Конкурсная работа - реферат "Тайна красной планеты"
занимательные факты по астрономии ( класс) на тему

ПЛАН

1. Загадки красной планеты.
2. От фантастических романов- к инженерному проекту.
3. Дороги к Марсу.
4. Марсианский экспедиционный комплекс.
5. Формирование МЭК на орбите искусственного спутника Земли.
6. Перспектива и возможность полета.
7. Актуальность темы.
8. Приложения .
9. Используемая литература.

Загадки красной планеты.

Полный оборот вокруг Солнца Марс совершает за 687 земных суток. Марс меньше Земли. Его диаметр 6787 км (0,53 диаметра Земли). Площадь поверхности Марса в 3,7 раза меньше площади поверхности Земли . Большая часть поверхности Марса имеет красно- оранжевый цвет . Эти области называются условно материками и, по- видимому, представляют собой пустыни, покрытые мелкой пылью. Остальная часть поверхности имеет более темный цвет и называется условно морями.

  Масса Марса значительно меньше массы Земли и составляет 0,107 массы Земли или немногим более 10% от нее . Результатом этого является малая сила тяжести на его поверхности – только 38% от силы тяжести на Земле. Ускорение свободного падения на Марсе 3,7 м/с 2. Человек весом 700 Н на Марсе будет весить только 270 Н.

  Большим своеобразием отличаются климатические условия на Марсе. На поверхность в 1м2 приходится на 36-38 % меньше солнечной энергии, чем на Земле. Среднегодовая температура поверхности Марса близка к -70С.Но вблизи экватора днем она повышается до +20 ….+25 С, к заходу Солнца снижается до -10 С  и ниже , а под утро падает до -90 С. Такие резкие колебания температуры объясняется очень разряженной атмосферой Марса, которая не в состоянии сохранять тепло, полученное днем поверхностью планеты, и в ночное время оно быстро излучается в мировое пространство.

В полярных областях планеты, ограниченных полярными кругами с широтой 65 04, во время марсианской зимы температура понижается до -120 С, и вокруг полюсов до расстояния в 40С от них, распространяются обширные белые пятна, называемые полярными шляпами. Размеры полярных шапок в течение года меняются: весной они становятся меньше : в летнее время северная полярная шапка часто совсем исчезает, а южная уменьшается до небольших размеров.

Атмосфера Марса значительно отличается от земной. В газовой оболочке  Марса преобладает углекислый газ , а не азот и кислород , как в атмосфере земли. Плотностью атмосферы Марса очень мала: атмосферное давление у поверхности  составляет  всего 0,0065 земного.   Тем не менее, на Марсе дуют сильные ветры, переносящие пыль и образующие на его поверхности дюны и другие ветровые (эоловые) формы рельефа. А иногда на Марсе разыгрываются настоящие пылевые бури.

Марс имеет 2 спутника  - Фобос и Деймос. Открытие в конце XIX столетия спутников Марса не было неожиданным. И. Кеплер первый высказал предложение о том, что у Марса есть два спутника. Это было в 1610 году, сразу после открытия Г.Галилеем четырех спутников Юпитера. Кеплер основывался на определенной закономерности: если у земли один спутник- Луна, у Юпитера четыре, то у Марса должно быть два спутника, «как того требовала пропорция». В XVIII веке о спутниках Марса писали и Б. Фонтенель, и Ф. Вольтер, но особенно поражает предсказание Дж. Свифта. В 1726 году, за полтора столетия до открытия спутников, он почти правильно указал периоды обращения спутников около планеты.

 Увидеть спутники с помощью телескопа пытались и В. Гершель в Англии, и Г.Д. Арре в Копенгагенской обсерватории, но безуспешно. Честь открытия спутников Марса принадлежит американскому астроному Ассафу Холлу. Он увидел их во время великого противостояния Марса в августе 1877 года с помощью нового мощного 66- сантиметрового рефрактора Морской обсерватории США. Холл назвал спутники Марса Фобосом и Деймосом, что означает «Страх» и «Ужас» - по именам спутников бога войны Марса.

  Русские астрономы тоже внесли немалый вклад: С. Костинский в 1896 и в 1909 годах сделал первые фотографии спутников Марс, а Г. Струве (сын основателя Пулковской обсерватории В. Струве) впервые разработал теорию их движения.

