Как полететь на Марс?

Хотим ли мы на Марс? Проще всего это понять, ознакомившись с современной научной фантастикой. Вспомним: все начиналось с «Марсианских хроник» Рэя Брэдбери, а уже через два десятилетия состоялась первая мягкая посадка на Красную планету советской станции «Марс-3» (2 декабря 1971 года). Сейчас, после десятилетий повышенного интереса к космическим катастрофам, тема Марса получила второе дыхание: взять хотя бы «Марсианина» Ридли Скотта или сериал «Марс» на канале National Geographic. Очевидно, человечеству снова захотелось колонизировать соседнюю планету, а желание — уже половина успеха.

Нужно ли нам на Марс? В далеком будущем (через несколько миллиардов лет) Солнце спалит Землю и подогреет холодный Марс. Логично готовиться к последовательному отступлению на соседнюю планету и сохранению цивилизации. Несомненно, Марс самая пригодная для человека планета после Земли. Сутки там почти равны земным, год всего в два раза длиннее, гравитация в три раза меньше, что очень удобно. Марс находится на границе условной зоны обитаемости, и хотя жидкой воды там фактически нет, ее запасы значительны: вечная мерзлота и полярные шапки.

Можем ли мы полететь на Марс? А вот об этом невозможно узнать, не попробовав. В этой заметке мы рассмотрим все существующие проекты и оценим, насколько они реалистичны, дорого ли обойдутся и долго ли придется ждать их реализации.

1. Проект: Mars One (Голландия)

В 2013 году крошечная компания голландцев объявила об отборе добровольцев для создания первой колонии на Марсе. Концепция Mars One состоит в отправке каждые два года в один конец четырех новых колонистов, двух мужчин и двух женщин, представителей разных континентов. Для выведения на орбиту и отправку кораблей к Марсу планируется использовать ракеты и капсулы компании SpaceX, и системы других космических компаний США и мира. Марсианское поселение построят из спускаемых капсул «Красных драконов» и дополнительных модулей. Планируется электропитание от панелей солнечных батарей и замкнутая система жизнеобеспечения.

Новость была замечена СМИ, которые на полном серьезе в прайм-тайм начали рассказывать о скором покорении Красной планеты людьми.

Создатели оценили затраты в 3 миллиарда долларов, каковую сумму они намерены получить от рекламы и частных спонсоров. Источником финансирования, по их мнению, должны были стать выплаты на трансляцию телешоу по подготовке, полету и жизни первых марсиан (этакое космическое «За стеклом»), а также рекламные и спонсорские деньги.

Первой датой посадки на Марс был назван 2023 год. Однако вскоре срок высадки сместился на 2025, а затем и вовсе на 2027 год.

Проект встретил волну критики от профессионалов из области космонавтики. Дальше всех пошли студенты и аспиранты Массачусетского технологического института, которые по пунктам рассмотрели весь план Mars One и выявили все его слабые места. Исследователи сделали вывод, что первый экипаж, прибывший на Марс, гарантированно погибнет. Многие эксперты фактически расценили эту громкую инициативу как мошенничество. Критика касалась и процедуры отбора участников как чрезмерно упрощенной. Тем не менее на сегодняшний день проект все еще существует, организаторы обещают продолжение процедуры отбора будущих колонистов в 2017 году.

2. Проект: Mars Direct (США)

План Mars Direct был разработан Дэвидом Бейкером и Робертом Зубриным во время марсианской инициативы президента Джорджа Буша-старшего в 1990 году. Согласно этому проекту, до полета людей на Марс туда уже доставляются корабли с запасами и с химическим оборудованием, способным произвести метан и кислород из разряженной атмосферы Марса. Это сильно удешевит межпланетную миссию, поскольку не придется брать топливо и окислитель на обратную дорогу.

Оставшаяся от нескольких экспедиций инфраструктура послужит началу формирования человеческой колонии. В этом случае, после нескольких десятков или сотен исследователей, на Марс полетели бы первые колонисты.

