Экспедиция на Марс

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа№11имени Скрипки О. В.

 г. Волжского Волгоградской области

404104 г. Волжский, ул. Химиков, д.5, тел. 38-33-21

_____________________________________________________________

.

Экспедиция на Марс.

Выполнила:

Трусова Зоя

обучающаяся 9 б класса

МБОУ СОШ № 11им. Скрипки О.В.

 г. Волжского Волгоградской обл.

Научный руководитель:

Меньшикова Елена Викторовна

учитель физики

МБОУ СОШ № 11им. Скрипки О.В.

г. Волжского Волгоградской обл.

г. Волжский 2013г.

Аннотация.

         В работе исследованы все особенности Марса и проекты пилотируемого полёта на Марс разных организаций.

Красная планета будоражит умы ученых уже не первый десяток лет. За это время на Марс было отправлено множество исследовательских аппаратов, большинство из которых так и не достигло поверхности по различным причинам. Но в последние годы, благодаря марсоходам Кьюриосити, Спирит и Оппортьюнити, а также стараниям ученых тайная завеса, наконец, приоткрылась. Сейчас всё больше говорят о реальности и возможности пилотируемых полётов на Марс уже в ближайшие десятилетия. Эта тема особо волнует ученых, т.к. полет на Марс – первый этап в освоении межпланетного пространства и возможной колонизации космоса. Кроме того, наука до сих пор "не в курсе дела", есть ли на Марсе жизнь. Это мы сможем узнать только от человека, который ступит на эту планету.

Работа выполнена на 25 страницах.

Иллюстраций-11

Оглавление.

Аннотация…………………………………………………….…………….2

Введение……………….……………………………………………………3

Марс…………………………………………………………………………4

Характеристики Марса (орбитальные, физические, атмосфера и       климат)……………………………………………………...…………….4-6

Сходства Земли и Марса…………………………………………...……6-7

Различия Земли и Марса…………………………………………………7-8

Пилотируемый полёт на Марс………..………………………...…………8

Планы различных стран и организаций………………….……………8-15

Цели будущего полёта……………………………………………...…….15

Воздействие на космонавтов………………………………………….15-17

Технические возможности (угрозы)...………………………………..17-19

А стоит ли вообще лететь на Марс?.....................................................20-23

Вывод………………………………………………………..…………23-24

Список использованных  Интернет-ресурсов…………….…….……24-25

Введение.

Актуальность:

Марс на протяжении веков вызывает у людей интерес, будоражит умы учёных и манит своими нераскрытыми тайнами и загадочными возможностями. В последнее время мы всё больше слышим о возможном полёте на Марс в ближайшем будущем. Учёные особенно заинтересованы в этой теме, т. к полёт на Марс - первый этап в освоении межпланетного пространства колонизации космоса. Так же учёным ещё не известно существует ли жизнь на Марсе, а это может доказать лишь человек, ступивший на эту загадочную планету.

Проблема:

Как помочь человеку перенести настолько долгий полёт, как обустроить его пространство и предусмотреть всё, что понадобится человеку во время полёта и пребывания на Марсе? А нужен ли вообще полёт человека на Марс? В своей работе я изучу эти вопросы и постараюсь ответить на них.

Объект исследования  -  Марс

Цель:

Рассмотреть возможные проекты пилотируемого полёта на Марс, и на основе этих проектов сделать выводы о перспективах экспедиции на Марс в ближайшем  будущем.

Поставленная цель достигается при решении следующих задач:

1) Узнать основные характеристики Марса.

2) Найти различия и сходства Земли и Марса.

3) Рассмотреть существующие проекты пилотируемого полёта на Марс.

4) Сделать выводы.

 В ходе исследования была использована следующая группа  методов:

-теоретические: анализ литературы, проектирование результатов и процессов их достижения на различных этапах поисковой работы.

Основная часть работы.

Марс.

Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размерам планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Планета названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Иногда Марс называют «красной планетой» из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей оксидом железа.

Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (давление у поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.

У Марса есть два естественных спутника — Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого — «страх» и «ужас» — имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно малы (Фобос — 27×22×18 км, Деймос — 15×12,2×10,4 км)] и имеют неправильную форму.

Начиная с 1960-х годов, непосредственным исследованием Марса с помощью АМС занимались СССР (программы «Марс» и «Фобос»), США (программы «Маринер», «Викинг», «Mars Global Surveyor» и другие) и Европейское космическое агентство (программа «Марс-экспресс»).

Характеристики Марса.

Орбитальные характеристики

Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 млн. км (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом), максимальное — около 401 млн. км (когда Солнце находится точно между Землёй и Марсом).

Среднее расстояние от Марса до Солнца составляет 228 млн. км (1,52 а. е.), период обращения вокруг Солнца равен 687 земным суткам. Орбита Марса имеет довольно заметный эксцентриситет (0,0934), поэтому расстояние до Солнца меняется от 206,6 до 249,2 млн. км. Наклонение орбиты Марса равно 1,85°.

Марс ближе всего к Земле во время противостояния, когда планета находится в направлении, противоположном Солнцу. Противостояния повторяются каждые 26 месяцев в разных точках орбиты Марса и Земли. Но раз в 15—17 лет противостояния приходятся на то время, когда Марс находится вблизи своего перигелия; в этих так называемых великих противостояниях (последнее было в августе 2003 года) расстояние до планеты минимально, и Марс достигает наибольшего углового размера 25,1" и яркости −2,88m.

Физические характеристики

По линейному размеру Марс почти вдвое меньше Земли — его экваториальный радиус равен 3396,9 км (53,2 % земного). Площадь поверхности Марса примерно равна площади суши на Земле.

