Побачити Марс і померти. Як NASA зі SpaceX будуть доставляти людей на Червону планету

Людству належить подолати безліч перешкод, перш ніж запустити першу пілотовану місію на Марс. Двома основними гравцями є NASA і SpaceX, які вже тісно співпрацюють в місіях на МКС, пише SciTechDaily.

Розмір має значення

Найбільша проблема — це маса корисного навантаження, необхідного для подорожі. Запуск в космос кожного кілограма — на вагу золота. Маса корисного навантаження зазвичай становить лише невеликий відсоток від загальної маси ракети-носія.

Наприклад, ракета "Сатурн V", яка запустила Apollo 11 на Місяць, важила 3 тис. тонн. Тому могла вивести лише 140 тонн (5% від початкової стартової маси) на низьку навколоземну орбіту і 50 тонн (менше 2% від початкової стартової маси) на Місяць.

Жорсткі вимоги до маси обмежують розмір корабля на Марс і його можливості в космосі. Кожен маневр вимагає витрат палива для запуску ракетних двигунів, і це паливо зараз необхідно брати з собою в космос.

План SpaceX полягає у тому, щоб його пілотований корабель Starship заправлявся в космосі за допомогою паливозаправника, який запускається окремо. Це означає, що на орбіту можна вивести набагато більше палива.

Час має значення

Ще одна проблема, тісно повʼязана з паливом, стосується часу.

Під час місій без екіпажу, космічні кораблі часто проходять по складних траєкторіях навколо Сонця. Вони використовують так звані гравітаційні маневри, щоб ефективно досягати інших планет і набирати достатній імпульс.

Такі маневри економлять багато палива, але можуть затягувати місії на роки. Подібний варіант не підходить для місій з людьми.

І Земля, і Марс мають (майже) кругові орбіти, і маневр, відомий як перехідна орбіта Хомана, є найбільш економічним способом переміщення між двома планетами. Перехідна орбіта Хомана — це еліптична орбіта, яка використовується для переходу між двома круговими орбітами різного радіусу.

Перехідна орбіта Хомана між Землею і Марсом займає близько 259 днів (від 8 до 9 місяців), вона можлива тільки кожні 2 роки через різні орбіти Сонця, Землі і Марса.

Космічний корабель може досягти Марса і за коротший час (SpaceX планує за 6 місяців), але для цього знадобиться більше палива.

Безпечна посадка

Припустимо, що космічний корабель з екіпажем успішно досягають Марса. Наступне завдання — приземлення.

Космічні кораблі, що сідають на Землі, можуть використовувати опір, що виникає при взаємодії з атмосферою, щоб сповільнитися. Це дозволяє апарату безпечно приземлятися на поверхню Землі (за умови, що він витримає відповідний нагрів).

Але атмосфера Марса приблизно в 100 разів тонша, ніж на Землі. Це означає менше уповільнення, тому безпечна посадка без будь-якої допомоги малоймовірна.

Деякі місії приземляються за допомогою "подушок безпеки" (місія NASA Pathfinder), інші — використовують двигуни (місія NASA Phoenix). Останній варіант вимагає більше палива.

Життя на Марсі

Марсіанський день триває 24 години 37 хвилин, але на цьому схожість Червоної планети з Землею закінчується.

Тонка атмосфера Марса означає, що він не може утримувати тепло також добре, як і Земля. Тому марсіанська погода характерна різкими перепадами температури протягом дня і ночі.

Максимальна температура на Марсі становить 30 градусів за Цельсієм, що звучить досить прийнятно, але мінімальна температура опускається до -140 градусів за Цельсієм, водночас середня температура становить — 63 градуси за Цельсієм. Для порівняння, середня температура взимку на Південному полюсі Землі становить близько -49 градусів за Цельсієм.

Тому доведеться вкрай вибірково підходити до вибору місця для бази на Марсі і того, як забезпечувати прийнятну температуру в нічний час.

Гравітація на Марсі становить 38% від земної, але повітря переважно складається з вуглекислого газу з кількома відсотками азоту. Тому марсіанським поселенцям доведеться побудувати базу з поповнюваними запасами кисню.

SpaceX планує здійснити кілька вантажних рейсів, включаючи доставку частин критично важливої інфраструктури, таких як теплиці, сонячні батареї, а також обʼєкт для виробництва палива. Останній дозволить астронавтам повертатися назад на Землю.

Дорога додому

Останнє завдання — благополучне повернення на Землю.

Apollo 11 увійшов в атмосферу Землі зі швидкістю близько 40 тис. км/год, що трохи нижче швидкості, необхідної виходу з орбіти Землі.

Космічні апарати, що повертаються з Марса, будуть входити в атмосферу зі швидкістю від 47 тис. км/год до 54 тис. км/год, залежно від використовуваної орбіти для повернення.

Вони можуть сповільнитися на низькій орбіті навколо Землі приблизно до 28 800 км/год, перш ніж увійти в атмосферу планети, але для цього знову буде потрібно додаткове пальне.

Якщо корабель просто увійде в атмосферу, звичайно, він сповільниться. Але тоді необхідно переконатися, що астронавти не загинуть від надмірного навантаження або сильного нагріву.