fbpx
No Image

Полет человека на марс в 21 веке

СОДЕРЖАНИЕ
0
04 января 2021

Марс и космический туризм

Уже ждете своего самого неземного путешествия? Тогда собирайте деньги и успейте забронировать себе место на космическом корабле!

Самый известный предприниматель мира Илон Маск обещает отправить первых людей на Марс уже в 2024 на разрабатываемой им Starship (BFR) — буквально чертовски большой ракете, по размерам сопоставимой с Saturn V.


Starship от SpaceX в изображении художника, SpaceX

Кроме SpaceX над пилотируемым полетом работают компания Lockheed Martin, которая поставила себе целью создать орбитальную станцию с пилотируемым спусковым аппаратом Mars Base Camp до конца следующего десятилетия, и NASA, которая планирует осуществить пилотируемую миссию на низкую орбиту Красной планеты в начале 30-х гг. Но само путешествие не обещает быть легким, так же как и само его осуществление зависит от решения определенных инженерных задач.

Главная состоит в сложности полета: Марс находится слишком далеко от Земли: от 55 до 400 млн км, что потребует значительных затрат топлива и времени.

Наиболее оптимальным вариантом совершения полета является использование траектории Гомана: космический корабль запускают с Земли, когда она находится в точке, самой близкой к Солнцу (так называемый перигелий), а Марс – в самой дальней от него (афелий).

Илон Маск

После запуска корабль выходит на эллиптическую орбиту, а с нее уже на пересекаемую ею орбиту Марса. Окно запуска для такого полета открывается раз в 25 месяцев, но и для его совершения требуется много топлива, а длительность составит от 120 до 260 дней.

Проект Межпланетной транспортной системы SpaceX предлагает решение: перезаправка космического корабля топливом из жидкого кислорода и метана на самой земной орбите позволит сократить расходы и время поездки даже до 3 месяцев.

Но сложности на этом не заканчиваются. Во-первых, нужно будет пережить сам запуск, во-вторых не пострадать от радиации за всё время пребывания в корабле (но варианты решения этого вопроса тоже есть, один из них – сделать в космическом корабле защитный слой из воды), в-третьих, не разбиться при посадке, и напоследок, не умереть во время самого пребывания на Красной планете.

Из предыдущих разделов становится ясно, что жить без специального оборудования там не выйдет, поэтому для обеспечения комфортных условий нужно будет предварительно загрузить планету системами жизнеобеспечения, а в идеале – терраформировать Марс.

Не нужно забывать и о финансовой стороне вопроса. В лучшем случае билет будет стоить 200 тыс. дол, что хоть и гораздо меньше по сравнению с 10 млрд. дол. за человека (цена сейчас с учетом уже доступных технологий), но всё равно не бюджетно. Так что лучше начинать откладывать на путешествие уже сейчас, чтобы вживую увидеть марсианские пейзажи с плакатов SpaceX и NASA.


Мир снежных дюн на Марсе
Данное фото было сделано весной 2017 г. аппаратом Mars Reconnaissance Orbiter над северным полушарием планеты. Зимой снег и лёд непрерывно покрывает песчаные дюны. В отличии от земного, этот снег и лёд состоят из твёрдого диоксида углерода, ещё известного как «сухой лёд».

Физические характеристики Марса

Знаменитый красный цвет Марса обусловлен рыхлой пылью богатой железом, покрывающей всю поверхность планеты, если сделать некоторые допущения, то без органических материалов, через миллионы лет, почва нашей планеты выглядела бы примерно также.

Сейчас на Марсе так холодно, что вода не может существовать на его поверхности в жидком состоянии, однако судя по пробам грунта, раньше здесь было значительно теплее, и на поверхностности планеты  текли реки. Во всяком случае высохшие к настоящему моменту русла марсианских рек, говоря о их не маленьких размерах – до 100 км в ширину и до 2000 км в длину. Не плохо для планеты, чей размер составляет что-то около половины размера Земли, а масса меньше в 10 раз!

