Полеты к марсу

Содержание

Пилотируемый полет на Марс: ожидание и реальность

Полеты к марсу

В своих поисках признаков жизни на других планетах человечество обратило свое внимание на Марс. Это связано с близостью планеты и сходством ее с Землей.

Проведенные на Земле исследования с моделированием среды показали, что живые организмы, в частности бактерии-экстремофилы, сине-зеленые водоросли и лишайники, способны нормально существовать в марсианских условиях.

Но, несмотря на этот факт, побывавшие на Красной планете марсоходы не обнаружили какой-либо формы жизни. Это несоответствие порождает новые вопросы: сможет ли человек выжить в марсианских условиях и, если сможет, то сколько лететь до Марса.

Оригинал статьии многие другие материалы, вы можете найти на нашемсайте.

Ставьте, пожалуйста, лайки и подписывайтесь на канал“О планетах”. Это позволит нам публиковать больше интересных статей.

Сколько лететь до Марса от Земли по времени

Нельзя определенно ответить на вопрос, сколько по времени лететь до Марса.

Время полета на планету будет зависеть от трех факторов:

1. Траектория полета.
2. Скорость.
3. Вес корабля с грузом.

Можно рассчитать примерное время полета, исходя из предполагаемых скорости и траектории полета. Скорость самого быстрого космического корабля, когда-либо запускаемого в космос, 58000 км/ч.

Но этот корабль под названием «Новые горизонты», достигший орбиты Красной планеты за 78 суток, был относительно легким, так как на нем не было тяжелой аппаратуры.

Корабль “Новые горизонты” (фото из открытых источников)

Снаряженный корабль вместе с приборами и экипажем будет достаточно тяжелым. Поэтому для расчета лучше использовать среднюю скорость космических ракет, которая составляет 20000 км/ч.

Казалось бы, самым коротким путем будет прямая траектория. Но с учетом постоянного вращения планет вокруг Солнца по такой траектории до Марса долететь не получится – когда корабль достигнет марсианской орбиты, планеты там не окажется.

Если лететь до Марса по эллиптической траектории, корабль высадится на Красной планете через 289 дней.

Самым коротким маршрутом будет полет на Марс по гиперболе, он займет примерно 1,5 месяца.

Сколько свет летит до Марса

Для математического расчета среднего времени путешествия к Марсу необходимы значения среднего расстояния от Марса до Солнца (228 млн. км) и скорости света в вакууме (300 тыс. км/с).

В результате получается, что среднее время достижения светом Красной планеты составляет 760 секунд, или 12 минут. Когда она находится в перигелии, это время равняется 11 минутам, в афелии – 13,01 минутам.

Расстояние до Марса в километрах

В зависимости от взаимного расположения Марс и Земля могут находиться друг от друга на разном расстоянии.

Когда Солнце находится между ними, это расстояние максимально и составляет 401 млн. км. В момент нахождения Земли между Марсом и Солнцем расстояние минимально и равняется примерно 55,75 млн. км.

Расстояние до Марса (иллюстрация из открытых источников)

Цели полета на Марс

Основными целями человеческой миссии на планету являются:

1. Колонизаторская

Поскольку полет займет очень долгое время, колония – это наилучший вариант для непосредственно изучения Красной планеты.

Кроме этого, как бы жестоко ни звучало, ученые получат ответ на вопрос, сможет ли человек существовать в таких условиях, которые есть на планете.

2. Исследовательская

• Поиски форм жизни.
Большое сходство Земли и Марса позволяет ученым предположить, что на Красной планете могла существовать жизнь.

И хотя марсоходы не нашли живых организмов на Марсе, были обнаружены участки с высокой концентрацией метана, источника углерода для белковой формы жизни.

Поэтому ученые все еще надеются найти на планете Марс какие-либо микроорганизмы;

• Изучение ценных геологических ресурсов.
Теоретически марсианская лава содержит большие запасы цветных (никель, медь) и драгоценных металлов платиновой группы;

Исследование природных условий, состава грунта и других особенностей Красной планеты.

Возможные пути до Марса

Ученые разработали три траектории, отличающиеся по продолжительности полета и скорости:

1.Эллиптическая, по которой полет будет самым простым, менее энергозатратным и самым длительным.

2. Параболическая

3. Гиперболическая, характеризующаяся большими энергетическими затратами для более быстрого достижения поверхности Красной планеты.

Эллиптическая траектория

Эллиптическая траектория имеет второе название «гомановская» по имени немецкого ученого Вальтера Гомана, разработавшего ее.

Одновременно с ним эту траекторию предложили советские ученые Фридрих Цандер и Владимир Ветчинкин.

Гомановская траектория (иллюстрация из открытых источников)

Дорога к Марсу по эллиптической траектории будет простейшей, требующей минимальных затрат горючей смеси.

Она представляет половину отрезка эллиптической орбиты вокруг Солнца. При этом Земля расположена в ближайшей к Солнцу точке орбиты (в перицентре), а самая удаленная от Солнца точка орбиты (апоцентр) расположена вблизи планеты Марс.

Запуск космического корабля должен произойти в наиболее благоприятный период времени.

