Лайф выяснил, сколько продлится путешествие на Красную планету, лучшее время для полёта и насколько сложным будет перелёт для экипажа.
Межпланетные миссии: как долго продлятся полеты на Марс? Изображение на обложке © ShutterStock
Расстояние от Земли до Марса
Расстояние между Землей и Марсом зависит от их взаимного расположения. Земле, как мы ее знаем, требуется 365 земных суток, а Марсу — почти 687 земных суток, то есть почти два года. И в процессе движения двух планет по орбите в течение примерно 780 дней они максимально приближаются друг к другу — всего на 55-58 миллионов километров. Это называется планетарным контрастом. Для сравнения, момент максимального расстояния между ними составляет более 400 миллионов километров. Если бы мы могли лететь со скоростью света, то преодолели бы это расстояние примерно за 20 минут. А в момент противостояния мы были бы там уже через три минуты. Но, к сожалению, пока что с такой скоростью в космосе летают только лазерные радиостанции или лучи, посылаемые людьми.
Лучшее время для полета на Марс
Логично предположить, что после того, как баллистическая траектория достигнет Марса, полет рассчитывается по принципу следующего контраста, то есть как можно ближе. Однако дело в том, что траектория одного полета к другой планете не проходит как «перпендикулярная» и «неправильная» по двум орбитам. Например, вот орбита пасеверта марсохода (белая линия). Слева видно, что именно здесь Земля и Марс находились справа в момент старта — в момент посадки на Марс.
Орбита аппарата Perseverance на Марсе. Фото © NASA.
Так что в любом случае понятно, что космический аппарат преодолеет не 55 или 58 миллионов километров, а больше. В частности, в случае с Patience ему предстояло преодолеть 480 миллионов километров — на что ушло почти семь месяцев. Предшественник Curiosity летел восемь месяцев. Opportunity стартовал 8 июля 2003 года и приземлился на Марс 25 января 2004 года. Таким образом, полет занял шесть месяцев. На сайте SpaceX Илона Маска о звездолете говорится следующее На самом деле, все, вероятно, зависит от баллистических расчетов, основанных на текущих условиях. Обычно время полета находится в диапазоне от шести до девяти месяцев.
Трудности межпланетных полетов.
Конечно, чем раньше они туда попадут, тем лучше: у врачей есть большие вопросы о том, как будут чувствовать себя первые люди на Марсе после этих шести-девятимесячных межпланетных перелетов. Во-первых, им придется самостоятельно восстанавливаться, как говорят астронавты, после шести месяцев в условиях нехватки гравитации. Во-вторых, в межпланетном периоде нет естественной защиты от солнечной и галактической радиации. МКС, находящаяся на высоте 400 миль, все еще находится в магнитосфере Земли, которая действует как щит, сдерживая и не пропуская через себя убийственное излучение звезды. Но даже на орбите уровень радиации в 220 раз выше, чем на поверхности планеты. В 220 раз выше, и это на низкой околоземной орбите. Астронавты миссии «Аполлон-17» в 1972 году пробыли на Луне более трех дней. Общая продолжительность полета, включая «маршрут» к Луне и возвращение, составила 12 дней. Это самое большое пребывание любого ребенка Земли вдали от благоразумной материнской планеты.
Сколько продлится полет на Марс: сейчас и в будущем?
Время полета на Красную планету сейчас равно продолжительности жизни младенца. Но сколько времени займет полет на Марс — вопрос не лишний. Больше — дороже и опаснее. Поэтому SpaceX планирует сократить продолжительность полета в два раза.
Расстояние между Марсом и Землей постоянно меняется. Когда Земля находится между Солнцем и Красной планетой, оно составляет около 55 миллионов километров, когда же Солнце находится между нами и Марсом, оно превышает 350 миллионов километров. Именно от этого зависит, сколько времени потребуется для полета на Марс. Чтобы достичь Красной планеты, проще всего начинать с минимального расстояния каждые 26 месяцев. Минимальная энергоэффективная орбита Хохмана доставит нас за девять месяцев. Дополнительное ускорение, необходимое на орбите Земли, составляет 2,9 километра в секунду. Это лучший вариант для автоматики, и время полета приближается к времени полета по Горману. Например, Curiosity летал туда с 26 ноября 2011 года по 6 августа 2012 года.