Полярный радиус Марса примерно на 20 км меньше экваториального, хотя период вращения у планеты больший, чем у Земли, что даёт повод предположить изменение скорости вращения Марса со временем.

Масса планеты — 6,418·1023 кг (11 % массы Земли). Ускорение свободного падения на экваторе равно 3,711 м/с² (0,378 земного); первая космическая скорость составляет 3,6 км/с и вторая — 5,027 км/с.

Период вращения планеты — 24 часа 37 минут 22,7 секунд (относительно звёзд), длина средних солнечных суток (называемых солами) составляет 24 часа 39 минут 35,24409 секунды, всего на 2,7 % длиннее земных суток. Марсианский год состоит из 668,6 марсианских солнечных суток.

Марс вращается вокруг своей оси, наклонённой к перпендикуляру плоскости орбиты под углом 25,19°. Наклон оси вращения Марса обеспечивает смену времён года. При этом вытянутость орбиты приводит к большим различиям в их продолжительности — так, северная весна и лето, вместе взятые, длятся 371 сол, то есть заметно больше половины марсианского года. В то же время, они приходятся на участок орбиты Марса, удалённый от Солнца. Поэтому на Марсе северное лето долгое и прохладное, а южное — короткое и жаркое.

Атмосфера и климат.

Температура на планете колеблется от −153 °C на полюсе зимой и до более +20 °C на экваторе в полдень. Средняя температура составляет −50 °C.

Атмосфера Марса, состоящая в основном из углекислого газа, очень разрежена. Давление у поверхности Марса в 160 раз меньше земного — 6,1 мбар на среднем уровне поверхности. Из-за большого перепада высот на Марсе давление у поверхности сильно изменяется. Примерная толщина атмосферы — 110 км.

По данным спускаемого аппарата АМС «Викинг» (1976), в марсианской атмосфере было определено около 1—2 % аргона, 2—3 % азота, а 95 % — углекислый газ. Согласно данным АМС «Марс-2» и «Марс-3», нижняя граница ионосферы находится на высоте 80 км, максимум электронной концентрации 1,7·105 электрон/см3 расположен на высоте 138 км, другие два максимума находятся на высотах 85 и 107 км.

Радиопросвечивание атмосферы на радиоволнах 8 и 32 см АМС «Марс-4» 10 февраля 1974 года показало наличие ночной ионосферы Марса с главным максимумом ионизации на высоте 110 км и концентрацией электронов 4,6·103 электрон/см3, а также вторичными максимумами на высоте 65 и 185 км.

Сходства Земли и Марса.

• Марсианские сутки составляют 24 часа 39 минут 35,244 секунды, что очень близко к земным.
• Площадь поверхности Марса составляет 28,4 % земной — чуть меньше площади суши на Земле (которая составляет 29,2 % от всей земной поверхности).
• Наклон оси Марса к плоскости эклиптики составляет 25,19°, а земной — 23,44°. В результате этого на Марсе, как на Земле, есть смена времён года, хотя она и происходит почти в два раза дольше, поскольку марсианский год в 1,88 раза длиннее земного.
• У Марса есть атмосфера. Несмотря на то, что её плотность составляет всего 0,007 земной, она даёт некоторую защиту от солнечной и космической радиации, а также была успешно использована для аэродинамического торможения космического летательного аппарата.
• Недавние исследования НАСА подтвердили наличие воды на Марсе[1]. Таким образом, условия на Марсе, похоже, достаточны для поддержания жизни.
• Параметры марсианского грунта (соотношение pH, наличие необходимых для растений химических элементов, и некоторые другие характеристики) близки к земным, и на марсианской почве теоретически можно было бы выращивать растения.
• Химический состав распространённых на Марсе минералов разнообразнее, чем у других небесных тел поблизости от Земли. По мнению корпорации 4Frontiers, их достаточно для снабжения не только самого Марса, но и Луны, Земли и астероидного пояса.
• На Земле есть места, в которых природные условия похожи на марсианские. Крайне низкие температуры в Арктике и Антарктиде сравнимы даже с самыми низкими температурами на Марсе, а на экваторе Марса в летние месяцы бывает так же тепло (+20 °C), как и на Земле. Также на Земле есть пустыни, схожие по виду с марсианским ландшафтом.

Различия Земли и Марса.

• Сила тяжести на Марсе примерно в 2,63 раза меньше, чем на Земле (0,38 g). До сих пор неизвестно, достаточно ли этого, чтобы избежать проблем для здоровья, возникающих при невесомости.
• Температура поверхности Марса гораздо ниже земной. Максимальная отметка составляет +30 °C (в полдень на экваторе), минимальная — −123 °C (зимой на полюсах). При этом температура приповерхностного слоя атмосферы — всегда ниже нуля.
• На поверхности Марса пока не обнаружено воды в жидком агрегатном состоянии.
• В силу того, что Марс находится дальше от Солнца, количество достигающей его поверхности солнечной энергии примерно вдвое меньше, чем на Земле.
• Орбита Марса имеет больший эксцентриситет, что увеличивает годовые колебания температуры и количества солнечной энергии.
• Атмосферное давление на Марсе слишком мало, чтобы люди могли выжить без пневмокостюма. Жилые помещения на Марсе придётся оборудовать шлюзами, наподобие устанавливаемых на космических кораблях, которые могли бы поддерживать земное атмосферное давление.
• Марсианская атмосфера состоит в основном из углекислого газа (95 %). Поэтому, несмотря на её малую плотность, парциальное давление CO2 на поверхности Марса в 52 раза больше чем на Земле, что, возможно, позволит поддерживать растительность.
• У Марса есть два естественных спутника, Фобос и Деймос. Они гораздо меньше и ближе к планете, чем Луна к Земле. Эти спутники могут оказаться полезными при проверке средств колонизации астероидов.
• Магнитное поле Марса слабее земного примерно в 800 раз. Вместе с разрежённой (в сотни раз в сравнении с Землёй) атмосферой это увеличивает количество достигающего его поверхности ионизирующего излучения.
• Обнаружение аппаратом Феникс, приземлившимся вблизи Северного полюса Марса в 2008 году, в грунте Марса перхлоратов ставит под сомнение возможность выращивания в марсианской почве земных растений без дополнительных экспериментов либо без искусственного грунта.
• Радиационный фон на Марсе в 2,2 раза превышает радиационный фон на Международной космической станции и приближается к установленным пределам безопасности для космонавтов.

