Стать местными: быстрый путь на Марс
Если углубиться в историю, обычно оказывается, что те первые исследователи и колонисты, которые потрудились перенять навыки выживания и путешествий у туземных народов, преуспели там, где никто другой не смог. Что для чужака дикая местность, то для туземцев дом: неудивительно, что именно они лучше всех знают, как найти и использовать ресурсы родной земли.
На взгляд городского жителя, арктический пейзаж кажется пустынным, бедным ресурсами и непроходимым. Однако эскимосу он представляется богатым. Так, в XIX веке британский флот отправил дорогостоящие флотилии военных кораблей на паровой тяге для исследования канадской Арктики и поиска Северо-Западного прохода. Эти экспедиции, груженные углем и продовольствием, противостояли бы ледяным торосам многие годы до тех пор, пока нехватка запасов не вынудила бы их развернуться или даже привела бы к гибели всего экипажа.
Однако в то же время небольшие команды охотников, занятых пушным промыслом, свободно путешествовали по Арктике на собачьих упряжках. Переняв навыки местных жителей, они могли прокормить себя и стаи собак местной дичью и путешествовали налегке. При незначительных затратах они продвинулись в освоении местности куда дальше, чем военно-морской флот.
Из всего этого нужно извлечь урок для исследования космоса. Но марсиан все же не существует. А если бы они все-таки были, давайте зададим себе вопросы. Как бы они путешествовали? Стали бы они импортировать ракетное топливо с Земли? Как насчет их собственного кислорода? Откуда бы они брали воду и еду? Как бы они выживали? На это есть единственный ответ: когда ты на Марсе, поступай как поступил бы марсианин.
|
|
|
К Марсу на собачьей упряжке
Многие предложенные концепции пилотируемых миссий на Марс напоминали тяжелый поход Королевского флота в Арктику, описанный выше. Согласно этим планам необходимы огромные корабли, которые доставят к Марсу продовольствие и топливо, чтобы обеспечить всю миссию. Поскольку такие корабли слишком велики для единовременного запуска, требуется долговременное орбитальное хранилище сверххолодного (или криогенного) топлива. Следовательно, понадобятся большие орбитальные конструкции. Стоимость подобных проектов чрезмерно велика. Один такой план, известный как «90-дневный отчет», был разработан в 1989 году в ответ на предложение администрации президента Буша-старшего под названием «Инициатива исследования космоса» и оценивался в 450 миллиардов долларов. Сумма шокировала конгрессменов, и в результате программа Буша была обречена, а многие люди с тех пор не воспринимают планы полета человека на Марс всерьез.
|
|
|
Однако, как и в случае с покорением Арктики, есть другой способ подступиться к миссии на Марс – принцип собачьей упряжки, если угодно. Разумно используя ресурсы, доступные в окружающей среде, которую предстоит изучить, можно уменьшить материально-технические требования к запуску миссии до приемлемого уровня.
Это основной смысл проекта «Марс Директ», нового подхода к исследованию Марса, который я предложил в 1990 году, когда был в должности старшего инженера в компании «Мартин Мариетта Астронотикс» (Martin Marietta Astronautics) и работал над развитием усовершенствованных концепций межпланетных миссий. Этот план не предусматривает использование огромных межпланетных кораблей и поэтому не нуждается в орбитальных космических базах или доках. Вместо этого экипаж вместе со всем необходимым отправляют прямо на Марс в верхней части ракеты-носителя, которая доставляет его на орбиту Земли тем же самым способом, как это делалось на «Аполлонах» и всех других безымянных межпланетных зондах, запускавшихся прежде. Такая схема запуска миссии значительно упрощает и уменьшает количество необходимой аппаратуры и избавляет от нужды тратить десятилетия и сотни миллиардов долларов на разработку и строительство орбитальной инфраструктуры. Ключевая часть плана – возможность использовать в ходе миссии собственно марсианские ресурсы непосредственно на поверхности планеты для изготовления топлива, которое понадобится для возвращения на Землю, а также для того чтобы обеспечивать астронавтов продовольствием.
|
|
|
Не просто желанной, а достижимой Красную планету делают именно ее богатства.
Пилотируемая марсианская программа нужна не для того, чтобы построить огромные межпланетные лайнеры, а для того, чтобы доставить с поверхности Земли на поверхность Марса полезный груз, который обеспечит выживание небольшого экипажа астронавтов, а затем вернуть тот же или подобный полезный груз назад вместе с экипажем. Если мы будем обеспечены всем необходимым, мы воспользуемся всеми преимуществами местных ресурсов и упростим логистику миссии до приемлемого уровня. Такое задание нам вполне по силам и средствам. Путешествовать налегке и жить за счет доступных ресурсов – вот он, наш билет на Марс.