Во время полета экипажей на Марс и обратно планируется делать закрутку обитаемой части корабля и разгонного блока, скрепленных тросом. Это позволит создать искусственную силу тяжести (меньше земной), что облегчит жизнь астронавтам.

План Роберта Зубрина, в отличие от Mars One, предусматривает государственное финансирование, подразумевая, что частного капитала на такие масштабы не хватит. Бюджет первой экспедиции оценивается в 30 миллиардов долларов.

Сроки реализации проекта оцениваются в 10 лет с момента выделения финансирования и начала работ до первой посадки первого экипажа на Марс.

Несмотря на то, что план Зубрина не нашел поддержки и финансирования, Роберт создал международное Марсианское общество, которое лоббирует пилотируемые полеты на Красную планету и проводит эксперименты на двух прототипах марсианских станций, в Юте (MDRS) и в канадской Арктике, на острове Девон (FMARS). Там проводятся в основном короткие двухнедельные эксперименты. Но в 2016 году на Марсианской пустынной исследовательской станции был выполнен трехмесячный эксперимент, с моделированием работы экипажа из семи человек на поверхности Марса. Среди участников была россиянка Анастасия Степанова, которая одновременно является финалисткой отбора проекта Mars One.

Анастасия Степанова, журналист, студент факультета «Мехатроника и робототехника» МГТУ им. Баумана:

Да, я действительно делаю сейчас все возможное, чтобы воплотить свою мечту — стать космонавтом и полететь на Марс. Новые навыки, приключения и т. д. — это лишь побочные плюсы от главной цели. Знаю, что предстоит еще очень много работать над собой, но именно это мне нравится. Я всегда говорила, что космос делает нас лучше! Побуждает к развитию, смиряет гордыню и эгоизм, воспитывает силу воли, чуть приоткрывает окно в свой мир, чтобы люди неустанно искали ключи к энциклопедии вселенной. Я искренне верю, что Марс скоро станет обитаемым. 2017 год обещает быть насыщенным! С уверенностью в 90% планируются: вторая часть миссии Марс-160, которая начнется в июне в Арктике; отбор Mars One в 4-й раунд, который должен пройти осенью, из 100 кандидатов останется 40.

3. Проект Inspiration Mars (США)

27 февраля 2013 года на пресс-конференции в Вашингтоне Деннис Тито, миллионер и первый частный космический турист, летавший на Международную космическую станцию (МКС), представил проект «Вдохновение Марса». В данном случае посадка на Марс или выход на орбиту не планировался. Межпланетный корабль с экипажем из двух человек совершил бы лишь облет Марса в 2018 году, продолжительностью 501 день. Мужчина и женщина, предположительно супружеская пара, стали бы первыми испытателями, подверженными условиям дальнего космического полета. Этот эксперимент мог бы открыть двери человечеству к дальнейшему освоению Марса, впервые дав данные о воздействии длительного межпланетного полета на человека. К проработке технической концепции полета были привлечены профессионалы из организаций-подрядчиков NASA. Элементами миссии должны были стать уже существующие или планируемые к проектированию в ближайшее время ракеты и системы.

Полет был намечен на 2018–19 гг. Время обусловлено редким взаимным расположением Земли и Марса, когда полет можно провести за счет гравитационного маневра, без значительных коррекций траектории.

По оценкам команды проекта, стоимость составит около 2 миллиардов долларов.

Если оставить в стороне пропущенные сроки запуска, проект представляется очень реалистичным. К сожалению, Деннис Тито не смог найти поддержки у государства и представителей бизнеса. Поэтому возможность полета в 2018 году была упущена. Второй его попыткой были слушания в конгрессе. Тито предложил конгрессменам и NASA план облета Венеры и Марса в 2021–2023 году, для чего можно было бы использовать новую, создаваемую сейчас в США, сверхтяжелую ракету Space Launch System (SLS). Но NASA отрицательно встретила эту инициативу, сославшись на принятые в агентстве критерии безопасности.

