбиту 150 тонн груза. Для сравнения, Falcon Heavy способна вывести на НОО только 63 800 кг, а на Марс отправить 16 800 кг. Хотя это уже это делает ее самой грузоподъемной ракетой из действующих на сегодняшний день.
Но все же «Большой сокол» меньше по размерам, чем ракета из проекта ITS. Запланированная длина - 106 м, диаметр - 9 м. Это меньше, чем у предыдущего проекта ITS - 122 м и 12 м соответственно. Грузоподъемность ракеты из более раннего проекта также была бы существенно больше: на НОО - 300 000 кг, на Марс - 420 000 кг (с дозаправкой на НПО).
***
NASA не так оптимистично и собирается организовать первую пилотируемую экспедицию к Марсу примерно в 2030-х годах. В декабре 2017 года Президент США Дональд Трамп подписал «Директиву № 1 по космической политике», которая фактически обязывает агентство подготовить пилотируемый полет к этому сроку. Одновременно американские астронавты должны вернуться и на Луну.
Один из элементов марсианской программы NASA - новая сверхтяжелая ракета SLS (Space Launch System). Ракета разрабатывается компанией Boeing с 2011 года. Тестовый запуск ожидался в декабря 2019 года, однако его перенесли.
SLS (Space Launch System)
Теоретически в беспилотный полет ракета-носитель отправится вместе с новым многоцелевым пилотируемым кораблем «Орион». Тендер на проектирование и строительство корабля еще в 2006 году выиграла компания Lockheed Martin. Первый беспилотный испытательный полет «Ориона» уже состоялся 5 декабря 2014 года. В нем была использована тяжелая ракета Delta IV Heavy. Эта миссия фактически соответствовала тестовой миссии Apollo 4 1967 года, в которой проверялись система управления и теплозащитный экран корабля «Аполлон».
В базовом варианте SLS будет способна выводить на опорную орбиту 70 тонн груза, но конструкция ракеты предусматривает возможность увеличения грузоподъемности до 130 тонн в усиленной версии.
Во время испытаний Orion поднялся на орбиту примерно 5,8 тысячи километров над Землей. Это более чем в 14 раз выше, чем орбита МКС. Однако испытывался не весь проектируемый корабль, а только командный отсек, вторая необходимая часть корабля - служебный модуль, который должен обеспечивать возможность движения в космосе и энергоснабжение корабля, - пока не готов. Им занимается Европейское космическое агентство. В первом полете функции служебного модуля выполняла верхняя ступень ракеты.
По дизайну новый корабль напоминает корабли предыдущих программ NASA дошаттловской эпохи Mercury и Apollo. В то же время «Орион» крупнее и мощнее своих предшественников. Его общая масса превышает 20 тонн, высота грузового модуля конусообразной формы - более трех метров, диаметр основания - около пяти метров. Он способен брать на борт до шести астронавтов, а объем его жилого пространства можно сравнить с небольшой комнатой - девять кубических метров.
Пилотируемый полет «Ориона» должен был стать и частью программы по созданию международной лунной орбитальной станции Deep Space Gateway (сейчас Lunar Orbital Platform-Gateway), строительство которой, в свою очередь, шаг на пути к полету на Марс.
NASA собирается построить на лунной орбите посещаемую станцию DSG, которая будет предназначена не только для изучения Луны, но также выступит в качестве космопорта для марсианских экспедиций. Станция будет иметь четыре модуля - жилой, электродвигательный, модуль снабжения и шлюзовой. Предполагается, что в создании электродвигательного модуля примет участие ЕКА, а шлюзового - корпорация «Роскосмос». Он будет создан на основе стыковочного отсека-модуля «Пирс» и узлового модуля «Причал», разработанных для МКС, однако будет соответствовать американским стандартам. Возможно, Россия также примет участие в создании жилого модуля.
После строительства окололунной станции NASA планирует разработку межпланетного космического корабля Deep Space Transport (DST), который будет предназначен для полетов в Солнечной системе, и в том числе к Марсу.
Транспорт будет забирать экипаж со станции, доставлять его к месту назначения и обратно. Здесь же, на станции, межпланетный корабль будет обслуживаться и ремонтироваться. DST будет использовать комбинацию электрических и химических двигателей и вмещать экипаж из шести человек. В 2020-х годах планируется тестирование корабля, а в конце десятилетия NASA планирует отправить астронавтов на год в путешествие вокруг Луны для проверки его систем.
И если с тем, как добраться до Марса, уже, кажется, все ясно, то как на него сесть, еще не совсем понятно. Заместитель администратора NASA по вопросам пилотируемых космических полетов Уильям Герстенмайер в июле 2017 года заявил, что агентство просто не знает, как посадить на Марс корабль с астронавтами (у Маска с его StarShip такая проблема не возникает).
NASA же заявляет, что атмосфера Марса достаточно плотная, и космические аппараты, спускаемые на поверхность, приходится оснащать теплозащитным экраном, но в то же время она настолько разрежена, что тяжелый космический корабль посадить с использованием парашютов не получается.
Марсоход Curiosity весит всего 899 кг, однако это самый тяжелый космический аппарат, совершивший мягкую посадку на Марс. Для его спуска на поверхность агентство применило хитроумный метод, сочетающий парашют и так называемый «небесный кран», зависший над поверхностью благодаря ракетным двигателям. Но спускаемый модуль с астронавтами должен весить порядка 10−15 тонн, и как посадить на Марс что-то подобное, неизвестно.
Пока что в октябре 2017 года агентство провело успешные испытания парашютной системы для миссии Mars 2020. Его масса будет ненамного больше предшественника - порядка 950 килограммов.
***
РЕЗЮМЕ
Тем не менее, пока США - единственная страна, официально запланировавшая полет на Марс. Но даже у Америки на сегодня нет всех необходимых составляющих для марсианской экспедиции. Однако NASA первым занялось подготовкой. Ракета SLS, так нужная для строительства окололунной базы и вывода тяжелых грузов на орбиту, скоро должна полететь в космос. Космический корабль, необходимый для доставки людей на орбиту, также, как обещают, скоро будет. Сам космический транспорт DST для доставки людей на Марс только в проекте. За него возьмутся только после строительства окололунной базы, строить которую еще не начинали, так как нет ракеты. Что же касается спуска на планету, то как его осуществить, инженеры NASA пока не знают. Естественно, говорить о посадочном модуле тоже рано.
Тем не менее у США есть и финансовые, и технические возможности для того, чтобы когда-нибудь отправить человека на Марс. И если не изменится политическая или экономическая обстановка в мире и в самих Штатах, то они это сделают первыми. Понятно, что не в те сроки, которые заявляются.
Что же касается Маска, то он, конечно, хорошо продвинулся в деле коммерциализации космоса. Однако все называемые им сроки тоже постоянно переносятся, а программы пересматриваются. Хотя он и запустил Falcon Heavy, как и обещал, но на Марс был отправлен все же родстер, а не космический корабль, как предполагалось по отмененной программе Red Dragon. Уверенности в том, что Илон Маск в этот раз уложится в сроки и тем более опередит NASA, все же нет.
По перечисленным причинам Naked Science счтает, что США первыми установят свой флаг на Марсе с вероятностью 50 на 50.
via