Математические расчеты позволяют предсказать такое время старта, чтобы в момент достижения аппаратом орбиты планеты ее положение совпало с точкой прибытия космического корабля.

Такие «окна» наблюдаются раз в 2 года и 50 суток.

По продолжительности полет по эллиптической траектории будет самым долгим.

В зависимости от начальной скорости (11,6-12 км/с) и длины дуги эллипса миссия на Марс может занять 150-260 суток.

Исторически самый короткийпо времени полет к Красной планете произошел 1969 году. Аппарат Маринер-6 достиг ее за 131 сутки.

Самые долгие полеты на ракете длились больше 330 суток («Марс Обсервер», «Марс Полар Лэндэр», «Викинг-2»).

Учитывая необходимость наличия окон в траектории, экипажу нужно будет провести на планете 450 суток в ожидании следующего окна.

В результате полет на Марс туда и обратно займет 2 года и 8 месяцев.

Параболическая траектория

Параболическая траектория полета имеет форму параболы. Если запустить корабль по такому маршруту, он достигнет Марса за 70 суток.

Но по сравнению с эллиптической, параболическая траектория будет очень энергозатратна (затраты топлива возрастают в 4,3 раза).

Это связано с большим потреблением горючей смесь в момент старта и посадки. Ведь чтобы пройти по параболической траектории, необходимо разогнать корабль до 16,7 км/с (третья космическая скорость), а потом затормозить при посадке (к этому моменту скорость будет составлять 20,9 км/с).

Несмотря на большие энергетические затраты, путешествие на Марс по параболе займет 5 месяцев.Параболитическая траектория (иллюстрация из открытых источников)

Гиперболическая траектория

По гиперболической траектории корабль должен будет пролететь мимо планеты, а затем изменить направление движения, попав в ее гравитационное поле.

Полет по гиперболической траектории по времени будет самым коротким и займет 1-1,5 месяца.

Скорость корабля должна превышать третью космическую, то есть она будет выше 16,7 км/с.

Человечество уже запускало корабли на такой высокой скорости, например, «Новые горизонты», «Пионер-10». По энергетическим затратам это самая дорогостоящая дорога к Марсу.

Корабль с химическим типом двигателя не сможет лететь до Марса по такой траектории. Необходима быстрая ракета с другим более эффективным двигателем, способным разогнать ее до третьей космической скорости и выше при более низких энергозатратах, к примеру, ядерным или электрическим.

Гиперболическая траектория (иллюстрация из открытых источников)

Когда запланирован первый полет людей на Марс

Космические корабли на соседнюю планету планируют запустить Роскосмос, НАСА (США) и ЕКА (Европа).

Несмотря на успешное проведение международного 500-суточного эксперимента с искусственной изоляцией «Марс-500», главы космических агентств не называют определенной даты полета.

Предположительно, первое путешествие на Марс будет не ранее 2025 года.

Подготовкой к полету занимаются не только космические агентства разных стран, но и частные компании.

Mars One планирует высадить первых людей на планету в 2027 году. Space X, предположительно, доставит человека на Марс в 2024 году. Исследовательский центр им. Эймса разрабатывает проект отправки в 2030 году людей на Марс без возвращения на Землю.

Три космических агентства – Роскосмос, НАСА, ЕКА – объявили путешествие на Марс своей целью в XXI веке. Другие страны пока не разрабатывают план полета на эту планету, что связано с недостаточным развитием космической отрасли.

Некоторые страны вообще отказались от полетов. Совет по религии ОАЭ категорично высказался о полетах на Красную планету как о форме самоубийства и запретил своим гражданам лететь до Марса.

Планы России

Как и другие жители Земли, русские на Марсе никогда не были. Но российские ученые активно занимаются подготовкой к полету.

В 2012 году компания объявила о работе совместно с Казахстаном над проектом создания и отправки сверхтяжелой ракеты на Марс.

По плану ракета, названная «Содружество», эффективна по энергозатратам и грузоподъемности.

Она будет работать на ядерном топливе и солнечных батареях и сможет перевозить до 65 тонн груза на борту.

В настоящее время Росатом совместно с Роскосмосом занимаются разработкой ядерного электродвигателя.

Как только он будет сконструирован, а это планируется в 2023 году, первые российские космонавты смогут отправиться на Марс.

Ракета Содружество (иллюстрация из открытых источников)

Планы Америки

Первые планы по полету на Марс предлагались еще при Джордже Буше, но из-за больших финансовых затрат они были не были реализованы.

В 2015 году НАСА разработала новый план полета на Марс.

План состоит из нескольких этапов:

1. Добыча полезных ресурсов на Луне, а именно топлива, кислорода, воды и строительных материалов. Эти запасы с помощью ионных тягачей будут доставлены на марсианскую орбиту.

2. Колонизация Марса с использованием ее ресурсов. По другому варианту плана мини-база будет создана не на самой планете, а на одном из ее спутников – Фобосе или Деймосе. Астронавты проведут на ней год, а затем вернутся на Землю.

В конце 2015 года НАСА начала работу по поиску места высадки астронавтов на Красной планете.

