Как пройдет первая марсианская экспедиция. Отрывок из книги физика Митио Каку «Будущее человечества»

В конце этого года в издательстве «Альпина нон-фикшн» вышла книга «Будущее человечества: Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия». В ней физик-теоретик и автор бестселлеров «Физика невозможного» и «Будущее разума» Митио Каку составляет своеобразную «дорожную карту» величайшего переселения в нашей истории — от первых попыток покорения других планет до достижения бессмертия, необходимого для освоения Вселенной. «Инде» публикует фрагмент главы «Марс во что бы то ни стало», в котором Каку рассказывает, как будет проходить первая экспедиция на Красную планету.

Путь на Марс

После нескольких месяцев самых разных предположений и спекуляций в 2017 г. НАСА и Boeing наконец раскрыли подробности своего плана по достижению Марса. Билл Герстенмайер из Управления пилотируемых исследований и операций НАСА познакомил общественность с амбициозным графиком испытаний, необходимых для отправки астронавтов на Красную планету.

После нескольких лет испытаний ракета СЛС с кораблем «Орион» будет впервые запущена в космос в 2019 г. Полет будет проходить полностью автоматически, без астронавтов, но ракета облетит Луну. Через четыре года — после 50-летнего перерыва — астронавты наконец вернутся к Луне. Экспедиция продолжится три недели, но прилуняться корабль не будет, все ограничится облетом нашего спутника. Целью этой экспедиции станет не столько исследование Луны, сколько испытание надежности системы СЛС / «Орион».

В новом плане НАСА, однако, есть один неожиданный поворот, удививший многих аналитиков. На самом деле система СЛС / «Орион» всего лишь «рок-группа на разогреве». Она послужит основным звеном, при помощи которого астронавты покинут Землю и отправятся в космос, но к Марсу их доставит совершенно новое семейство ракет.

Во-первых, НАСА рассчитывает построить «ворота в глубокий космос» — комплекс Lunar Orbital Platform-Gateway. Он похож на Международную космическую станцию, но меньше по размеру и обращаться будет вокруг Луны, а не вокруг Земли. Астронавты будут жить на этой платформе, которая задумана как заправочная станция и база снабжения для экспедиций к Марсу и к астероидам. Этот комплекс станет основой для постоянного присутствия человека в космосе. Строительство окололунной космической станции начнется в 2023 г., а в строй она вступит к 2026 г. Для ее строительства потребуется четыре экспедиции на СЛС.

Но главное во всем этом проекте — ракета, которая доставит астронавтов на Марс. Это совершенно новая система, получившая название Deep Space Transport. Строиться она будет в основном в открытом космосе. В 2029 г. Deep Space Transport пройдет первое серьезное испытание — осуществит полет по окололунной орбите продолжительностью 300–400 суток. Это позволит нам получить ценную информацию о долгосрочных космических экспедициях. В итоге, после тщательных испытаний, к 2033 г. Deep Space Transport должна доставить астронавтов на орбиту вокруг Марса.

Многие эксперты положительно оценили марсианскую программу НАСА, поскольку она последовательна и предусматривает пошаговый план строительства сложной многофункциональной инфраструктуры на Луне.

Однако план НАСА резко контрастирует с представлениями и планами [Илона] Маска. План НАСА тщательно детализирован и предусматривает создание постоянной станции на окололунной орбите, но это медленный план, на его реализацию потребуется лет на десять больше, чем на план Маска. Его SpaceX, не отвлекаясь на создание окололунной космической станции, рвется сразу к Марсу и рассчитывает попасть туда, возможно, уже в 2022 г. Однако у проекта Маска есть недостаток — его космический корабль «Дракон» значительно меньше, чем Deep Space Transport. Время покажет, чей подход лучше: НАСА, Маска или комбинация того и другого проекта.

Первая экспедиция на Марс

По мере того как постепенно проясняется все больше подробностей о первой экспедиции на Марс, мы можем порассуждать о шагах, необходимых для достижения Красной планеты. Давайте посмотрим, как может развиваться план НАСА в ближайшие несколько десятилетий.

Первые участники этой исторической миссии к Марсу, вероятно, уже родились, возможно, они сейчас изучают астрономию в старших классах школы. Они будут среди тех сотен людей, которые, как ожидается, добровольно вызовутся участвовать в первой экспедиции на другую планету. После тщательной подготовки по результатам очень строгого отбора отберут, предположительно, четырех кандидатов — по их опыту и навыкам. Вероятно, избранниками станут опытный пилот, инженер, ученый и врач.

Где-то около 2033 г., дав журналистам серию взволнованных интервью, астронавты взойдут наконец на борт космического корабля «Орион». Хотя объем нового корабля будет на 50 процентов больше, чем объем капсулы «Аполлон», внутри все равно будет тесно, что, впрочем, не имеет значения, ведь полет до Луны продлится всего трое суток. Когда корабль оторвется от Земли, астронавты почувствуют вибрацию интенсивно работающих двигателей ракеты-носителя СЛС. До этих пор космическое путешествие по описанию и ощущениям будет очень похоже на давнюю экспедицию «Аполлон».

Но на этом сходство закончится. С данного момента, по замыслу НАСА, экспедиция будет проходить совершенно иначе, чем прошлая. Попав на окололунную орбиту, астронавты приблизятся к Lunar Orbital Platform-Gateway — первой в истории космической станции на орбите Луны. Астронавты состыкуют свой корабль со станцией и немного отдохнут.

