ОСТОРОЖНО, МНОГО ТЕКСТА!
Нередко можно услышать мнение, что перед полётом на Марс, было бы неплохо сначала опробовать все необходимые для этого технологии где-то ещё. И единственный подходящий на эту роль вариант- это Луна (1).
Также, некоторые умники предлагают создать Лунную топливную инфраструктуру: заводы по производству топлива и окислителя (водород и кислород из полярных запасов воды) на поверхности Луны и топливные хранилища на её орбите. Мол, можно там дозаправиться и уже потом, с полными баками, лететь на Марс (2).
Есть ещё и такой вариант, в котором на окололунной орбите собирается, немаленький такой, перелётный корабль (модульного типа, на подобие орбитальных многомодульных станций) и пересев на него (попутно заправившись лунным же топливом), можно было бы с комфортом, на "просторном" то корабле, долететь до Марса (3).
Ну что же, давайте разберём эти несколько вопросов по подробнее.
1) Испытание технологий для Марса сначала на Луне.
И сразу же возникает такой вопрос, а какие именно технологии можно испытать на Луне, что бы они решали задачи в схожих условиях, но уже на Марсе?
Гравитация на Луне в 6 раз слабее (16,5% от земной), чем на Земле, а на Марсе слабее всего в 2,5 раза (39,4% от земной). Разница более чем в 2 раза, не позволит корректно протестировать на Луне, ну например- ходовую часть марсианских роверов. Проще и надёжнее, это было бы сделать прямо на Земле, ведь если аппарат выдержит земную силу тяжести, то с марсианской справится легко, ещё и запас прочности будет. А вот лунные испытания, увы не дадут уверенности в прочностных характеристиках агрегатов марсианских роверов. И для проверки любых других инженерных решений, связанных с марсианскими гравитационными нагрузками, Луна так же не подойдёт.
Может быть можно испытать на Луне "среды обитания" для Марса?
На Луне, в виду её обращения вокруг Земли и гравитационному захвату (Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной), сутки длятся 29,5 земных суток, это примерно 14 (с хвостиком) земных суток дня и столько же ночи.
Луна, как и Земля, расположена вполовину ближе к Солнцу чем Марс, а это значит, что она куда как обильнее купается в солнечном излучении. В сочетании с практически полным отсутствием атмосферы, это приводит к огромным температурным перепадам от −173°C ночью и до +117°C днём. С другой же стороны, у Марса температура колеблется от −153°C ночью на полюсах зимой и до +35°C днём на экваторе летом. Хоть ночные температуры, в целом, и сравнимы (хотя на полюсе на вряд ли додумаются ставить базу, а в среднем по планете температура опускается всего лишь до −87°C), однако о дневных, такого уже не скажешь.
Для Луны будут необходимы совершенно иные, особенные теплоизоляционные и охладительные решения (как пример инфракрасные радиаторы для охлаждения излучением в вакууме), которые, для более мягкого марсианского климата, будут или излишними или банально не нужны.
Конечно, можно испытать крупные модули "сред обитания" и роверов на герметичность. Однако, на Земле и так уже имеются достаточно большие вакуумные камеры для подобных испытаний ("Space Power Facility"), соответственно, лететь на Луну ради выполнения этой этой цели, по меньшей мере нецелесообразно.
Пыль, все знают, что в лунном реголите имеется много мельчайшей и острейшей пыли, которая ещё и имеет электростатический заряд, а посему отлично ко всему прилипает. Задача по нейтрализации негативных воздействий лунной пыли будет первостепенной, не решив которую, людей хоть и можно отправлять на Луну, но это будет весьма рискованно.
А что на счёт пыли на Марсе? Да, на красной планете она тоже есть, вот только, она далеко не такая острая как лунная, ветровая эрозия делает своё дело. Марсианская пыль может, так же как и лунная, прилипать к оборудованию, однако, на Марсе всё же есть атмосфера и в некоторые периоды суток может повышаться влажность воздуха, заставляя электростатический заряд утекать прочь от пылинок.
И ещё, из-за наличия на Марсе этой же атмосферы, могут происходить не безызвестные пыльные бури, в которых мельчайшие пылинки трутся друг о друга и создают электрический заряд, который может разрядиться молнией (подобно земным грозовым облакам). На Луне такого, априори, случится не может, что, естественно, тоже на ней не протестируешь.
2) Производство топлива на Луне.
Луна, и в правду, содержит значительное количество водного льда в вечно затенённых полярных кратерах. Эту воду можно разложить на водород и кислород и использовать в качестве ракетного топлива и окислителя. Но погодите ка, а кто этим топливом будет пользоваться?
На данный момент, единственной реальной ракетной системой, которая сможет доставить человека на Марс является- "Starship". И в нём, в качестве топлива, используется метан, а не водород. Ну хорошо, для создания метана с помощью "реактора Сабатье" тоже необходим водород, но где на Луне взять УГЛЕРОД?
На Луне, как и на любой другой планете, есть огромные запасы химически связанного в реголите кислорода, который можно добыть и использовать, как для дыхания, так и в качестве окислителя ракетного топлива. На Луне есть неплохие запасы воды, из которых помимо кислорода можно получить и водород. И даже если предположить, что можно доставлять углерод с Земли (всё равно его считают главным виновником "глобального потепления" и его экспорт мало кого расстроит), то это выйдет крайне НЕЛЕПО.