Однако уже в 1945 году американский астроном В. Шарплесс обнаружил неправильности в движении Фобоса, которые можно было объяснить вековым ускорением. Позднее астрономы определили, что радиус орбиты спутника сокращается на 4 см. в год  и сам он по спирали медленно приближается к Марсу. Приблизительно через 50 миллионов лет Фобос должен столкнуться с планетой. Это обстоятельство весьма необычно и требовало объяснения.

 И все таки Фобос очень необычный спутник. Если наблюдать за его движением с Марса, то будет казаться, он в отличие от всех других небесных тел нес востока на запад, с запада на восток. Дело в том, что сутки на Марсе примерно на полчаса длиннее земных, а период обращения Фобоса вокруг планеты всего 7 часов 39минут. Поэтому в течение одних  марсианских суток он два раза пересекает небосвод. Фобос находится на расстоянии около 6000км. от поверхности планеты и должен выглядеть ярче, чем Венера при наблюдении ее с Земли. Деймос обращается на расстоянии 20000км. от поверхности Марса, и его период обращения несколько длиннее марсианских суток. Оба спутника имеют почти круговые орбиты, лежащие примерно в плоскости экватора планеты. Орбита Деймоса близка к синхронной орбите, двигаясь по ней, спутник кажется как бы висящим над определенной точки экватора планеты, его перемещение на марсианском небосводе очень медленно.

Если учесть его массу и наблюдаемое ускорение, то время существования этого спутника не должно было превышать несколько тысячелетий. По прошествии этого срока спутник  должен был достигнуть поверхности планеты и, ударившись об нее, разлететься на множество мелких осколков…. Между тем, астрономы были уверены, что оба спутника у Марса существуют уже по крайней мере 500 млн. лет. Возникла серьезная неувязка теории с практикой.

Марс дальше от Земли и , поэтому, он получает в  2,5 раза меньше энергии Солнца. Атмосфера Марса сильно разряжена. В ней часто возникают ветры и даже ураганы, вызывающие пылевые бури.

Большая пылевая буря разыгралась на этой планете в 1971 году и продолжалась более трех месяцев.

 В начале XX века астрономы были уверенны в существовании жизни на Марсе. Сегодня ученые исключают возможность жизни на Марсе в высокоразвитой форме. А в простейших формах? В ответ на этот вопрос никто не решается сказать «да» или «нет». Полеты автоматических межпланетных станций к Марсу разрушили красивую легенду. На фотографиях, переданных с борта станции, - безжизненная, изрытая кратерами, загроможденная скалами поверхность. Марсианский пейзаж похож на лунный, чем на земной. И никаких лесов, никаких городов и каналов на Марсе нет. Американская станция «Маринер-9» сфотографировала Фобос и передала снимок на Землю. И здесь нас ждало разочарование. Естественный спутник Марса представляет собой Деймос – бывшие астероиды, захваченные из космического пространства полем тяготения Марса. А как же расчеты относительно ускорения Фобоса? Они просто оказались ошибочными.

   Существовала гипотеза: когда-то Марс был населен высоко-разумными и добрыми существами. Они строили города, подчинили себе природу Марса и изучали космос. Может быть, стремясь покинуть свою умирающую планету, лишенную воды и полезных ископаемых, они миллионы лет назад побывали на Земле. Однако трудные для марсиан условия отпугнули пришельцев.

Ведь по сравнению с Марсом на Земле и повышенная сила тяжести ,и плотная атмосфера, и страшное окисляющее действие кислорода. По сравнению с Марсом на Земле.

О том, что  на Марсе возможна жизнь, свидетельствуют эксперименты, во время которых изучалась приспосабливаемость земных организмов к марсианским условиям. В аналогичные марсианским условия созданные в лаборатории, помещали грибы, семена растений, червей, насекомых, пресмыкающихся, земноводных, некоторые бактерии. Для отдельных земных видов эти условия оказались гибельными. Некоторые организмы впадали на Марсе в анабиоз, А. вернувшись на Землю, оживали как ни в чем ни бывало и продолжали свой жизненный путь. Иные же из них, например низшие грибы и бактерии, даже росли и размножались при полном отсутствии кислорода. В ряде опытов на «Марсе» прорастали семена цветковых растений.

С тем, чтобы узнать, есть ли в грунте Марса живые организмы, «Викинг- 1» и «Викинг- 2» были снабжены портативными химическими лабораториями, но полученные результаты не дали однозначного ответа.

