А. Леонов, А. Соколов «ПОСАДКА НА МАРС», «МЯГКАЯ ПОСАДКА НА МАРС».
Комментарии условно разделились на следующие группы вопросов:
1. Посадка на Марс.
2. Возвращение на Землю.
3. Зачем лететь на Марс?
Рассмотрим далее эти вопросы.
Посадка на Марс.
Вот мы и приблизились к цели нашего путешествия. Марс с каждым днем увеличивается в размерах. Невесомость уже надоела, хочется наконец ступить на твердую почву.
Включается основной двигатель, начинается торможение. Корабль гасит скорость и выходит на орбиту исскуственного спутника Марса.
«Приехали. Пора выгружаться»
Посадка на Красную планету и работа на ней является, вероятнее всего, наиболее сложным этапом полета на Марс. Как уже говорилось в первой части, одним из неблагоприятных факторов на Марсе является пыль. Очень повезет если в это время на «Красной планете» не будет пылевой бури.
Это период непосредственного знакомства космонавтов с планетой, встреча с ее природными факторами. Исключительное внимание на этом этапе должно быть уделено радиационному мониторингу.
В первые дни пребывания на Марсе возможно снижение ортостатической устойчивости и другие функциональные нарушения, вызванные переходом от невесомости к более высокому уровню гравитации. Космонавтам предстоит быстро адаптироваться к новым условиям и приступить к работе на поверхности планеты, которая будет сопровождаться высокими физическими и эмоциональными нагрузками.
Условия окружающей среды на Марсе
Без защитного снаряжения человек не сможет выжить на поверхности Марса более минуты. Тем не менее, по сравнению с условиями на жарких Меркурии и Венере и холодных внешних планетах, лишённых атмосферы Луны и астероидов, условия на Марсе гораздо более пригодные для освоения. На Земле есть такие разведанные человеком места, в которых природные условия во многом похожи на марсианские. Атмосферное давление на высоте 34 668 метров — рекордная по высоте точка, которой достиг воздушный шар с командой на борту (май 1961 г.) — примерно соответствует давлению на поверхности Марса. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.
Магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой атмосферой, это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения. Радиационные измерения, проведённые американским беспилотным космическим аппаратом The Mars Odyssey показали, что радиационный фон на орбите Марса в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции. Средняя доза составила примерно 220 миллирада в день (2,2 миллигрея в день или 0,8 грея в год). Объём облучения, полученного в результате пребывания в таком фоне на протяжении трёх лет, приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов. На поверхности Марса радиационный фон будет, скорее всего, несколько ниже и может значительно изменяться в зависимости от местности, высоты и локальных магнитных полей. Жилые и рабочие помещения можно будет экранировать с помощью марсианского грунта, сильно понижая степень облучения людей во время их пребывания внутри комплекса.
Периодические солнечные протонные события (СПС) создают гораздо более высокие дозы облучения. Космонавтов на Марсе можно предупреждать о СПС сенсорами, находящимися ближе к Солнцу, чтобы они могли укрыться во время этих событий. Некоторые СПС, не замеченные околоземными датчиками, были засечены электроникой The Mars Odyssey с орбиты Марса, что позволяет сделать предположение о направленности СПС. Из этого предположения можно сделать вывод о необходимости сети детекторов вокруг Солнца для обеспечения своевременного обнаружения всех опасных для Марса СПС.
Сложность работы космонавтов еще заключается в большой удаленности от Земли. Радиосвязь с Марсом имеет задержку 3—4 мин в каждом направлении во время максимального сближения планет (противостояния Марса, с земной точки зрения, которое повторяется каждые 780 дней), и около 20 мин. при максимальном удалении планет (соединении Марса с Солнцем). Так что, «прямого эфира» с центром управления не получится, в критических ситуациях космонавтам придется принимать решения самостоятельно. Это требует очень высокой степени подготовленности экипажа.
Как следует из вышесказанного — особо не разгуляешься. А никто и не говорит, что пилотируемая экспедиция на Марс простое дело, да и не развекаться мы сюда прилетели, а исследовать, изучать.
Для высадки на поверхность должны использоваться спускаемый аппарат, представляющий из себя комплекс из взлетного модуля для возвращения на корабль, жилого отсека в котором будут жить и работать космонавты и вездехода облегчающего передвижение по поверхности Марса.
Вот как может выглядеть этот комплекс на примере разработанного в РКК «Энергия»
Весомый получается комплекс. Один взлетный модуль весит более 20 тонн. Это сравнимо с весом орбитальной станции. Для сравнения американский посадочный модуль «Игл» весил немногим долее 10 тонн, причем на взлетную ступень приходилось всего 4 с небольшим тонны.
