Добраться до Красной планеты оказывается проще, чем покинуть её. Все представляют героический взлёт ракеты с поверхности далёкого мира, но реальность куда более прозаична и одновременно драматична. Главная головная боль инженеров – не сам взлёт, а то, что должно произойти до него.
Когда посадка становится ловушкой
Представьте огромную бочку с топливом, которую нужно аккуратно опустить на поверхность другой планеты так, чтобы ни одна система не пострадала. Звучит как задачка из области фантастики, правда? Но именно в этом и кроется ключевая проблема марсианской одиссеи.
Небольшие беспилотные аппараты уже доказали свою способность доставлять образцы грунта обратно на Землю. Однако пилотируемая миссия требует совершенно иных масштабов. Чтобы отправить корабль с экипажем к Марсу, нужен носитель, по размерам сопоставимый с танкером для транспортировки нефтепродуктов. При этом полезная нагрузка занимает лишь малую часть общей массы – всё остальное составляет горючее.
На Марсе сила притяжения достигает примерно 40% земной, а атмосфера значительно разрежена. Казалось бы, взлететь оттуда проще в разы. Однако для возвращения потребуется ракета, по параметрам составляющая треть земного носителя. И эта ракета должна быть полностью заправлена непосредственно на Марсе.
Если планировать полёт туда и обратно без дозаправки на месте, придётся везти с собой дополнительные 1400 тонн топлива. Создание таких гигантских носителей пока остаётся за гранью существующих технологий.
Атмосфера-обманщица
С одной стороны, наличие газовой оболочки позволяет использовать аэродинамическое торможение, экономя драгоценное горючее. С другой – плотность этой атмосферы недостаточна для эффективной работы парашютных систем.
Когда речь идёт о посадке массивного объекта – летающего резервуара с горючим – ситуация становится критической. Потребуется мощная двигательная установка для мягкого приземления, а это означает колоссальный расход топлива. Плюс необходим массивный теплозащитный экран, соответствующий размерам корабля, что ещё больше сокращает долю полезной нагрузки.
Парадоксально, но отсутствие атмосферы упростило бы задачу. По крайней мере, появилась бы возможность более точного управления процессом посадки.
Плотность марсианской атмосферы подвержена значительным колебаниям. Иногда она достаточно густая и эффективно тормозит спускаемый аппарат, порой даже чрезмерно, грозя его перегревом. В другие моменты атмосфера настолько разрежена, что практически не влияет на торможение. Именно поэтому современные инженеры отдают предпочтение посадкам с использованием реактивных двигателей.
При этом весь процесс должен быть полностью автоматизирован – сигналы между Марсом и Землей идут со скоростью света, но задержка всё равно составляет несколько минут. Успешная посадка на Красную планету остаётся выдающимся техническим достижением, сколько бы раз это ни повторялось.
Танец планет
Но самое каверзное кроется в небесной механике. Расстояние между Землей и Марсом постоянно меняется из-за различий в скорости их обращения вокруг Солнца. Наша планета, находясь ближе к светилу, совершает полный круг примерно за 365 с четвертью суток. Марс же, располагаясь дальше, движется медленнее – его год длится 687 земных дней, практически вдвое дольше.
Большую часть времени Красная планета находится на огромном удалении от нас, иногда даже за Солнцем, что делает прямой перелёт невозможным технически. Благоприятная конфигурация, когда обе планеты выстраиваются на одной линии относительно Солнца, случается редко – примерно каждые 778 дней, то есть через 2 года, месяц и 18 суток.
Именно эти периоды представляют собой «окна возможностей» для наиболее эффективного межпланетного перелёта с точки зрения затрат энергии и времени. Допустим, вы успешно достигли Марса во время такого сближения. Что происходит дальше?
Возвращение станет возможным лишь после следующего выравнивания планет. А это означает более двух лет пребывания на Марсе в ожидании подходящего момента для старта домой.
Орбитальная реальность
Многие ошибочно полагают, что ракеты просто взмывают вертикально вверх и затем движутся по прямой траектории к цели. В реальности всё гораздо сложнее. Даже когда планеты выстраиваются в линию, старт не происходит в этот момент.
Космический корабль продолжает двигаться с орбитальной скоростью планеты, от которой он стартовал. Цель – не текущее положение другой планеты, а точка её будущего нахождения на орбите. Это своеобразный космический бильярд, где нужно учитывать движение всех объектов и целиться с поправкой на их перемещение.
Возвращение с Марса остаётся колоссальным техническим вызовом, включающим решение целого комплекса задач: от безопасной посадки гигантского аппарата до точного расчёта траекторий с учётом положения планет. Каждый из этих элементов критичен для успеха миссии, и пока человечество продолжает искать оптимальные решения этой грандиозной задачи.