Лунная сирена: почему для полета на Марс нам не нужны лунные базы
Теперь мы переходим к совершенно другому мифическому созданию, преграждающему нам путь к Марсу. Оно является не в устрашающем обличии чудовища или дракона, а в притягательном образе прекрасной богини. Это Диана, лунная сирена, чья соблазнительная песня, вероятно, нанесла столько же вреда потенциальным марсианским путешественникам, сколько все пять драконов вместе взятые.
Почитатели Дианы придерживаются почти религиозного убеждения, что мы не можем организовать пилотируемые экспедиции на Марс, пока богиню не умилостивят строительством значительного числа храмов – то есть баз на поверхности Луны. Что ж, неплохая основа для языческой религии, она показывает, как далеко мы ушли от Римской империи, но в том-то и дело, что эта религия не имеет разумного обоснования.
Да, это правда, что благодаря низкой гравитации и незначительной атмосфере Луны было бы гораздо проще отправить ракету на Марс оттуда, чем запускать ее с поверхности Земли. Также верно и то, что лунные породы почти на 50 весовых процентов состоят из кислорода, поэтому, как только удастся разработать технологии разложения железных и кремниевых оксидов, которые составляют большую часть лунных пород, можно будет снабжать жидким кислородом космические аппараты для дозаправки на поверхности Луны. К сожалению, ни водород, ни метан, которые выступают в качестве второго компонента горючего, принципиально недоступны на Луне. Тем не менее, поскольку содержание кислорода в различных видах ракетного топлива варьируется от 72 до 86 весовых процентов, Луну все-таки можно превратить в базу, которая обеспечивала бы ощутимую долю необходимой космической логистики.
|
|
|
Но в этих рассуждениях не учтены некоторые важные факты о перевозках по Солнечной системе. Дело в том, что космический корабль может дозаправляться на Луне только после того, как он туда доберется. ΔV, требуемая для перехода с НОО Земли на лунную поверхность, составляет 6 километра в секунду (3,2 километра в секунду для выхода на траекторию к Луне, 0,9 километра в секунду, чтобы провести захват в низкой лунной орбите, и 1,9 километра в секунду, чтобы высадиться на безвоздушную Луну). С другой стороны, ΔV для перехода с НОО Земли на поверхность Марса составляет лишь около 4,5 километра в секунду (4 километра в секунду для выхода на траекторию к Марсу, 0,1 километра в секунду для корректировки орбиты после маневра торможения в атмосфере и 0,4 километра в секунду для посадки после использования аэрощита – но не парашюта – для аэродинамического замедления). Короче говоря, гораздо легче перейти с НОО Земли непосредственно на Марс, чем сначала перейти с НОО Земли на поверхность Луны. Таким образом, даже если бы сейчас на поверхности Луны находилось бесконечное количество баков ракетного топлива и кислорода (а их там нет), все равно не было бы никакого смысла отправлять ракету туда на дозаправку по пути на Марс. В общем, дозаправку на Луне на пути к Марсу можно сравнить с полетом из Хьюстона в Сан-Франциско с остановкой для дозаправки в Саскатуне, Канада. Вывод заправочного узла на лунную орбиту не сильно изменит положение вещей. Чтобы переместить на нее космический корабль с НОО Земли, потребуется почти такая же ΔV, как и при отправке его с Земли на Марс. Добавьте ресурсы, необходимые для получения кислорода на поверхности Луны вместе с оборудованием и топливом для перевозки больших количеств кислорода на лунную орбиту (на лунную поверхность нужно привезти водород или метан, чтобы с их помощью поднять кислород на орбиту), и сразу станет ясно, что вся схема не что иное, как логистический кошмар, который чрезвычайно увеличит стоимость, сложность и риски пилотируемой марсианской миссии.
|
|
|
То есть Луна бесполезна в качестве базы для перелета на Марс. Но тогда, скажут почитатели Дианы, можно использовать Луну как испытательный стенд и базу для подготовки к марсианской миссии.
|
|
|
Но лунные условия настолько отличаются от марсианских, что Арктика (и Юта заодно) едва ли не лучше подойдет для подготовки экипажей, да и затраты будут гораздо ниже. (На самом деле, «Марсианское общество», www.marssociety.org, некоммерческая организация, которую я возглавляю, основало базы для тренировок перед полетом на Марс и в канадской Арктике, и в пустыне в южной части штата Юта и потратило на их обслуживание менее двух миллионов долларов, в основном собранных в виде пожертвований из частных источников, за прошедшие десять лет.) У Марса есть атмосфера, сутки длятся чуть более 24 часов, в течение которых температура колеблется от -50 до +10 °C. На Луне атмосферы нет, сутки длятся 672 часа, а типичные дневные температуры составляют примерно +100 °C. В то время как сила тяжести на Земле в 2,6 раза больше, чем на Марсе, сила тяжести на Марсе в 2,4 раза больше, чем на Луне. Кроме того, методы добычи ресурсов, которые будут применяться на Марсе (использование атмосферных газов в химических реакторах и добыча мерзлоты из почвы), кардинально отличаются от высокотемпературных методов плавления пород, которые применимы на Луне. А геологические исследования, необходимые на Марсе с его сложной гидрологической и вулканической историей, будут ближе к тем, которые проводятся на Земле, чем те, которые можно осуществить на Луне. Мы не научимся жить на Марсе, тренируясь на Луне.
