10.01.2022. - Марсианский укроп и атомный тормоз

Марсианский укроп и атомный тормоз

Химические двигатели для полета на четвертую планету требуют — как бы неожиданно это ни прозвучало — доставки туда ядерного реактора. Причем такого, которого пока нет у США и который проще всего разработать «Росатому». Вряд ли Москва и Вашингтон в ближайшее время смогут договориться по этому поводу. Так что реальное освоение Марса будет напоминать «американские горки» — не только взлетами и падениями, но и полной непредсказуемостью всей его траектории. Naked Science попробовал разобраться в деталях этой истории.

Затраты энергии на путешествие в космосе часто обозначают через «дельта V» — изменение скоростей, нужное, чтобы попасть из точки «а» в точку «б». В случае Земли для выхода в космос необходима «дельта V» 9,3-10 километров в секунду, а чтобы добраться после этого до Марса — 4,1 километра в секунду. Реалистично рассуждая, «дельта V» тут более 14 километров в секунду. Это огромная разница с ~11 километрами в секунду, нужными для полета на Луну. И главное: чтобы вернуться с Красной планеты, эти 14+ километров в секунду придется приложить дважды.

Значит, полеты к Луне — или к карликовой планете Церера в Поясе астероидов, потому что энергетические затраты в этих случаях примерно равные — будут принципиально отличаться от высадки на Марс. До Луны или Цереры можно дотянуть со своим запасом топлива, взятым на Земле, и даже вернуться. «С Марса выдачи нет»: тот, кто туда сел, уже не сможет взлететь с запасом топлива, полученным еще на Земле. Слишком уж большая для посадки на него нужна «дельта V»: точных расчетов пока нет, но, судя по всему, она съест всё (или почти всё) топливо. Следовательно, горючее и окислитель придется (и Илон Маск первый признает это) добыть на Красной планете, а это займет время — и, получается, вынудит построить базу.

Но даже если бы с Марса на Землю можно было вернуться без дозаправки, строить базу покорителям Марса все равно пришлось бы: Красная планета попадает примерно на одну линию (проведенную от Солнца) с Землей только раз в два года. Полет туда займет четыре месяца даже у Starship, а менее энерговооруженные средства доставки потребуют полгода. Значит, когда земной корабль высадится на чужой планете, возвращаться обратно будет уже поздно: Земля «уплывет» так далеко, что придется ждать ее нового сближения с Марсом — не менее 22 месяцев. Итак, строительство базы кажется неизбежным. Но это сотни тонн конструкций, а земной корабль столько доставить просто не сможет. Что же делать?

А где у вас тут на Марсе стройматериалы продают?

Обычно считается, что размещать людей — видимо, астронавтов, ведь, скорее всего, первыми (да и вторыми) там побывают именно они — на четвертой планете придется в укрытых толстым слоем грунта убежищах. Причина — в радиации: по данным «Кьюриосити», ее уровень там 0,23 зиверта в год. На Земле она составляет всего 0,0032 зиверта в год — в 72 раза слабее. Кажется логичным, что от ионизирующей радиации надо защищаться, ведь она опасна, не правда ли?

Шон О’Киф, бывший глава NASA, так и говорит: «У нас нет достаточных средств радиационный защиты, чтобы защитить человеческую жизнь там. Вы даже туда не долетите из-за нее, не то что обратно не вернетесь».

Но, чтобы разместить базу в грунте, нужны готовые герметичные конструкции, которые можно будет этим самым местным грунтом засыпать. Прозвучавшее не раз предложение «напечатать» стенки из марсианского реголита на 3D-принтере — увы, больше похоже на фантазию, чем на реальный план. Даже металлические стенки могут слегка пропускать газы. Стенки из грунта, даже в случае его термической обработки, неизбежно будут слишком «текучими». А ведь кислород и азот на четвертой планете — страшный дефицит, рисковать их потерей никто не будет.

Чтобы наладить производство топлива — метана и кислорода — в марсианских условиях, нужно как минимум полдюжины человек. Двое должны заниматься посменной работой по доставке водного льда снаружи. Ведь именно из водного льда, которого там очень много, придется брать кислород и водород — основу для дальнейшего получения метана. Еще двое должны следить за работой химической установки, перерабатывающей водное сырье на самой базе. Еще двоим надо подстраховывать первые две группы и обслуживать базу. Много людей при первой посадке иметь тоже нежелательно: им понадобится слишком много еды, скафандров и тому подобного.

База для полудюжины человек должна иметь размеры примерно как у Международной космической станции. Масса МКС — более 400 тонн. Марсианской базе сложнее будет получить электроэнергию: на орбите Красной планеты Солнце втрое тусклее, чем на околоземной. Средств получения энергии потребуется больше. Значит, масса местной базы может быть даже больше 400 тонн.

Но полезная нагрузка Starship — 100 тонн, от силы 150 тонн. Корабль не сможет доставить одновременно и герметичные модули для базы на шесть человек, и самих этих шестерых.

Быть может, базу нам заранее построят автоматы?

