1976
0,5
2013-12-04
Прямо к Марсу. Встреча с президентом Mars Society в Москве
«Сегодня в Москве, в Мемориальном музее космонавтики российские кандидаты в проект MarsOne встречались с его основателем Басом Лансдорпом. Удаленно во встрече принимал участие советник проекта Роберт Зубрин, основатель Марсианского общества. Он кратко рассказал о своем проекте Mars Direct — доступном при существующих технологиях и бюджетном методе пилотируемого полета на Марс. И отослал всех желающих подробностей к сделанной мной стенограмме встречи в Сколково 21-го октября. После волшебного пинка magisterludi выкладываю стенограмму той встречи на Хабре».
"В американской истории важную роль сыграли пилигримы, которые прибыли в Массачусетс, в их честь мы ежегодно празднуем День Благодарения. В книге губернатора Массачусетс Вильяма Брадфорта, он написал книгу о пилигримах, что некогда их что-то не устраивало в окружающем мире, и они решили переехать в безлюдные места. Многие на этот призыв откликнулись, многие испугались и сопротивлялись этой идее. И мы можем заключать, что великие и достойные почитания действия всегда сопровождаются огромными сложностями. Эта книга описывает процесс того, как убеждения позволили создать анклав цивилизации в Америке."
Роберт Зубрин (Mars Direct) и Сергей Жуков (космонавт, руководитель космического кластера Сколково)
21 октября 2013 в Москве, на заседании Клуба друзей космического кластера Фонда Сколково, состоялась встреча с Робертом Зубриным.
Робер Зубрин — американский аэрокосмический инженер и автор книг. Лидер проекта Mars Direct и президент Mars Society
Обладатель ряда патентов в области аэронавтики и астронавтики.
В 2010 году Зубрин вместе с Карлом Саганом, Брайаном Коксом и Пенелопой Бостон были показаны в научном видео «The Case for Mars» в рамках проекта Symphony of Science.
Регалии: B.A. in Mathematics (1974), a M.S. in Nuclear Engineering (1984), a M.S. in Aeronautics and Astronautics (1986), and a Ph.D. in Nuclear Engineering (1992)
Зубрин: Добрый вечер и спасибо за приглашение. Мой доклад называется MarsDirect – Прямо к Марсу, пилотируемый полет на Красную Планету через 10 лет.
Те из вас, кто в прошлом интересовался возможностями полетов к Марсу, слышали о громадных космических кораблях с грандиозными огромными двигателями, которые будут построены для этой цели на орбите. Такие технологии и работы такого масштаба не осуществимы в ближайшее время. Но я не считаю, что такие работы сейчас необходимы и целесообразны. Мы с коллегами рассматривали разные варианты полетов в космос и разные осуществленные ранее программы, удачные и неудачные. И мы думали, почему же полет на Марс такой дорогостоящий. Конечно, многие разработчики хотят продать свои технологии, чтобы осуществить полеты на Марс. Но нам надо рассматривать и отбирать то, что действительно целесообразно.
Чтобы построить корабль, конечно необходима ракета-носитель, которая выведет все это в космос. Мы и мои коллеги постарались оценить, какие компоненты для этого необходимы и достаточны. Мы пришли к выводу, что для полета к Марсу нужно четыре двигателя, две ракеты-носителя, и резервуары с топливом и кислородом, такие же, как использовались в проекте Сатурн-5. Есть разные варианты расположения двигателей. Такая конструкция могла бы поднять примерно 140 тонн с поверхности Земли и доставить порядка 47 тонн груза на Марс — эти расчеты были проведены в соответствии с данной грузоподъемностью. До сих пор никто не доставлял такой груз в космос и не переправлял его на другую планету. Мы только запускали грузы в околоземное пространство. И если вы произведете такого рода расчет, то необходимо принять во внимание все этапы данного пути.
Но если масса корабля и масса груза, который нужно доставить на Марс, будет не десятки, а сотни тысяч тонн — сможем ли мы поднять такой груз с мыса Канаверал или с других космодромов? Наверное, возможно разделить груз на 8 частей, доставить их по отдельности на орбиту, собрать там и затем доставить груз на Марс. Такие проекты предлагались ранее, но сейчас уже забыты. Риск слишком велик — если хотя бы один из восьми запусков будет неудачен — то провалится вся миссия. Мы сейчас разрабатываем миссию всего с двумя запусками и думаем над тем, чтобы оба запуска были удачными. Не обязательно использовать именно такие ракеты, но класс должен быть соответствующей грузоподъемности.
