Основание долговременного поселения на Марсе – одна из самых трудновыполнимых задач для любой страны мира. Закрепленный мировым сообществом за США статус лидера в этой области, ввиду частой смены руководства страны, влекущей изменения в направлениях научной, в том числе и космической, деятельности, постепенно оставляет все меньше шансов для запуска многолетнего проекта с бюджетом порядка нескольких миллиардов долларов.

Можем ли мы избежать парализующей зависимости от изменчивой американской политики? Возможно ли решить эту задачу путем разделения одной сложной и дорогой программы на несколько меньших, но более эффективно организованных проектов?

На эти вопросы есть ответ, позволяющий говорить о сроках полета человека к Марсу в течение ближайших нескольких лет. Ключевой момент здесь – смена цели программы: с опасной и «сырой» высадки людей на организацию и строительство многомодульной марсианской международной орбитальной станции. Модули станции могут быть доставлены с низкой опорной орбиты Земли на орбиту Марса, с применением последних достижений в теории и практике орбитальной транспортировки. Этот подход вберет в себя все результаты развития пилотируемой космонавтики, полученные за 18 лет безаварийной эксплуатации МКС, адаптированные системы обеспечения жизнедеятельности экипажа, технические наработки десятков  запусков орбитальных грузовиков, а так же техническую реализацию революционного подхода к осуществлению орбитального межпланетного перелета, называемую «баллистическим захватом». Предварительная оценка отдельных этапов программы, каждый из которых является по сути самостоятельным проектом, позволяет делать вывод о приемлемой стоимости для бюджета стран – участниц международного партнерства, которые смогут совместно использовать ресурс МКС для отправки составных частей станции и членов экипажа на орбиту Марса.

Началом предлагаемой программы послужит выведение отдельных модулей – конструктивных элементов и готовых к стыковке обитаемых отсеков, созданных на основе технологий постройки отсеков МКС, на орбиту вращения Марса циклом грузовых орбитальных перелетов. Такие перелеты могут осуществляться в любое удобное для время при благоприятных условиях финансового и организационного характера. Подобная гибкая схема стала возможной благодаря недавним открытиям в орбитальной баллистике.

В 2014 году математики Эдвард Белбруно из Принстона и Франческо Топпуто из Миланского технического института совместно предложили миру уникальный механизм баллистического захвата для отправки космических аппаратов к Марсу. Суть метода заключается в отправке аппаратов в заданные районы вдоль орбиты Марса, вблизи его траектории вращения вокруг Солнца. В процессе естественного орбитального движения Марс «захватывает» аппараты в свое поле тяготения. Если такой аппарат нацелен на орбитальную станцию, или точку пространства, где эта станция будет построена, то основной задачей становится выведение его на околомарсианскую орбиту, вместо посадки, которая будет позднее производиться отдельными малыми экспедициями с орбиты.

2

Баллистический захват имеет множество преимуществ по сравнению с классическими подходами к расчету  орбитальномого перелета на Марс. Кроме отказа от требующей огромных затрат топлива на торможение гомановской траектории, он сокращает риски миссии, позволяя аппарату не использовать торможение в жестком временном окне перед Марсом, что может привести к промаху мимо цели. Также этот подход сокращает общее количество необходимого для миссии топлива, по предварительной оценке Бельбруно — на 25%. Экономия топлива позволит нести большую полезную массу груза.

Как только такая программа будет полностью скоординирована, малые совместные проекты станут возможны теоретически, позволяя государствам и частным компаниям отправлять свои модули к Марсу. С практически независимым временным графиком конструкции и компоненты станции могут отправляться по обычному плану, в контролируемых объемах, с использованием стандартных сборочных модулей. По сути это будет аналогом вездесущих сухогрузов с контейнерами, которые осуществляют большую часть грузоперевозок через океаны Земли.