Пилотируемый полёт на Марс. 

Пилотируемый полёт на Марс — запланированный полёт человека на Марс с помощью пилотируемого космического корабля. Роскосмос, НАСА и ESA объявили полёт на Марс своей целью в отдалённой перспективе.

Планы различных стран и организаций

          Первые планы полёта на Марс появились в преддверии программы «Аполлон» 

США. После высадки на Луну в 1969 году и завершения программы «Аполлон» США не перестали преследовать эту цель дальше. Запуск советского космического корабля планировался на начало 70-х годов, однако сперва приоритет был отдан программе высадки на Луну, а позже проект был вообще закрыт.

В прошлом различные страны и организации много раз делали заявление о намерении осуществить пилотируемую марсианскую миссию. Для США эта миссия является целью в отдалённой перспективе. Планы России и европейцев в настоящее время предусматривают сотрудничество. Китай до сих пор не имеет долгосрочной стратегии подобного рода. Некоторые космические специалисты в США уже видят себя победившей космической державой в этой гонке, но американские планы были нацелены до этого времени только на Луну.

Европа

Европейское космическое агентство составило программу «Аврора», целью которой в том числе является планирование лунной и марсианской миссий. Высадка космонавтов на Марс произойдёт до 2033 года. Так как финансовые возможности ESA сравнительно малы, то планы могут осуществиться только при международном сотрудничестве.

СССР

ТМК в представлении художника

В СССР рассматривались разные варианты космических кораблей для пилотируемого полёта на Марс. Сначала был разработан проект марсианского пилотируемого комплекса (МПК) со стартовой массой в 1630 тонн. Собрать его предполагалось на низкой околоземной орбите за 20-25 пусков ракеты-носителя Н-1. Возвращаемая часть МПК имела массу 15 тонн. Продолжительность экспедиции должна была быть 2,5 года.

Затем последовала разработка тяжёлого межпланетного корабля (ТМК) в ОКБ-1 в отделе под руководством Михаила Тихонравова. Проектом занимались две группы инженеров: одной руководил Глеб Максимов, а второй — Константин Феоктистов.

ТМК Максимова являлся трёхместным космическим кораблём, который можно было вывести на околоземную орбиту за один пуск Н-1 с корректировкой траектории полёта к Марсу с помощью разгонного блока на топливной паре керосин-кислород. Этот корабль содержал жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический, агрегатный отсеки, спускаемый аппарат и корректирующую двигательную установку (КДУ). После корректировки траектории полёта на Марс раскрывались солнечные концентраторы для оранжереи, солнечные батареи для питания корабля, антенны для связи с Землёй. Проект Максимова не предусматривал высадки экипажа на поверхность Марса.

ТМК Феоктистова предполагал сборку на орбите и разгон корабля во время полёта к Марсу. Выбор двигателей для корабля пал на электрореактивные двигатели, отличающиеся большой экономичностью, и благодаря которым возможно было уменьшить стартовую массу, либо увеличить полётную. В 1960 году на корабль предполагалась установка реактора мощностью в 7 МВт, но в 1969 году произошла переработка проекта, в ходе которой мощность реактора была увеличена до 15 МВт, а также пришлось сократить количество спускаемых аппаратов с 5 до 1 и количество людей в экипаже с 6 до 4. Для надёжности разработчики хотели поставить не один, а три реактора. В 1988 году в проекте реакторы заменили на солнечные батареи благодаря большому прогрессу в создании пленочных фотопреобразователей и в разработке трансформируемых ферменных конструкций.

Плюсом ТМК Феоктистова была малая стартовая масса по сравнению с ТМК Максимова — 75 т и полётная — 30 т, что позволяло разместить на корабле необходимое количество приборов и систем. Недостаток был во времени разгона: ЭРД имел тягу в 7,5 кгс, по этой причине разгон должен был производиться по спирали в течение нескольких месяцев.

          Проект корабля на ЭРД и солнечных источниках энергии

23 июня 1960 года ЦК КПСС был назначен день старта на 8 июня 1971 года с возвращением на Землю 10 июня 1974 года, но затем последовала «лунная гонка», во время которой закрыли проект полёта на Марс.

Россия

Россия до 2015 года планировала произвести непилотируемый полёт к спутнику Марса — Фобосу. 9 ноября 2011 года состоялся запуск АМС «Фобос-грунт», однако межпланетной станции не удалось покинуть низкую околоземную орбиту из-за нештатной ситуации. Повторный запуск «Фобос-грунта» запланирован приблизительно в 2020—2021 годах. 6 апреля 2012 года Роскосмос и Европейское космическое агентство договорились о совместной реализации проекта «Экзомарс».

Пилотируемый полёт на Марс Роскосмос намерен осуществить в первой половине 21-го века. В рамках национальной космической программы до 2015 года на Земле проводилась имитация марсианского полёта под названием «Марс-500».