Типичный пейзаж Марса – плоские равнины и низменности. У марса нет тектоники плит, соответственно разнообразному пейзажу на его поверхности взяться неоткуда. Северное полушарие планеты по средней высоте, несколько ниже южного. Предполагается, что когда-то большую часть этих северных низменностей планеты, занимал марсианский океан.

Количество кратеров на Марсе резко меняется в зависимости от места. Большая часть поверхности южного полушария планеты имеет много кратеров,  среди которых особенно выделяется Эллада, шириной в 2300 км, в то время как в северном полушарии моложе и поэтому имеет меньше кратеров. Вообще, в плане размеров – Марс планета контрастов. Нарочно не придумаешь, чтобы именно на планете почти целиком покрытой равнинами, находились бы одновременно и самый высокий вулкан в солнечной системе (Гора Олимп, 27 км!) и самая протяженная система каньонов (Долина Марине, 4000 км!).

Некоторые кратеры имеют необычные “подтеки” вокруг них, напоминающих застывшую грязь. Теоретически, это может означать, что под поверхностью Марса и сейчас очень много воды в виде льда, которая разогревается и выплескивается на поверхность при мощном ударе.

Оба полюса планеты покрыты снеговыми шапками, правда снег здесь не совсем обычный – это конденсат углекислого газа (“сухой лед”), замерзающий и выпадающий в виде осадков. Однако под слоем газа скрывается и привычный водяной лед. В летний период северная снеговая шапка Марса может стаивать совсем, южная никогда на растаивает полностью.

Некоторые вулканы имеют несколько кратеров, что предполагает, что они недавно прорезались, в результате чего лава, прикрывая старые кратеры.

Вулканы Марса – одно из «чудес» солнечной системы. Они такие огромные потому, что расплавленной породе удается найти выход на поверхность планеты, только в нескольких точках

Пилотируемый межпланетный космический корабль ТМК-1

Исследование 1959 года. В 1959 году группа энтузиастов 3-й секции ОКБ-1 под руководством Г.У. Максимова приступила к проектированию этого первого фантастического проекта пилотируемого межпланетного путешествия.

Космический корабль ТМК-1 весом 75 тонн высотой 12 метров должен был принять трех человек для полета на Марс. После 10,5-месячного полета экипаж мог пролетать мимо Марса, сбрасывая дистанционно управляемые посадочные модули, а затем отправился по траектории возврата на Землю.

Первый полет ТМК-1 на Марс должен был начаться 8 июня 1971 года, космонавты вернулись бы на землю 10 июля 1974 года после трехлетнего, одного месяца и двухдневного рейса.

Казалось, что нет никаких шансов на то, что гигантский проект экспедиции MПK Марс будет одобрен или завершен в разумные сроки. Таким образом, более реалистичная первоначальная миссия на Марс или Венеру стала основой следующего исследования. Идея заключалась в том, чтобы пилотируемый космический корабль, запускался одним N1. Требования к выполнению этого проекта будут определять спецификации для ракеты-носителя N1. Одной из причин, по которой Советский Союз не победил Америку в лунной гонке, было то, что N1 был рассчитан на запуск ТМК-1, а не на прямую посадку, на Луну.

По плану проекта было два варианта следующего этапа миссии:

  • В первом ТМК-1 с тремя космонавтами мог быть выведен на околоземную орбиту одним запуском N1.
  • Во втором варианте ТМК-1 мог быть запущен беспилотным, затем экипаж прибыл бы на ТМК на космическом корабле «Север» или «Союз».

Стадия инъекции жидкого кислорода, керосина ускорит его в длительном путешествии к Марсу. После выгорания ракетной ступени общая начальная масса 75 метрических тонн уменьшится до 30 метрических тонн.

После начала полета к Марсу весь космический аппарат начал бы вращаться вокруг своего центра масс для обеспечения искусственной гравитации. Секция экипажа была бы массой 15 метрических тонн, диаметром 6 м и длиной 12 м.

