Проект. История и перспективы освоения Марса

Тема моего итогового проекта «Марс: история и перспективы освоения». В настоящее время в связи с последними результатами исследований интерес к Марсу и возможным полётам к нему сильно возрос. В связи с чем по телевидению и в других средствах массовой информации появилось множество околонаучных спекуляций на эту тему. В роде того, что ближайший старт уже завтра и можно паковать чемоданы.

Таким образом, целью моего проекта является реальное описание перспектив освоения Марса, основываясь на истории его изучения. Основными задачами для достижении этой цели являются:

• Сбор и представление информации о истории освоения Марса
• Моделирование ситуации на поверхности Марса
• Сбор информации и оценка перспектив дальнейшего изучения Марса

А вообще, зачем человечеству Марс.  Обобщив все интересующие нас вопросы к данной планете, мы можем сгруппировать их в три группы 

• Изучение в научных интересах, как одно из ближайших космических тел 
• Поиск жизненных форм, поскольку Марс наиболее сходен с Землёй
• Возможности колонизации, поскольку на Марсе уже сейчас обнаружены богатейшие месторождения железа и урана. Да и возможность запасного плацдарма так же рассматривается

Итак, начнём с истории освоения. Первые полёты к Марсу состоялись в 1962 году, буквально через год после полёта Гагарина. К сожалению, автоматическая станция «Марс 1» не добралась до планеты в работоспособном состоянии. Связь с ней была потеряна, что породило множество разговоров и слухов о причине её пропажи. Спустя три года американская станция «Mariner 4» сделала первые снимки поверхности Марса. Это было разочарование. На снимках была безжизненная красная пустыня. Но следующие съёмки первого искусственного спутника Марса  «Mariner 9»  показали следы водной эрозии, что внушило надежды, что Марс не настолько бесперспективен для исследований. Необходимо было перейти ко второй ступени – спуск автоматических станций на его поверхность.

 В 1971 году советской автоматической станцией «Марс 3» был высажен посадочный зонд, который впервые достиг поверхности Марса.  К сожалению, сигнал зонда работал всего 14,5 секунд, передав только правый край снимка, после чего связь была потеряна. В декабре 2012 корпус зонда нашли. Оказалось, что его перевернула марсианская буря. Земляне  тогда не знали, что во время марсианской весны  полярные шапки тают и на Марсе начинается время ураганов со скоростью 90 м./сек. Только в 1976 году на поверхности Марса опустились первые долговременно работающие американские марсоходы «Викинг 1» и «Викинг 2». Установленные на них аппаратура позволяла только брать пробы с поверхности. К сожалению, первые пробы признаков воды и жизни  не дали.

Но исследования продолжались и продолжаются по сей день. На данный момент на орбите Марса находятся 25 научных станций, а непосредственно на поверхности работали или работают 8 марсоходов.  

 В 2008 году автоматический зонд «Феникс» впервые получил воду из марсианского грунта. В сентябре 2013 года марсоход «Куросити» показал, что содержание воды под поверхностью Марса выше, чем считалось ранее и, более того, под слоем грунтового льда она может находиться в жидком виде. Правда, вода эта должна быть слишком солёной и кислотной для поддержания земноподобной жизни, но кто сказал что она должна быть земноподобной. Более того, в 2014 году тот же «Куросити» зафиксировал всплеск содержания метана в атмосфере Марса.  В марсианских условиях этот газ довольно быстро разлагается, поэтому должен существовать какой-то постоянный источник его пополнения. Таким источником может быть либо геологическая активность (но действующие вулканы на Марсе не обнаружены, имеются только потухшие), либо жизнедеятельность бактерий. Таким образом, вопрос о жизни на Марсе, хотя бы на уровне бактерий в отдельных подземных очагах, вновь будоражит земные умы. Несколько месяцев назад, в ноябре 2018 года, на поверхность Марса опустился зонд «Insight», основной целью которого являются геологические исследования и глубокое (до 15 метров) бурение, которое даст нам ответы на многие вопросы. И все чаще, в последнее время, раздаются разговоры о возможности следующего шага: пилотируемого полёта и высадки человека на марсианскую поверхность. Но, к сожалению, здесь всё не так просто.

Для начала, я хочу описать, что ожидает первых, так сказать, марсопроходцев на его поверхности, смоделировать ситуацию, которая их будет окружать.  Поскольку Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, то размер солнечного диска будет на 40% меньше привычного земного и соответственно Солнце будет поставлять лишь 40% энергии, поэтому даже самый яркий полдень на Марсе будет похож на земной пасмурный день.  Но и земной ночи на Марсе нет. После захода, сумерки будут длится до самого восхода, так как марсианская пыль находится высоко, а размеры планеты маленькие, что является причинами сильного рассеивания света уже зашедшего Солнца.  Кстати, из-за особенности атмосферы, цвет Солнца на Марсе не жёлтый как на Земле, а белый, с лёгким фиолетовым оттенком, да и само небо из-за пыли желтовато-коричневое.  Земля с Марса видна как маленькая двойная звезда и по яркости занимает третье место, после Венеры и Юпитера. Кстати, марсианские сутки (они называются «солами») не сильно отличаются от земных - 24 часа 39 минут. Зато год длится 687 земных суток.