Генеральный конструктор корпорации «Энергия» Виталий Лопота в начале 2010 года заявил о начале разработки ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса для будущего поколения ракетной техники. К 2012 году планируется разработать эскизный проект и провести компьютерное моделирование, к 2015 году — разработать саму установку, а к 2018 году — транспортный модуль, который использовал бы её. Создание ядерной энергодвигательной установки поручено Росатому, а разработкой двигателей, турбокомпрессоров и генераторов будет заниматься Роскосмос. Весь проект до 2018 года оценивается в 17 миллиардов рублей. На 2010 год выделено 500 миллионов рублей: 430 миллионов получит Росатом и 70 — Роскосмос. Двигатели такого типа будут иметь удельный импульс до 20 раз больший, чем у нынешних химических двигателей, что сократит время полёта к Марсу до 1—1,5 месяцев.

20 августа 2012 года стало известно, что российская ракетно-космическая корпорация «Энергия»  собирается в ближайшие 5—7 лет совместно с Украиной и Казахстаном создать сверхтяжелую ракету-носитель «Содружество»  для полетов на Луну и Марс. Проект новой ракеты будет основан на заделах  советской ракеты «Энергия», и, возможно, она будет иметь двигательную установку с питанием от  солнечных батарей или ядерного реактора. Предполагаемая грузоподъёмность составит  60—70 тонн.

   Проект корабля с ЯРД

США

Стыковка на марсианской орбите в представлении художника. Это одна из концепций высадки на Марс, планировавшейся НАСА.

Американский президент Джордж Г. У. Буш в 1992 году представил планы пилотируемого полёта к Марсу и поручил НАСА вычислить затраты на миссию. С учётом проектных затрат от 400 миллиардов долларов США проект был отвергнут.

Его сын, бывший президент США Джордж Уокер Буш, в начале 2004 года представил для НАСА новый долгосрочный план, основной задачей которого были пилотируемые миссии на Луну и Марс. Новой при этом явилась смета затрат, которая предполагала финансирование развития с выходом из Шаттл- и МКС-программы в течение свыше 30 лет.

Пересмотр целей положил начало программе «Созвездие». В рамках этой программы первым шагом должно было стать до 2010 года создание космического корабля «Орион», на котором космонавты могли бы полететь сначала на Луну, а потом на Марс. Далее с 2024 года по планам НАСА должна появиться постоянно обитаемая лунная база, которая стала бы подготовкой для полёта на Марс. Согласно проекту, непилотируемые полёты подготовили бы людей к высадке на Марсе; здесь американская и европейская программы едины. Возможное путешествие к Марсу могло бы состояться по оценкам НАСА в 2037 году.

2 февраля 2010 года стало известно, что лунный пилотируемый полёт США из-за сокращения бюджета не состоится. Так как вследствие этого разработка необходимого космического корабля остановилась, то это затронуло и марсианскую пилотируемую миссию. Эти программы были не отложены, а полностью закрыты без альтернативы. Однако позже НАСА вернулось к пересмотру программы «Созвездие» и не исключает её возобновление.

    8 июля 2011 года сразу после последнего старта шаттла Атлантис STS-135 президент США Барак Обама официально заявил, что «у американских астронавтов появилась новая цель — полёт на Марс».

20 февраля 2013 года стало известно о планах организации Inspiration Mars Foundation отправить в январе 2018 года пилотируемую экспедицию на Марс продолжительностью 501 день.

Столетний космический корабль

Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship) — проект безвозвратного направления людей на Марс с целью колонизации планеты. Проект разрабатывает с 2010 года Исследовательский центр имени Эймса — одна из основных научных лабораторий НАСА. Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс безвозвратно. Это приведёт к значительному сокращению стоимости полёта, появится возможность взять больше груза и экипаж. Первых «марсиан» планируется отправить к красной планете уже в 2030 году. Группа учёных или астронавты, доставленные на Марс вместе с высокотехнологичной аппаратурой и небольшим ядерным реактором, смогут производить кислород, воду и пищу. Каждые два года, когда Марс будет оказываться на нужной орбите, НАСА сможет пополнять запасы «колонистов» и доставлять новых астронавтов.

Индия

Индийский президент Абдул Калам выступил 26 июня 2004 года с заявлением, в котором он предложил США до 2050 года отправить на Марс американо-индийский экипаж. Это предложение было объявлено незадолго до начала тесного сотрудничества с американцами в области космонавтики. Калам уже ранее отвечал за развитие индийской ракетной программы.

Инициативы частных организаций

Mars One — частный проект, руководимый Басом Лансдорпом и предполагающий полет на Марс с последующим основанием колонии на его поверхности и трансляцией всего происходящего по телевидению. Проект поддерживает лауреат Нобелевской премии по физике за 1999 год Герард Хоофт.

Inspiration Mars Foundation — американская некоммерческая организация (фонд), основанная Деннисом Тито, планирующая отправить в январе 2018 года пилотируемую экспедицию для облёта Марса.

Организация планирует использовать преимущество пускового окна для запуска в январе 2018 года экспедиции облёта Марса с возвращением на Землю. Фонд считает, что исследование космического пространства служит катализатором роста, национального процветания, знаний и глобального лидерства. Используя преимущество уникальной представляющейся возможности, Inspiration Mars Foundation собирается оживить образовательный интерес к науке, технике, инженерному делу и математике.

«Mars Direct»

«Mars Direct» — это план, который подготовил в 1990 году Роберт Зубрин. Для осуществления этого проекта необходимо иметь ракету-носитель, по мощности сопоставимую с американской ракетой-носителем «Сатурн-5». До того, как люди будут отправлены к Марсу, с Земли стартует автоматический космический корабль, включающий в себя возвращаемый аппарат, и приземляется на Марс. Он имеет компактный ядерный реактор мощностью 100 кВт. Из 6 тонн водорода, доставленного с Земли, диоксида углерода из атмосферы Марса и электроэнергии ядерного реактора производится метан и вода (реакция Сабатье). Вода будет разлагаться электричеством, полученный водород снова будет пускаться для производства метана и воды. Так из 6 тонн водорода и углекислого газа из марсианской атмосферы получатся 24 тонны метана и 48 тонн воды, которые можно хранить при низкой температуре в жидком виде. Дополнительные 36 тонн кислорода должны получиться электролизом углекислого газа. Из 108 тонн изготовленного топлива и окислителя 96 тонн понадобятся для возвращения на Землю, остаток будет использован для транспортного средства на поверхности Марса.