Планы Европейского космического агентства

Европейское космическое агентство составило программу под названием «Аврора», включающую пилотируемые космические миссии на Марс и Луну.

Как рассчитывают ученые, первая экскурсия на Марс состоится в 2033 году.

Инициативы частных организаций

Перспективный полет к Марсу является целью нескольких частных организаций.

1. Проект Mars One под руководством Баса Лансдорпа направлен на осуществление полета на Красную планету и основание на ней колонии.

Также предполагается телевизионная трансляция жизни первых поселенцев. Mars One поддерживается Герардом Хоофтом, лауреатом Нобелевской премии в области физики.

Проект Mars One (иллюстрация из открытых источников)

2. SpaceX во главе с Илоном Маском. Первоначально Илон Маск, руководитель SpaceX, в рамках проекта Mars Oasis планировал построить на Красной планете небольшую теплицу для выращивания растений. Но ввиду отсутствия более совершенных энергетически выгодных ракет Mars Oasis был заброшен.

Маском была создана аэрокосмическая компания SpaceX, которая сможет доставить человека на планету. По мере подготовки миссии туда доставят конструкционные элементы будущей базы, а в 2024 году высадятся первые марсиане.

SpaceX – полет на Марс (иллюстрация из открытых источников)

3. Исследовательский институт Эймса разрабатывает проект полета первых людей на Марс в один конец для создания колонии в 2030 году.

По предположениям ученых запланированный полет будет менее затратным по ресурсам, чем полет туда и обратно.

В таком случае космический корабль может перевезти больше груза и людей.

Первые марсиане с помощью небольшого ядерного реактора и высокотехнологичных приборов будут производить кислород, пищу и воду.

Раз в два года, когда планета будет находиться в нужной точке орбиты, американское НАСА будет отправлять корабли с новыми астронавтами.

Сколько топлива нужно для полета на Марс

Для полета на Красную планету потребуются очень большое количество топлива, приблизительно 1630 тонн.

Связано это, в первую очередь, с использованием в космических кораблях энергозатратных химических двигателей.

Такие ракеты разгоняются до высоких скоростей, но требуют большого количества химической энергии, выделяемой при сгорании горючей смеси.

Большой объем топлива расходуется, когда происходит запуск и посадка на Марс. Кроме этого, чем больше масса корабля, тем больше энергии необходимо.

В процессе полета топливо также расходуется на работу приборов систем жизнеобеспечения.

Перспективные виды космического топлива

На данный момент в химических ракетных двигателях используется горючая смесь из несимметричного диметилгидразина и тетраоксида азота.

Поскольку полет на Марс требует огромных запасов этого топлива, ученые занимаются разработкой более эффективных двигателей и видов топлива.

Сегодня большое внимание ученые уделяют разработке ядерного ракетного двигателя.

В России разработана термическая ядерная установка, принцип работы которой заключается в расщеплении атомов, сопровождающемся выделением тепловой энергии для создания реактивной тяги.

Оригинал статьии многие другие материалы, вы можете найти на нашемсайте.

Ставьте, пожалуйста, лайки и подписывайтесь на канал“О планетах”. Это позволит нам публиковать больше интересных статей.

Читать еще:Признаки жизни на снимках НАСА с Марса

Источник: https://zen.yandex.ru/media/oplanetah/pilotiruemyi-polet-na-mars-ojidanie-i-realnost-5cab97600c7b5200af2154e3

До Марса долетели сразу три миссии. Увы, такое повторится нескоро

Полеты к марсу

Раз в 26 месяцев Марс “догоняет” на орбите Землю: в лучшие годы расстояние между двумя планетами не превышает 60 млн км. В это время удобно запускать аппараты, потому что на дорогу требуется меньше горючего, а сам полет занимает каких-то шесть — восемь месяцев: по космическим меркам — не так-то много.

Венера, другая наша соседка, расположена еще ближе, но изучать ее намного сложнее. Когда-то она могла быть похожа на Землю, но в наши дни атмосфера планеты настолько плотная, что сквозь нее ничего толком не разглядеть, а у поверхности из-за огромного давления углекислый газ напоминает жидкость, с неба капает серная кислота, дует страшный ветер, от жары плавится свинец.

Марс тоже когда-то мог напоминать Землю, но остался гостеприимнее Венеры.

Например, дневная температура рядом с вездеходом Curiosity на днях достигала –7 °С, а ночью опускается чуть ниже –70°С: холодно, но сравнимо с зимой в Антарктиде.

Летом на освещенной стороне Марса даже бывает жарко, но как на курорте, а не в аду. Вдобавок на Красной планете попадается водяной лед, который хранит историю Марса и будет ценным ресурсом в будущем.

Правда, теперь пустоши Марса покрыты ядовитыми солями-перхлоратами, гравитация по земным меркам слабовата, атмосферы почти нет, нет и магнитного поля, поэтому от космической радиации ничто не защищает. Но роботам это не так страшно, поэтому из всех планет Марс изучать удобнее всего. 

Первый аппарат был отправлен на Красную планету раньше, чем первый человек — в космос. В октябре 1960 года СССР запустил автоматическую станцию “Марс 1960А”, но она не долетела даже до орбиты Земли. Успешно добраться до Марса удалось только с седьмой попытки: летом 1965-го американская станция “Маринер-4” пролетела над поверхностью и передала два десятка снимков.