Итак, вопрос о жизни на Марсе остался открытым. В итоге бесспорно лишь одно- исследования должны быть продолжены. Они могут проводиться как на поверхности Марса, так и путем анализа на земле образцов грунта, который доставят автоматические станции. У каждого из этих методов есть свои достоинства и недостатки.

Если брать во внимание транспортировку  грунта, то , безусловно, анализировать на Земле марсианский  грунт значительно проще. Но …………

 Есть два не совсем приятных обстоятельства, оценить которые в каких- то качественных величинах наука не может. Не исключено, что за время долгого пути с Марса на Землю условия в капсуле окажутся не совсем пригодными для существования микроорганизмов.

Обнаружить погибшие микроорганизмы, тем более реконструировать их и доказать, что они принадлежат в неземной жизни,- задача, пожалуй, невыполнимая.

Но возможно и обратное. Марсианские микроорганизмы попав на Землю, начнут энергично размножаться. Не надо объяснять к каким неприятным последствиям может привести подобная ситуация.

От Фантастических Романов – к инженерному проекту.

Сегодня почти все государства в тех или иных формах принимают участие в работах по освоению космоса, выделяя для этого не малые средства, а полтора десятка стран имеют свои собственные ракетоносители. Разработка и реализация космических программ, важны не только для достижения стратегических целей. Работа по проекту «Аполлон», например, вызвала в США всеобщий интерес к точным наукам и передовой технологии. Ее результатом стало массовое появление выдающихся достижений в различных областях науки и рост числа престижных премий, которыми в то время награждались исследователи из США.

Исследование космического пространства имеет еще одну немаловажную цель: понять, как возникла наша Земля, как она развивалась и что может ожидать ее в будущем. Особенно важную роль в этом интереснейшем деле должно сыграть изучение Марса.

Марс-  ближайшая к нам планета, которую может посетить человек. Это огромный мир, живущий по своим законам, мир, исследовать который было бы крайне интересно, ибо познание неведомого- естественное стремление человечеств. Но к изучению Марса побуждает не только любопытство. Марс значительно старше Земли, и , возможно, изучая его прошлое, мы сможем узнать свое будущее. Во всяком случае- один из его вариантов.

Более 100 лет Марс привлекает к себе внимание. Странные детали рельефа, получившие название каналов, заметная смена времен года, ряд физических характеристик, близких к земным, вселяли надежду обнаружить на Марсе жизнь, возможно более разумную. Каналы- это сухие русла рек, которые наблюдаются повсеместно.

Ученые Пулковской обсерватории выдвинули такую теорию: когда-то на Марсе активно действовали вулканы, которые значительно повлияли на климат планеты. Во время каждого мощного извержения в атмосферу Марса выбрасывалось большое количество тепла и водяного пара. Кроме того по поверхности текли мощные лавовые патоки. Остывая, лава выделяла сернистый газ.

Он взаимодействовал с парами воды и образовывал над планетой сплошной облачный туман из мельчайших капелек серной кислоты. Этот туманный покров создавал «Парниковый эффект», пропуская к планете солнечные лучи и радиацию и, в то же время задерживал излучение теплоты с поверхности Марса. Понятно, что при этом возрастала температура, увеличивалось количество влаги в атмосфере. Выпадавшие из облаков дожди и ливни отчетливо видны на современных фотоснимках поверхности Марса. Поверхность Марса вообще не очень неровная ленные глубокие каньоны (Долина Маринера тянется в длину до 4000 км), глубокие котловины (средняя глубина гигантской, круглой впадины Эллада -4 км.), отдельные вершины горных хребтов поднимаются на 11 километров ввысь.

Пожалуй, самые интересные детали марсианского рельефа – протоки, очень похожи на русла рек. Но сейчас на Марсе   воды нет. При современном атмосферном давлении вода там не может существовать в жидкой фазе. Она прямо изо льда переходит пар или наоборот. Водяной снег и лед образуют основную часть полярных шапок Марса. Осенью и зимой на них намерзает еще и углекислый газ – «сухой лед», весной он сублимируется. На вершинах гор и кратеров часто видны налеты инея. Изредко в атмосфере планеты плавают белые и голубые, состоящие, по-видимому, из ледяных кристалликов  . Если мы видим русло рек, а воды на планете нет, приходиться допустить, что в прошлом атмосфера Марса была плотнее, давление ее было достаточно велико, и на Марсе текли реки.