Развитие новой идеи
В этой книге будет описан план проекта «Марс Директ», включая его разработку и философию миссии, компоненты оборудования и общую структуру, резервные планы и возможности прерывания и, наконец, его эволюционный потенциал. В 1990 году, когда я и мой основной помощник по разработке проекта Дэвид Бейкер предложили первую версию плана, многие работники НАСА посчитали его слишком радикальным для того, чтобы относиться к нему серьезно. Однако некоторые его восприняли с энтузиазмом, и, потратив некоторое время на терпеливые объяснения и отсекание альтернативных вариантов, я преуспел и добился значительной поддержки. Стали активно подключаться к работе многие новые люди, и с их помощью решения по поводу концепции стали приниматься все быстрее. В 1992 году меня пригласил обсудить проект доктор Майкл Гриффин, бывший в то время заместителем руководителя по исследованиям НАСА, и немедленно решил оказать значительную поддержку. Гриффин тогда обсудил проект с будущим директором НАСА Дэниэлом Голдином, также ставшим сторонником проекта, и пошел дальше: обсуждал проект на нескольких встречах с общественностью, проведенных НАСА в 1992 и 1993 годах.
|
|
|
При поддержке Гриффина и Голдина я получил возможность вернуться в Космический центр имени Джонсона в НАСА и убедить группу, ответственную за разработку пилотируемых марсианских программ, хорошенько присмотреться к моему проекту. Она провела детальное исследование миссии «Сравнение дизайнов»,[6] созданной на базе проекта «Марс Директ», но примерно вдвое увеличила размер экспедиции по сравнению с тем, что предлагался в первоначальной концепции. Далее группа оценила стоимость программы по изучению Марса, основанной на расширенной версии «Марс Директ». Их оценка – 50 миллиардов долларов на разработку всей необходимой аппаратуры и отправку на Марс трех полноразмерных миссий. Та же группа пришла к выводу, программа НАСА «90-дневный отчет», воплощающая традиционный громоздкий подход, обойдется в 450 миллиардов долларов. По моему мнению, если отказаться от лишнего оборудования и уменьшить экипаж, стоимость миссии Космического центра имени Джонсона «Сравнение дизайнов» можно было бы сократить примерно до половины, то есть до 20–30 миллиардов долларов.
Также коллектив Космического центра имени Джонсона выдал компании «Мартин Мариетта» небольшую сумму денег, если точнее, 47 тысяч долларов, чтобы продемонстрировать, что мое предложение по преобразованию марсианской атмосферы в ракетное топливо сводится к простой технологии из химической инженерии. Для демонстрации за три месяца мы построили натурную установку, которая работала с эффективностью 94 %. Демонстрация получилась более чем убедительной, учитывая, что ни я, ведущий инженер проекта, ни кто-либо еще из команды фактически не был инженером-химиком по образованию. Если мы смогли построить такое устройство, то это не так уж и сложно.
Мы можем это сделать
20–30 миллиардов долларов – это немалые деньги, но сумма примерно того же порядка необходима на разовую большую закупку новой системы вооружения; эта сумма примерно сравнима с той, которую правительство США выдало Мексике однажды летом 1995 года. Если распределить эти деньги на двадцать лет, первые десять из которых уйдут на разработку оборудования, а следующие – на полет миссии, необходимая сумма составит от 8 до 12 % нынешнего бюджета НАСА. Это затраты, которые Америка легко может себе позволить ради того, чтобы открыть человеческой цивилизации путь в новый мир.
Разведывание Марса не требует новых чудодейственных технологий, орбитальных космических портов, двигателей на антивеществе или гигантских межпланетных лайнеров. Мы можем установить наш первый форпост на Марсе в течение десятилетия, используя зарекомендовавшие себя инженерные методы, разработанные и отточенные благодаря здравомыслию наших предшественников.
Как мы достигнем этого результата и для чего нам это нужно – вот две темы этой книги.
Об этой книге
Эта книга подводит итог многолетней технической работе над практическими планами по разведыванию Марса. Хотя нетрудно догадаться, что планы пилотируемых марсианских миссий опираются на техническую сторону дела в деталях, но от нее мало зависит принципиальная выполнимость. Это скорее вопрос стратегии, что очевидно любому, кто готов задуматься и владеет основной информацией.
К несчастью, такая информация в нужное время была труднодоступна для общественности. Существующая научно-популярная литература про пилотируемые полеты на Марс страдала туманностью или наивностью, тогда как техническая – сбивчивостью, невразумительностью и зачастую необъективностью. Для образованного читателя, не являющегося специалистом в технике и космонавтике, действительно не было книг удовлетворительного качества по обсуждаемой теме. Отчасти «Курс на Марс» – попытка исправить ситуацию.
В этой книге я попытался соблюсти баланс между техническими подробностями и повествованием. Довольно просто объявить о том, что дизайн одного проекта удачнее другого, но это слегка лицемерно, поскольку решающие аргументы кроются именно в технических подробностях. Некоторые главы в большей степени посвящены им, чем другие (глава 4, что описывает в деталях «Марс Директ», и глава 5, где объясняется, почему аргументы против пилотируемых марсианских программ – не более чем страшные сказки), однако все они будут понятны и новичкам, и знающим читателям. Если по какой-то причине вы перестанете понимать, для чего приведены какие-то из цифр, продолжайте читать – вы довольно быстро освоитесь.
Я – инженер, специализирующийся на космической технике, а раньше преподавал естественнонаучные дисциплины, поэтому я стараюсь излагать ясно и четко. Я (в противовес отдельным моим коллегам-ученым, которые предпочитают острить) придерживаюсь основного принципа, согласно которому Ясность не враг Истины, а ее первейший союзник. Кроме того, я глубоко убежден, что такие волнующие и жизненно важные для нашего будущего вещи, как освоение человечеством новой планеты, не должны быть достоянием технической элиты, но должны быть открыты для рассмотрения каждому желающему. Поэтому к написанию этой книги я привлек в качестве соавтора моего давнего друга Ричарда Вагнера, который как бывший редактор AdAstra, популярного журнала о космических исследованиях, издававшегося Национальным космическим обществом, накопил многолетний опыт по донесению научных аргументов до широкой публики. Я полагаю, с его помощью и помощью Митча Горовица, нашего могущественного редактора из The Free Press, «Курс на Марс» может с успехом растолковать широкой общественности настоящие проблемы и задачи исследования Марса астронавтами.