Автоматическая межпланетная станция программы НАСА Маринер-4

© Thuy Mai/NASA

В те времена казалось, что космос быстро покорится. В 1969-м американцы высадились на Луне, а уже к 1971-му СССР собирался отправить корабль с людьми на борту в трехлетнюю экспедицию к Марсу и Венере.

Но даже более простые запуски зондов и станций часто заканчивались провалом — риск был слишком велик, и чем больше появлялось сведений о космосе и Марсе, тем сложнее казалась такая миссия.

Вдобавок была свернута разработка тяжелой ракеты — лететь было не на чем.

В США вскоре после полета на Луну президент Ричард Никсон решил, что расходы на освоение космоса должны занять “подобающее место в жесткой системе национальных интересов”.

Бюджет NASA сократили (впрочем, не впервые), то же самое было сделано при Рональде Рейгане в начале 1980-х.

К тому моменту с поверхности и орбиты Марса поступило достаточно данных с аппаратов “Викинг-1” и “Викинг-2”, чтобы заключить: жизни на этой планете, скорее всего, нет.

Что и как ищут на Марсе

Надежда отыскать хотя бы микробы оправдывала марсианские миссии если не для ученых, то для политиков и простых людей.

Полеты на другую планету не сулят коммерческую выгоду в обозримом будущем, а покрытые пылью вездеходы и кружащие над ними спутники, в отличие от космических телескопов вроде “Хаббла” и “Кеплера”, мало что могут сказать о фундаментальном устройстве Вселенной, не позволяют заглянуть в ее дальние уголки, а о нашей родной планете сообщают намного меньше, чем исследования непосредственно на Земле.

Поиск следов жизни на Марсе — пусть не свежих — цель программы “Экзомарс”, которой занимаются Европейское космическое агентство (ESA) и Роскосмос. В стратегии планетных исследований NASA на 2013–2022 годы тоже говорится об изучении условий обитаемости и свидетельствах жизни.

В прошлое “окно”, открывшееся весной 2018 года, к Марсу полетел только американский аппарат InSight с буром для исследования недр планеты, а прошлым летом отправились сразу три миссии.

Одна — спутник “Аль-Амаль”. Это первый аппарат Объединенных Арабских Эмиратов, запущенный к другому небесному телу.

Он займется изучением погоды и климата, а полученные данные позволят составить первую карту марсианской атмосферы.

Через четыре дня к Марсу отправилась миссия “Тяньвэнь-1”, которая тоже стала первой в своем роде для КНР (в 2011 году китайцы пытались отправить зонд “Инхо-1”, но он сгорел в атмосфере Земли вместе с российским “Фобосом-Грунтом”). “Тяньвэнь-1” — это орбитальный зонд и вездеход. С помощью вездехода будут искать залежи водяного льда, где, возможно, живут микробы.

Копия вездехода Perseverance

© AP Photo/Damian Dovarganes

Третья миссия — американская Mars 2020 с вездеходом Perseverance. Этот аппарат будет изучать горные породы и искать следы древней жизни.

Еще в нем есть сверло с заборником для камней: самые многообещающие будут сложены в одном месте — возможно, кто-то когда-нибудь доставит их для изучения на Землю.

Наконец, вместе с вездеходом на Марс отправится маленький вертолет Ingenuity — инженеры проверят, взлетит ли он в разреженной атмосфере планеты. В случае успеха для будущих миссий разработают более сложные вертолеты.

Копия вертолета Ingenuity

© AP Photo/Damian Dovarganes В 2020 году в рамках программы “Экзомарс” свой вездеход вместе с посадочной платформой, сконструированной инженерами Роскосмоса, собиралось отправить и ESA, но в прошлом марте запуск снова перенесли и теперь готовятся к следующему окну в 2022 году. Задачи на вторую часть “Экзомарса” остались прежние: поиск следов жизни, изучение минералов, анализ химического состава атмосферы (последним уже занимается зонд Trace Gas Orbiter, летающий вокруг Марса с осени 2016 года).

Как и NASA, ESA и Роскосмос говорят, что в перспективе технологии, использованные в аппаратах “Экзомарса”, пригодятся для транспортировки марсианского грунта на Землю. Но с этим есть бюрократическая проблема.

Кто будет исследовать Марс дальше

В NASA уже разрабатывают план, как доставить на Землю камни с соседней планеты. Для этого понадобится ракета, которая поднимет образцы с поверхности Марса на орбиту, а оттуда другой аппарат повезет их к нам.

Только план этот не утвержден: миссия 2020 года — пока последняя в календаре NASA. У ESA и Роскосмоса тоже намечен лишь “Экзомарс”.

Но даже если новые миссии одобрят завтра, на подготовку уйдут годы: стартовавший в мае 2018 года InSight утвердили в 2012-м, до запуска прошло шесть лет.

В 2017 году Планетарное общество — эта американская НКО занимается проектами исследования космоса и популяризует науку — выпустила тревожный доклад об освоении Марса.

