Пилотируемая экспедиция на Марс — работа продолжается
advertisement
Р п л г К к п I роектно-конструкторская разработка элементов I тельного Рис. 1. Общий вид ключевых энергодвигакомплекса и |$я и с т о р и и , 3,6 м л р д ч а с т и атотЬ^*Й>еРЬ1 и о й э к с п е д и ц Ь н ^ на ( а ш А З м а р а з в з а | | а з в дований РАН, ИМБП РАН, ФГУП «НПП лет. Проектные работы по межпланет- КВАНТ». ному Кроме этого, к работе привлечены Российский научный центр «Курча- экспедиционному комплексу выявили важное обстоятельство: сроки и затраты на реализацию экспеди- космической платформы в обеспече- товский «НИКИЭТ ции в основном определяются типом ние реализации пилотируемой экспе- имени Н.А. Доллежаля», ФГУП «Крас- энергодвигательного комплекса. Бы- диции на Марс» ведется в рамках Фе- ная Звезда» и ФГУП «Физико-энерге- ли рассмотрены Ж Р Д на жидких кис- деральной космической программы в тический институт» имени А.И. Лей- лороде и водороде, ЯРД на рабочем России. пунского. теле жидкий водород, ядерная (ЯЭУ) В работе участвуют ФГУП межпланетного «Центр Келдыша», ОАО Р К К «Энергия» экспедиционного имени комплекса т с т и к а м , I30K к а з р а б о т к и п д к а з а л и , ч т о М а р с п о СЕ р о ц е с с а м , и д у щ и м н а э т о й п л а н е т е , е т н а з а д , М а р с п р е т е р п е л ш ^ т р о ^ и д р о с ф е р ы . П о э т о м у о д н о и ' р т л Ь р л е ! р а с н у ю п л а н е т у я в л я е т с у р ^ о д р е а т а с т р о ф ы на М а р с е д л я мшу»йоо6 л а н е т ы З е м л я . институт», ФГУП В 2005 г. подготовлен аванпроект и солнечная (СЭУ) энергоустановки ЦНИ- «Пилотируемая экспедиция на Марс», для питания электроракетных двига- ИМАШ, Институт космических иссле- который подвел итоги работы за пять телей. С.П. Королева, ФГУП В качестве базовой выбрали СЭУ с тонкопленочными батареями на осноВзлётно-послдочньп! Корабль возвращения к Земле (КВЗ) ве аморфного кремния, общей электрической мощностью около Земли 15 ООО кВт, а перспективной рассматривается применение по мере готовности модульной ЯЭУ электрической мощностью модуля 12 500 кВт. Межпланетный экспедиционный комплекс создается для проведения на первом этапе пяти экспедиций, с использованием одного и того же межпланетного орбитального корабля и солнечного буксира многократного Солнечньш буксир корабль (МОК) использования. Цель этих пяти экспедиций - выбор и подготовка места для создания марсианской базы. Для этого необходимо: - подтвердить в натурных условиях безопасность полета экипажа (че- Н А У К А•Т Е X Н О Л О Г И И Астероиды семейства Apollo, которые сблизятся с Землей до 2010 г. на расстоянии менее ОД а.е. Обозначение астероида Дата сближения с Землей 1991 VK Планеты Таблица 1 Условный диаметр астероида, км Период обращения вокруг Солнца, лет Наклонение плоскости орбиты,град. Земля, а.е. Солнце, а.е. 2007, 01 0,0679 0,91 1,5 2,50 5,41 1862 Apollo 2007, 05 0,0714 0,65 1,5 1,78 6,35 1989 UR 2007,11 0,0406 0,69 1,0 1,12 10,34 1989 AZ 2008, 01 0,0622 0,87 0,50 2,11 11,76 4450 Pan 2008, 02 0,0408 0,59 1,5 1,73 5,51 1991 VH 2008, 08 0,0291 0,97 1,5 1,21 13,91 4179 Tou-tatis 2008, 11 0,0502 0,91 3,3 3,99 0,47 1993 KH 2008,11 0,0992 0,85 0,6 1,37 12,80 1991 JW 2009, 05 0,0813 0,91 0,50 1,06 8,71 1994 CC 2009, 06 0,0163 0,95 1,0 2,09 4,63 1991 AQ 2010, 01 0,0892 0,49 1,5 3,31 3,21 1991JW 2010, 01 0,0953 0,91 0,50 1,06 8,71 тыре человека, из которых двое выса- лентом взрыва 14 Мт (атомная бомба также ослабление или исчезновение живаются на Марс) по маршруту Зем- в г. Хиросиме имела мощность 0,02 