Поскольку в конечном счете на Марс мы полетим благодаря тому, что вы умеете понимать.
Глава 1
«Марс Директ»
Планета Марс – мир, от пейзажей которого захватывает дух: эффектные горы в три раза выше Эвереста, каньоны в три раза глубже и в пять раз длиннее, чем Большой Каньон в США, огромные ледяные поля и высохшие русла рек и ручьев, протянувшиеся на тысячи километров. Его неисследованная поверхность может скрывать невообразимые богатства и ресурсы для людей будущего, так же как и ответы на некоторые глубинные философские вопросы, тысячелетиями мучившие человечество. Более того, Марс однажды может стать домом для энергичной новой ветви нашей цивилизации, новым рубежом, колонизация и рост которого станут двигателем прогресса всего человечества. Но все, чем владеет Марс, навсегда останется за пределами нашего понимания до тех пор, пока люди не ступят на его суровую поверхность.
Кто-то сказал, что человеческий полет на Марс – авантюра для далекого будущего, задача для следующего поколения. Но у нас уже имеются все необходимые технологии для того, чтобы в течение десятилетия начать долгосрочную программу покорения Марса. Мы можем добраться до Красной планеты на относительно небольшом космическом корабле, запущенном прямо к ней ракетой-носителем, и пользуясь теми же технологиями, что помогли доставить астронавтов на Луну более сорока лет назад.
Как такое возможно? Глядя почти на любой план пилотируемой марсианской программы, будь он сделан в 1950-е или 1990-е годы, мы увидим огромные корабли, тянущие к Марсу продовольствие и топливо, необходимое для миссии. Размер космического корабля намекает на то, что загружать его надо на орбите Земли: составные части слишком громоздки, чтобы можно было запустить их с земной поверхности за один раз. Это означает, что на орбите должна размещаться параллельная вселенная с гигантскими кораблями, «сухими доками», ангарами, криогенными заправочными станциями, электростанциями, пунктами технического обслуживания и мастерской по сборке модулей для экипажа, чтобы обеспечить монтаж космических кораблей и хранение огромных объемов топлива. Именно из-за этого представления распространилось мнение, что миссия на Марс обойдется в сотни миллиардов долларов и будет опираться на технологии, которые недостижимы в ближайшие лет тридцать.
Все-таки высадка людей на Марс не требует ни волшебных новых технологий, ни значительных денежных затрат. Нам не нужно строить футуристические космические корабли, похожие на звездный крейсер «Галактика». Скорее всего, нам просто надо помнить о здравом смысле и использовать технологии, которые есть у нас под рукой сейчас, путешествовать налегке и жить за счет местных ресурсов точно так, как это делали в прошлом в большинстве земных разведывательных экспедиций. Жить за счет того, что дает местная природа, – то есть разумно использовать имеющиеся в округе ресурсы – это не только способ, который помог завоевать Запад; это способ, которым была покорена Земля и может быть покорен Марс. Традиционные проекты по освоению Марса непомерно масштабные и дорогостоящие, поскольку предполагают, что нам придется забрать с собой с Земли все необходимое для двух– или трехлетней миссии и возвращения домой. Но, если необходимые расходные материалы можно вместо этого производить на Марсе, ситуация кардинально меняется.
Начиная с весны 1990 года я возглавил группу инженеров и исследователей в компании «Мартин Мариетта Астронотикс» в Денвере для разработки плана по первой высадке на Марс. План назвали «Марс Директ» , и он представляет собой самый быстрый, самый безопасный, наиболее практичный и наименее дорогой способ начать разведку и покорение Марса.
Название «Марс Директ» можно перевести как «Прямо к Марсу», то есть оно говорит само за себя. Проект отбрасывает необязательные, дорогие и затратные по времени этапы: не нужно собирать корабли на низкой околоземной орбите; не нужно перезаправлять их в космосе; не нужны ангары на увеличенной космической станции; не требуется длительная разработка лунных баз в качестве подготовки к разведыванию Марса. Отказ от всего этого позволит совершить высадку на Марс, возможно, на двадцать лет раньше, без раздутых административных затрат, от которых страдают долгосрочные программы правительства.
По грубой оценке, бюджет «Марс Директ» находится в пределах 30 миллиардов долларов, которые пойдут на разработку необходимого оборудования, а каждая отдельная миссия на Марс стоила бы 3 миллиарда долларов, если бы космические корабли и снаряжение находились бы в процессе производства. Несмотря на то что сумма действительно велика, ее можно распределить на десять лет, в таком случае она составит около 7 % объединенных военного и гражданского космических бюджетов. Более того, эти деньги могут продвинуть нашу экономику вперед точно так же, как 100 миллиардов долларов (если перевести на сегодняшние деньги), выделенные на науку и технологии программы «Аполлон» и вложенные при высоком темпе экономического роста в Америке в 1960-х годах.
С позиции житейской мудрости «Марс Директ» выглядит привлекательным из-за его простоты, но также он может показаться невыполнимым – масса горючего и продовольствия, необходимых для полета людей на Марс, слишком огромна для прямого запуска с Земли. Подобные рассуждения верны во всем, за исключением одного пункта: требуемые для полета на Марс топливо и продовольствие не нужно брать на Земле. Их можно «найти» на Марсе.