В нем говорится, что если NASA запустит необходимые для доставки грунта аппараты в 2026 году, то миссия окажется под угрозой из-за устаревших телекоммуникационных спутников на орбите Красной планеты.

Самому новому, европейскому Trace Gas Orbiter, будет десять лет, а самому мощному — Mars Reconnaissance Orbiter — пойдет третий десяток лет.

Возможно, ведущие космические агентства спешно подготовят новые миссии. Еще есть надежда на азиатские страны: кроме “Аль-Амаль” и “Тяньвэнь-1”, ближе к концу десятилетия на Марсе могут появиться индийские аппараты. Правда, на сайтах NASA, ESA и Роскосмоса они не упоминаются — неясно, рассматривают ли сотрудничество эти агентства.

Наконец, есть частные компании, прежде всего SpaceX мечтателя Илона Маска. Уже в 2024-м Маск хочет отправить на Марс не просто исследовательскую миссию, а людей. Кроме того, он допускает, что и сам отправится туда.

Государственные агентства о пилотируемых полетах говорят уклончиво и просят запастись терпением до 2030–2040-х годов. Вероятно, американскому предпринимателю тоже не удастся так скоро послать экипаж на Красную планету.

Зато у Маска, запускающего в космос кабриолеты, получается вернуть космосу романтический флер.

В научных статьях и пресс-релизах агентств этот флер развеивается из-за сносок и оговорок: на Марсе есть вода, органика, энергия, но всегда находится какое-нибудь “но”, которое спускает с небес на землю.

Может быть, для освоения Марса не хватает именно коллективной мечты, и эта мечта приведет к поразительным открытиям.

Марат Кузаев

Источник: https://nauka.tass.ru/nauka/10728065

В ближайшие две недели до марса долетят космические аппараты сразу трёх стран

Полеты к марсу

В ближайшие две недели к Марсу прибудет целый небольшой космический флот, состоящий из орбитального зонда Объединённых Арабских Эмиратов, а также двух марсоходов из Китая и США.

Амбициозность каждой из этих космических миссий сложно переоценить: для ОАЭ это станет первой миссией в дальний космос; для Китая — первой попыткой высадки на поверхность Красной планеты марсохода; а для США — первой попыткой развёртывания марсианского вертолёта.

Источник изображения: The Verge

Все три космических аппарата были запущены к Марсу в июле 2020 года с разницей всего в несколько дней. Столь плотный график стартов объясняется довольно узким окном запуска, которое открывается раз в два года и связано с дальностью расположения орбит Марса и Земли. Каждое из государств решило не терять времени зря.

Первой к Марсу прибудет межпланетная орбитальная станция Аль-А́маль («Надежда»), запущенная 20 июля 2020 года в рамках программы Emirates Mars Mission с помощью японской ракеты-носителя H-IIA.

Роботизированный зонд размером с небольшой автомобиль выйдет на марсианскую орбиту 9 февраля, а затем в течение двух лет будет заниматься созданием полной картины марсианской атмосферы.

Перед аппаратом стоят задачи по изучению того, как меняется погода в течение дня и в течение года в различных географических регионах Марса, а также задачи по исследованию метеорологических событий в нижних слоях атмосферы планеты.

Для ОАЭ эта миссия очень важна. В случае успеха она поставит страну в один ряд с теми немногочисленными государствами, которые проводили аналогичные космические исследования. Разработка аппарата «Надежда» заняла шесть лет.

В ней приняли участие около 450 специалистов из Космического центра Мохаммеда ибн Рашида, американской Лаборатории атмосферной и космической физики в Университете Колорадо, Университета штата Аризона и Калифорнийского университета в Беркли.

Бюджет программы — $200 млн.

Первый снимок Марса камерой аппарата Тяньвэнь-1 с расстояния 2,2 млн км от планеты, полученный 5 февраля 2021 года

Следом за «Надеждой» на следующий день появятся «Вопросы к небу». Так в переводе с китайского называется миссия Тяньвэнь-1, запущенная 22 июля 2020 года ракетой-носителем «Чанчжэн-5».

10 февраля на орбиту Марса выйдет китайская межпланетная станция, состоящая из орбитального и спускаемого аппарата, полезной нагрузкой которого является марсоход.

Главной задачей пятитонного орбитального аппарата станет детальное изучение марсианской равнины Утопия, под поверхностью которой находятся отложения водного льда.

Макет марсохода Тяньвэнь-1

Спустя три месяца с момента прибытия к Красной планете орбитальный аппарат Тяньвэнь-1 высадит на её поверхность спускаемый модуль с марсоходом.

На борту последнего находится георадар для исследования на глубину до 100 м под поверхностью Марса, а также ряд научных приборов и камер для исследования марсианского грунта и магнитного поля планеты.

Учёные предполагают, что в отложениях водного льда могут содержаться признаки микробной жизни.

В пятницу, 18 февраля, если всё пройдёт успешно, компанию роверу Тяньвэнь-1 составит американский марсоход Perseverance («Настойчивость») аэрокосмического агентства NASA. Он высадится примерно в 2600 км от китайского аппарата, в кратере Езеро.