Орбитальная предварительная колонизация  Марса позволит экипажу преодолеть три критических препятствия:

  1. Безопасность команды будет обеспечена отработанными на околоземной орбите технологиями, улучшенными по последнему слову техники в соответствии с новейшими знаниями о долговременных орбитальных пилотируемых программах.
  2. Не будет никакой временной задержки для связи с поверхностью Марса.
  3. Перебои в бюджете, возникающие по различным причинам в одной и даже в нескольких странах, не будут помехой для отправки груза от других участников программы.

Обеспечение безопасности и здоровья экипажа является первоочередной задачей в марсианской программе. Полученные на МКС результаты содержат много полезной информации об эффектах от влияния на организм долговременных условий микрогравитации, таких как снижение массы костей и проблемы со зрением, как и о результатах воздействия высоких доз радиации. Последующие эксперименты на МКС, которая будет функционировать еще до 2024 года, расширят наши знания о влиянии факторов космического полета на организмы молодых и пожилых мужчин и женщин.

Орбитальная марсианская станция продолжит углублять эти знания, будучи подготовленой к медицинской практике, с настоящим врачом в команде, роскошью, которую маленькая команда исследователей на поверхности Марса не смогла бы себе позволить.

Компоненты для постройки и расширения орбитальной станции могут быть отправлены на орбиту Марса в любое время, когда это будет удобно, и когда они будут готовы к отправке, оборудованы всеми мерами защиты, бортовыми обеспечивающими системами и системой обеспечения жизнедеятельности космонавтов, чтобы ожидать людей на орбите Марса в любое время, в какое они смогут там появиться. Возвращаемый аппарат так же должен быть готов к отбытию, в то время как малые проекты и подзадачи программы будут решаться кооперацией частных компаний-участников.

Созданная таким образом марсианская орбитальная станция, предварительно нареченная Марсианским международным космическим терминалом (Mars International Spase Terminal, MIST) будет представлять собой безопасный форпост постоянного присутствия человека на Марсе, перевалочную базу для грузов с Земли и шаттлов к поверхности Марса. Кроме того, экипаж станции сможет управлять роботами и связываться с людьми на поверхности практически без задержки, что резко повысит качество коммуникации, по сравнению с 8…24 минутным разрывом, который сопровождает сеансы связи с марсианской техникой сейчас.

С приоритетной задачей по колонизации околомарсианской орбиты в первую очередь начнет справляться МКС, экипаж которой будет проводить исследования в интересах получения новых знаний о постройке обитаемых отсеков из металлов, композитных и нанофайберных материалов.

Страны-участницы программы МКС будут постепенно переводить бюджетные средства на снабжение программы MIST, избегая пробелов в финансиорвании и повышая стабильность в управлении и организации проекта.

В дальнейшем, после снятия с эксплуатации МКС в 2024 году, когда её единственной участью будет сгорание в атмосфере Земли, некоторые части станции могут быть позаимствованы для основы при постройке модулей марсианского терминала. Более чем 100-миллиардные вложения в МКС будут частично возмещены такой «рекуперацией», кроме того, операция по разборке станции на орбите добавит несколько свежих страниц в дело об орбитальном строительстве.

Для организации выполнения программы MIST потребуется провести цикл переговоров, семинаров и совещаний с представителями стран-участниц МКС, для определения как вопросов использования частей станции после вывода из эксплуатации, с учетом безотходной разборки и соблюдением юридических норм, так и по поводу оснащения марсианской станции оборудованием, заимствованным с МКС, его соответствия целям миссии, состоянию и достаточности технологического уровня.

Конечно, решение сложнейших организационных, геополитических, экономических, научных и технических задач при постройке Марсианского международного терминала не делает марсианскую программу значительно проще, и выглядит на фоне политических реалий несколько утопично. Но как идеологическая и техническая концепция, позволяющая избавиться от одного из самых серьезных препятствий, которое постоянно отбрасывает космонавтику назад на десятки лет, а именно от однополярности космической отрасли и разобщенности интересов, она не имеет аналогов.

По материалам

Neil MacDonald, Joshua Chamot