На сегодня план «Марс Директ» выглядит следующим образом.
Август 2020 года
Новая многоступенчатая ракета, сформированная из зарекомендовавших себя блоков, отдыхает на стартовом столе на мысе Канаверал, от ее тонкой металлической обшивки в лучах восходящего солнца поднимается легкий пар. Конструкция напоминает одну из старых «Сатурн-5», ракету, которая мчала людей к берегам Моря Спокойствия. Грузоподъемность новой ракеты-носителя «Арес» примерно такая же, как у «Сатурна-5» в эпоху «Аполлонов», но внутри помещаются «рабочие лошадки» нескольких последних десятилетий, четыре главных двигателя и два боковых (твердотопливных) ускорителя от шаттла. Двигатели запускаются. Огонь и дым выписывают росчерк новой космической эры, пока «Арес» с грохотом несется в небо. Высоко над атмосферой Земли верхняя ступень «Ареса» отбрасывает отработавшие части, запускает свой единственный двигатель, работающий на горении водорода и кислорода, и толкает к Марсу 45-тонную полезную нагрузку, управляемую автоматикой, – возвращаемый на Землю аппарат.
Название возвращаемого на Землю аппарата говорит само за себя. Это устройство разработано для того, чтобы доставить экипаж астронавтов с поверхности Марса прямо в родные земные воды. Во время путешествия к Марсу ВЗА оснащен маленьким ядерным реактором, закрепленным на легкой тележке, автоматической химической лабораторией с набором компрессоров и несколькими научными роверами-марсоходами. Кабина экипажа ВЗА оснащена системой жизнеобеспечения, там есть еда и все необходимое для пребывания экипажа из четырех человек в течение восьми месяцев по дороге к Земле. Хоть на обратном пути на две стадии ускорения потребуется около 96 тонн двухкомпонентного метаново-кислородного топлива, ВЗА прибывает на Марс с абсолютно пустыми баками, имея в запасе всего 6 тонн жидкого водорода для производства горючего.
Февраль 2021 года
Двигаясь в космосе со средней скоростью примерно 27 километров в секунду, ВЗА долетает до Марса примерно за шесть месяцев. Во время снижения ВЗА использует специальную жесткую оболочку похожую на гриб, чтобы пробраться сквозь верхнюю часть тонкой марсианской атмосферы. Скорость аппарата резко падает, позволяя ему закрепиться на орбите. На ней корабль находится несколько дней для того, чтобы у сотрудников ЦУПа было время проверить все системы. Когда над выбранным местом высадки наступает ясное и почти безветренное утро и тени строго очерчены, аппарат наконец-то готов совершить посадку. Снова используя защитный чехол, ВЗА замедляется до дозвуковых скоростей, пока не раскроется парашют, который помогает совершить плавный спуск к поверхности Марса. В нескольких сотнях метров от поверхности парашют отстреливается, и зажигаются маленькие ракеты, чтобы касание было мягким.
Высадившись на рыжеватую марсианскую почву, ВЗА тут же принимается за дело, добывая топливо для обратной дороги из разреженного воздуха планеты. Дверь приземистого грузового отсека ВЗА отъезжает в сторону, и оттуда выкатывается тележка с маленьким ядерным реактором. Используя установленную на борту маленькую телевизионную камеру вместо глаз, сотрудники ЦУПа в Хьюстоне медленно уводят тележку на несколько сотен метров в сторону от места посадки. По мере движения тележки силовой кабель разматывается, сохраняя соединение химической установки ВЗА и маленького реактора. Когда тележка достигает подходящего места, лебедка поднимает реактор и опускает его в маленький кратер или другое естественное углубление в ландшафте. Реактор включается и начинает питать химическую лабораторию, выдавая 100 кВт. Теперь маленький химический завод начинает производить ракетное топливо, втягивая марсианский воздух несколькими насосами и запуская реакцию с водородом, который был доставлен с Земли на борту ВЗА. Марсианский воздух на 96 % состоит из двуокиси углерода (CO2). Химическая лаборатория соединяет двуокись углерода с водородом (Н2), производя метан (СН4), который будет запасен для дальнейшего использования в качестве ракетного топлива, и воду (Н20). Реакция метанирования – это простой и прямой химический процесс, который применяется в промышленности с 1890-х годов. Пока реакция продолжается, мы избавлены от потенциальной проблемы хранения сверххолодного жидкого водорода на поверхности Марса. Химическая лаборатория продолжает работать, расщепляя полученную воду на составляющие ее водород и кислород. Кислород запасается для ракетного топлива, а водород заново попадает в химическую лабораторию для дальнейшего производства метана и воды. Дополнительный кислород производится еще одним способом: марсианский углекислый газ расщепляется на кислород, который потом запасается, и угарный газ, который выбрасывается как отходы. После шести месяцев работы химический заводик превратит начальный запас из 6 тонн жидкого водорода, привезенный с Земли, в 108 тонн метана и кислорода – этого достаточно для ВЗА – и дополнительные 12 тонн на поддержание аппаратов, работающих от двигателей на поверхности Марса. Используя марсианский воздух, самый легкодоступный ресурс Красной планеты, мы увеличили количество топлива, привезенного с Земли, в восемнадцать раз.