|
|
|
Луна может быть полезна в первую очередь в качестве астрономической платформы для скоординированного массива оптических телескопов, который получит изображения Вселенной со сверхвысоким разрешением («оптический интерферометр»). Поэтому имеет смысл конструировать аппаратуру для миссий на Марс таким образом, чтобы ее можно было использовать для перевозки людей и оборудования на Луну. Как обсуждалось в главе 3, именно в этом и состоит особенность миссии «Марс Директ». Поэтому, во многом так же, как и оборудование лунной программы «Аполлон» могло быть использовано затем для создания космической станции «Скайлэб», так и строительство лунных обсерваторий могло бы стать дополнительной задачей для миссии «Марс Директ» – когда они нам понадобятся.
Тем не менее следует четко понимать, что лунная база не является ни необходимым, ни желаемым заделом для поддержки пилотируемых миссий на Марс. Если говорить о стремлении долететь на Марс, сирена лунных баз смертельно опасна, это путь в тупик. Ныне покойный руководитель НАСА Томас Пейн знал все об этой ловушке. В одном из своих последних выступлений он выразил это знание так: «Как однажды сказал Наполеон Бонапарт, объясняя свою выигрышную стратегию в войне с Австрией: "Если вы хотите завоевать Вену, завоюйте Вену!" Что ж, если вы хотите отправиться на Марс, летите на Марс!»
Хорошо сказано, Том. Полетели на Марс!
Глава 6
Исследование Марса
Мы собираемся послать экипаж на Марс не ради того, чтобы установить рекорд высоты и отчитаться об этом в «Авиационном альманахе». Мы хотим исследовать планету, чтобы понять, была ли она наполнена жизнью в прошлом, и узнать, может ли она стать домом для новой ветви человеческой цивилизации. Беспилотные зонды, пусть даже очень хорошо оснащенные, не способны выполнить эту работу. И даже нескольких коротких пилотируемых полетов на поверхность Красной планеты будет недостаточно, особенно если экипажи смогут проводить исследования только в окрестности временной базы. Чтобы узнать о Марсе действительно много, нам придется постоянно летать к нему, причем делать это часто.
Площадь поверхности Красной планеты – 144 миллиона квадратных километров, это почти столько же, сколько дают все континенты и острова Земли, вместе взятые. На Марсе есть что исследовать. Более того, его ландшафты невероятно разнообразны. Там есть каньоны, глубокие низины, русла рек и пересохшие озера, долины, образованные речными стоками, кратеры, вулканы, ледяные поля и области с хаотичным рельефом – причем это еще далеко не все. Геологическая служба США к данному моменту насчитала на Марсе не менее 31 типа рельефа – такая информация приводится в «Упрощенной геологической карте» планеты, – и пока еще не завершена полноценная фотосъемка с высоким разрешением. Отдельные элементы, например долины Маринер, достигают в длину 3000 километров и сравнимы по размеру с континентом. Для основательного изучения одного такого участка придется передвигаться на огромные расстояния.
Сухие русла рек, открытые на Марсе «Маринером-9», доказывают, что когда-то здесь существовал теплый и влажный климат, подходящий для зарождения жизни. Когда Марс был молодой планетой, его атмосфера из углекислого газа, куда более толстая, чем сейчас, создавала сильный парниковый эффект. У Венеры до сих пор такая атмосфера, потому на поверхности планеты стоит ужасная жара. Расстояние между Солнцем и Марсом больше, чем между Солнцем и Венерой, так что толстая атмосфера из углекислого газа и, соответственно, парниковый эффект могли бы создать на Красной планете температурные условия, необходимые для зарождения жизни. Большинство ученых, исследующих Марс, сегодня склоняются к мысли, что такие условия сохранялись на Марсе в течение куда большего времени, чем то, что потребовалось для развития жизни на Земле. Современные гипотезы рассматривают этот процесс как естественное развитие и усложняющуюся самоорганизацию вещества, которые неизбежно должны возникать там, где существуют соответствующие физические и химические условия. Если гипотезы верны, то жизнь на Марсе должна была появиться, так как в период ее зарождения на Земле условия на обеих планетах были схожими. Затем атмосфера Марса стала тонкой, и планета превратилась в холодный засушливый мир, каким мы видим его сегодня, – это ухудшение климата почти наверняка привело к исчезновению жизни на поверхности. Тем не менее микроорганизмы могли оставить макроскопические ископаемые. Некоторые такие окаменелости были найдены на Земле, они называются бактериальными строматолитами и датируются возрастом 3,7 миллиарда лет, что делает их современниками тропической эры Марса. Даже если марсианская жизнь вымерла полностью, ее окаменелые останки могли сохраниться. Сегодня мы знаем все о шансах жизни на зарождение на примере одной-единственной планеты: нашей собственной. Так что нам не известно, произошло это благодаря одному призрачному шансу из триллиона или должно было случиться наверняка. Ничтожные шансы никогда не выпадают дважды подряд. Если бы нам посчастливилось найти на Марсе либо живые организмы, либо их окаменелости, мы бы знали наверняка: жизнь во Вселенной есть.