От носа до кормы в круизной конфигурации ТМК-1 состоял:

  • Жилой или пилотный отсек, с внутренним объемом 25 куб.
  • Секция работ или оборудования, в том числе люк для действий вне транспортных средств и укрытие от солнечной бури, когда солнечные вспышки довели уровни межпланетной радиации до уровня опасности. Общий объем секции 25 куб.
  • Отсек биологических систем с системой экологического контроля замкнутого цикла общим объемом 75 куб.
  • Агрегатная секция, с капсулами зонда Марса, двигателем коррекции среднего течения КДУ, системой экологического контроля замкнутого цикла, солнечными панелями и радио антеннами.
  • Капсула для наземного возвращения космонавтов SA, диаметром около 4 м, с конфигурацией «обратный Союз».

Важнейшим элементом проекта пилотируемого полета ТМК-1 стала разработка системы экологического контроля замкнутого цикла. Система использовала биологические процессы, которым помогают некоторые физико-химические процессы, чтобы имитировать экосистему Земли. Сине-зеленые водоросли использовались, чтобы преобразовать выдыхаемый экипажем углекислый газ обратно в кислород и обеспечить почти полное восстановление воды и отходов организма. От 20% до 50% пищи экипажа будет выращиваться в гидропонных теплицах. Как добиться всего этого в тесных границах ТМК-1 было серьезной задачей. Это потребовало бы использования интенсивного солнечного света на ограниченной территории.

Особой проблемой межпланетного полета была защита от излучения солнечного ветра и космических лучей. Показания с беспилотных спутников показали, что нормальная совокупная доза радиации в течение полета на Марс будет в пределах приемлемых уровней. Но экипажу потребуется особая защита в периоды максимальной солнечной активности. В такие времена они нашли убежище в радиационном укрытии. Укрытие состояло из экранированного туннеля, оборудованного упрощенной станцией управления космическим кораблем, расположенной в модуле оборудования.

Другой биологической проблемой, о которой ничего не было известно при проектировании ТМК, было влияние длительной невесомости на человека. Вращение TMK вокруг своей оси было изучено как средство создания искусственной гравитации, но небольшой диаметр означал, что силы Кориолиса будут вызывать тошноту и, вероятно, будут хуже для людей, чем невесомость. Было решено, что ТМК будет вращаться только периодически во время полета, чтобы сохранить космонавтов приспособленным к силам гравитации Земли.

Проект проекта ТМК-1 был завершен 12 октября 1961 года.

https://youtube.com/watch?v=MaX1AZYTGjg%3F

Falcon Heavy – как «Санта-Мария» Христофора Колумба

Спутники Марса

Деформация глаз и потеря зрения

Что такое «Карта звездного неба»?

Скорое приближение на 61,2 миллиона километров не столь удивительное событие, как остальные, но оно того стоит. Чтобы узнать, где находится Марс по отношению к вам, необходимо воспользоваться «картой ночного неба». Так называются сервисы, которые позволяют узнать, какие планеты и звезды находятся над вами в каждый период времени.

Скриншот приложения Star Walk

То, что планеты регулярно сближаются, играет астрономам на руку. Космические аппараты отправляются на Марс в период сближения, чтобы полет занимал меньше времени. Так исследователям удается сэкономить топливо и начать изучение планет как можно быстрее

Взяв во внимание скорость запускаемого в космос аппарата, ученые могут рассчитать, в какой период времени он приблизится к Марту. Недавно в сторону Красной планеты был отправлен аппарат Perseverance, который займется поиском признаков жизни

Вероятно, запуск был проведен именно в июле 2020 года, потому что на момент его приближения к Марсу, планета будет находиться на ближайшем расстоянии.

Марсоход Perseverance

Узнать о том, где сейчас находится марсоход Perseverance, можно на сайте Eyes on the Solar System. О том, как им пользоваться и чем еще он может быть полезен, я рассказывал в этом материале. Помимо того, что при помощи этого сайта можно следить за ходом недавно запущенной миссии, сервис позволяет узнать много интересного о других космических объектах. В общем, если вам интересен космос, вам явно стоит посетить все упомянутые в этой статье сервисы и сайты. Приятного времяпровождения!

Атмосфера и температура планеты Марс

Сколько времени нужно, чтобы облететь вокруг Солнца

Четвёртое небесное тело, подобно Земле вращается вокруг светила в направлении, характерном для всех планет, кроме Венеры и Урана, а именно по часовой стрелке.