Во множественных проектах слышались предложения сигнализировать обитателям планеты и попытаться установить с ними связь, десятки фантастических романов описывали встречи с марсианами. Однако пристальное изучение Марса сначала с помощью телескопов и межпланетных станций: «Марс -4», «Марс-5», «Маринер-1», «Маринер-2»,а затем и специальных автономных лабораторий (Викинг-1,2), совершивших посадку на его поверхность. Жизни там, даже самой примитивной, не обнаружено

Одновременно, однако, выяснилось любопытная вещь. На  снимках Марса видны следы потоков воды или ледников, которые совсем недавно(по астрономическим масштабам) могли двигаться по поверхности  планеты, а потом практически мгновенно исчезли. Что послужило причиной  резкого изменения климата- одна из загадок соседа по Солнечной системе. Решить ее поможет только экспедиция на Марс.

ДОРОГИ К МАРСУ.

Нет сомнения в том ,что в обозримом будущем межпланетный корабль стартует с поверхности Земли и полетит к Марсу. Траектория космического корабля  определяется, с одной  стороны, модулем и направлением начальной скорости, а с другой –силами притяжения небесных тел, постепенно измеряющими эту траекторию. Пространство, в котором  есть гравитация, называется гравитационным полем. Оно создается многочисленными телами Солнечной системы и изменяется по мере движения небесных тел. Пользуясь законами Кеплера, можно определить время полета космического аппарата к Марсу. Так, например, при отлете с Земли с минимальной скоростью 11,57км/с  корабль долетит до  Марса за 259 суток. Если же отлет с Земли космического корабля будет происходить с большей скоростью, то время перелета сократится. Уже при начальной скорости 11,8км/с аппарат достигнет Марса за 165 суток. Увеличение скорости на 0,2км/с уменьшит продолжительность полета на 21 сутки. При скорости  13км/с перелет продолжится  105 суток, а если  космический аппарат начнет полет со скоростью 16,7км/с т.е с третьей космической скоростью(по параболической траектории),то он достигнет планеты за 70 суток. А как же быть с полетом обратно на Землю? Стартовав с Земли, корабль через 259 суток будет на Марсе. Если же сразу отправится с Марса на Землю, то через 259 суток, подойдя к земной орбите, он не встретится с Землей, так как в это время она будет находиться  в другом месте своей орбиты. А для того чтобы аппарат встретился с Землей, он должен пробыть на Марсе 450 суток. Таким образом, полет в оба конца с ожиданием на Марсе займет 968 суток.  При выборе межпланетной траектории необходимо учитывать расположение метеорных потоков, существенную  роль играет и состояние Солнца. Поэтому нужно очень точно рассчитывать траекторию полета. При выборе межпланетной трассы необходимо учитывать расположение метеорных потоков, существенную роль играет также и состояние Солнца. Поэтому межпланетные перелеты на пилотируемых кораблях необходимо осуществлять вне метеорных потоков и в периоды «спокойного Солнца».

                                                   МАРСИАНСКИЙ  ЭКСПЕДИЦИОННЫЙ

                                                                КОМПЛЕКС.

 Полет на Марс требует чрезвычайно точных расчетов, огромных затрат энергии, высочайшей надежности всех систем и приборов экспедиционного комплекса. По предварительным расчетам продолжительность всей экспедиции составит 2,6 года.

Основой комплекса служит корабль, в котором экипаж находится  во время полета. В нем сосредоточены все системы жизнеобеспечения, управления. Связи и контроля. Помещение орбитального корабля разделено герметичной перегородкой и шлюзовой камерой. Если случайный метеорит пробьет обшивку корабля и один из отсеков разгерметизируется, экипаж соберется в другом и примет меры для устранения «течи». Все панели, приборные шкафы и аппаратурные стойки на борту орбитального комплекса могут откидываться, открывая доступ к обшивке изнутри, и для ремонта нет необходимости выходить в открытый космос.

