Сколько времени лететь до Марса от Земли на самом быстром космическом корабле
Человечество начало активно исследовать Марс в 60-х годах прошлого столетия. А сегодня оно уверенно движется к тому, чтобы совершить первую туристическую высадку на Красной планете. Сколько будут лететь до Марса его первые гости? И какие трудности им придется преодолеть при запуске этой беспрецедентной экспедиции?
Что известно о нашем ближайшем соседе
Наш ближайший сосед считается самой «гостеприимной» планетой Солнечной системы. На сегодняшний день совершено более 50 космических полетов на Красную планету, вследствие чего она является самой изученной среди всех.
Первые снимки Марса американцы получили еще в 1965 году, отправив к нему зонд «Маринер-4». Его дело через десять лет продолжили знаменитые «Викинги» — после успешной высадки этих космических аппаратов на Марс человечество впервые увидело его каменистую поверхность красноватого цвета.
На сегодняшний день благодаря успешным исследовательским миссиям NASA мы знаем, что Марс имеет ландшафт, очень похожий на земной: те же горы, холмы, равнины, кратеры и даже пересохшие русла рек. Температура здесь очень низкая — в среднем минус 50-60°C, но за счет разреженной атмосферы с преобладанием углекислого газа, холод ощущается не так экстремально. В теплый сезон воздух прогревается до плюс 20-30°C.
Но главное, на Марсе обнаружена вода — она таится в полярных озерах под толщей ледников. Это говорит о том, что планета может быть пригодна для жизни. Последователей теории колонизации Марса не останавливает даже то, что на Красной планете нечем дышать, а сила гравитации в 2,5 раза слабее. В первом случае они предлагают преобразовывать углекислый газ в кислород посредством специальной техники. А во втором — использовать специальные утяжеляющие костюмы.
Однако, несмотря на развитие футуристических теорий, основная проблема колонизации Марса — это возвращаемые пилотируемые миссии, перевозка человеческих ресурсов. До сих пор на Красную планету не ступала нога человека. Эту несправедливость обещает исправить основатель SpaceX Илон Маск. В 2023 году он заявил, что высадка на Марсе произойдет в ближайшие десять лет, но уже через год увеличил этот срок вдвое. Что же мешает скорейшему осуществлению экспедиции и сколько еще придется ждать?
Сколько составляет расстояние от Земли до Марса
Поскольку обе планеты — каждая со своей скоростью — движутся по эллипсоидным орбитам разного диаметра, имеющим градус наклона по отношению друг к другу, то расстояние между ними все время меняется. В момент, когда Земля и Марс находятся по разные стороны от Солнца, оно составит максимум — около 401 млн км.
Дистанция между Красной и Голубой планетами сокращается на минимум — около 55 млн км, — когда первая находится в ближайшей точке от Солнца (перигелий), а вторая, наоборот, максимально удалена от светила (афелий). Такое случается раз в 15-17 лет и является весьма значимым астрономическим событием — его называют Великим противостоянием Марса или периодом оппозиции.
Это идеальный момент для запуска космических экспедиций на соседнюю планету. Но за невозможностью его частого использования оптимальным периодом для пусковых окон являются обычные противостояния Марса, они случаются каждые 26 месяцев, когда Красная планета приближается к Земле на максимальное расстояние приблизительно в 100 млн километров.
Как быстрее долететь до Марса: маршруты, время, расстояния
Логично предположить, что наиболее быстрым будет полет по прямой — когда Земля и Марс будут в максимальной близости друг от друга. Но в случае с межпланетными путешествиями одних логических рассуждений мало, нужно учитывать скорость движения планет по орбите, силу гравитации небесных тел, космическую радиацию, гелиоцентрические скорости аппаратов и многое другое. С этим учетом и были разработаны разные маршруты полетов на Красную планету, и ни один из них не пролегает по прямой траектории.
Сколько лететь по эллиптической (Гомановской) траектории
В 1925 году немецкий ученый Вальтер Гоман предложил низкозатратный способ межпланетного перелета с одной орбиты на другую, построив траекторию полета космического корабля в виде дуги (половина эллиптической орбиты), соединяющей исходную и целевую точки обеих орбит.
Корабль стартует со второй космической скоростью (11,2 км/с) с околоземной орбиты и летит в ту точку, куда Марс придет по ходу своего орбитального движения. В ходе маневров совершается всего два двигательных импульса: первый — для выхода на полуэллиптическую траекторию, второй — вблизи орбиты Марса, чтобы совершить торможение, переход и высадку. Все остальное время корабль летит по инерции, увлеченный силой вращения Земли вокруг Солнца.
