Полеты на Марс будут возможны с новыми технологиями

Многоразовые ракеты-носители

Это транспортные средства, которые можно запускать, возвращать и повторно использовать снова и снова.

Идея заключается в том, что если будут реализованы полные системы запуска, затраты на запуск будут намного ниже. Более низкие затраты означают более легкий доступ и больший интерес. Более высокий спрос будет означать усиление конкуренции и, следовательно, снижение затрат на полет на Марс.

Подобные разработки уже ведутся SpaceX и есть первые положительные результаты. В России тоже есть основы в этом направлении, но пока только в виде проектов.

Космическая станция на орбите

Этакая застава, почтовая станция, откуда они полетят на ближайшую планету. Положение такой станции могло бы быть на низкой околоземной орбите или на орбите Луны, что может быть более эффективным для фактического полета на Марс. Такая станция могла бы быть не только местом встречи, но и служить в качестве заправочной станции для кораблей для дальних перелетов.

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.

Радиационная защита

Защита от солнечных частиц и космических лучей высокой энергии — для космических путешественников и тех, кто намеревается заселить Марс, а также необходимое оборудование.

Проекты обычно фокусировались на более толстой броне вокруг космических кораблей и станций или на меньших «укрытиях», которые еще более защищены и могут быть эффективны против радиации.

Но космические лучи высоких энергий создают большие проблемы, которые с помощью тяжелых технологий пассивной защиты просто не решить. Новые концепции защиты нацелены на более «активные» методы защиты, которые могут быть более эффективными против частиц высоких энергий. Например, электростатические или магнитные поля, которые можно включать и выключать.

Другие идеи, такие как использование фармацевтических препаратов для облегчения или даже устранения радиационных повреждений, могут оказаться эффективными.

Эта технология нужна не только в космосе, но и на поверхности планеты.

Создание условий для жизни

Когда космонавты достигнут Марса, где они будут жить и работать? Это вопросы, на которые вы, как партнеры НАСА, сейчас ищете ответы.

Bigelow Aerospace, Boeing, Lockheed Martin, Orbital ATK, Space Systems of Sierra Nevada Corporation и Colorado NanoRacks в рамках программы NeXTstep создадут наземные прототипы модулей для астронавтов на Красной планете в течение следующих двух лет.
«Наше путешествие на Марс требует подготовки и исследований во многих областях», — заключило НАСА. «С помощью новой ракеты SLS, пилотируемого космического корабля Orion, опыта МКС и множества инновационных технологий пилотируемые миссии на Марс скоро станут реальностью».

Постройка ракеты

Все мы знаем, что для того, чтобы колонизировать Красную планету, вы должны сначала добраться до нее. Целый и невредимый. Поэтому важной частью подготовки к полету на Марс является создание ракеты-носителя и космического корабля, способных доставить человека к месту назначения.

НАСА возлагает все свои надежды на Space Launch System, сверхтяжелую ракету-носитель для пилотируемых полетов за пределами орбиты Земли. Он разработан компанией Boeing.

SLS будет иметь четыре двигателя RS-25 и два твердотопливных ускорителя. В то время как базовая конфигурация рассчитана на вывод на орбиту 70 тонн груза, улучшенная версия ракеты-носителя будет иметь полезную нагрузку до 130 тонн. Программа SLS обойдется бюджету США примерно в 35 миллиардов долларов, а стоимость одного запуска оценивается в 500 миллионов долларов. Первый испытательный полет ракеты запланирован на 2018 год.

При выборе космического корабля, на котором полетит первый марсианский экипаж, НАСА остановилось на Орионе. «Он станет самым безопасным из когда-либо построенных космических кораблей», — заявили в агентстве. «Его можно использовать не только для полетов на Марс, но и для космических путешествий в других направлениях».

Замкнутый цикл жизнеобеспечения

Полностью автономная система жизнеобеспечения: производство, пищевая промышленность, вода и кислород.

На околоземной орбите Международная космическая станция регулярно снабжается всем необходимым для выживания. Но в дальних космических полетах на Марс дозаправка невозможна — а откуда они взялись?

Тщательное обдумывание деталей производства кислорода, производства воды и даже выращивания продуктов питания — основная нерешенная технологическая проблема.
Полностью закрытая система на самом деле может быть недостижимой, но мы должны научиться максимизировать самоокупаемость и минимизировать потребность в расходных материалах.

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.

Искусственная гравитация

Атрофия мышц, резкое снижение плотности костей, проблемы со здоровьем — все это результат длительного пребывания в невесомости. Эти проблемы можно до некоторой степени решить с помощью упражнений, но длительное пребывание на космических станциях показало, насколько слабыми могут стать астронавты.

Другой нерешенной технологической проблемой является способ воспроизведения эффектов гравитации в космосе.

Центростремительное ускорение могло быть ответом. Для этого вам нужно создать корабль с колесом, которое вращается для создания искусственной гравитации. Это идея, которая существует с начала 1900-х годов, а также в последнем научно-фантастическом фильме «Марсианин».

Хотя было сделано много предложений, реальных испытаний в космосе никогда не проводилось. Была некоторая надежда, что недавняя идея, Nautilus-X, действительно может проверить часть оборудования на МКС в полете, но, к сожалению, идея так и не вышла за рамки первоначальной конструкции.

Орбитальная станция передачи Земля-Марс

Чтобы достичь Марса, корабли должны ускориться и покинуть орбиту Земли, а затем замедлиться по мере приближения к цели. Чтобы ускориться, а затем замедлиться, огромным, массивным кораблям — таким, которые потребуются для заселения сотен людей — потребуется много топлива.