Эта цепочка химического синтеза может показаться кому-то довольно сложной, но в действительности это технология эпохи газового освещения, крайне простая по сравнению с любыми другими составляющими успешной космической миссии. Более того, миссия «Марс Директ» возможна именно благодаря концепции использования местных ресурсов. Если бы мы попытались взять с собой на Марс все нужное количество топлива, нам бы действительно понадобились массивные космические корабли, требующие многократных запусков и сборки на орбите. Стоимость миссии тут же достигла бы заоблачных высот. То обстоятельство, что местные ресурсы играют такую большую роль при подготовке миссии на Марс или к другому далекому миру не должно казаться удивительным. Представьте, чтобы случилось, если бы Льюис и Кларк решили нести с собой через Луизиану к Тихому океану все запасы еды, воды и фуража для путешествия. Для транспортировки продовольствия понадобились бы сотни повозок. Для этих повозок с продовольствием понадобились бы сотни лошадей и кучеров, которым в свою очередь понадобилось еще больше продовольствия. Такая логистическая катастрофа была бы не по карману Америке времен Томаса Джефферсона. Удивительно ли тогда, что без привлечения природных богатств Марса миссия может обойтись в 450 миллиардов долларов?
Сентябрь 2021 года
С момента запуска прошло тринадцать месяцев, полностью заправленный аппарат – ВЗА – ожидает на Марсе прибытия членов экипажа. Инженеры из Космического центра имени Джонсона НАСА следили за каждой стадией химического производственного процесса и, после того как подтвердили его успешное завершение, дали добро начать следующий этап программы «Марс Директ». ВЗА выпускает маленькие автоматические аппараты для исследования и фотографирования районов, находящихся в непосредственной близости от него. Экипаж первой человеческой экспедиции, обученный для выбора места посадки и жизненно заинтересованный в том, чтобы оно было удачным, принимает активное участие в разведывании местности, в которой находится ВЗА, с помощью этих удаленных аппаратов. После нескольких месяцев роботических исследований удается определить место посадки. Один из роботов ВЗА неторопливо движется по суровой марсианской почве и устанавливает в месте посадки транспондер (приемопередающее устройство), чтобы помочь экипажу совершить мягкую посадку.
Октябрь 2022 года
Ракета-носитель «Арес-3» с космическим аппаратом «Бигль», названным в честь экспедиционного судна, на котором Чарльз Дарвин совершил свое историческое путешествие, величественно возвышается над равнинной местностью мыса Канаверал. До открытия новой эры в человеческой истории остаются считаные мгновения. Всего несколько недель назад похожая ракета, «Арес-2», поднялась в небо над Флоридой. Идентичная первой ракете «Арес» и несущая аналогичный ВЗА, «Арес-2» все еще несется к Марсу, в то время как толпы народа собрались, чтобы посмотреть на запуск «Бигля», который доставит на Марс первых четырех людей.
Основная часть «Бигля» – жилой модуль, слегка напоминающий огромный барабан. Модуль имеет высоту примерно 5 метров и диаметр около 8 метров. Два этажа с габаритной высотой около 2,5 метров и площадью помещений около 100 квадратных метров – это довольно просторное и комфортное жилье для экипажа из четырех человек. «Хаб» (сокр. от англ. habitation module), как его все называют, имеет замкнутую систему обеспечения жизни, способную повторно использовать кислород и воду, натуральные продукты на три года и большой запас аварийных обезвоженных пайков, а также вездеход с герметичной кабиной и метаново-кислородным двигателем внутреннего сгорания (рис. 1.1.).
Четыре члена экипажа – это настоящие люди эпохи Возрождения. Они обучены нескольким смежным специальностям для выполнения своей основной задачи – всестороннего исследования нового мира. Хотя по сути это двое ученых, работающих в полевых условиях, и двое механиков. Биохимик и геолог составят компанию летчику, по совместительству опытному бортмеханику. Последний член экипажа, мастер на все руки, в первую очередь опять же бортмеханик, но он также может оказать медицинскую помощь и в общем разбирается в целях и особенностях проводимых научных исследований. Этот человек способен при необходимости взять на себя работу коллеги и выполняет еще одну функцию – является командиром миссии.
Рис. 1.1. Жилой модуль «Марс Директ» и возвращаемый на Землю аппарат внутри своих защитных аэродинамических тормозов
На борту «Бигля» четверо мужчин и женщин готовят себя к путешествию в другой мир, которое завершится на Земле примерно через два с половиной года – подобное количество времени уходило у исследователей столетия назад на то, чтобы обогнуть земной шар. В нескольких километрах от их маленького корабля более миллиона человек, собравшихся рядом с мысом Канаверал, с нетерпением ожидают старта. Двигатели нижней ступени ракеты зажигаются, извергая столбы пламени. Громкие радостные крики, каких страна не слышала десятки лет, охватывают толпу, когда «Арес-3» отрывается от стартового стола. Ракета ускоряется, поднимая верхнюю ступень и полезный груз в атмосферу. Верхняя ступень включает собственный двигатель и отделяется, придав жилому модулю необходимую скорость. Теперь четыре человека направляются к Марсу.
Пилот «хаба» направляет его подальше от отработавшей верхней ступени ракеты, вытравливая 330-метровый трос, к которому она прикреплена. Начинает работать небольшой двигатель, заставляя «хаб» и соединенную с ним тросом верхнюю ступень вращаться со скоростью 2 оборота в минуту. Таким образом достигается достаточная центробежная сила, для того чтобы обеспечить астронавтам на борту «хаба» искусственную гравитацию, соответствующую марсианской.