Грузоподъёмность Старшипа, в самых смелых фантазиях, может доходить до 300 тонн. Кораблю, для полной заправки, необходимо 1 200 тонн (и это количество скорее всего увеличится, в связи с увеличением длинны корабля метров на 10). Не будем забывать, что топливо необходимо ещё и для ускорителя "Super Heavy" (первой ступени по совместительству), а необходимо ему (на данный момент), ни много ни мало- 3 300 тонн топлива.
И, лёгким движением руки, мы производим, из земных 300 тонн углерода и лунных запасов водорода (из воды), аж целых 400 тонн метанового топлива!! Потратив для этого 4 500 тонн топлива, не говоря уже о окислителе, которого необходимо в 3,5 раза больше чем метана. Или нет, что бы доставить эти 300 тонн к Луне, ещё понадобится от 5 до 10 дозаправок корабля на орбите Земли. Дальше, думаю, просчитывать данный сценарий не стоит.
А если использовать водородное топливо? Тут обстановка становится немного повеселее, но о Марсе конечно придётся забыть. Не говоря уже о том, что с водородом в принципе работать непросто, водород- очень "сложное" топливо, в производстве, хранении, транспортировке и использовании.
В итоге мы получаем, что использовать лунное топливо можно, но только для полётов на самой Луне или между ней и Землёй.
Не забудем мы и о не самом известном варианте полётной архитектуры, в которой можно заправить Старшип на орбите Земли метаном и немного кислородом, а оставшийся кислород получить из воды на Луне, идеальный же вариант! Или же, опять, не очень?
Есть такое понятие- характеристическая скорость. Она показывает изменение скорости космического аппарата, которое необходимо для выполнения орбитального манёвра (изменения траектории). Для того, что бы добраться до орбиты Луны, на которой нас уже дожидается топливное хранилище под завязку заполненное кислородом, необходимо сначала набрать вторую скорость и покинуть орбиту Земли. А затем, что бы по прилёту остаться на орбите Луны, нужно часть этой скорости сбросить (притормозить). Получается, если наша цель Марс, то мы тратим часть топлива и окислителя- впустую! Это настолько неразумно, что даже есть такая шутка- "Лунный налог".
Если нужно лететь на Марс, то нужно сразу лететь на Марс!
А лунную воду использовать на Луне, запасы её, хоть и велики (да ещё и практически не возобновляемы), но всё же не на столько, что бы спускать её в вакуум космического пространства из сопла ракетного двигателя.
3) Создание перелётного корабля на окололунной орбите.
А вот теперь возьмём за основу другую архитектуру, не Старшип.
Есть вариант сборки перелётного корабля на окололунной орбите, прототипом и прообразом подобного корабля, может служить- планируемая американская станция "Lunar Gateway". Если кратко, то окололунная станция будет состоять из различных модулей, которые будут выводиться отдельно и уже на месте собираться в единую структуру.
Идея использовать такую станцию для полёта к Марсу далеко не нова. И можно даже сказать- это олицетворение фантазий, об архитектуре марсианских перелётных кораблей, в духе технологического уровня прошлого поколения.
Сколько топлива понадобится для кораблей, для заправки перелётной станции, представить сложно, а вот то, что доставлять его придётся в разы дальше чем околоземная орбита (в архитектуре "Starship") уже видеться яснее. Более того, к станции ещё потребуется доставить людей, грузы (запасы кислорода, еды, воды, которые необходимы для перелёта, нахождения на Марсе и обратного полёта), а так же, если будет планироваться посадка, то и посадочный аппарат. Всё это, на первый взгляд, выглядит как логистическая катастрофа (на второй и на третий, на самом деле, тоже). Причём, чем будет больше разных структурных элементов и соединений между ними, тем больше шансов, что что-нибудь пойдёт не так.
Так конечно сделать можно, но получится из этого- безумно дорогое и "штучное" приключение, которое могло бы поставить перед собой максимальную цель- "флаговтык", ну и можно прихватить с собой, обратно на Землю, пару килограмм камушков и реголита. Так Марс не колонизируешь, да даже аванпост не поставишь!
Тут стоит подметить, что сама "Lunar Gateway" строится, не для того, что бы облегчить доступ к Луне, а лишь для того, что бы оправдать создание и создать цель, для ракеты "SLS" и корабля "Orion" . Их характеристики избыточны для земной орбиты, но недостаточны для полёта на Луну. А сама окололунная станция, в целом, на одном технологическом уровне с "МКС", а посему, не особо то она и нужна.
Вывод: условия на Луне и Марсе настолько специфически различны, что протестировать на земном спутнике какие-либо технологии для красной планеты не выйдет.
И как мы видим, полёты к Луне оправданы, только если мы и летим именно к ней. Если же нам нужно добраться до Марса, эффективнее всего будет лететь сразу на Марс, никакие пересадки и передозаправки на Лунной орбите не нужны (как и в целом сама окололунная станция "Lunar Gateway").
Если нужно лететь на Марс, то нужно сразу лететь на Марс!
Кому удобнее читать в вк: vk.com/mar_tians
Телеграм: t.me/mar_tians
Так же подписывайтесь на ютуб канал, цель 100 подписчиков, для начала публикации новостей и там: youtube.com/mar_tians