Полет на Марс. Идея доставки экспедиции на Марс как первого шага в колонизации Марса является проявлением феномена экспансии человечества. Более близкая цель — прямое включение человеческого разума в исследование Марса, как части окружающего мира.
Первый технический анализ пилотируемой миссии на Марс был сделан Вернером фон Брауном в 1948 году. Он был опубликован в виде книги «Проект Марс» сначала в Западной Германии в 1952, а затем на английском в США в 1953 году.
С тех пор различные планы путешествия на планету выдвигались неоднократно — в первую очередь, СССР (и Россией) и США как Вторая космическими державами, а также частными организациями.
В СССР первые варианты космических кораблей для экспедиции на Марс стали впервые рассматриваться в 1959 году в королёвском ОКБ-1. Работы шли в секторе 9 под руководством Михаила Тихонравова.
Сначала были разработаны эскизы проекта марсианского пилотируемого комплекса (МПК) со стартовой массой в 1630 тонн. Собрать его предполагалось на низкой околоземной орбите, а возвращаемая часть МПК имела массу 15 тонн. Продолжительность экспедиции должна была быть 2,5 года.
Затем в этом же секторе последовала разработка тяжёлого межпланетного корабля (ТМК). Проектом занимались две группы инженеров: одной руководил Глеб Максимов, а второй — Константин Феоктистов.
11 апреля 2018 года глава Роскосмоса Игорь Комаров в интервью СМИ заявил, что пилотируемый полёт на Марс состоится после отработки марсианской программы на Луне.
Технический план полёта на Марс впервые предложен разработчиком первой в мире баллистической ракеты работавшим с 1945 года на Армию США немецким конструктором Вернером фон Брауном в 1948 году. Ещё один немец, переехавший в США — Вилли Лей — в 1949 году написал научно-популярную книгу «Завоевание космоса», посвящённую исследованию ближнего космоса. Книга, содержащая планы по полёту к Марсу, стала широко популярной в США. Фон Браун и Лей, работавшие вместе ещё в Германии, продолжили сотрудничество в 1950-х годах на литературном поприще. В частности, в 1956 году они совместно выпустили книгу «Исследование Марса» (The Exploration of Mars), где первоначальный проект о посылке на Марс 10 космических кораблей было сокращён до двух кораблей.
После запуска советского спутника в 1957 году, американское правительство включилось в космическую гонку c Советским Союзом. В 1958 году было создано НАСА (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства), которое сразу же начало консультации с Агентством по баллистическим ракетам Армии США (техническим директором был Вернер фон Браун). В 1960 году все армейские проекты, связанные с космосом, были переданы НАСА и объединены в созданный Космический центр Маршалла, директором которого был назначен Вернер фон Браун. В 1961 году была принята программа «Аполлон» с целью высадки астронавтов на Луну.
После успеха программы «Аполлон», фон Браун предлагал сделать пилотируемую миссию на Марс целью дальнейшей программы пилотируемых полетов НАСА. Предложение рассматривалось Президентом США Ричардом Никсоном, но было отвергнуто в пользу программы «Спейс шаттл», которая не предполагала фокусировку на межпланетных перелетах. Варианты использования программы для строительства на орбите межпланетного корабля все же рассматривались, но не были реализованы.
В ноябре 2015 года НАСА сообщила о начале поисков места для высадки экспедиции на Марс. Экспедиция предполагается в 30-х годах текущего столетия.
В июне 2016 года палата Представителей парламента США (сверяя федеральный бюджет на следующий год) порекомендовала НАСА отказаться от миссии Asteroid Redirect Mission по захвату астероида (на что НАСА запросило 66,7 миллиарда долларов) и вместо этого вернуться к пилотируемым полётам на Луну. В аргументации указано, что именно Луна является лучшим (и достаточно близким) полигоном для отработки основных технологий (посадочный модуль, взлётный модуль для старта с поверхности, жилые модули базы, геологоразведка и добыча ресурсов, переработка их в топливо и окислитель), необходимых для рискованного пока путешествия на Марс.
Европейское космическое агентство составило программу «Аврора», целью которой в том числе является планирование лунной и марсианской миссий. Высадка космонавтов на Марс планируется до 2033 года. Так как финансовые возможности ESA сравнительно малы, то планы могут осуществиться только при международном сотрудничестве.
