Марсианский пилотируемый комплекс МПК
Пилотируемый марсианский комплекс IPC, состояние — исследование 1956 г. Это первое в Советском Союзе серьезное исследование пилотируемого полета на Марс М. Тихонравова. Пилотируемый комплекс на Марсе (МПК) может иметь массу 1630 тонн и доставит экипаж на Марс в рамках 30-месячной экспедиции.
Первое серьезное исследование пилотируемого полета на Марс в Советском Союзе было инициировано отделом М. Тихонравова ОКБ-1 Королева. Исследовательская группа сначала рассмотрела полностью пилотируемую миссию на Марс. Это следовало классическому сценарию, разработанному группой Фон Брауна в их марсианском проекте 1948 года.
Пилотируемый марсианский комплекс может быть собран на низкой околоземной орбите. На обычном жидком топливе он полетит по траектории Хомана, выйдя на марсианскую орбиту, десантный корабль спустится на поверхность. После чуть более года исследования поверхности космонавты вернутся на Землю.
подсчитано, что начальная масса IPC составит 1630 тонн, а в конце 30-месячной миссии на Землю возвращаемый аппарат будет весить всего 15 тонн. При ожидаемой полезной нагрузке N1 от 75 до 85 тонн для сборки ПКР потребуется 20-25 запусков.
Краткое описание миссии МПК:
- Энхансер: N1.
- Жидкое топливо: керосин.
- Год запуска: 1975 г.
- Экипаж: 6 человек.
- Время полета: 270 суток.
- Время нахождения на Марсе: 360 дней.
- Срок возврата: 270 дней.
- Общее время миссии: 900 дней.
- Количество запусков, необходимых для сборки полезной нагрузки на НОО: 25.
Марс-4
21 июля 1973 года с космодрома Баконур был запущен «Марс-4». Через 204 дня после запуска, 10 февраля 1974 года, космический корабль пролетел на расстояние 1844 км от поверхности Марса. За 27 минут до этого момента были включены однолинейные оптико-механические сканеры — телефотометры, с помощью которых были сделаны панорамы двух участков поверхности Марса (в оранжевом и красном инфракрасном диапазонах). Впервые в практике российской космонавтики в полете приняли участие четыре космических корабля. Перед Марсом-4 поставлено много задач: изучить распределение водяного пара на диске планеты, определить состав газа и плотность атмосферы, измерить потоки электронов и протонов по траектории полета и закрыть к планете, изучите спектры собственного свечения атмосферы Марса и многие другие.
Основной задачей «Марса-4» была связь с автоматическими станциями на поверхности Марса. Космический аппарат «Марс-4» сфотографировал Марс по траектории пролета. На фотографиях поверхности планеты самого высокого качества видны детали размером до 100 м, что делает фотографию одним из основных способов изучения планеты. С его помощью с помощью цветных фильтров, синтезирующих негативы, были получены цветные изображения ряда участков поверхности Марса. Цветные изображения также имеют высокое качество и подходят для аэролого-морфологических и фотометрических исследований. К сожалению, Марс-4 не выполнил всех поставленных перед ним задач.
Марс-6
Эта миссия включала в себя орбитальный аппарат и спускаемый аппарат. Марс-6 достиг Красной планеты 12 марта 1974 года. Спускаемый модуль отделился от орбитального аппарата, раскрыл парашют и начал падать в атмосферу Марса. Во время спуска зонд передавал данные об атмосфере Марса в течение 150 секунд.
К сожалению, эти данные оказались очень необъективными из-за неисправности бортового компьютера. И сразу после запуска специальных двигателей для обеспечения плавной посадки контакт с модулем был потерян. Марс-6 потерпел крушение на поверхности Красной планеты в точке с координатами 24 ° южной широты и 25 ° западной долготы.
Марс-3
Последующая миссия России на Марс оказалась более эффективной. При разработке программы «Марс-3» были учтены недостатки предыдущего запуска. Запущенная через 9 дней после «Марса-2», станция «Марс-3» успешно вышла на марсианскую орбиту шесть месяцев спустя. Спускаемый аппарат впервые в истории совершил мягкую посадку на поверхность «красной планеты». Через полторы минуты подготовительного периода аппарат заработал и начал передавать панораму окружающей поверхности, но через 14 с половиной секунд «марсианское шоу» закончилось.
Конечно, это «шоу» можно назвать с некоторой силой: AMC передала только первые 79 строк фототелевизионного сигнала, которые представляли собой серый фон без единой детали, то же самое произошло и с передачей со второго телефотометра. Высказывались гипотезы о различных версиях некорректной работы устройств: коронный разряд в антеннах передатчика, повреждение аккумулятора .. но окончательного решения о причинах отказа не принято. Не иначе, марсиане сделали что-то умное.