Из-за маленького размера и, поэтому, маленькой гравитации, Марс почти потерял всю свою атмосферу, которая ушла в космос. Атмосферное давление на Марсе составляет всего 1% от земного и из-за низкого давления с поверхности испарилась вся гидросфера. А она там была.Здесь вы видите реконструкцию поверхности Марса 3,5 млрд. лет назад, когда на Земле только формировались первые органические молекулы. Большая часть поверхности современного Марса -  это дно высохшего океана с красноцветными железистыми осадками, близкими к ржавчине.

 Но в отличие от Луны, атмосфера на Марсе есть и состоит на 95% из углекислого газа, а также 3% азота. Так что,  жёсткие скафандры с воздушными баллонами нам потребуются. Средняя температура на полюсах от -120 до -60, на экваторе от -45 до +10 градусов Цельсия, что, в принципе, похоже на климат Антарктиды и, если бы, не проблемы с атмосферным давлением, то нам вполне бы подошло земное высокогорное альпинистское снаряжение: тёплая непродуваемая одежда и кислородный аппарат. Почему я делаю акцент на облачение марсоходца?  Дело в том, что, опять же из-за размеров, гравитация на Марсе составляет 60% от земной, что, разумеется, меньше, но не настолько, как на Луне. И если полная масса лунного скафандра А7L составляла на Земле 91 кг., на Луне – около 15 кг (что терпимо), то на Марсе данный скафандр будет иметь массу 54 кг., что доставит дополнительные неудобства при работе.

Но это всё преодолимые трудности. Гораздо большие проблемы сейчас представляются при самой попытке пилотируемого полёта.

Первая проблема – продолжительность полёта. Как вы видите на слайде полёты совершаются не по прямой, а по полуэллипсу, и в зависимости от положения планет полёт на современных двигателях составляет от 5 до 12 месяцев (в среднем от 8,5).  Провести небольшой группе людей восемь месяцев в замкнутом пространстве это уже психологическая проблема, но она, в принципе, решаема. Главная проблема заключается в том, что одно дело доставить автоматическую станцию, другое дело группу людей. Людям нужна техника жизнеобеспечения, вода, воздух, пища, в конце концов пространство для какого-то движения. Это требует увеличения размеров ракеты, а значит увеличения топлива.  На данном слайде вы видите проект «Арес»  в сравнении с самой крупной ракетой Земли «Сатурн-5» на котором осуществлялась доставка космонавтов на Луну. Полет к Луне, кстати, составлял всего 3,5 суток и космонавты находились в довольно тесной капсуле. Мы видим что «Арес» больше практически по всем показателям в 3,5 раза (масса, время разгона, масса при разгоне, высота, диаметр). И это при том, что в открытом космосе его объём будет увеличен за счёт раздуваемого изнутри модуля. Сконструировать и поднять такую махину в космос довольно сложная технологическая и финансовая задача . В своё время запуски «Сатурнов» были остановлены из-за того, что были слишком дорогие. Так что марсианский проект довольно сложен для масштаба одной-двух стран.

Вторая, и главная, проблема – солнечная радиация. Солнце представляет собой огромный термоядерный реактор без защитных стенок. И если световая и тепловая энергия из этого реактора несёт нам жизнь, то радиоактивное излучение – смерть. На Земле есть толстый слой атмосферы, который является защитным экраном. Но в космосе атмосферы нет, а на Марсе её почти нет.  На данном слайде вы видите максимальное значение излучения в год в различных точках Солнечной системы. Максимально-допустимое значение для работников АЭС и космонавтов 5 бэр в год. При полёте на Марс и обратно, экипаж получит около 80 бэр, что уже смертельная доза. А на Марсе ещё нужно некоторое время и работать. Современные способы защиты позволяют только немного смягчить это излучение, а если обшить корпус изнутри свинцовыми плитами, то из-за массы ракета атмосферу земли не покинет. Решение проблемы здесь видится в использовании новых композитных материалов на основе лёгкого бериллия с добавлением элементов свинца и висмута. Такие работы ведутся, в том числе и у нас, в центре ядерных исследований в городе Дубно.

Предположим мы защитили космонавтов. Как теперь защитить земную колонию на Марсе. Доставка материалов для строительства защитного купола на столь дальнее расстояние фантастично даже для научной фантастики. Остаётся только один путь подземные бункеры на глубине 2-3 метра. Только там первопроходцы могут снять защитные скафандры, необходимые на поверхности. Большую часть работы на поверхности будут выполнять роботы.

Итак, возможен ли в ближайшее время пилотируемый полёт на Марс. Чтобы не говорили СМИ я думаю, что я доказал, что в ближайшее время - нет. Нужен ли сейчас пилотируемый полёт на Марс. Я думаю, что именно сейчас, нет. Автоматическими станциями на поверхности мы научились управлять с Земли и совсем не обязательно залезать в марсианский бункер. Нужно ли продолжать работы по подготовке пилотируемого полёта на Марс. Конечно, да. Это новая технология, новые материалы, новые возможности в будущем. Так что в далёком будущем я верю, что это будет не рисунок, а подлинная фотография.