ее магнитного поля. Начиная с пер- ля - Марс - Земля, надежность посад- Мт). Численное моделирование пока- вых измерений магнитного поля Зем- ки марсианского взлетно-посадочно- зало, что фрагмент имел диаметр око- ли в 1829 г., обнаружено, что ее маг- го комплекса без экипажа и точной ло 100 м, массу 233 000 т. нитное поле уменьшается более чем посадки и взлета экипажа с планеты и пребыванием на ее поверхности в течение 15 сут; Наблюдение за астероидами с на 2,5% за 100 лет. В результате пале- Земли при их подлете к Земле за 6-9 омагнитного исследования Земли ус- месяцев тановлен неоднородный характер из- практически невозможно, так как это придется делать на фоне менения дипольного магнитного поля на Марсе в Солнца. Наблюдение возможно толь- Земли составе пилотируемого марсохода с ко за время меньше 3 или больше 15 9000 лет. Полярность магнитного по- пребыванием на планете до 30 суток месяцев. Срок в 3 месяца считается ля не изменялась, но на более про- (экипаж экспедиции - шесть человек, недостаточным для принятия мер, ис- должительных из них трое высаживаются на поверх- ключающих столкновение магнитное ность планеты); - подтвердить безопасность проведения исследований или про- на протяжении последних интервалах поле Земли, времени возможно, хождение астероида на опасном рас- много раз меняло свое направление, - провести на Марсе разведку и стоянии от Земли. При запасе по вре- примерно на противоположное. предварительные работы с целью вы- мени в 15 месяцев возникают труд- В 1965-1980 годы было экспери- бора временного ности по обнаружению астероида из- ментально показано сильное воздей- (длительность за его удаленности от Земли почти на ствие слабых магнитных полей на хи- места аванпоста и создания на Марсе пребывания - 30 сут, экипаж - шесть человек); 3-4 а.е. мические реакции, включающие сво- Наблюдения с помощью косми- бодные радикалы, а в 1986 г. была ческого аппарата S0H0 говорят, что присуждена около Земли пролетает до 100 комет в цикл работ «Магнито-спиновые эффективность проведения экипажем год, прогноз движения которых очень фекты в химических реакциях». Также исследований на Марсе и скорректи- затруднен, поскольку ровать план развертывания они разрушаются на фрагменты. Поэ- топной селективности тому химических реакций, - подтвердить в натурных условиях в составе временного аванпоста нской базы (длительность марсиапребыва- целесообразно со временем рассматривать Ленинская создание на Марсе или в его окрест- зарегистрированное век). ностях космической станции по мони- как торингу 1985 г. за движением астероидов, структура, а также состав планетного комет и их фрагментов. По оценкам, оборудования требуют изучения роли общее число фрагментов исследований более 50 м (почти как у «Тунгусско- Марса в уменьшении размером угроз при дальнейшем развитии ци- го метеорита»), но менее 1000 вилизации. м, составляет от 0,5 до 1,5 Угрозой для цивилизации на планете Земля столкновения является с Землей вероятность фрагментов астероидов и комет. Падение в Сиби- млн, что примерно в 1000 раз больше числа асте роидов размером около километра. ри в 1908 г. космического фрагмента, Угрозой названного «Тунгусским метеоритом», биосферы пла- имело поражающий эффект на пло- неты щади 60 х 60 км с тротиловым эквива- Земля для за эф- обнаружилось явление магнитно-изо- ния 30-60 сут, экипаж - шесть челоНазначение марсианской б а з ы , е е премия открытие Рис. 2. Межпланетный корабль на основе Общеизвестен также в факт, что ЯЭДУ мощностью 50 МВт jRRHft Источники