Марс-7
«Марс-7» был запущен 9 августа 1973 года. Эта миссия на Марс не увенчалась успехом. Спускаемый аппарат прошел 1400 километров от поверхности Марса и вышел в космос. Таким образом, целевая программа «Марса-7» не выполнялась, но, выполняя автономный полет, спускаемый аппарат оставался работоспособным и передавал информацию на летательный аппарат по радиоканалам КД-1 и РТ-1. Связь с летательным аппаратом «Марс-7» поддерживалась до 25 марта 1974 г. Во время операции «Марс-7» в сентябре-ноябре 1973 г была зафиксирована связь между усиленным потоком протонов и скоростью солнечного ветра.
Предварительная обработка данных космического корабля Марс-7 об интенсивности излучения в резонансной линии Лайман-альфа атомарного водорода позволила оценить профиль этой линии в межпланетном пространстве и определить в нем две составляющие, каждая из которых составляет примерно равный вклад в общую интенсивность излучения. Полученная информация позволила рассчитать скорость, температуру и плотность межзвездного водорода, текущего в Солнечной системе, а также выделить вклад галактического излучения в линии Лайман-альфа. Этот эксперимент проводился в сотрудничестве с французскими учеными.
Марс-5
Цели и задачи миссии «Марс-5» были аналогичны миссии «Марс-4». Необходимо было выйти на орбиту Марса и сфотографировать его поверхность. Экспедиция достигла Марса 12 февраля 1974 года и заняла орбиту 1760 × 32 586 километров. Однако из-за сбоев бортового компьютера орбитальный аппарат проработал всего несколько дней. Однако ему все же удалось передать на Землю некоторые атмосферные данные, а также изображения небольшой части южного полушария Марса.
Современные миссии
На сегодняшний день на орбите Марса работают несколько орбитальных аппаратов, изучающих атмосферу и геологическое строение планеты.
Между ними:
- Марс Одиссей (США);
- Trace Gas Orbiter (Европейское космическое агентство, совместно с Россией);
- Mars Orbiter Mission (Индия);
- MAVEN-1 (США);
- ТОиР (США);
- Марс Экспресс (Европейское космическое агентство).
Летом 2020 года на Марс отправились одновременно несколько миссий из разных стран: США, Китая и Объединенных Арабских Эмиратов.
10 февраля 2021 года космический корабль Объединенных Арабских Эмиратов «Аль-Амаль», что в переводе означает «Надежда», вышел на орбиту Марса. Зонд будет изучать атмосферу, изменения погоды в течение дня и года в разных регионах планеты, метеорологию в нижних частях атмосферы, пыльные бури и попытается найти связь между нынешним и древним климатом Марса.
Через несколько часов после Аль-Амаль, 10 февраля, на орбиту вышла станция другой страны: Китай. Спускаемый аппарат межпланетной станции Tianwen-1 совершит посадку на Марс в период с мая по июнь 2021 года. Марсоход будет изучать планету одновременно в нескольких направлениях. Благодаря специальному устройству, способному проникать на глубину до 100 метров, вездеход будет изучать геологическое строение и химический состав почвы. Он также будет исследовать климат, электромагнитные и гравитационные поля Марса.
марсоход НАСА Perseverance совершил посадку на Марс 19 февраля. Он будет искать признаки жизни, изучать почву, изучать климатические условия и пытаться получить кислород. Вместе с марсоходом на «красную планету» прибыл беспилотный вертолет Ingenuity. Он проверит возможность запуска подобных устройств на Марс и, в случае успеха, изучит местность.
Другой марсоход Curiosity проводит исследования на Марсе с 2012 года. Он уже обнаружил серу, азот, водород, кислород, фосфор и углерод, определил приблизительный состав почвы в районе залива Йеллоунайф, в конце древней реки система или дно озера. В этом регионе устройство проанализировало состав найденного глинистого материала и обнаружило, что он является результатом реакции пресной воды и магматических материалов. Короче говоря, Curiosity показал, что на Марсе может быть жизнь.
Марс-2
Орбитальная станция и спускаемый аппарат. Во время полета «Марс-2» спускаемый аппарат был отправлен на поверхность Красной планеты. Это была первая попытка мягкой посадки на Марс. Произошло это 27 ноября 1971 года. Однако система спуска вышла из строя. И спускаемый аппарат потерпел крушение, доставив герб Советского Союза на поверхность планеты. Между тем, орбитальная станция совершила маневр и вышла на орбиту с параметрами 1380 × 24,940 километров и наклонением 48,9 °. Его научные инструменты обычно включались на 30 минут возле перицентра (нижняя точка орбиты). Орбитальная станция уже несколько месяцев отправляет данные на Землю.