В систему жизнеобеспечения экипажа входят запасы воды ,пищи, системы для очистки воздуха и регенерации водяного пара  и даже моющие средства и стиральные машины. В первых вариантах орбитального комплекса были предусмотрены системы для создания искусственной гравитации. Однако  исследования показали, что человек может жить и работать и в невесомости. Поэтому систем искусственной гравитации можно и не делать. Это очень облегчит вес корабля, его конструкцию, что сделает его проще в управлении. Масса всего комплекса составит 140 тонн. Для посадки на поверхность Марса половина экипажа переходит в марсианский посадочный корабль. Масса его 60 тонн. Это не только транспортное средство, но и дом , в котором космонавты живут во время всего срока на Марсе. Форма корабля должна позволять ему планировать в атмосфере Марса, постепенно гася скорость, и мягко  опускаться на поверхность, включив в последние минуты спуска тормозные двигатели. Посадочный корабль оснащен и тяговыми  двигателями, позволяющими ему маневрировать в полете и садиться в заранее выбранную точку планеты.

Последнее условие абсолютно необходимо для нормальной работы экспедиции: буровой 1 станок для отбора грунта «марсоход» и другое громоздкое исследовательское оборудование  к моменту ее прибытия будет доставлено  на Марс  беспилотными кораблями, и посадочный корабль с космонавтами должен спуститься рядом с ним.

Планом научно-исследовательских работ экспедиции предусмотрены изучение особенностей рельефа и природных образований планеты ,поиск следов биологической активности, отбор проб грунта, воздуха и воды, если она, конечно, где то сохранилась в свободном виде. Стартовать корабль  в произвольный  момент не может: ему не хватит горючего на обратный путь. После работы на Марсе космонавты переходят в двухступенчатый возвращаемый блок и взлетают с Марса. На его поверхности остается все оборудование и аппаратура, которая будет еще многие годы передавать научную информацию. Космонавты собираются в орбитальном отсеке, сбрасывают возвращаемый блок, и корабль начинает свой путь к Земле. Включаются маршевые двигатели, корабль двигается по спирали вокруг Марса, набирает скорость и уходит в межпланетное пространство, догоняя Землю. Покинутый орбитальный комплекс продолжает двигаться по эклиптической орбите и становится спутником Солнца.

Главной инженерной задачей станет разработка двигателя для экспедиционного комплекса и систем питания его энергией. Проектный  облик марсианского экспедиционного комплекса (МЕК). В проекте НАСА (начало 70-х годов) предлагалось осуществить маневры разгона у Земли, торможения у Марса и маневр отлета к Земле с помощью ядерного ракетного двигателя (ЯРД) с твердофазной рабочей зоной, получившего в США обозначение «NERVA». В состав экспедиционного комплекса разработчики включили три унифицированных крупномасштабных  ракетных блока с ЯРД «NERVA» и с жидким водородом в качестве топлива.

Ракетные блоки размещались по пакетной схеме, причем два крайних срабатывали у Земли, а центральный- у Марса.

По продольной оси центрального  ракетного блока последовательно располагались: межпланетный  орбитальный корабль(МОК), марсианский посадочный комплекс (МПК) и автоматические аппараты для исследования планеты(капсулы). Выполненные в те же годы СССР (НПО»Энергия») проекты марсианского экспедиционного комплекса  содержат в качестве двигательной установки электро - ядерную ракетную двигательную установку(ЭЯРДУ), то есть ДУ «малой тяги». Компоновочная схема предлагалась «лучевой», «Т-образной». Последняя схема  предусматривала создание в отсеках жилого и приборного модулей искусственной силы тяжести(с уровнем 0,2-0,3 от уровня земной тяжести) за счет вращения всего комплекса вокруг продольной оси.

В дальнейших проектных проработках было предложено ввести в состав МЭК две ЭЯРДУ, а межпланетный орбитальный корабль и посадочный комплекс размещать между ними, в зоне тени, создаваемой специальной размещенной у реактора плитой с целью исключения возможного неблагоприятного воздействия  ионизирующих излучений от реактора  при выходе кораблей из зоны тени. В 80-х годах в НПО «Энергия»прорабатывалась компоновочная схема с солнечной энергетической установкой большой мощности. В качестве двигателей предлагалось использовать те же  двигатели «малой тяги». А вот посадочный корабль имеет форму цилиндра; Это сделано с целью получения выигрыша по массе и упрощения процедуры выведения комплекса с Земли в космос за счет уменьшения поперечного размера. Размер каждого крыла солнечной энергоустановки 200х200 метров, а масса одного кв.м. Солнечной батареи с учетом каркаса и распределительной сети оценивается в 500 грамм.