В следующее стартовое окно, спустя 26 месяцев после автоматического полёта, произойдёт запуск пилотируемого космического корабля. Чтобы в течение шестимесячного путешествия на Марс не было невесомости (адаптация к марсианской силе тяжести займёт дополнительное время), последняя ступень ракеты-носителя будет связана тросом с пилотируемым космическим кораблём. Эта система будет приведена во вращение, которое сымитирует марсианскую гравитацию. Незадолго до приземления, в окрестностях ранее запущенного 26 месяцев назад автоматического корабля, отделится тросовое соединение. Космический корабль несет с собой модуль для проживания космонавтов, в котором они будут жить на поверхности Марса. В случае, если приземление пилотируемого корабля произойдет по ошибке вдали от точки приземления автоматического корабля, космонавты должны будут ехать на транспортном средстве до 1000 км к ней. Примерно после 1,5 земных лет на Марсе космонавты должны быть готовы покинуть Марс и вернуться на Землю.

Цели будущего полёта

Проекты освоения Марса

Кроме основной цели полёта на Марс — высадки нескольких людей на поверхность Марса с возвращением на Землю, также к целям миссии принадлежит поиск ресурсов за пределами Земли.

Многие учёные  высказывают мнения, что одних непилотируемых исследований автоматическими межпланетными станциями или посадочными  модулями  недостаточно. Отослать лишь одного космонавта в путешествие кажется нереальным, в том числе и из-за сложности организации такого проекта и большого риска с медицинской точки зрения. Некоторые сторонники колонизации Марса хотят отправить людей на планету, чтобы они провели там остаток своей жизни для подготовки осуществления колонизации. В течение долгого времени предполагается заселять Марс настолько, насколько это возможно с терраформированием или без него.

Воздействие на космонавтов

Физиология

Космические лучи и солнечная радиация, содержащие ионизирующую составляющую излучения, разрушают ткани и ДНК живого организма. Часть повреждений необратима и может приводить к клеточным мутациям. Защита снижает поглощённую дозу, но до сих пор не было опыта с долговременным пребыванием человека в межпланетном космическом пространстве вне защищающего магнитного поля Земли. Исследование Джорджтаунского университета подтверждает эти угрозы; особенно велик риск развития рака прямой кишки. При спокойном Солнце минимальная доза облучения, которую получат космонавты в течение 15-месячного полёта на Марс и обратно, оценивается в 1Зв, при сильной вспышке на Солнце — на порядок выше.

Сразу после попадания человека в невесомость его организм начинает перестраиваться. Кровь приливает к верхней половине тела, и сердцу приходится прилагать больше усилий для перекачки крови. Организм «думает», что жидкости в организме много, и начинает выделять гормоны, отвечающие за водно-солевой обмен, в результате чего человек теряет много жидкости. Обычно космонавту во время такой перестройки требуется не менее 3 литров воды в день. Этот эффект довольно быстро проходит.

Продолжительная невесомость в течение всего космического полёта считается наибольшей медицинской проблемой. Мышцы, кости и система кровообращения из-за отсутствующей силы притяжения становятся слабыми, если их не тренировать. Больше всего потерь кальция и калия происходит в костях ног и таза, в рёбрах и костях рук потери меньше, в костях черепа даже увеличивается содержание этих химических элементов. Примерно после 8 месяцев пребывания в невесомости требуется от 2 лет и больше для восстановления на Земле, так как процесс разрушения костей некоторое время происходит и при земной силе тяготения. Чтобы снизить влияние невесомости к минимуму, можно подбирать экипаж с генетической устойчивостью к остеопорозу и использовать облучение ультрафиолетом, как на станции «Мир», для выработки витамина D. Мышцы же при действии гравитации восстанавливаются быстрее, хоть они и могут при длительном полёте потерять до 25 % от своей первоначальной массы. Больше всего ослабевают мышцы ног и спины, мышцы рук почти не теряют своей массы благодаря увеличению нагрузки на них в космосе.

Несмотря на то, что марсианская сила притяжения составляет 38 % от земной, к ней всё равно необходимо адаптироваться заблаговременно. Один из вариантов преодоления этой проблемы — создание искусственной силы тяжести вращением центрифуги за 2 месяца до высадки экипажа на поверхность Марса, но из-за небольших размеров центрифуги возникают силы Кориоли́са, которые отрицательно сказываются на здоровье человека.

Магнитное поле Марса слабее земного в 800 раз. Этот фактор тоже является проблемой, так как отсутствие магнитного поля отрицательно влияет на вегетативную нервную систему. Вполне возможно, придётся создавать искусственное магнитное поле на корабле и марсианской базе для решения этой проблемы.

Психология

Помимо физиологической составляющей воздействий долгого полёта, важно также учитывать психологические аспекты. Тесное помещение и ограниченность социальных контактов становятся ощутимыми для космонавтов. Поэтому отбор космонавтов, как теперь уже отбираются экипажи МКС, будет осуществляться не только по технической и научной квалификации, но и по психической стабильности и устойчивости к психологическим нагрузкам.