На Марсе сила тяжести больше чем на Луне, следовательно и топлива для взлета потребуется больше. А еще нужно и образцы грунта с собой захватить и (если повезет) биологические образцы. А сколько же можно взять с собой образцов? Американцы привозили несколько десятков и сотен киллограм. В данном случае тоже возможно взять такое же колличество. Не возвращатся же с пустыми руками.
Глядя на иллюстрации кого-то может озадачить необычный вид защитного корпуса спускаемого аппарата. Ниже приводиться иллюстрация аргументирующая выбор формы дисколета (по данным РКК «Энергия»)
Несколько необычный выбор. Первые три схемы реально опробованы и использовались.
Первая слева — опробована на кораблях многоразового использования (в том числе в советском проекте «Бор»)
Вторая слева — аналогичная с открывающимися створками. Здесь автор хочет высказать некоторое возражение: «Зачем нужно открывать створки усложняя конструкцию? Ведь они одноразового применения и могут быть просто сброшены пиропатронами». Впрочем кострукторам виднее.
Третья слева схема применялась на аппаратах серии «Марс» и ряда американских
Спускаемые аппараты желательно дублировать, чтобы в случае аварии первого модуля можно было отправить второй для эвакуации космонавтов с поверхности Марса. Поэтому в проекте РКК «Энергия» предполагается наличие двух идентичных спускаемых аппаратов. Вероятно возможен вариант и второй посадки. Но стоит ли лишний раз рисковать?
Взлет и возвращение.
Быстро пролетели 12 дней отведенные на исследования поверхности. Приближается стартовое окно и пора покидать «Красную планету». У космонавтов формируется психологическая установка на подготовку к возвращению на Землю, при этом могут проявляться как оптимизм, так и тревожность. На этом этапе необходимо активно проводить профилактические мероприятия, которые подготовят космонавтов к встрече с перегрузками и земной гравитацией. После завершения экспедиции экипаж должен обязательно подвергнуться карантину, пройти углубленное обследование, а затем санаторно-курортное лечение.
Зачем лететь на Марс?
Этот вопрос сразу вызовет недоумение сторонником пилотирумого полета на Марс.
«Приехали» (точнее прилетели)! Думали-думали, решали-решали, когда наконец надумали и решили — «Зачем?».
А действительно зачем?
Основная цель полёта на Марс — высадка людей на поверхность Марса с возвращением на Землю, а также поиск ресурсов вне пределов Земли.
Многие учёные высказывают мнения, что одних непилотируемых исследований автоматическими межпланетными станциями или посадочными модулями недостаточно. Отослать лишь одного космонавта в путешествие кажется нереальным.
По сравнению с беспилотными миссиями, пилотируемый полет на Марс имеет большие преимущества. Астронавты могут за несколько минут провести объем исследований, на который автоматическим аппаратам требуется несколько дней. Кроме того, с помощью марсоходов астронавты могут быстро перемещаться в места, наиболее интересные для исследований. Астронавты также могут привезти с собой на Землю наиболее важные образцы марсианской породы, как это было во время полетов 'Аполлонов' на Луну. Никто не ожидает, что будут обнаружены маленькие зеленые человечки. Но, безусловно, не исключено обнаружение марсианских микроорганизмов или их окаменевших останков. Это могло бы быть вершиной пилотируемой миссии.
Одна из причин по которой проект пилотируемого полета на Марс до сих пор не реализован — финансовая.
Стоимости проекта в районе 50-300 млрд. долларов, сразу же возникает резонный вопрос: нужен ли этот полёт? Особенно, если вспомнить о том, что доходная часть бюджета России — как раз те самые 280-300 млрд. долларов. Для сравнения американская лунная программа обошлась от 20 до 25,4 миллиардов долларов. Cтоимость каждого полёта «Space Shuttle» составляет около 450 млн.долл, старт «Протона» от 70 млн. долл, «Союза» — 20-30 млн.долл.
Нельзя ли достичь таких же или даже более весомых научных результатов при помощи новых автоматических аппаратов. Пилотируемый полет на Марс, по самым скромным подсчетам, обойдется минимально в 50 миллиардов долларов. Стоимость 'Спирита' и 'Оппортьюнити' — около 800 миллионов долларов. Это означает, что за те же деньги можно было бы послать на Марс армаду из сотни автоматических станций. Большим преимуществом является то, что они могли бы совершить посадку в различных точках планеты.
