Об экспедиции на Марс

[Alessola1]

Находясь в заключении на американской военной базе, бывший глава немецкой ракетной программы (в рамках которой были созданы ракеты Фау и Фау-2) Вернер фон Браун написать книгу на свою любимую тему – о космических путешествиях. Эта книга была опубликована только в 1952 году, да и то лишь на немецком языке, под названием Das Marsprojekt. Однако уже в следующем году издательство Университета штата Иллинойс выпустило “Марсианский проект” по-английски, и по сей день эта 91-страничная брошюра остается наиболее авторитетным руководством по космическим путешествиям из когда-либо написанных. Она до сих пор не устарела и по большей части все еще может служить полезной инструкцией в вопросе пилотируемого полета на Марс. Размах фон Брауна поражает. Он рассказывает об экспедиции, состоящей из десяти космических кораблей. Семь из них будут пилотируемыми (на каждом полетят десять человек), еще три – грузовыми (они останутся на Марсе навсегда). Согласно плану фон Брауна, корабли предстояло строить на космической станции, находящейся на орбите Земли. Оборудование и материалы предполагалось доставить туда на сорока шести трехступенчатых многоразовых ракетах. Первые две ступени каждой такой ракеты должны были возвращаться обратно на Землю на парашютах, а третья – спланировать на крыльях. Идеи фон Брауна, высказанные в 1948 (!) году – именно тогда ученый сделал большую часть своих расчетов, – во многом предвосхитили программу космических челноков NASA, а также нынешние попытки компании Space Exploration Technologies (,SpaceX) построить орбитальную ракету многоразового использования, которую можно было бы заново заправить и снова запустить в течение двадцати четырех часов после приземления. В 1953 году фон Браун подсчитал, что для постройки и заправки десяти космических кораблей потребуется совершить 950 запусков транспортных ракет. Немецкий инженер предложил использовать для межпланетного полета на Марс гомановскую траекторию – то есть половину эллиптической орбиты, которую можно использовать для перехода с орбиты Земли на орбиту Марса. Суть этого орбитального маневра заключается в том, что космический корабль, находящийся на орбите Земли, кратковременно включает двигатели и при помощи этого импульса разгоняется и переходит на более вытянутую эллиптическую орбиту, которая в определенной точке пересекается с орбитой Марса. По гомановской траектории корабль будет двигаться по инерции, не расходуя топливо, пока не достигнет орбиты Марса. Затем с помощью второго импульса работы двигателя корабль разгонится еще раз и перейдет на эту орбиту. Этот маневр немного похож на прыжки Тарзана: тот использует длинную лиану, чтобы перелететь на дальнее дерево, а потом короткую, чтобы оказаться на нужной ветке. Для выполнения всех этих маневров требуется точно вычислить нужное положение Марса и Земли на орбитах. Хорошее окно для старта к Марсу открывается примерно каждые двадцать пять месяцев, но полет по гомановской траектории хотя и экономичен, но тоже имеет свою цену – каждое такое путешествие занимает около восьми месяцев в одну сторону. Зато примерно каждые пятнадцать лет орбиты Марса и Земли оказываются в таком положении относительно друг друга, что расстояние между планетами значительно уменьшается. Следовательно, можно сократить и продолжительность полета. Если бы экспедиция фон Брауна состоялась, астронавтам пришлось бы провести на Марсе приблизительно четыреста дней, ожидая, когда Земля снова окажется в подходящем положении для того, чтобы они могли вернуться домой по гомановской орбите. Брошюра Das Marsprojekt была написана задолго до того, как ученые обнаружили защищающий Землю радиационный пояс Ван Аллена, состоящий из высокоэнергичных частиц (подобный пояс у Марса отсутствует). В его время не были по-настоящему изучены последствия длительного нахождения в состоянии невесомости, не была рассчитана мощность солнечной радиации (фон Браун сделал расчеты только для космического излучения), не было точного представления о географии Красной планеты и о плотности ее атмосферы. Книга фон Брауна на десять лет опередила первый в мире орбитальный космический аппарат – советский “Спутник”, запущенный в 1957 году. В своем руководстве он признается, что не вычислял вероятность столкновения кораблей с метеорными телами, но вот о невесомости позаботился и набросал схему, согласно которой предполагалось соединить космическую флотилию тросами, а потом раскрутить на манер нескольких игрушек йо-йо, чтобы создать в системе искусственную гравитацию.