Здесь всплывает другое решение, которое часто описывали в научной фантастике, а теперь и в научпопе. Почему бы не послать на Марс с первым Starship роботов, которые как-то смогут построить базу из подручных материалов? В худшем случае просто опрокинув Starship условным домкратом в лежачее положение и обсыпав его грунтом для защиты от радиации?

Увы, эта идея основывается на систематически плохом информировании большинства землян о реальном уровне развития доступной им робототехники. Если мы будем принимать на веру то, что пишет пресса, то у нас уже есть роботы, активно исследующие другие планеты, — типа «Кьюриосити». На нашей планете активно ездят робоавтомобили, не нуждающиеся в водителе. А роботы в строительстве, промышленности и даже сборе яблок того и гляди оставят простых людей без работы.

Реальность заключается в том, что у наших роботов, во-первых, нет мозгов. От этого все, на что они способны, — выполнение заданных программистами алгоритмов, которые часто приводят к сбою в любой ситуации с непредсказуемо меняющимися факторами среды. Во-вторых, система передвижения наших роботов намного менее эффективна, чем у человека. Тот (если он тренирован) может без еды пробежать по бездорожью ногами 300 километров без остановки, а роботов, которые на такое способны, точно нет. Человек может карабкаться по горным склонам на километры, залезать на деревья и много чего еще. Роботов, которые в силах сотворить что-то подобное на нашем уровне, не существует. Степеней свободы у их манипуляторов намного меньше, чем у нас.

Да что там говорить: у нас до сих пор нет серийных роботов-пылесосов, которые могли бы подняться по лестнице. Не говоря уже о том, чтобы почистить себя сами. А если их не будет чистить хозяин, они быстро перестают работать. Еще хуже ситуация для роботов на других планетах. «Кьюриосити» в роботизированном режиме может проехать всего сотню метров, а потом останавливается и ждет ежесуточного набора команд с Земли.

Делает он это не потому, что операторам нечем больше заняться, а так как даже при столь архиконсервативном режиме работы земные марсоходы периодически въезжают в дюну, из которой не способны выбраться. Иногда это ведет не просто к потери времени, а к их гибели. Связанный с проектом «Кьюриосити» сотрудник Института космических исследований РАН Алексей Малахов говорит прямо: ожидать реально роботизированные (а не управляемые с Земли раз в сутки, в силу ограничений связи) марсоходы стоит не раньше, «чем подобные системы без каких бы то ни было ограничений приживутся на Земле». Иными словами, мы до всего этого просто не доживем.

Вывод: о строительных работах на Марсе силами автоматов надо сразу забыть. Сеансов связи раз в сутки и 100 метров аккуратной езды со скоростью улитки — как у «Кьюриосити» — никак не хватит для бульдозерно-экскаваторных работ на чужой планете. Лучшая иллюстрация этого — то, что за полвека исследований Марса максимальная глубина, на которую наши роботы его вскопали, так и не превысила 45 сантиметров.

Конечно, обсыпать грунтом какие-то модули легко смогут люди. Из опыта лунных экспедиций известно, что человек даже в неудобном скафандре и с простейшим шанцевым инструментом в силах накопать радикально больше и быстрее, чем любой созданный нами космический автомат. Но все равно получается, что базу придется строить первой же экспедиции землян, а никак не эффективным роботам, существующим пока только на страницах фантастических книг.

Если читатель задался вопросом, что же мешает использовать как базу беспилотный Starship, приземлившийся до пилотируемого, отметим: положить Starship на брюхо, чтобы обваловать его лежащим, теоретически можно. Однако обсыпать грунтом даже лежащий цилиндр высотой в девять метров и длиной в десятки метров для полудюжины человек сложная задача. К тому же на Марсе все же приличная сила тяжести, при укладывании набок корабль почти наверняка разгерметизируется или от удара, или от длительной деформации на неровностях грунта.

Starship «станет моральной катастрофой», как пишет западная пресса?

У нас получается классическая дилемма «курица и яйца». Без базы нельзя вернуть людей с Марса на Землю, но базу до Красной планеты не на чем привезти: не хватит полезной нагрузки самого корабля. Как выйти из ситуации?

Самой простой — и единственно реальный — путь предлагает ключевой разработчик Starship, Илон Маск. Он считает, что радиационная защита для астронавтов на Марсе вообще не нужна. А раз так, то не нужна и база: достаточно жить на борту «примарсившегося» Starship. Благо герметичного объема там более тысячи кубометров, как раз как на МКС.

Его позиция — одна из причин, почему обычно политкорректная западная пресса называет его корабль «более моральной катастрофой, чем ярким шагом в освоении космоса». Астробиолог Саманта Рольф (Samantha Rolfe) из Хартфордширского университета Великобритания так и пишет: «Я не уверена, что честно или этично ожидать от астронавтов того, чтобы они подвергли себя воздействию опасных уровней радиации, которая может принести им серьезные проблемы со здоровьем — или, еще хуже, смерть».

Источник