Затем они переберутся на Deep Space Transport, не похожий ни на один из прежних космических кораблей. Сам корабль и помещение для экипажа напоминают длинный карандаш с ластиком на одном конце (именно там находится капсула, в которой астронавты будут жить и работать). Вдоль карандаша расположена серия гигантских решеток с необычно длинными и узкими солнечными панелями, так что издалека ракета начинает походить на парусник. Если капсула «Орион » весит 25 т, то Transport — уже 41 т.

На два следующих года Deep Space Transport станет для астронавтов космическим домом. Его капсула намного больше «Ориона», обитателям будет где развернуться. Это важно, ведь им нужно ежедневно тренироваться, чтобы не допустить потери мускульной и костной массы, в противном случае на Марс они прибудут полными инвалидами.

Устроившись на борту Deep Space Transport, астронавты включат двигатели корабля. При этом они не ощутят мощного толчка и не увидят гигантских огненных струй, бьющих из хвоста ракеты, — ионные двигатели мягко разгонят корабль, постепенно придав ему нужную скорость. Глядя в окна, астронавты будут видеть только мягкое свечение горячих ионов, постоянным потоком истекающих из ракеты.

Deep Space Transport использует для транспортировки астронавтов в космическом пространстве новый тип двигателя — гелиотермический электрореактивный. Громадные солнечные панели ловят солнечный свет и превращают его в электричество. При помощи этого электричества атомы газа (к примеру, ксенона) лишаются электронов и превращаются в ионы. Затем электрическое поле выстреливает эти заряженные ионы из одного конца двигателя, создавая таким образом тягу. В отличие от химических двигателей, способных работать лишь по несколько минут, ионные двигатели могут постепенно ускорять аппарат на протяжении нескольких месяцев и даже лет.

После этого начинается собственно путешествие к Марсу, долгое и тоскливое, которое займет около девяти месяцев. Главной проблемой для астронавтов в этот период станет скука, так что им придется постоянно заниматься физкультурой, играми для поддержания внимания, проводить какие-то расчеты, разговаривать с родными и близкими, бродить по интернету и т.п. Во время перелета делать будет особо нечего, за исключением редких рутинных коррекций курса.

Быть может, иногда астронавтам придется выходить в открытый космос и проводить какой-то мелкий ремонт или замену изношенных частей. По ходу путешествия время между отправкой сообщения на Землю и получением ответа будет постепенно расти и достигнет в конечном итоге примерно 24 минуты. Скорее всего, астронавтам, привыкшим к мгновенной связи, будет психологически тяжело вести радиообмен при таком запаздывании.

Выглядывая в окно, они будут видеть, как Красная планета постепенно попадает в фокус и растет впереди по курсу. Когда придет время готовиться к высадке, активность на космическом корабле резко усилится и для астронавтов найдется дело. Они запустят двигатели на торможение: необходимо будет замедлить корабль, чтобы он мог мягко перейти на околомарсианскую орбиту.

Приблизившись к Красной планете, участники экспедиции увидят совершенно иную панораму, чем та, что открывается при взгляде из космоса на Землю. Вместо голубых океанов, заросших зеленым лесом гор и огней больших городов — безжизненный унылый ландшафт: рыжие пустыни, величественные горы, гигантские каньоны, намного превышающие по глубине земные каньоны, и невероятные пылевые бури, которые порой могут охватывать всю планету.

Наступит момент, когда астронавты войдут в марсианскую капсулу и отделят ее от основного корабля, который останется на околомарсианской орбите. Когда капсула войдет в атмосферу Марса, температура внутри резко вырастет, но теплозащита поглотит основной жар, порожденный трением о воздух. Потом теплозащита будет сброшена, посадочный аппарат включит тормозные ракетные двигатели и медленно опустится на поверхность Марса.

Выйдя из капсулы и пройдя немного по поверхности Марса, первопроходцы-астронавты откроют новую главу в нашей истории и сделают исторический шаг к реализации глобальной цели — превращения человечества в многопланетный вид.

Они проведут на Красной планете несколько месяцев, прежде чем Земля встанет в нужное положение для обратного путешествия. У участников экспедиции будет время для изучения поверхности Марса, установки солнечных панелей и для экспериментов по поиску следов воды или микробной жизни. Одна из возможных задач экипажа — бурение в вечной мерзлоте, ведь запасы льда под поверхностью Марса, вероятно, когда-нибудь станут источником питьевой воды, а также кислорода для дыхания и водорода для ракетного топлива.

Выполнив программу пребывания на Красной планете, астронавты вернутся в свою капсулу и взлетят. (Благодаря слабой силе тяжести на Марсе кораблю потребуется гораздо меньше топлива, чем потребовалось бы для отлета с Земли.) На орбите капсула состыкуется с главным кораблем, и астронавты начнут готовиться к девятимесячному путешествию обратно на Землю.

По возвращении на родную планету капсула приводнится где-то в океане. Астронавты вернутся на Землю и будут встречены с восторгом, как герои, сделавшие первый шаг к основанию новой ветви человечества.

На пути к Красной планете мы встретим множество препятствий. Но энтузиазм общества, а также упорство НАСА и частного сектора, скорее всего, позволят нам реализовать пилотируемую экспедицию на Марс в следующие 10–20 лет. Это поставит перед человечеством новую задачу: трансформировать Марс и превратить его в новый дом.

«Будущее человечества: Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия», Митио Каку, «Альпина нон-фикшн», 2019

Фото: nasa.gov