Чаще всего отмечается агрессия, которая приводит к конфликтам, когда люди длительно находятся в замкнутом пространстве. Минимизировать этот эффект можно, если набирать стрессоустойчивых людей в межпланетный экипаж. Следует учитывать разные культуры, религии, образы жизни и философии, в случае если экипаж будет международным. Для уменьшения чувства оторванности от Земли рассматривается вариант создания иллюзии смены времен года, пения птиц или привычных для землян запахов на корабле.

C 3 июня 2010 года по 4 ноября 2011 года проводился основной этап эксперимента «Марс-500», в котором имитируется полёт на Марс.

Технические возможности

Угрозы

Поломки техники

При нынешнем развитии техники космическому кораблю понадобилось бы 6 месяцев при оптимальных условиях, чтобы совершить полёт только в одну сторону, и столько же обратно. При этом желательно пребывание людей на Марсе более года, для того чтобы эта планета опять приблизилась к Земле на минимальное расстояние. Вследствие продолжительности полёта в 2 года статистически вырастает вероятность поломок жизненно важных систем, например, из-за попадания микрометеоритов.

Особую опасность представляет выход из строя ракетного двигателя. По этой причине необходимо использовать резервирование. Так для межпланетного комплекса массой 1000 тонн можно использовать около 400 электроракетных двигателей тягой около 0,8 Н. Суммарная тяга составит 320 Н. Вследствие большой продолжительности перелёта этой тяги будет достаточно, чтобы космический корабль набрал необходимую скорость. У каждого двигателя есть свои баки с рабочим телом, своя система управления, своя секция солнечных батарей. Если учесть, что электроракетные двигатели обладают большой надёжностью, то выход из строя нескольких двигателей сильно не скажется на длительности полёта.

Радиация

Дополнительной проблемой представляются возникающие солнечные вспышки, которые за несколько дней обеспечивают повышенную дозу облучения экипажу. В таких случаях космонавты должны укрыться в защищённом от ионизирующей радиации специальном помещении. Возможным нарушениям работоспособности техники, в особенности компьютерной, и проводных коммуникаций в течение этого времени следует уделять повышенное внимание.

Наиболее опасен солнечный ветер высокоэнергетическими частицами, которые имеют энергию 10—100 МэВ (в отдельных случаях до 1010 эВ). 90 % из них — протоны, 9 % альфа-частиц, остальное — электроны и ядра тяжёлых элементов. Плотность потока частиц очень мала, но скорость лежит в диапазоне от 300 до 1200 км/с (кратковременно). Частицы, движущиеся с такой скоростью, при попадании в организм человека могут повредить клетки и ДНК в их составе.

Попасть в «окно» как при полёте на Луну в программе «Аполлон», когда поток солнечного ветра минимален и не представил бы опасности, нельзя из-за большой продолжительности полёта на Марс. Увеличение защиты от радиации наращиванием экрана слишком сильно повлияет на массу корабля, величина которой для межпланетного перелёта является критичной.

В 1960-е года появилась идея использовать для защиты от ионизирующей радиации искусственное магнитное поле, но расчёты показали, что диаметр зоны действия магнитного поля должен быть более 100 км для эффективного отклонения тяжелых заряженых частиц от космического корабля. Размеры и масса такого электромагнита были бы настолько большими, что проще было нарастить классическую защиту экранированием.

Но как показывают исследования международной группы учёных из лаборатории Резерфорда и Эплтона, мощность магнитного поля для эффективной защиты корабля может оказаться ниже, чем предполагалось ранее. Ими был разработан проект «Мини-магнитосферы», в предположении, что магнитное поле будет образовывать плазменный барьер из самих же частиц солнечной радиации. Новые частицы, влетая в магнитный пузырь, должны взаимодействовать с частицами, которые уже находятся в нём, и с магнитным полем Солнца, повышая эффективность защиты. Результат эксперимента и компьютерное моделирование, сделанное теми же учёными в 2007 году, подтвердили эту теорию, что для защиты экипажа достаточно магнитного поля размером в сотни метров. Следует отметить, что такой установке необязательно работать во время всего полёта, её достаточно включать при сильных солнечных вспышках.

Пыль

На красной планете отчасти представляют опасность песчаные бури, возникающие из-за большого колебания давления (до 10 %), механизмы изменения которого ещё точно не понятны. Ввиду отсутствия метеорологического спутника, предупреждения о бурях невозможно сделать за достаточное время до их начала. Наконец другие погодные явления, как и свойства грунта планеты, полностью не изучены.

Марсианская пыль хоть и менее абразивна, чем лунная, но всё равно может отрицательно сказаться на здоровье космонавтов при попадании в лёгкие. Из-за очень малого размера частиц от неё очень трудно изолироваться. Так космонавты программы «Аполлон» на следующий же день замечали присутствие пыли в спускаемом аппарате. Кроме того, марсианская пыль содержит 0,2 % хрома. Многие соединения хрома не опасны, но есть вероятность присутствия солей хромовой кислоты, которые являются сильными канцерогенами.

Для электроники же опасность заключается в электростатических свойствах марсианской пыли. Разряд, например, проскочивший между скафандром космонавта и кораблём способен повредить электронику первого. Предполагается, что электростатический заряд накапливается из-за постоянного трения с пылью. Здесь вносят свой вклад и песчаные бури. Так как на Марсе нет воды в жидком виде, то заземление не поможет, но уже некоторые учёные предлагают способы решения этой проблемы.

Палеонтолог Ларри Тэйлор университета Теннесси провёл опыт с лунным грунтом. Он облучил грунт микроволновым излучением в течение 30 секунд при мощности в 250 Вт и выяснил, что этого достаточно, чтобы пыль спеклась, образовав похожую на стекло плёнку. Это происходит из-за содержания частиц железа размерами в нанометры, которые мгновенно реагируют на излучение. На основе этого принципа можно было бы сделать специальную тележку, которая ехала бы впереди космонавтов, «убирая» пыль.
Для нейтрализации электростатического заряда есть способ, который уже используется на марсоходах. Суть заключается в установке на объекте, с которого необходимо снять заряд, тонких игл размером около 0,02 миллиметра. По ним заряд убегает в марсианскую атмосферу.