Что хорошо для машины, то смерть для человека. Во время полета Curiosity орган регистрирует ионизирующее излучение (радиацию), дающее 0,66 зиверта в год (0,5 зиверта «Гормана» за 9 месяцев). Норма для астронавтов составляет всего 0,5 зиверта в год. Финансовая орбита не подходит. Это связано с тем, что после «пленения» 0,5 зиверта инопланетян, они должны получать еще 0,23 зиверта в год на поверхности Марса. Таким образом, большинство программ предлагают различные вариации избыточных орбит со временем путешествия в шесть месяцев. После этого путешествие дает 0,33 зиверта, еще 0,23 — год на Марсе (в ожидании «окна» для возвращения) и еще 0,33 — обратное путешествие. В целом получается около 0,45 сибайт в год — «именно то, что доктор прописал».
До сих пор подобные планы по всему миру не выходили за рамки заявления о намерениях. Никто не испытывает двигатели и другие элементы ракеты для таких полетов. Никто — из игроков, разумеется. SpaceX уже испытала многоразовый кислородно-метагенный двигатель Raptor для ракеты Big Falcon Rocket (BFR) и топливные баки для него. Орбита BFR — самая короткая из предложенных на данный момент. Однако необходима вторая фаза BFR, чтобы включить в нее космический корабль для десятков астронавтов, который после выхода на орбиту ускорится еще на 6 километров в километре. Энергия пропорциональна квадрату скорости. Поэтому затраты на топливо для этого варианта в 4,3 раза больше, чем для маршрута к Марсу, как в случае с «Кьюриосити». Однако время в пути составляет примерно 115 дней.
Почему Земля пролетает над Красной планетой? Есть ли жизнь на Марсе? Если да, то где она находится? Читайте наш замечательный материал: «Наш ли Марс? Как «советские жители» высадились на Красной планете».
Выбор SpaceX может показаться очень дорогим, но на самом деле это не так. Чтобы вывести BFR на орбиту Земли, топливо для него доставляется заправочными кораблями. Однако если BFR решит отправиться в самое длительное путешествие — на 180 дней, то он должен иметь больший запас продовольствия и более просторную кабину. Человек в 10 раз легче марсохода (Curiosity весит почти 900 кг), но ему нужна еда и пространство для упражнений. Без них после посадки он не сможет передвигаться по планете. А поскольку вырастить мясо в оранжерее корабля сложно, необходимы припасы. Это еда, а вода — основной груз для доставки на МКС. Кроме того, если топливо для BFR Rapid Orbit можно брать с лодок-заправщиков, то еще один грузовик с едой для Марса очень дорог.
Программа полетов SpaceX, скорее всего, будет реализована в 2020-х годах. Кроме SpaceX, никто в частном секторе не тестировал технологию достижения столь далекого небесного тела.
Теоретически самый быстрый вариант достижения Марса уже существует. Он был предложен в СССР в 1960-х годах и продолжает развиваться в России в полудемократических государствах. Это так называемый ядерный прицеп. Реакторы мощностью до 15 мегаватт питают электроракетные двигатели, выстреливающие газ со скоростью десятки километров в секунду.
Это означает, что полеты на Марс достигают не только самой короткой орбиты всего за 45 дней, но и быстрее, чем любая ракета. Однако есть один нюанс — на разработку трейлера требуются миллиарды долларов, что может быть меньше, чем на Олимпиаду 2014 года, поэтому пока нет возможности его реализовать.
Правительство США не разрабатывало ядерный трейлер. Недавно появились сообщения о том, что SpaceX пытается приобрести ядерный материал для аналогичных целей. Однако, опять же, успех сомнителен. Ресурсы небольшой частной компании слишком малы, чтобы поддерживать и BFR, и ядерный трейлер. Ракеты Илона Маска уже завоевали мировой рынок коммерческих запусков, но опыт компании в ядерном секторе остается нулевым.
detector