4. Проект марсианской экспедиции от NASA

На сегодняшний день NASA сконцентрировалось на важных этапах подготовки полета человека на Марс. На орбите вокруг Марса находятся несколько аппаратов для составления подробных карт и дистанционного изучения Красной планеты (Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN). На поверхности работает два марсохода («Оппортьюнити» и «Кьюриосити»), и еще один планируется отправить в 2020 году. Их цель — изучить условия для посадки и определить интересные места для планирования пилотируемых экспедиций.

Тем временем в ноябре 2018 года NASA планирует осуществить «Исследовательскую миссию №1» — Exploration Mission 1 (EM-1). Это будет первый беспилотный полет пилотируемого корабля «Орион», создаваемого для работы в дальнем космосе. В космос его отправит новая сверхтяжелая ракета SLS. Ее грузоподъемность составит 70 т (на этом этапе). Корабль отправится на орбиту вокруг Луны, где пробудет несколько дней. Общая продолжительность EM-1 составит 25 или 26 суток. После испытания систем командного отсека и служебного модуля «Ориона» его спускаемый аппарат вернется на Землю со второй космической скоростью.

Выполнение этого плана могло бы радовать энтузиастов освоения Марса, если бы не несколько но. Полноценного плана полетов людей на Марс еще нет. По прогнозам NASA, первые американцы (или даже, скорее, международный экипаж) высадятся на Марс между 2040 и 2050 годами, и это будут еще только самые первые и робкие шаги.

В 1990 году группа по оценке стоимости и долгосрочных затрат на экспедицию определила стоимость проекта во внушительные 450 млрд долларов, распределенных на промежуток времени в 20–30 лет.

Американские конгрессмены недовольны отсутствием точного плана и совокупной стоимостью марсианского проекта. Недавно комитет по науке, космонавтике и технике конгресса потребовал от NASA точно определиться с планом полета на Марс, разложив его по полочкам и прикинув общую стоимость.

Проект следует оценивать как наиболее реальный из всех имеющихся. Несомненно, NASA добьется поставленной задачи, при наличии долговременной политической воли у правительства и законодателей США по этому вопросу.

5. Проект SpaceX (Илон Маск)

В сентябре прошедшего года на астронавтическом конгрессе в Мексике Илон Маск, директор компании SpaceX, представил проект межпланетной транспортной системы (SpaceX Interplanetary Transport System). Во главе концепции стоит многоразовость и снижение цены доставки груза и людей на Марс. Илон Маск предложил построить большую ракету, верхняя ступень которой одновременно будет космическим кораблем и возвратной ракетой с Марса. Для повышения эффективности планируется заправлять ее на орбите после выведения специальным танкером.

Однако компания SpaceX готова взять на себя только вопрос транспортировки людей на Красную планету, а вот кто и как будет создавать и поддерживать колонию на миллион человек (именно столько нужно пассажиров, чтобы снизить стоимость полета в один конец до приемлемых 200 тысяч долларов), пока не ясно. Неразрешим и вопрос, зачем всем этим людям лететь жить на «мертвую» планету.

Илон Маск пообещал создать первый образец транспортной системы через 10 лет, а большой межпланетный корабль, способный доставить на Марс сто человек, лишь через 40 лет.Начать работу над прототипом Илон Маск готов за свои средства, но затем потребуются многомиллиардные вложения от NASA или другой заинтересованной стороны.

Насколько этот путь будет непростым, ясно уже из того факта, что незадолго до выступления Маска, 1 сентября, на стартовом комплексе «Мыс Канаверал» при подготовке к испытаниям взорвалась ракета Falcon 9 компании SpaceX, с установленным израильским спутником. Этот инцидент сдвинул все пуски, в том числе испытательный старт новой тяжелой ракеты Falcon Heavy.

Марс на Земле

Если посмотреть на все рассмотренные проекты, очевидно, что успех дальнейшего освоения Марса будет возможен, только если люди, которые туда полетят, выполнят свою работу и вернутся живыми и здоровыми.