Индийский президент Абдул Калам выступил 26 июня 2004 года с заявлением, в котором он предложил США до 2050 года отправить на Марс американо-индийский экипаж. Это предложение было объявлено незадолго до начала тесного сотрудничества с американцами в области космонавтики. Калам уже ранее отвечал за развитие индийской ракетной программы.
В 2014 году Совет по религии ОАЭ выпустил фетву, запрещающую мусульманам летать на Марс: по мнению авторов документа полёт на эту планету равносилен самоубийству, запрещённому в исламе.
Инициативы частных организаций
SpaceX
Первоначальным планом миллиардера Илона Маска было построить на Марсе что-то вроде миниатюрной теплицы для выращивания растений (проект Mars Oasis), однако Маск столкнулся с отсутствием ракет, способных воплотить его мечту. В результате он учредил частную аэрокосмическую компанию, планирующую доставить человека на Марс. Промежуточные этапы включают в себя запуск беспилотного посадочного аппарата на Марс в 2018 году (миссия Red Dragon, проект закрыт в 2017 году), организацию постепенной доставки элементов будущей базы и запуск человека на Марс в 2024 году.
Mars One
Частный проект, руководимый Басом Лансдорпом и предполагающий полёт на Марс с последующим основанием колонии на его поверхности и трансляцией всего происходящего по телевидению. Проект поддерживает лауреат Нобелевской премии по физике за 1999 год Герард Хоофт. В 2019 году компания Mars One Ventures, реализующая данный проект, была объявлена банкротом.
Inspiration Mars Foundation
Американская некоммерческая организация (фонд), основанная Деннисом Тито, планировавшая отправить в январе 2018 года пилотируемую экспедицию для облёта Марса с возвращением на Землю. В связи с недостаточностью финансирования и отсутствием со стороны NASA интереса к сотрудничеству проект стал неактивен в 2015 году.
Цели будущего полёта
Кроме основной цели полёта на Марс — высадки нескольких людей на поверхность Марса с возвращением на Землю, также к целям миссии принадлежит поиск ресурсов за пределами.
Воздействие на космонавтов
Физиология
Космические лучи и солнечная радиация, содержащие ионизирующую составляющую излучения, разрушают ткани и ДНК живого организма. Часть повреждений необратима и может приводить к клеточным мутациям. Защита снижает поглощённую дозу, но до сих пор не было опыта с долговременным пребыванием человека в межпланетном космическом пространстве вне защищающего магнитного поля Земли. Исследование Джорджтаунского университета подтверждает эти угрозы; особенно велик риск развития рака прямой кишки. При спокойном Солнце минимальная доза облучения, которую получат космонавты в течение 15-месячного полёта на Марс и обратно, оценивается в 1 Зв, при сильной вспышке на Солнце — на порядок выше. Для сравнения: на Земле, которую защищает от солнечной радиации магнитное поле, средняя доза облучения составляет 2,4 мЗв в год.
Недавнее исследование на мышах, проведённое учёными Калифорнийского университета в Ирвайне, показало, что облучение высокоэнергетическими заряженными частицами (полностью ионизированными ядрами кислорода и титана) в дозах, сопоставимых с теми, которые могут получить космонавты при длительном космическом полёте, вызывает разнообразные долгосрочные когнитивные нарушения, связанные с работой коры мозга и гиппокампа. В частности, у животных снизились исполнительные функции, которые лежат в основе гибкого целенаправленного поведения, особенно в непривычных ситуациях. В результате этого они плохо справлялись с постановкой задач, их распределением по времени и фокусировке на основных действиях, необходимых для достижения цели. У мышей наблюдалось ухудшение пространственной, эпизодической и опознающей памяти, а также снижение угасания страха (процесса повторной адаптации к чему-либо, вызвавшему травмирующее воздействие; например, привыкания к воде после пережитого утопления) и, как следствие, повышение тревожности. На клеточном уровне действие радиации вызывало воспаление нервной ткани, нарушение целостности синапсов, а также формы, плотности и сложности дендритов нервных клеток медиальной префронтальной коры. Это приводило к выраженным поведенческим расстройствам. Помимо нарушений функций центральной нервной системы, остаются и эффекты радиации, связанные с повреждением ДНК и выработкой активных форм кислорода, нарушающие структуру биологических макромолекул. Они включают повышенный риск развития рака, нарушения работы внутренних органов, снижение иммунитета и высокую частоту радиационной катаракты.