Физик Джефри Лэндис из НАСА предложил другой более эффективный способ отвода электростатического заряда. Можно использовать небольшой радиоактивный источник, который крепился бы к модулю базы или скафандру. Благодаря альфа-частицам низкой энергии, атмосфера вокруг этого прибора будет ионизироваться и станет электропроводящей.

А стоит ли вообще лететь на Марс?

И здесь уместен вопрос: а нужен ли вообще полет человека на Марс? С одной стороны, казалось бы, все ясно: полет человека на Марс стоит дорого. Каких-то более или менее заметных благ для землян он не сулит. А на самой Земле есть много проблем, на решение которых требуются средства. Даже просто обеспечение земного населения пищей представляется более приоритетной задачей, чем полет человека на Марс.

Но, к счастью, хотя жизнь населения Земли во все времена не была благополучной, человечество никогда не руководствовалось очевидным на первый взгляд принципом "сиюминутной выгоды". Именно поэтому мы сегодня не сидим в звериных шкурах у костра возле пещеры. Исследование окрестностей собственного "дома", от Мирового океана до космического пространства, всегда было и остается одним из элементов развития цивилизации.

Но существует ли какая-нибудь прагматичная мотивация полета на Марс? Первая очевидная задача экспедиции - изучение нашей соседней планеты. Исследования Марса помогут в значительной степени прогнозировать развитие Земли, продвинуться в понимании проблемы происхождения жизни и многом другом. Они находятся в одном ряду с изучением звезд, галактик, окружающей нас Вселенной, проникновением в существо материи, изучением структуры микромира, строения атомного ядра… Все это непосредственной выгоды в ближайшее время не сулит.

Мы все живем на одной планете, и она подвержена различным глобальным опасностям, которые могут уничтожить все человечество. Например, столкновение с астероидом достаточно большой массы, безусловно, будет означать конец истории Homo sapiens. Да и сами земляне представляют опасность для самих себя. "Яйца не должны лежать в одной корзине", и организация поселений на других планетах Солнечной cистемы, и в первую очередь на Марсе, служит выходом из этой ситуации. Несмотря на то что вероятность глобальной катастрофы невелика, цена, которую может заплатить человечество за беспечность, максимальна из всего, что только можно представить. Процесс освоения планет длительный, но откладывать его начало неразумно, учитывая эту цену. Казалось бы, вполне прагматичная цель. Тем не менее многие считают вероятность глобальной катастрофы слишком низкой, чтобы признать программу освоения планет вполне обоснован ной для развертывания работ по полету человека на Марс. Но следует иметь в виду, что совокупность интересов членов общества никогда не соответствует интересам всего общества в целом.

Важен вопрос о мотивации работ по марсианской программе в России. Есть ли практические задачи, которые решит Россия, взявшись за организацию полета человека на Марс? Оказывается, есть.

Несмотря на то что динамика развития экономики России позитивна, у нее существует весьма уязвимое место - ресурсная направленность (производство и экспорт углеводородов, металлургия и т. д.), на что неоднократно обращал внимание президент Российской Федерации. Восстановить промышленность России после кризиса 1990-х годов пока не удалось. А какую промышленность надо восстанавливать прежде всего? Наверное, ту, которая использует передовые технологии, востребованные на мировом рынке. И авиакосмические технологии относятся именно к таким. По многим из них у нашей страны есть безусловный приоритет.

Восстановление промышленности имеет и социальный аспект. В создании орбитальных станций "Салют", "Мир", российского сегмента Международной космической станции, например, участвовали тысячи предприятий, работающих в самых различных регионах и городах страны. Для создания космической техники нужны не только чисто "космические" производства. Необходимы различные приборы и агрегаты, материалы и многое другое. А это все рабочие места для специалистов, использующих передовые технологии, что всегда очень важно для любой страны.

Мы уже привыкли к понятию "утечка мозгов". Утечка мозгов идет, но вроде бы ничего страшного не происходит. В действительности это только так кажется. Процесс, когда наиболее ценные кадры покидают Россию, опасен для страны, грозит самому ее существованию. Ученые покидают страну не потому, что за рубежом они получают больше денег, а прежде всего потому, что в нашей стране нет программ, в которых они нашли бы себе применение. России как воздух нужны крупные научные программы. В частности, в программе полета человека на Марс будут востребованы ученые самых различных специальностей - биологи, медики, материаловеды, физики, программисты, химики и многие, многие другие.

Можно по-разному относиться к понятию престижа страны. Но авторитет государства - это понятие в том числе и экономическое. Вспомним, как вырос авторитет США после программы "Аполлон". Полет человека на Марс, что бы ни говорили по этому поводу скептики, всегда волновал и будет волновать человечество. Реализация этой мечты многих поколений предельно престижна. Так что проект полета человека на Марс для России имеет особое значение.

Теперь о ситуации с международным сотрудничеством при организации полета человека на Марс. Очень часто можно слышать, что этот полет возможен только в широкой международной кооперации. Действительно, освоение Марса - длительный процесс, и в нем на определенных этапах станут участвовать практически все страны, обладающие соответствующими технология ми. В программе полетов на Марс будут востребованы самые различные корабли, базы, средства исследований и строительства. Национальные программы различных стран будут решать отдельные задачи освоения Марса. И каждая страна пройдет свою часть пути к этой программе.

