Крошечный беспилотный зонд может в принципе выполнить миссию по доставке образца грунта с Марса (покинуть Землю, приземлиться на Марс, вернуться назад), но даже это может привести к проблемам, если вы попытаетесь сделать это одним запуском. Если же имеется в виду пилотируемое путешествие при одиночном запуске, это практически невозможно.
Причина этого сводится к двум основным проблемам.
Первая проблема — обратный путь. В очень широком приближении (если говорить для непрофессионала), чтобы запустить существенный космический корабль с Земли в межпланетное пространство, вам понадобится нечто примерно такого же размера, что и «Saturn V». Это, в конце концов, доставило нас на Луну и обратно, а для полёта на Марс кораблю нужно быть в состоянии нести ещё и разумную полезную нагрузку.
Иллюстрация quora.com
Кстати, по непроверенным сведениям, первым отклонённым названием Сатурна V было «Flying Oil Tanker» («Летающий нефтяной танкер»).
Так что насчет возвращения? Ну, нам придётся взять с собой вторую ракету.
Опять же, в широком-широком приближении, на Марсе есть около 40% земной гравитации и разряжённая атмосфера, поэтому нам потребуется около 1/3 размера Сатурна V, чтобы вернуться домой.
Таким образом, чтобы вы могли добраться до дома, вам понадобится ракета размером примерно с «Falcon Heavy», полностью заправленная и находящаяся на Марсе. Итак, вам необходимо иметь при себе около 1400 тонн груза только для возможности возвращения.
Таким образом, понадобится ракета бо́льшего размера, чем Сатурн V. Гораздо бо́льшая ракета. На самом деле, бо́льшая, чем что-либо ранее придуманное, не основанное на ядерном оружии или научной фантастике.
Потом вы столкнетесь с проблемой номер два. Посадка на Марсе.
У Марса есть атмосфера. Атмосфера удобна для замедления космических кораблей «бесплатно», но, к сожалению, она недостаточно плотная, чтобы парашюты могли нормально работать, а мы собираемся посадить летающий супертанкер...
Таким образом, нам потребуется ещё больше ракетной мощности для посадки с торможением, и у этого топлива будет серьёзный объём, что еще больше увеличивает стартовую массу. Вам также понадобится теплозащитный экран, который для такого большого корабля должен быть соразмерно массивным, ещё больше уменьшая полезную нагрузку.
Вероятно, было бы немного легче, если бы на Марсе вообще не было атмосферы. По крайней мере, тогда посадка могла бы быть более точно управляема.
Отчасти причина того, что любые космические агентства имеют такой низкий показатель успеха на Марсе, заключается в том, что плотность его атмосферы изменяется довольно резко. Это означает, что иногда атмосфера плотная и останавливает корабль (или сжигает его), а в других случаях она слишком рассеянная и едва тормозит корабль.
Вот почему приземление с использованием двигателя является предпочтительным на данный момент методом. Хотя, такое приземление должно быть полностью автоматизировано из-за временно́й задержки (между Марсом и Землёй огромное расстояние, а скорость света не бесконечна). Посадка чего-либо на Марсе по-прежнему является огромным техническим достижением, сколько бы раз это не было сделано.
Вот почему возвращаться на Землю с Марса сложно, а прямой полёт с возвращением — в принципе невозможен. Единственными двумя реальными вариантами являются космический корабль с атомным двигателем (гипотетический) или заправка топливом на Марсе и путешествие с помощью нескольких запусков (также гипотетических).
Это будет включать отправку вперёд небольшого нефтеперерабатывающего завода, отправку пустой ракеты (по желанию), заполнение её или какого-либо бака марсианским топливом, отправку одноразовой ракеты с астронавтами, посадку ваших астронавтов в хорошем лёгком космическом корабле, выполнение задач астронавтов, заправку первой ракеты и, наконец, полёт домой.