                          Формирование МЕК на орбите ИСЗ.

Приведем пример формирование МЕК на монтажной орбите ИСЗ, для случая организации пилотируемой экспедиции по двух корабельной схеме полета.

Первым на околоземную орбиту выводится автоматический межпланетный корабль, который доставит на орбиту ИСМ посадочный комплекс и ракетный блок с топливом для обратного отлета экипажа. Пуском ракетоносителей в космос выводятся посадочный комплекс, ракетный  блок возвращения и ЭЯРДУ. Затем с участием космонавтов-монтажников производится сборка корабля. Для вывода в космос отдельных частей (модулей)этого корабля всего потребуется от 3 до 5 пусков. Сборка всех модулей займет, с учетом устранения неисправностей, около полугода.

После полной проверке бортовых систем грузовой межпланетный корабль  отправляется к Марсу. По разным оценкам полет займет от 7до 13 месяцев. В зависимости от веса  и скорости этого корабля он будет лететь 13 месяцев:90 суток- раскрутка у Земли,270 суток- межпланетный перелет,30 суток- выведение на низкую ареоцентрическую орбиту, после чего корабль выходит на рабочую орбиту ИСМ. А через полтора года корабль вернется на Землю. Существует много проблем, которые нужно решить людям для осуществления полета на Марс. Четырьмя основополагающими проблемами являются:

1.выведение грузов большой массы и габаритов с Земли на низкую околоземную орбиту и сборка их в космосе;

2.межорбитальная транспортировка межпланетного корабля с космонавтами на борту от Земли до Марса и обратно;

3.обеспечение безопасности экипажа на всех этапах полета экспедиционного комплекса;

4.создание искусственной тяжести на борту корабля либо разработка специальных мер предупреждения длительного пребывания в космосе (в невесомости).

Указанные выше проблемы на сегодняшний день находятся в стадии разрешения.  В России существуют сверхмощные ракетоносители, которые смогут вывести на орбиту груз, массой около ста тонн. Не исключено ,что для реализации марсианской экспедиции потребуются ракетоносители  еще большей грузоподъемности, выводящие в космос груз массой 200-250 тонн. Она может представлять собой модификацию ракетоносителей баллистического  типа  либо являться принципиально новой разработкой в этом плане.

Торможение у Марса с выходом на круговую орбиту ИСМ-2,0км/с ,разгон с орбиты ИСМ к Земле 2,2км/с торможение у Земли с выходом на низкую круговую орбит ИСЗ-4,0км/с

2.Схема полета с попутным облетом Венеры: приемлемые энергозатраты и мало времени пребывания у Марса; используются двигатели «большой» тяги. Один из участков межпланетного перелета является переходным эллипсом, другой представляет собой сочетание двух фрагментов и переходных эллипсов соединяется в окрестности планеты Венера. Время перелета от Земли к Марсу 240 суток, время обратного полета с Марса к Венере 185суток, от Венеры к Земле 145 суток. Длительность всей экспедиции 600 суток.

3.Двух корабельная схема полета со стыковкой на орбите ИСМ: комплекс состоит из автоматического и пилотируемого кораблей, причем автоматический совершает полет по оптимальной траектории, пилотируемый по «ускоренным»траекториям; схема характеризуется малым временем пребывания экипажа в космосе, требует значительных энергозатрат, используются ракетные блоки с ДУ»большой»тяги.

От земли к Марсу по оптимальной траектории полета отправляется грузовой корабль без экипажа, содержащий посадочный корабль без экипажа и бак с топливом для обратного полета, пилотируемого корабля. Время перелета автономного корабля 240-280суток при энергозатратах 6,0км/с. После благополучного прибытия на орбиту ИСМ грузового корабля от Земли отправившийся пилотируемый корабля, совершающий межпланетный перелет по «ускоренной»траектории пилотируемый корабль на орбите ИСМ стыкуется с грузовым кораблем. Длительность полета 380 суток .Суммарные  энергозатраты пилотируемого корабля оцениваются в 21км/с

4.Одна корабельная схема полета экспедиционного комплекса с использованием маршевой двигательной установки малой тяги(существенно сохраняется расход топлива:    

Такой перспективной транспортной системой, построенной на новых принципах, может быть космический самолет(вроде американского»Шала»но с большей грузоподъемностью) оснащенный многорежимной двигательной установкой, совершающий горизонтальный взлет с аэродрома и посадку на нем.