Гомановский маршрут остается наиболее экономичным по затратам топлива, однако не может похвастаться минимальным временем перелета. Так, по расчетам планетологов, полет по данной траектории займет до 260 дней — именно за этот период долетел до соседней планеты самый известный марсоход NASA «Кьюриосити». Однако для пилотируемой миссии это не только очень долго, но и чревато большой радиационной нагрузкой.
Сколько лететь по параболической траектории
Если космический корабль в момент старта возьмет третью космическую скорость (16,7 км/с), то полетит уже не по эллиптической траектории, а по параболической — в этом случае достичь Марса можно всего за 70-80 суток! Единственный минус этого маршрута — существенные затраты топлива, а именно более чем в четыре раза. Дополнительные запасы горючего нужны для того, чтобы сначала разогнаться, а вблизи орбиты Марса осуществить торможение, ведь корабль к этому времени ускорится до 20,9 км/с. В истории космонавтики уже есть ряд случаев, когда космические аппараты достигали третьей космической скорости. Первопроходцем стала межпланетная станция «Новые горизонты», которая развила стартовую скорость в 16,26 км/с за счет гравитационного маневра возле Юпитера.
Сколько лететь по гиперболической траектории
Еще больше сократить время полета на Марс позволяет гиперболическая траектория. Она подобна высокоскоростной трассе, по которой корабль летит со скоростью от 16,7 км/с. Пролетая мимо Красной планеты, он совершает гравитационный маневр, чтобы попасть в поле ее притяжения, а впоследствии и в атмосферу. Ученые подсчитали, что такой полет может занять всего 1-1,5 месяца. Однако генерировать такую реактивную скорость современным химическим ракетным двигателям пока не под силу. Для полетов по гиперболической траектории необходимы более совершенные двигательные системы.
Нерешенные проблемы перелета
Основной проблемой пилотируемой миссии на Марс остается продолжительность полета. Экспедиция может растянуться на многие месяцы, ведь для возвращения на Землю тоже нужно дождаться пускового окна. Все это время экипаж и пассажиры будут находиться в условиях высокой радиации, слабой гравитации и без связи с Землей — люди в такой ситуации могут испытать колоссальную физиологическую и психологическую нагрузку.
Как сократить время полета на Марс
Поскольку оптимальные маршруты до Красной планеты уже разработаны, дело остается за увеличением скорости космических кораблей. Это будет возможно только при усовершенствовании двигательной системы. Наиболее перспективными в этом отношении являются плазменные, термоядерные и лазерные двигатели.
Так, специалисты Управления космических технологий НАСА уже представили разработку ионного плазменного двигателя, который работает на электричестве, генерируемом солнечными батареями. Такой образец способен развить скорость до 40 км/с, что позволит долететь до Марса за две недели при условии минимального сближения между нашими планетами.
Канадские специалисты предложили проект лазерно-теплового двигателя, который работает за счет нагрева водородной плазмы мощным лазерным лучом, подаваемым с наземной установки. Сколько же будет лететь корабль с таким двигателем? Как уверяют разработчики, при ожидаемой скорости 17 км/с достичь Красной планеты можно будет за 45 дней.
Американский аэрокосмический инженер Роберт Зубрин выступил с концепцией ядерного двигателя NSWR, работающего на смеси обогащенного урана. Он мог бы разогнать космический аппарат до таких скоростей, что полет на Марс станет делом нескольких недель. Проблема состоит в том, что такой двигатель очень трудно спроектировать из-за необходимости обеспечить предельно высокую температуру. К тому же такие образцы имеют высокий уровень радиации.
А вот уже готовый и спроектированный двигатель ракетной системы Starship, принадлежащей компании SpaceX Илона Маска, использует не имеющие аналогов метан-кислородные двигатели, которые готовы не только разогнать корабль до сверхскоростей, но вывести на орбиту до 150 тысяч тонн полезного груза. Однако до реального полета на Марс Starship еще далеко — ракета пока проходит испытания.
Перспективы
Похоже, что исторический момент, когда человек ступит на каменистую поверхность Красной планеты, как никогда, близок. Сколько осталось ждать? Пока на этот вопрос определенно никто ответить не может. Американцы запланировали полет на Марс в 2035 году, когда планета приблизится к нам на минимальное расстояние — 56,9 млн км. К этому времени австралийская компания Ultra Safe Nuclear Technologies (USNT) должна доработать и испытать ядерный тепловой двигатель, который, по проекту разработчиков, должен долететь до Красной планеты за три месяца. Опередит ли эту миссию Илон Маск со своим супертяжем Starship, пока остается только догадываться.