внешней и внутренней энергии Земли Представленный выше материал позволяет сформулировать задачиг, стоящие перед марсианской базой: Таблица 2 Время после образования Земли Вид энергии, мощность, калДсмЧод) Суммарная солнечная радиация 4,6 млрд лет г , ч (наст, время) 500 млн лет 10 млн лет 265 000 170 000 132 000 1,4 4-30 100-10 000 Ультрафиолетовое излучение Солнца, длина волны X = 20-150 нм Рентгеновское излучение Солнца, X = 0,3-6 нм • Определение механизма катастрофы на Марсе, приведшей к потере части атмосферы, гидросферы и ослаблению магнитного поля планеты, и мер, необходимых для превращения Марса в планету, комфортабельную для 0,2 7 постоянного проживания людей. 70-700 • Поиск жизни и ее следов в прошлом и настоящем на Марсе и мони- Радиоактивность земной коры толщиной 35 км 47 15,5 Тепло, выделяющееся при извержении вулканов 0,15 торинг движения астероидов, комет и - их фрагментов с целью исключить опасные возмущения в системе «Зем- >0,15 ля - Луна» при их близком пролете и - возможное столкновение. Электрические разряды молний 4 В соответствии с этим марсианс- 4 кая база должна включать взлетно- посадочный, жилой, энергетический, препятствует составу превратилась в долгожителя транспортно-технологический проникновению в атмосферу ионизи- среди звезд. Возраст Солнца - около 5 учно-исследовательский также средство мониторинга астеро- магнитное поле Земли рующей радиации Солнца и косми- млрд лет, и основным ческих галактических лучей, защищая энергии являются термоядерные ре- биосферу от их негативного воздей- акции на основе ядер водорода, т.е. ствия. протонов р (водородный цикл): Представленные факторы указывают на взаимную обусловленность источником } p + D = 3 H e + y+5,5 МэВ нете и наличия магнитного поля. Бо- D + D = Т + р + 4,5 МэВ лее того, планета должна иметь состав р + Т = 4 Н е + у+19,7 МэВ и структуру, усиливающие магнитное идно-кометной опасности. Жилой комплекс предназначен для проживания от двух до шести человек в течение 30 - 500 суток по ме- р + р = D +е+ + у + 2,2 МэВ появления и развития жизни на пла- и на- комплекс, а ре развертывания марсианской базы 4р и должен иметь в своем составе кома- = 4Не ндно-жилой, научно-исследовательс- кий, шлюзовой, складской и переходный модули. поле окружающей космической сре- Такое длительное существование ды. Так, около Земли солнечная плаз- Солнца с характеристиками, изменив- должна выбираться с учетом безопас- ма имеет напряженность 6-10" 5 Э, а на шимися пределах ности посадки и взлета (наиболее вы- ее поверхности (табл. 2), способствовало появлению годна в экваториальной зоне с макси- коэффициент - около 0,5 Э, т.е. усиления 10^. Как показывают базы и эволюции планет, что привело к по- мально исследования, явлению жизни и цивилизации на од- участком с более плотной атмосфе- ной из них. рой) и проживания, с использованием вращение с разной угловой скоростью небольших марсианской достигает механизмом усиления является дифференциальное в Дислокация Для нашего Солнца примерно че- низким топографическим рельефа местности с возможностью электропроводя- рез 4-5 млрд лет, когда в его ядре вы- создания щих турбулентных жидких слоев ядра горит весь водород, водородный цикл углублений для повышения радиаци- планеты. сменится онной защиты, в том числе от солнеч- Исследования Марса беспилотны- гелиевым, который представить как можно или ных вспышек. На поверхности Земли С накоплением атмосфера плотностью 1 кг/см 2 на- ми космическими аппаратами показа- ядер гелия: 3 4 Н е = ли, что 3,6 