Пока существуют разные государства, неизбежно наличие национальных программ. Каждая страна заинтересована в развитии своих передовых технологий, основанных на собственном опыте и разработках. Особенно если эти технологии востребованы на мировом рынке. Поэтому в космонавтике всегда будут соседствовать и международные и национальные программы.

Сегодня в США полет человека на Марс объявлен национальной программой. Американцы, в принципе, могут пригласить участвовать в ней и другие страны, однако за их собственные средства. Но собственные средства следует тратить с максимальной выгодой для себя. Вряд ли целесообразно делать за свои деньги какие-то элементы американской программы. Более выгодно разрабатывать ключевые технологии при полете человека на Марс, которые позволят развивать национальные программы и в дальнейшем. Например, многоразовые солнечные буксиры, ставшие одним из элементов российской концепции полета на Марс, позволят решать многие другие задачи, стоящие перед человечеством. Дело в том, что эффективные космические буксиры в перспективе во многом определят космическую стратегию, как когда-то ракеты-носители. Иными словами, Россия должна иметь собственную программу развития, а не обслуживать чужие интересы. Это ни в коей мере не мешает сотрудничеству. Системы, созданные в России, будут важны для обеспечения более широких возможностей, в том числе и американских полетов. И кооперация с различными странами по созданию отдельных элементов экспедиций, безусловно, будет.

Сотрудничество с США в первом полете человека на Марс имеет и чисто технические аспекты. Мы уважаем квалификацию американских инженеров. Но принятая американцами концепция может нас не устроить. Известен ряд американских программ, которые технически неприемлемы для российских специалистов, в том числе с точки зрения обеспечения безопасности экипажа.

Предположим, что американцы захотят осуществить какой-нибудь грандиозный марсианский ядерный проект наподобие "Фридом" и, хотя это маловероятно, предложат России участвовать в этом проекте на паритетной основе. Ну и что нам делать? Участвовать? Или практически за те же деньги разрабатывать проект, основанный на российских технологиях, более дешевый, менее амбициозный и, как мы рассчитываем, более результативный. Представляется, что второй путь естественен: интеллектуальный потенциал и опыт разработок пилотируемых программ, особенно связанных с длительными полетами человека, у российских специалистов, во всяком случае, не меньший, чем у американцев.

Работа над марсианской экспедицией в США и в России не будет какой-то "марсианской гонкой". Каждая из стран станет разрабатывать свои ключевые технологии, которые позволят развивать свою национальную передовую промышленность и науку. Например, для организации очень результативного пилотируемого полета на орбиту Марса с виртуальной посадкой экипажа на марсианскую поверхность Россия уже имеет огромный технический и технологический задел. И очень важно использовать его в крупной научно-технической программе.

Заключение.

В недалёком будущем пилотируемый  полёт на Марс - это вполне реально.

Главное  препятствие на пути к Марсу человека вовсе не технические трудности, а сочетание трех обстоятельств. Первое, невозможность высаживать человека на Марс без детальной разведки и выяснения степени стерильности Марса. Второе, стремление решить в первую очередь амбициозные задачи, поскольку за любым проектом стоит государство, по сути сверхдержавы, для которых борьба за превосходство является главным способом существования. И только на третьем месте можно поставить существующие технические трудности. Однако соотношение причин различное для США и России.

Первое препятствие тормозит развертывание работ над полномасштабным проектом в надежде получить ответ о степени стерильности Марса путем посылки на Марс ряда автоматических роботов. Следующим по важности для США является отсутствие у них необходимых научно-технических и опытно-конструкторских наработок для осуществления такого проекта. Только на третьем месте для США находится обеспечение престижа. Так как они и так уверены в своем первенстве и могут неспешно развертывать фронт работ. Американцы в целом придерживаются принципа step by step. Однако их проект может оказаться слишком масштабным и непомерным даже для такой богатой страны как США. Вполне возможно, что когда дойдет очередь до реальной технической проработки существующий вариант может претерпеть значительную эволюцию в сторону упрощения и снижения его стоимости.

Стремление решить амбициозные задачи в основном тормозит развертывание российского проекта. Дело в том, что требование технически обеспечить высадку человека на Марс пусть даже во второй экспедиции и стремление во что бы то ни стало опередить США как раз и приводит к возникновению противоречия между указанными задачами и уже достигнутым уровнем технической проработки проекта и существующими возможностями его финансировать. Иначе, стремление объять необъятное, получить все и сразу приводит к невозможности решить возникающие технические задачи в приемлемые сроки. Увеличение масштабов проекта требует большого финансирования, которое российское государство обеспечить не может, в результате, несмотря на огромный опыт работ и наличие высокой степени готовности отдельных компонентов российский проект фактически уже свыше 20 лет топчется на месте. Поэтому для российского подхода характерно несоответствие желаемого и действительного.

В целом все это откладывает реализацию полета к Марсу на неопределенное время, как для США, так и для России. Альтернативой в таких условиях может быть только проект, основанный на принципе разумной достаточности. Основной целью, которого не является решение амбициозных или сверх масштабных задач. Основной задачей первого этапа является задачи чисто научные, с параллельным и поэтапным обустройством инфраструктуры на орбите Марса, а возможно и на поверхности Марса.

Список использованных Интернет-ресурсов.

http://marsmeta.narod.ru/mars/convita/convita.htm

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CF%E8%EB%EE%F2%E8%F0%F3%E5%EC%FB%E9_%EF%EE%EB%B8%F2_%ED%E0_%CC%E0%F0%F1
http://www.nkj.ru/archive/articles/11014/

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CA%EE%EB%EE%ED%E8%E7%E0%F6%E8%FF_%CC%E0%F0%F1%E0

http://galspace.spb.ru/index38-1.html

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C6%E8%E7%ED%FC_%ED%E0_%CC%E0%F0%F1%E5

http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%E0%F0%F1