Предполагается, что эта местность является дельтой древней марсианской реки, в которой могут содержаться признаки, указывающие на марсианскую жизнь в прошлом. Для NASA эта марсианская миссия станет уже девятой по счёту. Бюджет программы — $2,4 млрд.

Марсоход «Настойчивость» в сборочной лаборатории NASA

Ровер оснащён семью научными инструментами, включая УФ-лазер для сканирования органических соединений и рентгеновский спектрометр для анализа химического состава марсианского грунта. Кроме того, марсоход имеет несколько камер и два микрофона для мониторинга состояния самого ровера, а также прослушивания ветреной атмосферы планеты.

В числе задач «Настойчивости» значится сбор образцов марсианского грунта и их складирование. В рамках одной из последующих миссий на Марс, которая будет проводиться NASA совместно с Европейским космическим агентством, эти образцы планируется забрать и доставить на Землю для дальнейшего изучения.

Миссия марсохода «Настойчивость» рассчитана как минимум на два года.

Марсианский вертолёт-разведчик «Изобретательность»

Для совместного использования с марсоходом был разработан марсианский вертолёт-разведчик, работающий на солнечных батареях. Он получил название Ingenuity («Изобретательность»).

Дрон массой 1,8 кг был сконструирован для тестирования и демонстрации технологии полётов на Марсе, а также с целью разведки местности для дальнейших передвижений марсохода «Настойчивость».

На вертолёте не установлено никаких научных инструментов кроме камер.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Источник: https://3dnews.ru/1032016/v-bligayshie-dve-nedeli-do-marsa-doletyat-kosmicheskie-apparati-srazu-tryoh-stran

В 2020 году к марсу отправились миссии разных стран. но не все они могут добраться до цели: запуск зондов к другим планетам по-прежнему остается очень сложным делом

Полеты к марсу

В этом году одна за другой стартовали сразу несколько миссий на Марс, причем в течение всего одного месяца. 19 июля туда отправился зонд Объединенных Арабских Эмиратов «Надежда» («Аль-Амаль» по-арабски), который займется изучением марсианской атмосферы.

23 июля к Марсу был запущен китайский аппарат «Тяньвэнь-1», состоящий из орбитальной станции и марсохода, чьей главной задачей станет демонстрация технологий (если она пройдет успешно, Китай станет второй космической державой мира после США, cумевшей доставить ровер на Красную планету и обеспечить его передвижение).

И, наконец, 30 июля состоялся долгожданный старт программы «Марс-2020», в рамках которой на поверхность Красной планеты будет доставлен ровер «Персеверанс»; он оценит, насколько пригоден был для жизни Марс в прошлом. Несмотря на то, что все три запуска прошли в штатном режиме, радоваться пока рано.

Хотя инженерам и удалось добиться значительных успехов в области роботизированных полетов в последние годы, путешествия к Марсу все еще остаются очень опасным для техники и сложным делом. Из 48 миссий, запущенных к планете, больше половины оказались неудачными — причем провалы случались на самых разных этапах.

Доля успешных межпланетных миссий с начала космической эры сильно выросла, но обидные провалы встречаются и сегодня 

Попытки отправить к Марсу исследовательские аппараты начались еще в 1960-е годы.

Конечно, тогда не шло речи об освоении планеты и интерес к ней во многом был обусловлен соперничеством между США и СССР.

Кроме того, полет к Марсу был мечтой Сергея Королева, который сыграл ключевую роль в освоении человеком космоса. Он считал пилотируемый полет к Красной планете самой главной целью своей работы.

Однако начало этого пути было усеяно неудачами: первые три запуска советских межпланетных станций закончились аварией еще на старте, а четвертый, во время которого советский «Марс-1» успешно вышел на межпланетную траекторию, завершился отказом системы ориентации космического корабля, что привело к его потере.

Первый успех состоялся спустя 4 года после начала «марсианской гонки», когда «Маринер-4», принадлежащий США, совершил первый пролет мимо Красной планеты и получил 21 полный снимок ее поверхности. С тех пор США удалось совершить еще 16 удачных запусков из 22 миссий, что можно считать довольно хорошим показателем, в то время как у России закончились провалом 15 из 18 миссий.

Одной из громких неудач ранней «марсианской гонки» стала посадка советского «Марса-2», который стал первым искусственным объектом, достигшим поверхности Красной планеты. Миссия была запущена в 1971 году, она должна была исследовать Марс непосредственно с поверхности.

Из-за программной ошибки, угол входа в атмосферу Марса, который играет очень важную роль во время спуска, оказался больше расчетного. Как следствие, парашюты оказались неэффективны, «Марс-2» не смог нормально затормозить и разбился о поверхность. Зато его брату «Марсу-3» первая контролируемая посадка удалась.

Правда, связь с модулем была потеряна спустя 14,5 секунд после начала передачи данных, но зато он успел отправить на Землю первое частичное изображение поверхности Красной планеты. 

Со временем доля успешных миссий заметно увеличилось. Первой по-настоящему результативной можно считать программу «Викинг». Космические аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» состояли из орбитальных станций, изучавших атмосферу Марса, и посадочных модулей, которые в 1976 году передали с поверхности планеты первые цветные фотографии высокого качества и выполнили биологические эксперименты.