Таким образом, поиски жизни, сохранившейся или окаменелой, станут наиболее приоритетной задачей для первых исследователей Марса, поскольку смогут дать ответ на вопрос, уникальна ли жизнь как явление. Результаты миссии «Викинг» показали, что если жизнь до сих пор и сохраняется на Марсе, то она редка, и ее поиски будут нелегким делом. Впрочем, точно так же опыт палеонтологов на Земле показал, что охота за ископаемыми останками требует сбора большого количества информации, так как образование обнаружимых окаменелостей – событие с очень низкой вероятностью. Только представьте себе, сколько всего для этого требуется! Для начала, когда организм умирает, он немедленно должен быть изолирован от окружающей среды. В противном случае он в скором времени разложится или, возможно, станет чьей-нибудь пищей. Он должен оставаться изолированным миллионы или даже миллиарды лет и оказаться доступным в тот момент, когда вы пройдете мимо в поисках какой-нибудь древней кости. (Если окаменевший организм будет находиться на воздухе длительное время, среда уничтожит его прежде, чем вы его увидите.) Вспомните всех тех трицератопсов или хотя бы бизонов, которые когда-то бродили по равнинам Северной Америки стадами от десятков до миллионов голов, – ведь никто сегодня не спотыкается об их окаменевшие скелеты. Нет, если вы собираетесь найти кость динозавра или марсианский строматолит, вам лучше приготовиться к долгому путешествию. А если вы хотите доказать, что окаменелостей не существует, вам придется путешествовать еще больше, потому что ваша способность продемонстрировать убедительный отрицательный результат будет зависеть от территории поиска: в идеале лучше обыскать практически всю поверхность планеты. В конце концов, требования мобильности для исследования Марса предельно просты: нужно иметь возможность попасть в любую точку планеты. Это обстоятельство часто упускают из виду.
Так как же будет передвигаться экипаж нашей первой пилотируемой марсианской миссии? Работавший от батарей лунный ровер, использовавшийся в программе «Аполлон», мог проехать 20 километров и тем самым позволял исследовать окрестности в радиусе 10 километров от места посадки модуля. Пилотируемая марсианская экспедиция, оснащенная аналогичным образом, могла бы исследовать каких-то 300 квадратных километров, независимо от длительности пребывания экипажа на поверхности планеты, а для того чтобы с такой техникой осмотреть всю поверхность Марса, понадобилось бы около полумиллиона аналогичных миссий. Даже если бы мы собирались просто изучить несколько интересных районов, ограничение подвижности в связи с использованием такого ровера оказалось бы существенным препятствием и значительно увеличило бы стоимость подготовки серьезной программы пилотируемых космических исследований. Например, в табл. 6.1 приведен список интересных мест в треугольной области Копрат, окружающей место посадки с координатами 0° с.ш. и 65° з.д. Поскольку эта область располагается вблизи экватора (а следовательно, там сравнительно тепло и солнечно круглый год) и содержит много разнообразных интересных объектов, весьма вероятно, что именно она станет зоной высадки первой экспедиции людей на Марс.
Можно убедиться, что если бы мобильность на поверхности Красной планеты была ограничена радиусом в 100 километров (что в десять раз лучше, чем у лунного ровера программы «Аполлон»), то для посещения всех перечисленных в таблице мест понадобилось бы по меньшей мере двенадцать высадок. А вот если бы в рамках миссии ровер позволял удаляться на 500 километров от базы, то для осмотра всех четырнадцати участков понадобилось бы всего четыре миссии, причем они смогли бы охватить площадь в восемь раз большую, чем та, что была бы доступна для двенадцати миссий, оснащенных роверами со 100-километровым запасом хода.
Таблица 6.1. Элементы поверхности Марса, интересные для исследования
* Хаотичные области – области разнообразного рельефа на небесном теле. – Прим. пер.
Каждый пилотируемый полет на Марс обойдется нам в миллиарды долларов. Стоимость миссии может быть снижена за счет новых технологий – например, ядерного реактивного двигателя или более дешевых ракет-носителей. Но, даже если такие исследования будут поощряться и поддерживаться, введение каждой новой технологии обойдется в миллиарды долларов, так что в конечном итоге расходы марсианскую миссию удастся сократить примерно в два раза. А вот работа над увеличением дальности хода транспортных средств для перемещения по поверхности Марса, вероятно, обойдется дешевле и способна повысить эффективность исследований в 100 раз и даже больше.
Понятно, что нет ничего важнее для определении эффективности затрат в нашем деле, чем мобильность.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 4655; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!