Наиболее весомые доводы против пилотируемого полёта:
1. Эти деньги лучше потратить на решение земных проблем
2. Научные задачи, которые должна выполнить человеческая экспедиция, могут быть выполнены и автоматами-беспилотниками. Это будет медленнее, но в разы дешевле
3. Сегодня нет политических условий, оправдавших бы экспедицию, целью которой по сути являлась бы установка флага космической державы на Марсе
4. Люди, прилетевшие на Марс, привезут с собой триллионы микроорганизмов, которые поставят крест на решении вопроса «Есть ли жизнь на Марсе?» — невозможно будет впоследствии сказать, марсианские ли корни у обнаруженных микроорганизмов
5. На Марсе нет ресурсов, ценность которых могла бы оправдать их транспортировку на Землю
Эти аргументы часто звучали в комментариях.
Есть еще аргументы. А как же Луна?
Действительно, слетав несколько раз на Луну ее исследование вдруг прекратилось. Почему?
Остались нереализованными еще несколько полетов американских эспедиций, «Луноход-3» будучи готовым тоже не отправился в полет, автоматические станции «Луна» пректратили полеты за образцами грунта и другими исследованиями. Что произошло? И уместно звучат вопросы: «С Луной не разобрались, чего на Марс лететь?»
Одной из полуфантастических (а может и наоборот самых реальных) версий является то, что на Луне встретилось нечто, что заставило прекратить полет и исследования.
Ученые и инженеры NASA сделали заявление, что есть основания полагать, что на Луне имеются чужие искусственные сооружения и объекты. Более того, американский конструктор ракет Вернер фон Браун отметил, что на Луне внеземные силы гораздо мощнее, чем мы могли предположить. А Нил Армстронг в частной беседе 20 лет спустя, сказал, что их корабли значительно превосходят наши и размерами, и технически («Луна иная реальность» 2004). Значит Гродин недаром упомянул велосипеды. Возможно, именно поэтому США так неожиданно свернули в 1973 г. свою Лунную программу, не отработав затраты. То есть нам поросту «указали на дверь», дав понять что «место занято». Не случится ли подобного и на Марсе? Когда 27 марта 1989 года «Фобос-2» исследовал Марс и должен был сфотографировать марсианский спутник. Однако после проведения съемок «Фобос-2» на связь не вышел...
Анализируя происшедшее, специалисты обращали внимание на любые события предыдущих дней, которые могли иметь отношение к аварии. В печати появилось сообщение, что тремя днями раньше звездный датчик зафиксировал в поле своего обзора «неизвестный объект значительных размеров» («Известия» от 17 апреля 1989 г.). По мнению некоторых ученых, это могла быть отделившаяся (отвалившаяся?) от космического аппарата деталь, отсутствие которой могло привести к печальным последствиям. Разумеется, были (и есть) и другие варианты. Например, это мог быть маленький кусочек теплоизоляции аппарата, случайно проплывший близко от объектива. Или автономная двигательная установка, отделившаяся от самого «Фобоса-2» 18 февраля. Или часть давно замолчавшего земного зонда, оставшегося на орбите вокруг Марса. Или обыкновенный космический булыжник. Насколько известно, к окончательному выводу по данному вопросу специалисты так и не пришли. Поэтому все желающие имеют полное право утверждать, что «Фобос-2» зафиксировал НЛО.
После потери «Фобоса-2» появилось и другое интересное сообщение, увязывающее аварию с происками инопланетян. В программе «Время» были показаны два кадра, якобы переданные космическим аппаратом незадолго до гибели. На них был отчетливо виден черный веретенообразный объект на фоне марсианской поверхности, оставляющий за собой прямолинейную темную полосу. Некий специалист, комментирующий эти изображения, не исключал возможности, что полоса — это инверсионный след реального объекта, движущегося в атмосфере Марса.
В первой части приводилась статистика полетов АМС к Марсу. Причина утраты многих аппаратов — потеря связи. А вот причин потери связи во многих случаях обяснить не смогли.
Так стоит ли повторять неудачный опыт с лунной программой и рисковать жизнью космонавтов? Очевидно мы пока не являемся желанными гостями на других планетах и причины этому уже филосовского и нравственного плана. Но их обсуждение выходит за рамки данной статьи.
Не хотелось бы заканчивать публикацию на столь удручающей ноте. В завершение немного оптимизма, о перспективах.
Перспективы
В некоторых комментариях подымались вопросы радиационной защиты и перспективных ракетных двигателей для межпланетных перелетах. О них и поговорим
Радиационная защита
О проблемах радиационной безопасности межпланетного полета речь шла в первой части.
В 1960-е года появилась идея использовать для защиты от радиации искусственное магнитное поле, но расчёты показали, что диаметр магнитного поля должен быть более 100 км для эффективного отклонения ядер тяжёлых элементов от космического корабля. Размеры и масса такого электромагнита были бы настолько большими, что проще было нарастить классическую защиту экранированием.