Апрель 2023 года
Через 180 дней полета жилой модуль прилетает на Марс. Аппарат опускает вниз трос с верхней ступенью и начинает замедляться в атмосфере. Экипаж собирается произвести жесткую посадку «Бигля» на выбранное место, используя ВЗА, которые запустили на Марс в 2020 году. Радиомаяк в ВЗА ракеты «Арес-1», детальные фотографии и карты места посадки, транспондер на посадочной площадке и отточенные навыки пилотирования фактически гарантируют точную посадку. В маловероятной ситуации, если «Бигль» промахнется, у экипажа остается три резервных варианта действий. Во-первых, у них на борту есть герметизированный вездеход, способный проехать в одну сторону почти 1000 километров. Пока экипаж находится в зоне досягаемости от места посадки, у них все еще есть возможность добраться до ВЗА по поверхности Марса. Если из-за каких-либо неблагоприятных обстоятельств «Бигль» промахнется больше чем на 1000 километров, следует использовать второй вариант. Это ВЗА, запущенный ракетой «Арес-2», который двигался по более медленной траектории, чем «Бигль», и прибудет на Марс вслед за людьми. Даже если экипаж посадит «хаб» не в том месте планеты, можно провести маневрирование и посадить этот второй ВЗА рядом с ним. И, наконец, третий вариант: экипаж прилетает на Марс с запасами продовольствия на три года – если события будут развиваться самым неприятным образом, четверка сможет это вынести и выжить на Марсе, пока в 2024 году к ним не будут отправлены дополнительное продовольствие и еще один ВЗА.
Впрочем, посадка – дело точное. Несмотря на то что члены экипажа детально изучили место посадки, видели его на снимках, снятых роверами и переданных на Землю, ничто не может подготовить человека к картине марсианского ландшафта, которая перед ним развернется. Почва цвета ржавчины, большие и маленькие хаотично рассыпанные острые камни. Небольшие холмы и дюны в некотором отдалении. Пейзажи напоминают пустыни юго-запада Америки, но под лососевого цвета небесами. Сразу после приземления предстоит сделать много всего, но люди не упускают возможность взглянуть на Красную планету, насладиться тем фактом, что за всю историю существования Земли и Марса никто еще не любовался этим видом вживую.
После того как «Бигль» успешно совершил посадку в намеченном месте, ВЗА «Ареса-2» садится примерно в 800 километрах от него, где начинает процесс производства и запасания топлива. И топливо, и ВЗА будут использованы второй экспедицией – она прибудет на это место в «хабе-2» в 2024 году, как и еще один ВЗА, который высадится в третьем по счету районе Марса. По мере продолжения работы отдельных миссий наконец-то появится сеть исследовательских баз, превращая огромные площади Марса в территории, освоенные людьми.
На поверхности Красной планеты экипаж «Бигля» проведет пятьсот дней. В отличие от традиционных планов, марсианских миссий, нуждающихся в «материнском» корабле на орбите Марса, с которого отправляются небольшие разведывательные партии, «Марс Директ» размещает весь экипаж на поверхности, где люди могут исследовать планету и учиться жить в новых условиях. Оставшиеся на орбите подвергались бы вредоносному влиянию космических лучей и нулевой гравитации. А теперь весь экипаж будет находиться под действием естественной силы тяжести, а также, благодаря марсианской атмосфере, под защитой от космических лучей и солнечной радиации, поэтому нет оснований быстро покидать Красную планету. На долю экипажа, который бы оставался на орбите, выпало бы мало дел и много космических лучей, что послужило бы значительным стимулом сократить продолжительность исследовательской программы на поверхности примерно до 30 дней. Это сделало бы миссию в целом исключительно неэффективной. В конце концов, при условии, что на полет в оба конца уходит где-то полтора года, тридцатидневная вахта на Марсе кажется довольно бессмысленной. Еще хуже то, что стремление быстрее вернуться домой вынудило бы нас вести корабли по более коротким траекториям, тратя гораздо больше топлива. Но и дополнительного запаса топлива недостаточно, чтобы вернуть космический аппарат прямо на Землю. Поскольку Земля и Марс постоянно движутся в пространстве друг относительно друга, плановые траектории по программе «быстрое возвращение» придется проложить мимо Венеры, чтобы ускориться за счет гравитационного маневра. Да и света от Солнца Венере достается вдвое больше, чем Земле.
Даже при значительной протяженности вахты на поверхности Марса каждый день членов экипажа будет заполнен исследованиями, которые сильно увеличат наши знания о Красной планете и проложат дорогу к геологической разведке в будущем и в конце концов к появлению построек и поселений людей. Появится геологическое описание Марса, которое начнет проливать свет на историю марсианского климата, объяснит, как тот перестал быть теплым и влажным, подскажет, как оживить Марс и, возможно, как спасти Землю. Геологические исследования также будут включать в себя поиск полезных ископаемых и других ресурсов. Прежде всего астронавты займутся поиском легкодоступных залежей водяного льда или, еще лучше, подземных геотермальных источников нагретой воды. Обнаружить лед или воду столь важно, потому что это освободит будущие марсианские миссии от необходимости завозить водород с Земли для производства ракетного топлива и позволит разбить крупные теплицы, когда на Марсе появится постоянная обитаемая база. Эксперименты с земледелием – еще один важный пункт в списке приоритетов, для этих целей планируется привезти с собой надувные теплицы. Однако главной задачей, к выполнению которой будет устремлено внимание всего человечества, станет поиск жизни на Марсе.