Путь по орбите планета проходит со скоростью 24 км/сек. В расчёте на земные сутки период обращения вокруг светила составляет 687 дней.

Продолжительность суток (сол) незначительно превосходит земные, и составляют 24 часа 39 минут и 35,244 секунды.

Смена времён года

Сходство продолжительности земных и марсианских суток не единственное. Для соседа также характерна смена времён года. Осевой наклон Марса, как и у нашей планеты равен 25,19°. Орбитальное расстояние больше, поэтому каждый сезон длится не 3, а 6 месяцев.

Лето в северном полушарии, зима в южном, Марс находится на минимальном расстоянии от Солнца

Если бы у Марса была похожая на Землю орбита, его времена года были такими же, но эксцентричная орбита влияет на продолжительность сезонов и определяет разницу температур полушарий. При приближении к Солнцу, на близрасположенном южном полушарии начинается непродолжительное тёплое лето, а на северном царит такая же короткая зима. В апогелии на северной оконечности на долгое время устанавливается мягкая и тёплая погода, а на юге начинается сезон холодов.

Зима в северном полушарии, Лето в южном, Марс находится на самом максимальном расстоянии от Солнца

Чем полет на Марс отличается от полета на Луну или МКС

— Сейчас люди летают на МКС, а МКС находится, по сути, внутри радиационных поясов Земли (300–400 километров), которые захватывают космическую солнечную радиацию, и поэтому внутри них, на низкой околоземной орбите, достаточно спокойная радиационная обстановка. Она выше, чем на Земле, но при этом, если не находиться там слишком долго — обычная экспедиция длится примерно полгода, человек не получает критическую дозу радиации.

Кроме того, с МКС на Землю людей можно эвакуировать буквально за несколько часов, а если мы полетим, например, на Марс, это уже не получится — он находится на расстоянии как минимум 60 миллионов километров и средняя дорога к нему занимает семь-восемь месяцев.

Причем если стартовать на МКС можно практически в любое время, то на Марс оптимально летать только примерно раз в два года, когда Земля и Красная планета находятся в таком положении относительно друг друга, что можно запустить корабль по оптимальной, так называемой гомановской траектории.

Также на МКС есть постоянная связь с центрами управления полетами в реальном времени. И в случае нештатной ситуации можно сразу же получить помощь. При полетах на Луну связь также доступна. А Марс находится на таком расстоянии, что задержка сигнала будет составлять минимум 8 минут и максимум 40.

Поэтому если мы хотим летать за пределы лунной орбиты, то нам придется придумывать такие протоколы полетов и методы работы экипажа, при которых люди смогут автономно сами починить свой корабль или решить какую-то проблему, не надеясь на помощь с Земли.

Что нужно, чтобы состоялся пилотируемый полёт

Планы, как земляне отправятся на Марс в 2023 году, являются если не фантастическими, то очень оптимистичными. Чтобы это произошло, потребуется сделать колоссальную работу и вложить миллиарды. Более вероятно, что первый запуск с пилотом состоится позднее, годам к 30-м.

Ракета небывалой грузоподъёмности

Для реализации пилотируемого полёта нужно вывести на орбиту большое количество ресурсов, полезного груза, более 100 тонн. Осуществить это можно только с помощью ракеты небывалой грузоподъёмности, пока не существующей в реальности. Ракете необходимо учитывать особенности марсианского полёта. Россия предпринимала попытки запуска подобных ракет, но они не увенчались успехом.

В разработке у Илона Маска новая Big Falcon Rocket, способная вместить до 150 тонн груза. Ракета будет состоять из двух ступеней, предположительно, многоразовых. При помощи первой устройство выйдет на земную орбиту, другая обеспечит транспортировку на орбиту красного карлика. Это лишь планы, эксплуатация не подтверждена, начало испытаний произойдёт не раньше 2020 года.