млрд лет назад планета в ядре звезды изотопа углерода имела атмосферу, гидросферу, влаж- начнется ный теплый климат и была очень по- ядер гелия и углерода: 4 Н е + хож на Землю. Затем в результате ка- 1б0. тастрофы Марс потерял часть атмо- валов слияния реакцию реакция искусственных 12С дежно защищает биосферу, в то вре- взаимодействия мя как на Марсе этот параметр не пре- 12С = вышает 10-15 г/см 2 . Немаловажно и наличие жидкой Звезда превратится в красного воды при наименьших глубинах зале- сферы и гидросферы. Остатки гидро- гиганта конвективной сферы превратились в вечную мерз- гания с возможностью ее использо- зоны до 1 а.е. - так п о к а з ы в а е т ста- лоту. Многие исследователи увязыва- вания в системах обеспечения жиз- тистика ют эту катастрофу охлаждением недеятельности этом с л у ч а е может попасть в кон- электропроводящего ядра планеты, с компонентов в е к т и в н у ю зону з в е з д ы и сгореть. процессе освоения геологическая с с размером эволюции з в е з д . Земля в и для ракетного получения топлива Марса. в Регио- переходом его в твердое состояние и Поэтому цивилизация о б я з а н а рас- прекращением действия нальная сматривать вероятность такой угро- усиления магнитного поля. В настоя- должна способствовать эффективно- зы щее время средняя напряженность му исследованию внутреннего строе- меры по ее сохранению. Одной из магнитного поля Марса составляет у ния планеты с помощью электрофи- мер я в л я е т с я недопущение попада- зических методов. механизма для планеты и разрабатывать ситуация экватора 6,5-10"^ Э, т.е. коэффициент ния планеты Земля в к о н в е к т и в н у ю усиления - 10. зону красного гиганта. Другой ме- бствовать Имеется и третья угроза, связан- рой может с л у ж и т ь о с в о е н и е циви- кометной опасности с наименьшими Рельеф местности должен спосомониторингу астероидно- ная с тем, что Солнце является звез- л и з а ц и е й з а п а с н о й планеты, нахо- помехами, вызванными активной де- дой третьего поколения, которая бла- д я щ е й с я дальше от Солнца, напри- ятельностью человека на поверхнос- годаря своим небольшим размерам и мер Марса. ти Марса. Н А У К А - Т Е Х Н О Л О Г И И Энергетический комплекс мощ- Режим работы экипажа на поверхности Марса для первых экспедиций ностью от 25 до 200 кВт предназначен для электроснабжения Кол-во суток со дня пребывания на Марсе жилого комплекса, технологического и научного оборудования по мере развертывания марсианской базы с гарантированным ресурсом не менее 15 ледняя предназначена для покрытия пиковых нагрузок расширенного и обеспечения производства ракет- ных компонентов топлив из местных ресурсов. Экипаж проходит адаптацию к условиям Марса, проводит контроль работоспособности систем взлетно-посадочного комплекса (ВПК) и стыковки пилотируемого марсохода (ПМХ) к ВПК 4 Два человека из экипажа осуществляют контрольный выход из Ш0 ВПК на поверхность планеты; проводится визуальный анализ состояния ВПК и ПМХ 5 День отдыха и принятия варианта исследования Марса, подготовка к поездке № 1 на дальность до 5 км 6 Осуществление поездки № 1 общей продолжительностью не более 2 ч с возвращением в исходную точку 7 Анализ результатов поездки № 1, дозаправка израсходованных компонентов, подготовка к поездке № 2 на дальность 10 км Учитывая, что в России была создана ядерная энергоустановка с термоэмиссионным реактором-преобразователем первого поколения, рас- сматривалась аналогичная установка второго поколения, а также - с газотурбинным циклом преобразования с целью проведения анализа