В 1997 году на Красной планете появился первый марсоход «Соджорнер», который проработал там в течение 83 сол («солом» называют марсианские сутки, они длятся чуть дольше земных — 24 часа 37 минут) и изучил лежавшие рядом камни с помощью спектрометра.

Но спустя два года при работе над станцией Mars Climate Orbiter произошла самая странная и обидная ошибка за всю космическую историю, которая стоила NASA 193 миллиона долларов.

Специалисты из Lockheed Martin, которые проектировали и строили аппарат, опирались на британскую систему мер (фунт-секунды), в то время как инженеры из Лаборатории реактивного движения (JPL) решили, что их коллеги уже произвели стандартную для космических миссий конвертацию, и использовали в своих расчетах метрическую систему (ньютон-секунды). На расхождение никто не обращал внимание до тех пор, пока не произошла ошибка, из-за которой MRO подошел слишком близко к Марсу и просто сгорел в его атмосфере.

В последние два десятилетия количество успешных запусков уверенно превышает число неудач. Половина из последних касается именно посадки на поверхность планеты, которую все еще технически очень сложно осуществить.

Последней громкой неудачей стала потеря в 2016 году спускаемого аппарата «Скиапарелли» Европейского космического агентства, который в 2016 году слишком рано отключил двигатели торможения и, набрав скорость 540 километров в час, врезался в Марс.

Как выяснилось позднее, причиной аварии стал сбой в работе «навигатора» ровера, в результате чего была неверно рассчитана высота.

Полет к другой планете может обернуться неудачей на любом этапе, и сам запуск — далеко не главная сложность

Почему же безопасно добраться до Марса до сих пор так сложно?

Полет можно разделить на несколько критических стадий, и самая первая из них — запуск. Сегодня инженеры сталкиваются с гораздо меньшим количеством проблем на этом этапе, но во время первых миссий многие попытки выйти за пределы даже низкой околоземной орбиты заканчивались провалом.

Иногда это было связано с отказом системы управления, иногда с утечкой топлива — причины могут быть самые разные.

Последний подобный провал произошел во время запуска российского аппарата «Фобос-грунт», который так и не смог покинуть низкую околоземную орбиту из-за того, что произошел сбой бортового компьютера и не сработала маршевая двигательная установка, и вместо того, чтобы отправиться к Марсу, он начал постепенно терять высоту и в итоге сгорел в атмосфере.

Если запуск прошел успешно и во время дальнейшего полета не возникло никаких технических неполадок, то следующая критическая стадия — сближение с Красной планетой.

Во время противостояния, когда Земля находится ближе всего к Марсу, расстояние между планетами составляет «всего» 55 миллионов километров.

Однако долететь по прямой мы не можем, поскольку и Земля, и Марс не «заморожены» в пространстве, а движутся вокруг Солнца по круговым орбитам, еще и с разными скоростями.

И во время этой «погони» космический аппарат постепенно сокращает расстояние до Марса, в то время как последний продолжает вращаться вокруг Солнца. Поэтому его запуск можно сравнить с передачей мяча в футболе — игрок целится не туда, где в данный момент находится его партнер, а туда, где он окажется после удара по мячу.

Значит, для того, чтобы достичь цели, аппарат должен следовать эллиптической траектории, которая позволяет совершить переход с земной орбиты на марсианскую — в небесной механике ее называют гомановской траекторией. Из-за этого расстояние, которое космический корабль должен пролететь до Марса, очень сильно увеличивается.

 В итоге вместо 55 миллионов километров аппарат должен в среднем преодолеть 450 миллионов. И дистанция может оказаться еще больше, если инженеры решат использовать гравитационный маневр, чтобы сэкономить топливо и разогнать космическую станцию. В зависимости от выбранной стратегии время полета к Красной планете может составлять от шести месяцев до года.

И что-то может пойти не так в любой момент этого путешествия.

Правильно «прицелиться» не так-то просто. При корректировке курса аппарата ученые опираются на расчеты, которые учитывают, где находится космический корабль и Марс в данный момент времени. Если возникнет сбой, и аппарат отправит на Землю неточные данные о своем положении, он либо разобьется, либо промахнется и улетит в глубокий космос.

Марс-3 орбитальная станция

Викинг-1 посадочный модуль

Викинг-2 посадочный модуль

Орбитальная станцияПосадочный модуль

Орбитальная станцияПосадочный модуль

Mars Reconnaissance Orbiter

Curiosity(Mars Science Laboratory)

Mars Orbiter Mission(Mangalyaan)

ExoMars Trace Gas Orbiter

Посадочный модуль/Марсоход

Посадочный модуль/Марсоход

Mars Terahertz Microsatellite[32]

Орбитальная станция/посадочный модуль

Mars Orbiter Mission 2 (Mangalyaan 2)

Орбитальная станция/посадочный модуль

Martian Moons Exploration (MMX)

Следующий и, пожалуй, самый сложный момент — как минимум, для тех миссий, которые имеют марсоход или спускаемый аппарат в составе — посадка на поверхность планеты. Первая крупная проблема: задержка радиосигналов.