Пилотируемый межпланетный космический корабль ТМК-1
1959 г исследование. В 1959 году группа энтузиастов 3-го отдела ОКБ-1 под руководством Г.У. Максимова приступила к планированию этого первого фантастического проекта пилотируемого межпланетного путешествия.
Космический корабль ТМК-1 массой 75 тонн и высотой 12 метров должен был перевозить трех человек для полета к Марсу. После 10,5-месячного полета экипаж мог пролететь над Марсом, сбросив дистанционно управляемые посадочные модули, а затем отправиться по обратной траектории на Землю.
Первый полет ТМК-1 на Марс должен был начаться 8 июня 1971 года, космонавты вернутся на Землю 10 июля 1974 года после трехлетнего, одномесячного и двухдневного путешествия.
Казалось, что не было никаких шансов, что проект гигантской экспедиции MSC на Марс будет одобрен или завершен в разумные сроки. Следовательно, более реалистичная первоначальная миссия на Марс или Венеру стала основой для последующих исследований. Идея заключалась в запуске пилотируемого космического корабля с одиночным N1. Требования к этому проекту будут определять технические характеристики ракеты-носителя N1. Одна из причин, по которой Советский Союз не победил Америку в беге на Луну, заключается в том, что N1 был разработан для запуска ТМК-1, а не для прямой посадки на Луну.
Согласно плану проекта, на следующем этапе миссии было два варианта:
- В первом ТМК-1 с тремя космонавтами может быть выведен на низкую околоземную орбиту с помощью ракеты-носителя N1.
- По второму варианту ТМК-1 может запускаться беспилотным, поэтому экипаж будет прибывать на ТМК на кораблях «Север» или «Союз”.
Этап закачки жидкого кислорода, керосина ускорит его в долгом путешествии к Марсу. После истощения ступени ракеты первоначальная полная масса с 75 тонн уменьшится до 30 тонн.
После начала полета на Марс весь космический корабль начнет вращаться вокруг своего центра масс, чтобы создать искусственную гравитацию. Отделение экипажа должно было иметь массу 15 тонн, диаметр 6 м и длину 12 м.
Носовая корма в крейсерской конфигурации ТМК-1 состояла из:
- Жилой или пилотный отсек, с внутренним объемом 25 кубометров.
- Часть работ или оборудования, включая люк для работы вне транспортных средств и укрытие от солнечных бурь, где солнечные вспышки подняли уровень межпланетной радиации до опасного уровня. Общий объем участка — 25 кубометров.
- Секция биологических заводов с замкнутой системой экологического контроля общим объемом 75 кубометров.
- Агрегатная секция с капсулами зондов Марса, двигателем коррекции среднего тока KDU, замкнутой системой контроля окружающей среды, солнечными батареями и радиоантеннами.
- Капсула для возвращения на Землю космонавтов СА, диаметром около 4 м, в конфигурации «обратный Союз».
Важнейшим элементом проекта пилотируемого полета ТМК-1 была разработка замкнутой системы экологического контроля. Система использовала биологические процессы, которым способствовали некоторые физико-химические процессы, чтобы имитировать земную экосистему. Сине-зеленые водоросли использовались для преобразования выдыхаемого экипажем углекислого газа в кислород и обеспечения почти полного восстановления воды и отходов организма. От 20% до 50% пищи экипажа будет выращиваться в гидропонных теплицах. Уместить все это в тесных рамках ТМК-1 было непросто. Это потребует использования яркого солнечного света на ограниченной территории.
Особой проблемой межпланетного полета была защита от излучения солнечного ветра и космических лучей. Показания с беспилотных спутников показали, что нормальная кумулятивная доза радиации во время полета на Марс будет в пределах приемлемых уровней. Но экипажу потребуется особая защита в периоды максимальной солнечной активности. В те моменты они укрылись в радиационном убежище. Укрытие представляло собой экранированный тоннель, оборудованный упрощенной станцией управления космическим кораблем, размещенной в отсеке оборудования.
Другой биологической проблемой, о которой ничего не было известно при проектировании ТМК, было воздействие длительной невесомости на человека. Вращение TMK вокруг своей оси было изучено как средство создания искусственной гравитации, но небольшой диаметр означал, что силы Кориолиса будут вызывать у людей тошноту и, вероятно, хуже для людей, чем невесомость. Было решено, что TMK будет вращаться только с перерывами во время полета, чтобы астронавты были в гармонии с гравитационными силами Земли.
Пилотируемый межпланетный космический корабль ТМК-Э
Исследование 1960 г. Феоктистов К.П считал, что пилотируемая конструкция ТМК-1 слишком ограничена. Его команда дизайнеров разработала собственную концепцию в 1960 году.