Перелет с от ИСЗ на орбиту ИСМ может выполняться с помощью специальных разгонною- тормозных ракетных блоков, включающих в себя двигательные установки различного типа. Химические и ядерные ракетные двигатели позволяют создавать большие тяги, в то время, как тяга у электрических двигателей незначительна. Зато скорость истечения активной струи для химических двигателей 3-4 км/с, у ядерных-10км/с, а электрических двигателей 40-50км/с, что делает их значительно эффективнее.

Следует отметить, что с целью экономии массы топлива перевод  экспедиционного комплекса с межпланетной траектории  на орбиту ИСМ и ИСЗ может выполняться путем торможения в атмосфере планет. В этом случае конструкция должна быть  защищена специальным тепловым »экраном».Проблема защиты экипажа на межпланетных участках от ионизирующих излучений  и метеоритной опасности может быть решена специальными мерами- созданием убежища на борту космического корабля, введением защитных экранов и возможностью выполнения  ограниченных ремонтно-восстановительных работ с целью обеспечения герметичности конструкции.

Существует несколько схем полета на Марс:

1.Классическая схема полета - в ней минимальные энергетические затраты, но длительное время пребывания у Марса; используются ракетные двигатели «большой» тяги. По этой схеме перелета составит около 240-280суток; время ожидания у Марса благоприятного положения планет для обратного полета 330-450суток; Длительность всей экспедиции 810-1000 суток. Суммарные энергозатраты, в том числе разгон у Земли с орбиты ИСЗ-3,8км/с,

Необходимо включение в состав комплекса мощной энергоустановки- ядерной и солнечной).Маневр отлета с орбиты ИСЗ на межпланетную траекторию полета к Марсу, маневр перехода на орбиту ИСМ и разгон с нее для обратного полета представляют собой медленно раскручивающиеся или скручивающиеся спирали. На межпланетных участках полета ДУ «малой»тяги работает на участках; примыкающих к орбитам планет, а так же  в районе перигелия переменной траектории. Суммарная длительность экспедиции 650 суток. При электрической мощности энергоустановки 10МВт время работы ДУ 300 суток. Расход топлива 600кг в сутки, тяга ЭРД 400 Н, масса ЭЯРДУ около 50 тонн. Начальное ускорение 0,8-1,0мм/с, примерная масса межпланетного корабля 80 тонн, масса посадочного корабля 60 тонн, возвращение на Землю выполняется в спускаемом аппарате с подлетной траектории.

Учеными и инженерами в настоящее время изучаются разнообразные схемы полета, отличающихся рядом особенностей.

    К ним относятся:

   1.комбинация различных типов маршевой ДУ;

   2.замена ракетодинамического торможения у Марса и Земли на аэродинамическое;

  3.использование произведенного  на поверхности Марса или его спутников топлива для обратного отлета к

  Земле;

    4.дублирование числа модулей и двигательных установок для повышения надежности и  безопасности     полет и др.

Учеными представлены разные траектории, одна из них- полуэллиптическая (так называемая орбита  Гомона- имени ученого, предложившего такой перелет).Если совершать полет по Орбите Гомона, то расход топлива будет незначительным, зато перелет займет около 8 месяцев.

Если бы Марс и Земля сохраняли свое положение, были бы возможны перелеты по траектории Гомана. Но….Земля и Марс меняют свое относительное положение относительно друг друга, Солнца и других планет солнечной системы. И для того чтобы вернуться к Земле, нужно ждать уже несколько лет.

Сегодня ученые склоняются к варианту марсианского корабля с электрореактивными двигателями и электростанциями в виде солнечных батарей.

Межпланетный корабль может состоять из трех частей: жилого блока; в котором в течение всего полета должны жить космонавты и где  сосредоточена вся аппаратура  управления посадочного аппарата.

Жилой блок-это несколько герметичных отсеков. Здесь каюты для экипажа. Там же расположены системы жизнеобеспечения экипажа: водой, кислородом; здесь запасы пищи, средства удаления отходов. Существует схема обеспечения экипажа кислородом и водой. Основной принцип- максимальное использование выделяемых человеком углекислого газа и воды.