Радиационный зонтик

Защита от радиации — важнейшее условие успешной марсианской экспедиции. Сегодня технологии пока не дошли до того, чтобы полностью защитить человека в условиях космического полёта. Мерой защиты может стать радиационный зонтик, убежище, где можно укрыться от излучения. Учёные рассчитали массовую толщину стенок в таком отсеке, она должна быть примерно 25—30 г/см2

Без этой меры предосторожности астронавтов ждут последствия в виде огромных доз радиации, вызывающие неотвратимые изменения в ДНК. Рак, бесплодие, болезни мозга, — лишь малая доля возможных результатов пребывания на Марсе без защиты

Система жизнеобеспечения

Все современные космолёты оснащены системами: жизнеобеспечения, электроснабжения, температурного режима, управления, связи, ориентации и аварийного спасения. Система жизнеобеспечения сейчас может работать менее полугода, и это ещё одна причина, почему пилотируемый полёт пока невозможен. Планируется увеличить этот срок до 1—3 лет, усовершенствовать работу, процесс ведут США, Россия. Недостаток современных СЖО — необходимость расходных материалов, которые недостать в космосе. Образцом необходимой системы допустимо считать уже созданную на ОК Мир. Потребность в витаминах планируется удовлетворять в бортовой оранжерее. А также существуют проекты гибридных биологических систем жизнеобеспечения на основе растений, фотосинтезирующих и снабжающих человека кислородом.

Искусственная гравитация

Ещё один необходимый компонент для успешной миссии — создание искусственной гравитации. Она нужна, чтобы избежать последствий невесомости. Марсианская гравитация равна 38% от земной, что создаёт неудобства. Если в полёте не будет искусственной гравитации, космонавты будут испытывать проблемы с вестибулярным аппаратом, сердечно-сосудистой системой, отвыкнут ходить привычным образом. Из-за отсутствия привычных нагрузок мышцы атрофируются, кости станут ломкими. У людей, находящихся долго в невесомости, снизится работоспособность, они не смогут обслуживать корабль должным образом. Невозможно будет использовать открытые коробки, ёмкости, чинить что-то инструментами. Таким образом, пока не придуман способ создать искусственную гравитацию, освоение дальних планет следует отложить.

Парашют для посадки на планету

Для обеспечения мягкой посадки корабля возникла необходимость парашюта. Десятки миссий завершились провалом именно при стыковке. Проблема: атмосфера Красной планеты разрежена, не позволяет мягко посадить тяжёлый космолёт, движущийся на большой скорости. NASA разрабатывает сверхзвуковую тормозную двигательную установку для этой цели, а Роскосмос испытал парашют для посадки. Основой для его разработки служит наиболее удачная система, использовавшаяся в марсоходе Curiocity, SkyCrane. Если удастся сконструировать такой парашют, посадка будет безопасной и отправка человека станет возможной.

Умные скафандры

Существующие скафандры необходимо модернизировать. Все мы помним, что на Марсе разреженная атмосфера, слабое магнитное поле, сильная радиация. У современных космических комбинезонов есть недостатки: нижняя часть тела недостаточно мобильна, присутствует чувствительность к загрязнениям и повреждениям. В результате астронавт может находиться в открытом пространстве максимум 8 часов, это время нужно увеличить. Идеальный марсианский скафандр должен быть удобным, функциональным и не требующим частого техобслуживания. А также умный скафандр должен удовлетворять все физиологические потребности астронавта.

Враждебные жизненные формы

Каким будет возвращение на Луну в XXI веке

Атмосфера

Толщина атмосферного слоя планеты составляет 110 км, и почти на 96% он состоит из углекислого газа (кислорода лишь 0,13%, азота – несколько больше: 2,7%) и очень разряжена: давление атмосферы красной планеты в 160 раз меньше, чем у Земли, при этом из-за большого перепада высот оно сильно колеблется.

Поверхность Марса очень плохо защищена от вторжения извне небесных объектов и волн. По одной из гипотез, после столкновения на раннем этапе своего существования с крупным объектом удар был такой силы, что вращение ядра приостановилось, а планета потеряла большую часть атмосферы и магнитного поля, которые являлись щитом, защищая её от вторжения небесных тел и солнечного ветра, что несёт с собой радиацию.