В среднем, требуется около 12,5 минут, чтобы передать команду с Земли на Марс и столько же, чтобы получить ответ, что делает невозможным управление системами в режиме реального времени. Поэтому процедура должна быть автоматизирована.

Это значит, что управляемый спуск невозможно выполнить без автономного бортового компьютера, который способен выполнять сложную последовательность операций.

Из-за абсолютной невозможности вмешательства процедуру посадки на Марс назвали «семь минут ужаса» — это выражение было придумано для миссии марсохода «Кьюриосити».

Именно столько занимает по времени процесс, от входа в атмосферу до посадки (иногда это шесть минут, зависит от сложности автоматических операций).

Но для ученых, находящихся на Земле, эти минуты могут показаться вечностью, поскольку на кону стоят годы работы, карьера и миллионы долларов.   

В первую очередь, важен угол вхождения в атмосферу, который должен составлять около 12 градусов. И здесь главную роль играют теплозащитные щиты, которые должны поглотить большую часть кинетической энергии аппарата и защитить его инструменты от перегрева, возникающего из-за атмосферного трения — температуры могут подняться до 1000 градусов Цельсия.

На высоте 9-10 километров от поверхности главную роль начинает играть большой парашют, используя который аппарат сбрасывает скорость. Однако атмосфера Марса намного более разрежена по сравнению с земной (ее плотность у поверхности равна плотности атмосферы нашей планеты на высоте 35 километров), поэтому совершить мягкую посадку без дополнительных средств невозможно.

И тут приходят на помощь тормозные ракетные двигатели, которые начинают работать примерно на высоте 2 километров.

Что случится после — зависит от конструкции аппарата: в случае «Оппортьюнити» для смягчения посадки использовались надувные подушки безопасности, а «Кьюриосити» задействовал «небесный кран», который аккуратно поставил его на землю и улетел на безопасное расстояние с помощью тех же тормозных двигателей.

С учетом того, как сложно выполнить безошибочно весь набор процедур, кажется удивительным, что первая успешная мягкая посадка на Марс состоялась 40 лет назад. С тех пор набор технологий, необходимых для посадки, принципиально не изменился: во время первой истории мягкой посадки «Марса-3» использовались те же тормозной экран, парашюты и двигатель мягкой посадки. 

 У Марса — самая плохая статистика успешных запусков, но дело не в самой планете

Из-за того, что миссии на Марс часто заканчивались неудачей, особенно на заре космических исследований, родилась мрачная шутка о том, что планета проклята.

И если обратиться к статистике, она действительно окажется не слишком обнадеживающей. Из 45 миссий, которые состоялись на сегодняшний день, 26 оказались частично неудачными.

Это значит, что долететь до Марса космическим кораблям удается лишь в 42 процентах случаев — пока что это худший результат для планет Солнечной системы.

Тем не менее, нельзя сказать, что Марс по своей природе как-то особенно недоступен для исследований.

Дело в другом: для разных небесных тел статистика очень разнится по историческим причинам, а некоторые планеты почти полностью обойдены вниманием исследователей.

Например, из 44 миссий к Венере полностью или почти полностью успешными были 26 (59 процентов успеха), а к Юпитеру или Сатурну — все. Но значит ли это, что до газовых гигантов Солнечной системы лететь проще, чем до соседних объектов? Конечно же, нет.

Исследования ближайших к Земле небесных тел начались еще в 1960-е годы, когда не было ни совершенных компьютеров, ни полноценных данных о планетах и их спутниках, ни опыта прошлых неудач.

Полеты к внешним планетам Солнечной системы стартовали лишь десятилетие спустя, когда инженеры уже имели представление о трудностях, с которыми они могут столкнуться. Кроме того, количество космических кораблей, отправленных к газовым гигантам, невелико.

Если на сегодняшний день к спутнику нашей планеты было запущено 109 миссий, то к Юпитеру всего 9, а к Нептуну — и вовсе одна.

Также важно учитывать, что сегодня трудности часто возникают именно в процессе посадки спускаемых модулей и планетоходов, а такого рода исследования пока что ведутся, в основном, на Марсе и на Луне.

При этом до Луны радиосигнал идет меньше двух секунд, что позволяет контролировать процесс приземления, в то время как в случае с Красной планетой, как мы уже говорили ранее, в режиме реального времени это неосуществимо.

Однако, если посмотреть на результаты последних последних лет, можно увидеть, что число аварий, особенно для орбитальных станций, заметно сократилось.

Возможно, в будущем «марсианское проклятье» и вовсе будет снято — хотя утверждать с уверенностью это нельзя, ведь для пилотируемых миссий на Марс, которые запланированы на ближайшие десятилетия, будут пробоваться новые технологии, что всегда сопряжено с рисками. 

Источник: https://meduza.io/feature/2020/08/01/v-2020-godu-k-marsu-otpravilis-missii-raznyh-stran-no-ne-vse-oni-mogut-dobratsya-do-tseli-zapusk-zondov-k-drugim-planetam-po-prezhnemu-ostaetsya-ochen-slozhnym-delom

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.