Но как показывают исследования международной группы учёных из лаборатории Резерфорда и Эплтона, мощность магнитного поля для эффективной защиты корабля может оказаться ниже, чем предполагалось ранее. Они разработали проект «Мини-магнитосферы», полагая, что магнитное поле образует плазменный барьер из самих же частиц солнечной радиации. Новые частицы, влетая в магнитный пузырь, должны взаимодействовать с частицами, которые уже находятся в нём, и с магнитным полем Солнца, повышая эффективность защиты. Результат эксперимента подтвердил эту теорию и компьютерное моделирование, сделанное теми же учёными в 2007 году, что для защиты экипажа достаточно магнитного поля размером в сотни метров. Следует отметить, что такой установке необязательно работать во время всего полёта, её достаточно включать при сильных солнечных вспышках.
Магнит внутри этой трубы воспроизводит в миниатюрном масштабе защитное поле нашей планеты (справа) (фото и иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).
Схема установки (иллюстрация Rutherford Appleton Laboratory).
Исследователям еще предстоит понять, как лучше использовать такую защиту. Ведь существует ещё много нерешённых вопросов: каков будет вес конечной установки, как будет осуществляться контроль за её работой, какова окажется её надёжность.
Газофазный ядерный двигатель
Принцип работы достаточно прост: в критической сборке реактора расположены специальные ТВЭЛы в которых в зависимости от коструктивного типа ТВЭЛа происходит деление урана, плутония и др в паровой (газообразной) фазе (урановая плазма). Разогретая до десятков тысяч градусов урановая плазма передаёт тепловую энергию теплоносителю (водород, гелий) с помощью лучистого теплообмена, а теплоноситель в свою очередь будучи нагрет до высоких температур и образует реактивную струю с высоким удельным импульсом.
Приемуществом ГФЯРД перед другими типами и видами реактивных двигателей состоит в том что в нём могут быть реализованы чрезвычайно высокие мощностные характеристики, удельный импульс, и относительно малая масса на еденицу мощности. Подобно мощным жидкостным ракетным двигателям, в ГФЯРД может быть получена тяга в сотни и даже тысячи тонн. При этом если химическое топливо позволяет достичь пределного удельного импульса в 600 сек (max'), то в ГФЯРД удельный импульс превышает 1000 сек и может быть доведён до 10 000 сек (max'). Помимо этого ГФЯРД обладает удельной мощностью в десятки и сотни раз большей чем ТФЯРД (твёрдофазый ядерный ракетный двигатель).
Значение ГФЯРД для освоения космического пространства весьма велико, так как именно в таком двигателе на сегодняшний день может быть реализована не только очень большая тяга и общий энергозапас, но и ввиду громадного удельного импульса очень высокие скорости до которых может быть разогнан пилотируемый или непилотируемый космический аппарат. Достижение возможности ускорения космических кораблей до сотен и первых тысяч километров в секунду открывает путь пилотируемым полётам к самым отдалённым уголкам Солнечной системы (Пояс Койпера) за разумно короткие сроки. Помимо этого применение ГФЯРД позволит обеспечить практическое освоение и колонизацию Луны и Марса.
В СССР разрабатывался ГФЯРД РД-600.
Марсианский экспедиционный комплекс (МЭК), при использование блока из двух ядерных двигательно-энергетических установок на основе ГФЯР имел бы, при полезной нагрузке 150 т, стартовую массу 520...540 т (в зависимости от даты старта). Для сопоставления можно указать, что в случае применения ЯРД с твердофазным реактором стартовая масса МЭК составляла бы 730:800 т, а с химическим ЖРД — 1700:2500 т.
Проект был остановлен, но возможно в будущем к нему вернутся. Ядерные двигатели ждут своего звездного часа.
Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом VASIMR
В отличие от двигателей традиционных ракет, использующих для ускорения твердое или жидкое топливо, новый двигатель использует источник электроэнергии для ионизации и ускорения атомов водорода или гелия, и с помощью магнитного поля направляет полученный поток перегретой плазмы в выходное отверстие, создавая, таким образом, движущую тягу. Помимо эффективности такого двигателя, у этого проекта есть дополнительные преимущества, космический корабль, использующий такой двигатель, сможет сделать «пит-стоп» на любой планете, где будет обнаружен водород или его соединения, для пополнения запасов топлива. В дополнение к этому, водородная прослойка может служить дополнительным контуром системы защиты от космического излучения, что немаловажно при длительных космических полетах.
Начиная с 2005 года компания Ad Astra Rocket из Вебстера, Техас, работает над усовершенствованием этого типа двигателя. Компания впервые испытала такой двигатель на полную мощность. При испытаниях VX-200 в вакуумной камере в Хьюстоне, впервые достигнута отметка в 200КВТ.
Источник: www.ufolog.ru