Поэтому параллельно с разработкой сверхтяжелых ракет и баллистических расчетов планируемых миссий необходимо позаботиться о человеке. Это понимал и Сергей Павлович Королев, по его инициативе в 1960-е годы был создан Институт медико-биологических проблем (ИМБП) в Москве. В нем проводились и проводятся эксперименты, связанные с жизнью и психологической устойчивостью экипажей космических кораблей и станций.

В ближайшее время планируется поместить в «бочки» совместные российско-американские экипажи. Похожие эксперименты проводятся на Гавайях по гранту NASA. Вот что рассказывает участник этих экспериментов.

Елена Лучицкая, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник ИМБП РАН, участник проекта «Луна-2015»:

Во-первых, будущие изоляционные эксперименты подразумевают международное участие. При всем моем патриотизме, невозможно не признавать, что дальнее освоение космоса возможно не в соперничестве или в гонке, а в тесном и взаимовыгодном сотрудничестве. Безусловно, если поступают запросы от иностранных агентств, значит, для них это тоже представляет интерес. Во-вторых, любая операция, если мы говорим о полете на Луну или Марс, требует многократной отработки, и начнется это, естественно, с имитации таких манипуляций пока на Земле. В-третьих, шагают вперед средства, методы, технологии. Они тоже требуют отработки и апробации в модельных экспериментах. Еще один существенный факт: опыта смешанных экипажей в изоляции не так много. Поэтому вопросы психологического взаимодействия, оптимального количества и состава будущих межпланетных экспедиций, естественно, стоят перед учеными.

Мое личное участие в эксперименте «Луна-2015» позволило мне совсем другими глазами взглянуть на изоляционные эксперименты в целом! Я оказалась совсем по «другую сторону» — не как постановщик, а как непосредственный исполнитель экспериментов. Это дало возможность оценить корректность написания бортовой документации или инструкций по работе с приборами, оценить «комфортность» методик, испытать на себе ту же аппаратуру, с которой имеют дело космонавты на МКС. Безусловно, это еще и интересный опыт собственных ощущений в замкнутом коллективе, решения задач и принятия решений. Впоследствии эксперимент открыл для меня возможности знакомства с новыми и интересными людьми, общения с журналистами, посещения различных мероприятий. 
Что касается «реальных» полетов... к сожалению, это уже не для меня. Я достаточно реально смотрю на вещи и хорошо понимаю, сколько сил должно быть отдано для осуществления такой мечты! Если же отбросить все границы невозможного, то, конечно, хочется воскликнуть: «Безусловно, ДА!» А что, есть такие, кто может ответить «нет»?

Кто, кроме Америки?

Есть ли альтернатива американцам в космических мечтах покорить Марс? Свои планы на пилотируемые полеты заявляют Китай и Индия. У Китая на сегодняшний день на орбите вокруг Земли летает вторая посещаемая орбитальная станция «Тянгун-2», есть пилотируемый корабль «Шэньчжоу», иногда от официальных лиц появляются заявления о будущей обитаемой базе на Луне. Марс для Китая пока еще очень далек, и планы ограничиваются отправкой туда орбитальных аппаратов и марсохода. Индия разрабатывает пилотируемый корабль, но до первого самостоятельного полета еще несколько лет. Единственное, что Индия успела сделать раньше Китая, — это отправить небольшой искусственный спутник Марса — Mars Orbiter Mission (MOM).

Европейское космическое агентство не имеет своих пилотируемых космических кораблей и придерживается проектов в кооперации. Например, европейцы строят служебный модуль американского корабля «Орион» и предлагают после завершения программы МКС создавать международную орбитальную лунную станцию, а в будущем совместную обитаемую базу на Луне. Марс Европа готова изучать только автоматическими станциями, что интересно, совместно с Россией. В октябре 2016 года орбитальный аппарат миссии «ЭкзоМарс» вышел на орбиту вокруг Марса и приступил к исследованиям. К сожалению, экспериментальный посадочный аппарат, созданный европейцами, разбился при посадке на Марс. Вторая миссия проекта намечена на 2020 год и будет включать российский посадочный модуль с приборами и европейский марсоход.