Изображения Марса, полученные орбитальными аппаратами, демонстрируют высохшие русла рек. Следовательно, по поверхности планеты когда-то текла вода – другими словами, когда-то Марс был местом, потенциально благоприятным для жизни. Геологические свидетельства подтверждают, что теплая и влажная эпоха в истории Марса длилась первый миллиард лет его существования как планеты – гораздо дольше, чем возникала жизнь на Земле. Согласно современным теориям, образование жизни из неживого вещества – это закономерный, естественный процесс, происходящий с высокой вероятностью тогда и там, где складываются подходящие условия. Если это правда, есть шанс на то, что жизнь развивалась и на Марсе. Она может до сих пор скрываться на этой планете, а могла и исчезнуть. Иными словами, открытие марсианской жизни, существующей или ископаемой, фактически докажет, что жизнь во Вселенной представлена в изобилии и что миллиарды звезд, сверкающих в чистом ночном небе, отмечают положения невообразимого количества планетных систем, населенных неисчислимым множеством видов и цивилизаций. С другой стороны, если мы обнаружим, что, несмотря на благоприятный климат, на Марсе никогда не существовало жизни, это будет означать, что она зарождается по воле случая. И тогда мы можем оказаться одни во Вселенной.
Вопрос действительно важный, и поиски жизни или ее следов будут напряженными, поскольку она может обнаружиться во множестве мест. На Марсе есть сухие русла рек и высохшие озера, которые, возможно, были последними оплотами исчезнувшей марсианской биосферы, что делает их многообещающими местами для поиска окаменелостей. Ледяные пласты, покрывающие полюса планеты, могут содержать хорошо сохранившиеся останки организмов, если те когда-то существовали. Есть высокая вероятность, что на Марсе обнаружатся грунтовые воды, нагретые теплом недр планеты. В таких условиях еще могли выжить некоторые организмы. Какая бы это была находка! Что, если бы они сильно отличались от всего, что когда-либо существовало на Земле? Изучая эти организмы, мы бы выяснили, что присуще земной жизни и что лежит в основе жизни вообще. Результаты привели бы к прорывам в медицине, генной инженерии и во всех биологических и биохимических дисциплинах.
Поиски жизни и ресурсов обязательно потребуют чуть большего, чем прогулки на несколько метров по марсианским ландшафтами и бурение одной-двух скважин. Первые исследователи Марса будут вынуждены изъездить марсианские равнины вдоль и поперек, временами теряя из виду свою маленькую базу. На вездеходе с герметичной кабиной, который позволяет астронавтам работать без скафандра, можно будет совершать дальние исследовательские вылазки длительностью в неделю. Этот ровер использует то же метаново-кислородное топливо, что и ВЗА. 10 % запаса этого горючего, произведенного химической лабораторией ВЗА, будет отводиться на освоение окрестностей. С таким внушительным запасом топлива у астронавтов будет возможность исследовать значительные площади вокруг базы, и к концу первой миссии одометр вездехода должен показывать пробег по меньшей мере в 24000 километров. Во время путешествий у экипажа ровера будет возможность оставлять на пути следования небольших роботов на удаленном управлении, которые позволят людям на базе и на Земле исследовать огромное количество мест телевизионными методами.
Такая масса исследований обязательно приведет к появлению ошеломляющих объемов информации, сплошь новой, без сомнения уникальной, так что ни один из членов экипажа не сможет ее систематизировать. Каждый астронавт будет регулярно беседовать с советами ведущих мировых экспертов, создавая большой поток информации между Марсом и Землей. Конечно же, члены экипажа будут отправлять и получать личные сообщения, но из-за запаздывания радиосигнала по пути от Марса до Земли им придется мириться с задержкой ответа, составляющей до сорока минут. Ожидание может показаться долгим тому, кто привык к телефонным разговорам, но не тому, кто способен написать добротное письмо.
Сентябрь 2024 года
После одного с половиной года на поверхности Марса астронавты поднимутся на борт ВЗА и улетят на Землю, чтобы примерно через шесть месяцев их встречали как героев. Они оставят Марсианскую Базу-1 и модуль «Бигль», вездеход, теплицу, энергетическую и химическую станции, запас кислородно-метанового топлива и почти все научное оборудование. В мае 2025 года, вскоре после их прибытия на Землю, второй экипаж доберется до Марса в «хабе-2» и высадится рядом с Марсианской Базой-2. Значительную часть времени второй экипаж проведет, исследуя территорию вокруг места посадки, но в какой-то момент астронавты, вероятно, приедут навестить старый «Бигль» на Марсианской Базе-1 не только из сентиментальности, но и чтобы продолжить научные работы в том районе.