Вместо того, чтобы ускорять и замедлять весь космический корабль, почему бы не держать его на орбите непрерывной передачи между Землей и Марсом, а затем использовать шаттл для перевозки людей туда и обратно.

Синий — орбита Земли. Красный — орбита Марса. Зеленым цветом обозначена орбита космической станции. Пункты пересадки M1, M2, E1, E2.

Межпланетный космический корабль на постоянной орбите вокруг Солнца решил бы проблему с топливом. Разогнав его однажды, он облетит планеты.
С помощью этой технологии мы можем сэкономить топливо и получить систему, которую можно использовать снова и снова, чтобы летать.

Использование атмосферы для маневра торможения

Аэрозахват — это метод снижения скорости космического корабля за счет замедления в атмосфере планеты. При использовании атмосферы трение заставляет корабль замедляться достаточно быстро для орбитального захвата без использования большого количества топлива.

Результирующее ускорение при запуске для полета к красной планете означает, что мы будем двигаться слишком быстро. Мы будем летать только на Марс. Итак, мы должны замедлиться, чтобы гравитация Марса захватила нас и вывели на орбиту.

Вы можете замедлить движение, используя двигатели, что мы и делали до сих пор в каждой миссии. При наличии достаточного количества технологий: экранированного космического корабля и хорошо рассчитанных расчетов мы можем пересечь атмосферу планеты, использовать ее трение, чтобы замедлить ее, а затем вылететь на орбиту.

Марс Орбитальная Станция

Орбитальная станция Марса — это место сбора людей, оборудования и топлива. Такое технологическое решение решило бы ряд проблем.
Вращение по орбите позволяет лучше рассчитывать время посадки. Если есть какая-либо причина, по которой немедленная посадка является проблемой (например, песчаная буря), то мы можем подождать. С орбитальной станции мы сможем более точно приземлиться в поселке. Станция станет местом сбора новичков и желающих вернуться на Землю. Его можно использовать как топливный склад для дозаправки кораблей и орбитальных аппаратов.

Спускаемые аппараты – Ландерс

Спускаемые аппараты, способные приземлиться прямо на поверхность с низкой орбиты Марса. Нам нужны десантные корабли, которые могут безопасно и точно доставить экипажи к своей цели. Как установить такую ​​большую систему в тонкой атмосфере планеты, потребуется время, чтобы найти решение такой технологической проблемы.

Curiosity Rover — самая большая система, когда-либо приземлявшаяся на Марсе. Сам марсоход весит почти 900 кг и имеет тепловой экран диаметром 4,5 метра. Пилотируемый спускаемый аппарат будет намного тяжелее. Например, капсула Red Dragon от SpaceX имеет тепловой экран меньшего диаметра (3,5 м), который весит примерно в 7 раз больше, чем Curiosity.

В Red Dragon может разместиться всего 4-6 человек. Если мы хотим доставлять больше людей (скажем, около 50), посадочный модуль должен быть намного больше.

Подъемные машины

Посадочный модуль — а наоборот. По сути, это одно и то же: аппарат, способный преодолеть гравитацию Марса и выйти на орбиту.
Проблема с взлетом транспортных средств заключается в том, что они могут быть самой сложной системой для проектирования.

Хотя им нужно всего лишь достичь низкой орбиты и состыковаться с орбитальным межпланетным аппаратом, таким как Гермес в марсианском фильме, они довольно сложны. Построить космический корабль, который может приземлиться, а затем получить достаточно топлива для взлета и выхода на орбиту, чрезвычайно сложно.

Это основная причина, по которой Mars One выбрала модель безвозвратного полета».

Взлетно-посадочная машина доставит на станцию ​​топливо, оборудование, пассажиров и заберет вновь прибывших.

Сделав его многоразовым, мы действительно сможем получить что-то полезное!

С гравитацией всего 38% от Земли вполне возможно создать многоразовую конструкцию, которая может взлетать и приземляться на поверхность планеты, благодаря встроенному тепловому экрану. Это устройство может использоваться как шаттл между межпланетным космическим кораблем и орбитальной базой.

Действительно, это одна из «стержневых» технологий, которые мы пытаемся развивать на пути к заселению красного соседа.

Чтобы достичь заветной цели — полет на Марс, нам просто необходимы эти 10 технологий. Есть еще немало систем и технологий, необходимых для жизни — или, еще лучше, процветания — на Марсе, но эта дюжина является приоритетом.

Если, по вашему мнению, этого недостаточно, или мы добавили, что вы считаете лишним? Дайте нам знать. Поделитесь своими мыслями в разделе комментариев ниже.

Использование роверов и продвинутых технологий для сбора данных

Несмотря на то, что нога человека еще не ступила на поверхность Марса, нам уже удалось собрать достаточно данных о четвертой планете от Солнца. И все благодаря автоматическим межпланетным станциям, спускаемым аппаратам и марсоходам. Именно они до сегодняшнего дня открывают путь на Марс.

«Прежде чем отправлять людей на Красную планету, очень важно иметь целостное представление об окружающей среде Марса», — отмечает НАСА. «Например, благодаря космическому кораблю Mars Reconnaissance Orbiter мы смогли нанести на карту планету, что определенно поможет нам выбрать лучшую посадочную площадку для спускаемого аппарата с космонавтами в будущем».

 

Следующий марсианский марсоход, разработанный НАСА, Mars 2020, прибудет на планету через 5 лет. В его обязанности будет входить поиск признаков прошлой жизни, сбор образцов для доставки на Землю, а также демонстрация технологий для будущего человеческого развития Красной планеты. Миссия также проверит технологию производства кислорода из марсианской атмосферы.

Оцените статью
Блог о планете Марс