эксплуатационных особенностей каждого типа. Марсианский логический комплекс для автономного жа транспортно-техно- 8 Поездка № 2 продолжительностью не более 4 ч и возвращение в исходную точку 9-10 Отдых, анализ результатов поездки № 2, подготовка к поездке № 3 на дальность 20 км; восполнение израсходованных компонентов 11-12 Поездка № 3 длительность 48 ч, возвращение в исходную точку 13 Отдых, анализ результатов поездки № 3 и всей работы за 13 сут, корректировка программы 14 Отъезд ПМХ от ВПК, тренировка взлета 15-17 Подготовка взлета Подготовка к поездке № 4 на дальность 20 км 18 Старт взлетного модуля из ВПК и выход на околомарсианскую орбиту Поездка № 4 19-20 Стыковка с МОК Поездка № 4, продолжение; возвращение в исходную точку 21-22 Проверка систем МЭК для отлета к Земле Отдых, анализ результатов, поездка № 4 23-24 Резерв времени Подготовка взлета 25 Отлет к Земле Старт взлетного модуля из ВПК и выход на околомарсианскую орбиту 26-27 - Стыковка с МОК 28-29 - Проверка систем МЭК для отлета к Земле 30 - Отлет к Земле Вариант «А» предназначен проживания экипа- в отдаленных от места посадки районах планеты и транспортировки экипажа, оборудования и грузов, научных исследований и строительномонтажных работ на поверхности Марса. Транспортно-технологический комплекс формируется на основе пилотируемых и беспилотных марсоходов, а также летательных аппаратов типа дирижабль с дистанционным управ- лением. Научное оборудование Режим работы экипажа 1-3 лет. Он должен иметь атомную и солнечную электростанции, причем пос- Таблица 3 марсиа- нской базы должно позволить экипа- Вариант «Б» жу проводить исследования по эффективной добыче и очистке воды на продуктов, как углеводы - С р Н 2 п 0 п , Марсе, электролизу воды для получе- глицерин ния водорода и кислорода, реализации химической реакции с2н5он. (реакция - СзН5(0Н)з и этанол - та и добавление в атмосферу специальных газов, обеспечивающих увеличение Одним из важных направлений парникового эффекта на планете. Собатье) 4Н 2 +С0 2 =СН 4 +2Н 2 0 и сжи- исследований на Марсе будет также жению кислорода и метана, хране- определение нию и заправке баков взлетной ра- равленного изменения климата пла- кеты. неты, чтобы сделать его приемлемым Итак, основным назначением мар- для проживания человека. При этом сианской базы должно быть обеспе- Высокое содержание С0 2 в атмосфере (95%) целенап- С 2006 г. начаты работы над эскизным проектом «Пилотируемая экспедиция на Марс». позволяет рассматриваются сублимация поляр- чение рассматривать его в качестве источ- ных шапок на Марсе с помощью орби- Земли в ближайшие столетия на осно- ника тальных отражателей солнечного све- для Марса возможности синтеза таких пищевых научного Научное оборудование в прошлом, поиски Таблица 4 следов жизни в прошлом и настоя- Масса, кг ля на зарождение жизни и обеспече- Комплект геологической аппаратуры для проведения полевых работ: ручной инструмент, TV-камеры, контейнер для образцов, инструмент для документирования. 335 Геофизические инструменты 400 Метеорологические инструменты 200 Буровой станок для скважин глубиной 10 м 260 Буровая установка для скважин глубиной 1 км развития ве сравнительного анализа развития Земли и Марса Научное оборудование первых экспедиций на Марс прогноза щем, выявление роли магнитного поние астероидно-кометной безопас- ности системы «Земля - Луна». В связи с этим необходимо усилить обще- 20000 ственную поддержку экспедиции на Марс. пилотируемой МЛ В и т а л и й СЕМЕНОВ, главный конструктор ФГУП «Центр Келдыша»