ТМК-Э Феоктистовой был первым пилотируемым полетом на Марс на космическом корабле с ионными двигателями и ядерным реактором. Космический корабль будет собран на низкой околоземной орбите и оттуда с экипажем из шести человек будет направлен на Марс.
Космический корабль длиной 175 м может состоять из:
- Секция корпуса со щитом на носу для размещения всей команды из шести человек имела бы диаметр 6 м и длину 18 м.
- Тоннель малого диаметра, к которому пристыковались два десантных корабля на Марсе и земная капсула типа «Союз”.
- Длинная решетчатая стрела, вдоль которой мы впервые столкнулись в центре тяжести космического корабля, скопление ионных двигателей и топливных баков.
- Четыре десантных корабля с одной наземной машиной.
- Радиационный экран большого диаметра для защиты реактора.
- В конце решетки, развернутой после пуска и стабилизированной двумя телескопическими подкосами, находится энергетический реактор.
Десантный аппарат массой около 10 тонн представлял собой аэродинамический корпус конусообразной формы с тупым основанием, диаметром 5,5 м и высотой 9 м. На поверхности оболочка отслаивалась, и часть ее служила оболочкой для наземных транспортных средств внутри. Сам спуск Поезд-Марс будет состоять из пяти связанных блоков:
- Спереди с кабиной, манипуляторами и буровой системой.
- Второй запуск с платформой для вертикального взлета и горизонтального полета в марсианской атмосфере.
- Два блока с рампами для запуска ракет. Любую ракету (одну запасную) можно использовать для посадки экипажа из трех человек и возвращения в стыковку с основным космическим кораблем на низкой околоземной орбите. Сами спускаемые аппараты представляли собой четырехконечные усеченные конусы высотой 5,4 м и шириной на шасси 7 м.
- Кормовой блок с ядерным реактором для питания поезда.
После сборки «Поезд-Марс» на поверхности, команда проведет исследования поверхности и атмосферы красной планеты. Они совершат полное кругосветное плавание планеты от полюса до полюса. Данные будут переданы с поверхности экипажу космического корабля, находящегося на орбите Марса, а затем переданы на Землю. После завершения работы космонавты вместе с образцами почвы и другими результатами исследований вернутся на ТМК-Э на околоземную орбиту, а оттуда — на Землю.
Однако знаменитое советское планирование провалилось. Все четыре беспилотных летных испытания ракеты Н-1 закончились неудачей. Советский Союз проиграл лунную гонку, и планы пилотируемого полета на Красную планету были забыты.
Как ни странно, сильные стороны советского режима, позволившие ему продвинуться в космической гонке, предназначены для марсианского проекта. Сложность принятия решений, частая смена целей и отсутствие единого космического агентства привели к отмене полетов на Луну, Марс и другие планеты. Вместо этого советские космические эксперты сосредоточились на, возможно, менее амбициозной, но столь же сложной программе колонизации орбиты Земли.
Первая частная марсианская миссия
В 2016 году на Международном космическом форуме в Мексике основатель SpaceX Илон Маск представил межпланетную транспортную систему, в которой люди могут путешествовать на Марс.
Система состоит из восстанавливаемой ракеты-носителя, самого космического корабля и резервуара снабжения на околоземной орбите. После запуска многоразовой ракеты с космическим кораблем с людьми и товарами на орбите, ракета вернется на Землю за топливом, которое затем будет возвращено на корабль. Эта процедура будет повторяться несколько раз, пока на корабле не будет достаточно топлива.
По словам Маска, для колонизации нужен 1 миллион добровольцев. Изначально предполагалось, что ракета доставит необходимое количество людей на Марс за несколько десятилетий. Но в 2020 году планы изменились: теперь Маск планирует построить 1000 ракет. По замыслу предпринимателя, они займутся доставкой колонизаторов и груза.
Одна ракета может разместить 100 человек и 100 тонн груза. Маск планирует реализовать план по заселению Марса к 2050 году. Волонтеры, по словам главы SpaceX, должны быть готовы к смерти, поскольку эта миссия чрезвычайно опасна.
Стоимость отправки человека составляет 10 миллиардов долларов, Маск понимает, что это очень дорого, поэтому стоимость билета составит 200 тысяч долларов, а в феврале 2021 года SpaceX привлекла 850 миллионов долларов благодаря долевому финансированию. Месяцем ранее, ненадолго став самым богатым человеком на планете, бизнесмен заявил, что продает всю свою недвижимость, чтобы получить больше денег для проекта.
Планируется запускать ракеты Starship, двигатель которых успешно прошел испытания в июле 2019 года. Впоследствии начались испытания самого аппарата. Все попытки были безуспешными. Ракеты взорвались или разбились. Последующие испытания прошли 4 марта 2021 года. Аппарат смог подняться на высоту 10 км и вернуться на посадочную площадку. Через несколько минут он взорвался.