Как да стигнем до Марс за наука
Има много технически решения за пътуване до Марс. Трудността ще бъде да изберете най-добрия.
Трудността на пътуването до Марс е достатъчна, за да обезкуражи най-предприемчивите: планетата никога не се намира на 80 милиона километра от нашата, така че обратното пътуване ще отнеме няколко години. Инженерите имат решения да изпратят мъжете на Червената планета и след това да ги върнат в здрава и здрава форма, но цената на такъв проект е значителна.
Цената на мисия до Марс зависи главно от масата на космическия кораб, тъй като лекият космически кораб изисква по-малко гориво. Последното само по себе си не е скъпо: цената на изстрелването в земната орбита е пропорционална на
маса на превозното средство, 80 процента от които е гориво. Всички проекти на мисията на Марс са били ангажирани с минимизиране на масата на превозното средство, без да се нарушава безопасността или научният интерес. През 1952 г. Вернхер фон Браун предвижда изграждането на армада от космически превозни средства, задвижвани от конвенционални химически ракети; той изчисли, че общото излетно тегло ще достигне 37 200 тона. Дори поставянето на такъв флот в земната орбита би струвало трилиони франкове. Оттогава инженерите са си представяли намаления чрез използване на ядрени или електромагнитни ракети с по-добри характеристики, чрез намаляване на броя на астронавтите, чрез намаляване на нивото на резервиране на оборудването и чрез производството на гориво обратно на Марс ( вижте фигура 1).
Днес най-простата мисия, Mars Direct, ще струва 100 милиарда франка първоначални разходи, разпределени в продължение на десетилетие, плюс десет милиарда франка на мисия (вж. Un direct pour Mars, стр. 38). Проектът на НАСА, наречен "референтна мисия", взема няколко идеи от Mars Direct, но струва около два пъти повече, с повишена сигурност и по-голям екипаж (шест астронавти вместо четири).
Този проект предвижда три космически кораба: автоматичен хардуерен модул, който отлага катерещо се превозно средство и горивна централа на повърхността на Марс; незает обитаем модул, който е поставен в марсианска орбита; и модул за прехвърляне на екипажа, който, след като първите два пристигнат по местоназначението си, ще бъде в ход, когато Марс и Земята се изравнят отново, 26 месеца след първите изстрелвания. Модулът за прехвърляне ще отведе астронавтите до Марс и ще се прикачи към обитаемия модул. Астронавтите щяха да сменят кораби, да се спуснат на повърхността, да останат там 500 дни, след което да си тръгнат с превозно средство за издигане. Трансферният модул, който би чакал в орбита, щеше да ги върне на Земята. На всеки 26 месеца ще остави нова тройка космически кораби, за да може най-накрая да се изгради постоянна база.
Подобна програма би струвала по-малко от Международната космическа станция или програмата Аполон. Тъй като обаче nasa има репутацията да преразходва своите бюджети, много поддръжници на мисии до Марс се събраха в различни организации, като Асоциацията Planète Mars (Марсовото общество), за да разработят други проекти.
Най-напредналият е един от ThinkMars, група студенти от Масачузетския технологичен институт и Харвардския университет. Тази група предлага създаването на компания с идеална цел, която да управлява проекта "Марс", като възлага различните задачи на частни компании и на изследователски центрове на НАСА. Правителствата на различни държави биха закупили места или място за преживяване на по-ниски цени. Останалата част от финансирането ще дойде от продажбата на реклама, права за телевизионно излъчване и патенти за научни изследвания.
След като показаха, че пилотираната мисия е технически осъществима, привържениците на този тип операции сега се опитват да убедят данъкоплатците, избраните служители и индустриалците.
Кой път да поемете, за да отидете до Марс?
За ракетите с висока тяга най-икономичната траектория е прехвърлящата орбита на Хоман. Тази елипса, допирателна към орбитите на Земята и Марс, използва максимално орбиталното движение на планетите за ускоряване на космическия кораб. Това ще започне, когато Марс е пред Земята под ъгъл от около 45 градуса (което се случва на всеки 26 месеца). Той ще напусне Земята и ще пристигне на Марс от другата страна на Слънцето от първоначалното положение на Земята (вж. Фигура 3а). Такава конфигурация на планетите образува онова, което астрономите наричат съвпад. За да се върнат, астронавтите щяха да изчакат, докато Марс изпревари Земята под ъгъл от 75 градуса, поставиха своето превозно средство на прибираща се дъга и оставиха Земята да го настигне.
Всеки етап изисква две фази на ускорение. От земната повърхност, изблик на скорост от 11,5 километра в секунда позволява на превозното средство да се освободи от земното привличане и да влезе в трансферната орбита. Друго решение е да се започне от ниска земна орбита, в която космическият кораб вече се върти с висока скорост; след това двигателите трябва да му дадат допълнителна скорост от 3,5 километра в секунда. Когато се приближава до Марс, ретро ракетите или спирането в атмосферата трябва да забавят космическия кораб с около два километра в секунда, за да навлязат в орбита или с 5,5 километра в секунда, за да кацнат. Връщането е обратното на пътя.
Пътуването навън и обратно ще продължи малко повече от две години и половина: 260 дни за всеки етап от междупланетното пътуване и 460 дни престой на Марс. Основните проекти, като Mars Direct и референтната мисия на НАСА, благоприятстват траекториите от конюнктивен тип, но съкращават пътуването, като консумират малко допълнително гориво по време на пътуването. Внимателното програмиране също така гарантира, че корабът ще се върне на Земята естествено в случай на повреда на двигателя.
За да съкратят пътуването, инженерите nasa изучават траектории от опозиционен тип (вж. Фигура 3b), наречени така, защото Земята се приближава най-близо до Марс (конфигурация, която астрономите наричат опозиция) в даден момент от мисията. Тези траектории изискват допълнително ускорение, приложено по пътя. След това пътуването ще продължи година и половина: 220 дни за пътуване навън, 30 дни престой на Марс и 290 дни за връщане. Обратното пътуване ще сочи към Слънцето, в крайна сметка използвайки гравитационното привличане на Венера, и обратно към Земята отзад. Последователността може да бъде обърната, така че пътуването навън да е най-дългото пътуване. С планираните ракети тези траектории налагат твърде дълъг път за толкова кратък престой, но би било интересно, ако човек използва много мощни ядрени ракети или совалки, циркулиращи постоянно между орбитите на Земята и Марс, без никога да спре там.