В 1965 году космический аппарат NASA “Маринер-4” пролетел рядом с Марсом и передал на землю два разочаровывающих факта: атмосфера на Марсе в десять раз менее плотная, чем предполагали ученые, то есть практически отсутствует, и вероятность, что там существует жизнь, ничтожно мала. Для спуска с орбиты на поверхность Марса фон Браун хотел использовать небольшие космопланы (орбитальные самолеты). Как выяснилось гораздо позже, они не смогли бы летать в столь разреженной атмосфере, однако ученый предвидел, что можно ожидать самых неожиданных осложнений, и поэтому предложил несколько запасных стратегий и дублирующих функций. В частности, космопланы были сконструированы таким образом, что могли сбрасывать крылья. Фон Браун подумал и о том, насколько психологически сложным будет столь долгий полет для астронавтов, запертых в ограниченном пространстве на протяжении нескольких месяцев или даже лет. Решить эту проблему он предлагал с помощью космических челноков, которые могли бы во время путешествия перевозить астронавтов и ресурсы с одного экспедиционного корабля на другой. Согласно расчетам ученого, на все время экспедиции каждому ее участнику должно было хватить 26 500 фунтов кислорода и 17 500 фунтов продовольствия. Каждый пассажирский корабль должен был нести на борту 29 000 фунтов питьевой воды, и у каждого такого корабля была предусмотрена система вторичной переработки технической воды и водяного пара. В техническом приложении к книге особенно бросается в глаза невероятное количество топлива, необходимого для того, чтобы вырваться из могущественного плена земной гравитации. Флотилия фон Брауна, состоящая из десяти кораблей, должна была весить около 82 млн фунтов, из них 72 млн фунтов приходилось на ракетное топливо. По возвращении на Землю каждый корабль весил бы всего около одного процента от своей первоначальной массы. “Марсианский проект” был воплощением невероятной дальновидности и бесспорного инженерного гения. К сожалению, и фон Браун, и Роберт Годдард настолько опередили свое время, что им пришлось стерпеть немало насмешек в СМИ, критики и нападок со стороны представителей власти, которые просто-напросто неспособны были их понять. Когда Годдард однажды заявил, что ракета в принципе способна достичь Луны, то это заявление появилось на первой полосе в The New York Times, но в редакционной колонке газетчики высмеяли его. У окружающей среды Марса и Земли есть нечто общее. Марсианский ландшафт очень напоминает некоторые уголки Земли, например сухие долины Антарктиды или высокогорные вулканические пустыни Гавайских островов. Но есть факторы, которые окажутся для землян совершенно непривычными и потребуют предельного напряжения сил. Марсианский день всего на тридцать девять минут и двадцать пять секунд длиннее, чем день на Земле, однако марсианский год гораздо продолжительнее земного – 687 суток. Следовательно, времена года также будут вдвое длиннее. Орбита, по которой Марс обращается вокруг Солнца, более вытянута, а ось вращения планеты сильнее наклонена к плоскости эклиптики, поэтому сезонные различия здесь более резкие; в южном полушарии лето теплее, чем на Земле, а зима холоднее. В конце концов марсианским колонистам придется построить две базы: одну, летнюю, в южном полушарии, вторую – к северу от экватора.  Случайный наблюдатель мог бы задаться вопросом: почему добраться до Марса так трудно, ведь путешествие на Луну более пятидесяти лет назад казалось делом сравнительно несложным? Ответ – расстояние. Разница в дистанциях огромна. Луна, в зависимости от своего положения на орбите, находится примерно в 240–250 тыс. миль от Земли, однако Марс может находиться в тысячу раз дальше. В 2003 году Марс и Земля оказались друг к другу ближе, чем когда-либо за последние пятьдесят тысяч лет, – расстояние между ними составило приблизительно 35 миллионов миль. Но поскольку земной год (то есть период обращения Земли вокруг Солнца) составляет 365 суток, а Марса –687 земных суток, то две планеты временами отплывают очень далеко одна от другой и даже оказываются по разные стороны Солнца. Тогда это и в самом деле очень далеко – около 250 миллионов миль. Таким образом, Марс может находиться от нас и в сто сорок, и в тысячу раз дальше, чем Луна. До Луны и обратно можно слетать за шесть дней. Собственно, с тем ускорением, которое обеспечивала ракета “Сатурн-5”, можно было бы обернуться и за день, но при этом скорость корабля была бы такой, что он просто просвистел бы мимо Луны и слабое гравитационное поле нашего спутника не успело бы удержать его. Если использовать гомановскую траекторию, как это предложил фон Браун в своем “Марсианском проекте”, то даже при гораздо большей скорости, чем у лунных кораблей программы “Аполлон”, нам все равно придется лететь примерно в тысячу раз дольше, чем до Луны. И все это потому, что мы просто-напросто не можем взять с собой такое количество топлива, чтобы его хватило для импульса, способного направить нас к Марсу по прямой линии. Без неограниченного источника дешевой энергии мы обречены вечно перемещаться по орбитам каких-либо тел в Солнечной системе, так что все наши траектории будут искривленными. И в ближайшие двадцать лет никаких принципиально новых сокращенных траекторий, которые могли бы привести нас на Марс существенно быстрее, чем за двести пятьдесят суток, не предвидится (хотя SpaceX сейчас разрабатывает более мощные и более эффективные ракетные двигатели, которые смогут заметно сократить путешествие). 

[joojoo]

спасибо за инфу