Все перечисленные эффекты связаны с фоновым космическим излучением. Если же космонавты окажутся на пути относительно редких выбросов высокоэнергетических протонов Солнца, то их, скорее всего, ждёт смерть от острой лучевой болезни. Защитить от радиации может дополнительное пассивное экранирование или электромагнитная защита, хотя этот вопрос требует дополнительного исследования.
Сразу после попадания человека в невесомость его организм начинает перестраиваться. Кровь приливает к верхней половине тела, и сердцу приходится прилагать больше усилий для перекачки крови. Организм «думает», что жидкости в организме много, и начинает выделять гормоны, отвечающие за водно-солевой обмен, вследствие чего человек теряет много жидкости. Обычно космонавту во время такой перестройки требуется не менее 3 литров воды в день. Это явление довольно быстро проходит.
Продолжительная невесомость в течение всего космического полёта считается наибольшей медицинской проблемой. Мышцы, кости и система кровообращения из-за отсутствующей силы притяжения становятся слабыми, если их не тренировать. Больше всего потерь кальция и калия происходит в костях ног и таза, в рёбрах и костях рук потери меньше, в костях черепа даже увеличивается содержание этих химических элементов. Примерно после 8 месяцев пребывания в невесомости требуется от 2 лет и больше для восстановления на Земле, так как процесс разрушения костей некоторое время происходит и при земной силе тяготения. Чтобы снизить влияние невесомости к минимуму, можно подбирать экипаж с генетической устойчивостью к остеопорозу и использовать облучение ультрафиолетом, как на станции «Мир», для выработки витамина D. Мышцы же при действии гравитации восстанавливаются быстрее, хоть они и могут при длительном полёте потерять до 25 % от своей первоначальной массы. Больше всего ослабевают мышцы ног и спины, мышцы рук почти не теряют своей массы благодаря увеличению нагрузки на них в космосе.
Несмотря на то, что марсианская сила притяжения составляет 38 % от земной, к ней всё равно необходимо адаптироваться заблаговременно. Один из вариантов преодоления этой проблемы — создание искусственной силы тяжести вращением центрифуги за 2 месяца до высадки экипажа на поверхность Марса, но из-за небольших размеров центрифуги возникают силы Кориоли́са, которые отрицательно сказываются на здоровье человека.
Магнитное поле Марса слабее земного в 800 раз. Это тоже является проблемой, так как отсутствие магнитного поля отрицательно влияет на вегетативную нервную систему. Вполне возможно, придётся создавать искусственное магнитное поле на корабле и марсианской базе для решения этой проблемы.
Психология
C 3 июня 2010 года по 4 ноября 2011 года проводился основной этап эксперимента «Марс-500», в котором имитируется полёт на Марс.
28 августа 2016 года завершился другой эксперимент HI-SEAS IV, начатый ровно год назад NASA и Гавайским институтом на северном склоне заснувшего вулкана Мауна-Лоа (Гавайи); его главной целью было изучение психологических и физиологических проблем, с которыми могли бы столкнуться участники будущего пилотируемого полёта на Марс.
Чаще всего отмечается агрессия, которая приводит к конфликтам, когда люди длительно находятся в замкнутом пространстве. Уменьшить этот эффект можно, если набирать стрессоустойчивых людей в межпланетный экипаж. Следует учитывать разные культуры, религии, образы жизни и философии, в случае если экипаж будет международным. Для уменьшения чувства оторванности от Земли рассматривается вариант создания иллюзии смены времён года, пения птиц или привычных для землян запахов на корабле.
Принимая во внимание отрицательные воздействия невесомости и космического излучения на организм человека необходимо защитить экипаж космического корабля от радиации и негативного воздействия невесомости. Снизить негативное влияние невесомости и радиации на организм человека можно сократив время перелёта к Марсу и обратно. Для начала решим простенькую задачку.
Итак, выполнив несложные приблизительные рассчеты получаем время полета до Марса от 10 до 2 суток, при скоростях от 98,15 км/с до 519,4 км/с, что существенно сокращает время пребывания в радиации и полностью исключает пребывание в невесомости.
Для чего нужно летать зигзагами ( полупетлями ) или же по спирали? Для того чтобы не стороить в корабле центрифугу для создания искуственной гравитации и соответственно не увеличивать габариты космического коробля. Если кто-то захочет просчитать скорость и время полёта, количество витков и шаг спирали, при спиральном полёте к Марсу, то желаю Вам в этом удачи.