Поэтому, когда Солнце показывается или уходит за горизонт, небо Марса красновато-розового цвета, а возле солнечного диска заметен переход от голубого к фиолетовому. Днём небосвод окрашивается в желто-оранжевый цвет, который придаёт ему летающая в разряженной атмосфере красноватая пыль планеты.

В ночную пору самым ярким объектом на небосводе Марса является Венера, за ней – Юпитер со спутниками, на третьем месте – Земля (поскольку наша планета расположена ближе к Солнцу, для Марса она является внутренней, поэтому видна только утром или вечером).

Спутники Марса

У Марса есть два спутника – Фобос и Деймос, открытые астрономом Асафом Холлом в 1877 году. Названия спутников переводятся с греческого как “Страх” и Ужас”. Впрочем, для сыновей бога войны, имена вполне нормальные, правда?

По сравнению с нашей Луной, Фобос и Деймос выглядят совсем не представительно – диаметр Фобоса в широкой части составляет 27 км, а Деймос – 15 км. Оба спутника имеют неправильную форму, так как их сила тяжести слишком мала, чтобы “сжать” самих себя в комок, придав шаровидную форму.

Состав обоих спутников Марса одинаков – камень вперемежку со льдом. Хотя оба они имеют на поверхности следы от метеоритных ударов, поверхность Фобоса значительно более неоднородна, покрыта сетью трещин, кроме того, на нем же присутствует и крупный кратер шириной около 10 км , или почти в половину ширины самого спутника.

Как и наша Луна, марсианские спутники всегда обращены к нему одной стороной.

Пока остается неясным, откуда взялись Фобос и Деймос, но скорее всего до того как переквалифицироваться в луны Марса, оба спутника были обычными астероидами, захваченными гравитацией красной планеты. Как бы то ни было – обе марсианские луны – временное явление в небе красной планеты. По-крайней мере, это справедливо по отношению к Фобосу, который с каждым витком всё ближе приближается к Марсу, за год преодолевая “смешное” расстояние в 1,8 метра. Впрочем, через 50 миллионов лет, если дела будут идти в таком же темпе, Фобос или врежется в Марс или распадется на мелкие обломки, которые образуют вокруг планеты кольцо.

Спутники Марса – Фобос и Деймос. Обычные куски камня мало напоминающие нашу Луну

Космическое безумие

Программа «Аврора»

Почему Марс красный?

Почему Марс красный?

Причиной красноватого оттенка планеты является оксид железа. Попросту: ржавчина, составляющая основную часть пыли. Она покрывает Марс слоем от нескольких миллиметров до двух метров (нагорье Фарсида). Оксид железа с помощью ветров, создающих восходящие потоки воздуха, поднимается в атмосферу. Его и видно из космоса.

Поверхность Марса

На самом деле поверхность Марса имеет весь спектр цветов: жёлтый, бурый, золотистый, коричневый, рыжий, зелёный. Всё зависит от химического состава грунта.

Спектральный анализ, проведённый аппаратурой, установленной на межпланетной космической станции «Марс-экспресс» дал исчерпывающий ответ на загадку, тысячи лет не дававшую покоя лучшим умам человечества.

Требования, предъявляемые кандидатам на полёт для проекта Mars One

Колонизаторам грозит слабоумие и депрессия

Интересные факты

Второе название Марса – «красная планета». Ее так называют, потому что она в основном состоит из железа, которое окисляется при контакте с кислородом, а значит ржавеет. Сильные штормы распространили частички ржавчины по всей поверхности, что придало ей оранжево-красный цвет.

Планета получила название благодаря красному цвету своей поверхности. Для древних греков и римлян красный цвет был символом войны, а бога войны они называли Марсом.

Названия спутникам Марса также были даны в соответствии с греческой и римской мифологией. Фобос и Деймос – сыновья бога Марса.

Удивительно, но небо на Марсе выглядит совсем по-другому. Днем оно кажется слегка красноватым, зато во время восхода или заката солнце подсвечивается синим цветом, у нас же все наоборот. Это происходит из-за отсутствия атмосферы: световые лучи в таких условиях преломляются особенным образом.

Реален ли полёт человека на Марс сейчас?

Комментировать
0