Таким образом, каждые два года, как показано на рис. 1.2, две ракеты «Арес» будут стартовать с мыса Канаверал: одна доставит «хаб» на заранее выбранное место, со второй в новый район Марса долетит возвращаемый на Землю аппарат, который будет использован следующей миссией. Две ракеты-носителя за два года: для поддержки продолжающейся и расширяющейся программы освоения Марса людьми нужен именно такой средний темп запусков – один в год, или 12 % от числа возможных запусков ракет тяжелого класса. Разумеется, эта задача нам по средствам и, значит, будет поддержана. В качестве бонуса те же ракеты «Арес», «хабы» и возвращаемые на Землю аппараты (только с одной ступенью ускорения), используемые в программе «Марс Директ», могут быть использованы также для постройки и поддержания лунных баз. Хотя для исследования Марса лунные базы бесполезны, сами по себе они представляют значительный интерес, в первую очередь как превосходные площадки для астрономических обсерваторий. Если задействовать одно и то же транспортное оборудование для лунных и марсианских программ, миссия «Марс Директ» позволит сэкономить десятки миллиардов долларов, которые пошли бы на разработку техники.
Рис. 1.2. Последовательность миссий «Марс Директ». Последовательность начинается первым беспилотным запуском к Марсу ВЗА, где он сам заправит себя топливом из метана и кислорода, произведенным на Марсе. После этого каждые два года запускаются две ракеты-носителя. Одна направляет ВЗА, чтобы отметить новое место высадки, пока другая посылает пилотируемый жилой модуль навстречу ВЗА на ранее заготовленном месте
«Марс Директ» – задумка не без рисков. Влияние марсианской силы тяжести – 38 % от земной – на организм человека не изучено. Однако исследования показывают, что побочные эффекты от более сильной дезадаптации в случаях, когда люди находятся в условиях микрогравитации на орбите Земли, как правило, бывают временными. Далее, существует космическая радиация. За шесть месяцев полета, продиктованных возможностями ракетостроительных технологий современности или ближайшего будущего, астронавты получат дозы излучения, способные увеличить вероятность впоследствии умереть от рака на 0,5–1 %. В этом нет ничего забавного, но те из нас, кто останется на Земле, так или иначе рискуют умереть от этой болезни с вероятностью в 20 %.
Марсианская среда сама по себе таит много сюрпризов, хотя оба стареньких посадочных модуля «Викинг», запущенных в 1970-х, и более современные марсоходы «Спирит» и «Оппортьюнити», ни один из которых не был рассчитан более чем на девяносто дней работы, годами функционировали на марсианской поверхности без затруднений, не пострадав ни от холода, ни от жары, не от пыли.[7] Самая большая опасность для миссии кроется в возможных поломках важнейших механических и электрических систем. Многократное резервное копирование информации всех важных систем может сильно уменьшить риск, так же как и присутствие двух первоклассных механиков в составе экипажа. Как ни крути, первый полет на Марс – в определенной степени рискованное мероприятие. Оно будет рискованным, и если мы запустим «Марс Директ» в 2022 году, и если мы оставим это следующему поколению. Кто не рискует, тот не пьет шампанского. Для великих свершений нужна большая смелость.
Май 2033 года
Со временем на Марсе появятся новые исследовательские базы, но в итоге нужно будет определить, какое место лучше всего подходит для строительства настоящего марсианского поселения. Желательно расположить его над горячим водоемом, скрытым под поверхностью Марса, который позволит щедро снабжать базу водой и электроэнергией. Если это произойдет, новые высадки будут производиться не на новых местах. Вероятнее всего, каждый дополнительный обитаемый модуль будет высаживаться на той же площадке. Спустя какое-то время сформируется набор «хабов», отдаленно напоминающий маленький городок. Высокая стоимость транспортировки грузов по маршруту Земля – Марс создаст сильный финансовый стимул, для того чтобы найти астронавтов, желающих остаться на поверхности Марса дольше обязательных полутора лет. По мере того как накапливается опыт жизни на Красной планете, выращивания еды и производства полезных ресурсов всех видов, астронавты станут удлинять свои вахты до четырех, шести и более лет. С годами стоимость перевозок к Марсу будет неуклонно снижаться из-за внедрения новых технологий и конкуренции со стороны подрядчиков. Солнечные батареи, ветряные мельницы, изготовленные прямо на месте, и геотермальные колодцы помогут обеспечить поселение энергией, а надувные пластиковые конструкции местного производства – увеличить герметизированное жилое пространство города. Чем больше людей постоянно будет прилетать на Марс и оставаться на длительный срок, тем быстрее будет расти население города. Появление семей и рождение детей на Марсе – первых настоящих колонистов, представляющих новую ветвь человеческой цивилизации, – скоро окажется в привычном порядке вещей.
Рис. 1.3. Объединенные жилые модули миссии «Марс Директ», которые положат начало строительству базы на Марсе (рисунок Картера Эммера)
Возможно, когда-нибудь на Марсе будут жить миллионы людей и называть его своим домом. В конечном счете с помощью технологий мы можем преобразовать современный холодный и бесплодный климат Марса и вернуть планете теплый и влажный климат ее далекого прошлого. Этот подвиг, превращение Марса из безжизненной или почти безжизненной планеты в живой, дышащий мир с большим количеством разнообразных и ранее неизвестных экосистем и форм жизни, будет одним из самых благородных и великих дерзновений человеческого духа. Размышляя об этом, нельзя не чувствовать гордость за человечество.
Это дело будущего. Хотя и сегодня у нас есть шанс стать первопроходцами. Мы можем высадить на Марсе четырех астронавтов в ближайшие десять лет и начать исследование и освоение Красной планеты. Мы, а не некое далекое будущее поколение можем прославиться, открыв новый мир для человечества. Для этого потребуются только имеющиеся в нашем распоряжении технологии в сочетании с химической инженерией XIX века, порцией здравого смысла и небольшой долей смелости.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 229; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!