Вода, поступающая в ассенизационное устройство, и водяной пар, выделяемый экипажем в атмосферу жилого блока, проходят через так называемую систему  регенерации воды. Там вода очищается от вредных примесей, обогащается необходимыми солями и вновь готова для питья. Такие системы были использованы на станции»МИР»(система»Электрон»),а сейчас используется на станции «МКС»

Кислород для дыхания получается электрохимическим разложением воды 2НО=2Н+О.Водород не будет являться побочным продуктом реакции, его можно использовать в переработке углекислого газа-СО+4Н=СН+2НО. Образующийся метан удаляется за борт, а вода направляется в систему электролиза для получения кислорода.

Таким образом, круговорот воды, организованный на станции, обеспечивает экипаж кислородом и водой для питья. Но при этом неизбежны потери, которые компенсируются специальными запасами воды на борту.

Для нормальной работы экипажа и аппаратуры температура внутри жилого блока должна быть постоянной, около 20С. Для этого оболочка жилого отсека покрывается так называемой «шубой» - экранно-вакуумной теплоизоляцией.

  А чтобы жилой блок не перегревался от тепла, выделяемой аппаратурой и экипажем, вводится регулируемый отвод тепла за борт.

Марсианский посадочный корабль, возвращаемый блок, корабль возвращение на Землю, очевидно, должны оснащаться жидко- реактивно двигателем. Этот двигатель имеет большую силу тяги, но требует огромных запасов горючего и окислителя. Если снабдить корабль аэродинамическим крылом (тормозным щитом), можно будет отказаться от части горючего, нужного для торможения при подлете к Марсу и спуска на его поверхность. Треугольное крыло должно иметь размеры 25 на 27 метров. Наиболее надежны и энергетически выгодны двигатели малой тяги. Истечение ксенона , нагретого до 800 градусов Цельсия, создает постоянную силу тяги, постепенно разгоняя корабль. Источником энергии служат два атомных реактора по 7,5 МВТ каждый на концах 200-метровой сигары корабля.

Сегодня конструкторы разрабатывают проекты первого межпланетного корабля, а его экипаж, возможно, еще учится в школе. Но время первой межпланетной экспедиции все ближе и ближе.

• ЭРД- электрический ракетный двигатель;
• ЯЭУ – ядерная энергоустановка;
• СЭУ – солнечная энергоустановка.

Полеты на Марс-это будущее всего человечества. Еще Циолковский предложил 16 пунктов-этапов освоения космоса. Одним из пунктов этого перспективного плана является полет человека на Марс, как промежуточный  этап заселения  Вселенной. Из перспективного плана  Циолковского  на данный момент выполнено ровно половина. Теперь очередь за следующими пунктами.

Население нашей планеты все увеличивается, несмотря на всевозможные катастрофы и войны. Развитие промышленности приводит к глобальным экологическим катастрофам, мы должны думать о будущем человечества .Если нет возможности  восстановить  первозданность природы, то надо искать  возможный вариант спасения человечества  как формы жизни. Поэтому данная тема актуальна в настоящее время: изучая прошлое  Марса, мы узнаем свое будущее или один из его вариантов.

Осуществить полет на Марс не одно государство не сможет, просто не хватит средств и ресурсов. Требуется объединить усилия по разработке проекта. Вероятность полета на Марс, в ближайшее время не велика, но возможна при условии объединении всех усилий стран космического содружества.  

Таким образом: если люди ступят на поверхность Марса, с этого момента начнется эра освоения этой планеты и далее всей Вселенной.

Список используемой литературы.

1.Уманский С.П. Космонавтика сегодня и завтра: кн. Для учащихся

 -М.: Просвещение, 1986.-175 с., ил.

2.Бронштэн В. Год великого противостояния   Наука и жизнь №7- 1988.

3. Нестеренко А. Полет на Марс: от фантастических романов- к инженерному проекту  Наука и жизнь №6- 1994.

4. Левитан Е. О Фобосе до «Фобоса»  Наука и жизнь №3- 1988.

5. Балебанов  В., Захаров А., Линкин В. Проект «Фобус».  Наука и жизнь №10- 1986.

6. Воронцов- Вельяминов Б.А. Очерки. О вселенной. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы.М.,1976.

7.Горшков Л.Полет на Марс.Квант№6-1990.

8.Нариманов Е.56 миллионов километров  до Красной планеты.Квант№11-1990.

9.Сагдеев Р.Стартуем к Марсу. Наука и жизнь №5-1988.

.