Почему же разрабатываемые в других миссиях корабли так велики? Большинство кораблей рассчитываются с учетом топлива для доставки людей на Марс и обратно. Но здесь мы можем обратиться к опыту путешественников в прошлом. Всегда ли они брали с собой все для обеспечения себя и экспедиции, включая питание лошадей, на весь путь? Нет, путешественники старались быть на самообеспечении и добывать все необходимое на месте. Марс — планета, на которой есть необходимые ресурсы и которая может стать частью нашей технологической цепочки. Почему бы нам не путешествовать налегке, и чтобы облегчить грузоподъемность нашей миссии, мы за основу возьмем концепцию самообеспечения.
Сначала мы пошлем на Марс непилотируемую ракету и 40 тонн груза. Ракета прилетит на Марс, затормозит в атмосфере Марса, и мы с марсианской орбиты с помощью парашюта спустим капсулу на поверхность Марса, как уже делали это в 1996 году и как посадили Curiosity в прошлом году. Мы доставим груз, капсулу для обратного полета с Марса, 5 метров в диаметре, в которой две палубы, отсек для жизнеобеспечения экипажа на 4 человека. Эта капсула рассчитана на перелет с Марса на Землю за 6 месяцев, и в ней будут предусмотрены пустые отсеки для топлива.
Почему мы отправляем отсеки пустыми? Иначе вес нашего аппарата значительно бы увеличился. В этих отсеках будет 6 тонн водорода и отсек с небольшой ядерной установкой. После того как ракета приземлится на Марс, специальный робот сможет развернуть ядерную силовую установку. Когда силовая установка установится в кратере либо в углублении, мы сможем ее запустить и с ее помощью запустим химический завод, на котором произведем углерод из атмосферы и с помощью привезенного водорода получим метан. Это известная экзотермическая реакция Сабатье, не требующая дополнительной энергии, и проходит она с катализаторами, которые мы тоже можем подобрать. В результате этой реакции мы получим воду и метан. Из воды мы электролизом получим кислород, который станет топливом для обратного пути, а оставшийся водород мы будем собирать и хранить в специальном отсеке. Из углекислого газа в атмосфере Марса мы тоже получим кислород, разлагая его на кислород и монооксид углерода.
Так мы значительно сэкономим на грузе, в 18 раз. Нам не нужно будет везти топливо на Марс. Таким образом, привезя всего 6 тонн водорода, мы получим более ста тонн или 95% топлива, необходимого на обратный путь. Кроме этого, мы получим достаточно топлива, которое поможет нам проводить исследования на самом Марсе с помощью марсоходов. Мы произведем достаточно топлива, чтобы доставить корабль обратно на Землю и работать на Марсе. Химическое топливо обладает гораздо большим КПД, и на таком топливе гораздо лучше работают двигатели. Возможно представляется нелогичным транспортировать такие объемы топлива на Марс. Но если добывать его прямо на Марсе — то практический аспект проекта сразу возрастает. Нет смысла лететь на Марс, если не будет возможностей для исследования. А это производство дает нам отличный продукт для такой работы.
Многие специалисты в области космонавтики рассматривают этот проект как фантастику. Но это не магия, это очень простая технология. Она гораздо проще технологии вывода ракеты на орбиту. Я доказал эту технологию НАСА, мы доказали работоспособность этого принципа. Здесь модель, которую мы предлагаем как модель для получения топлива для двигателя, который будет отправлять капсулу назад на Землю. 8 месяцев на доставку капсулы на Марс, и 10 месяцев будет вырабатываться топливо. И уже задолго до нового полета мы будем знать, что на Марсе уже есть ракета и есть топливо, которые смогут доставить экипаж назад на Землю. И если мы будем знать, что это не удалось, то мы не будем запускать третью стадию. Через два года мы запустим две ракеты — пилотируемый аппарат и непилотируемый аппарат. И так как у нас уже есть обратная ракета, нам не нужно использовать громадный тяжелый аппарат. Мы сможем использовать «консервную баночку», 8 метров в диаметре и высотой 6 метров.
На верхней палубе живут космонавты, на первом 'этаже расположены грузы. Здесь есть спортзал, библиотека, лаборатория, спальни и в центре — убежище от солнечной радиации.
Два вида радиации могут нанести вред экипажу. Солнечные вспышки от Солнца и космические лучи. Солнечные вспышки идут постоянно, но крупные происходят один-два раза в год, и они происходят непредсказуемо. Вероятность, что вспышка случится за 6 месяцев пути, очень высока. Солнечная радиация — это протоны, и чтобы затормозить их, достаточно слоя воды толщиной 12 см. Мы можем оборудовать секцию в центре корабля, куда космонавты смогут спрятаться от солнечной вспышки на несколько часов, и экранировать убежище кораблем и его грузами. Природу космического излучения мы до конца не знаем. Сила его огромна, и энергия, которой заряжены частицы космического излучения, такова, что слоя в 12 см будет недостаточно, и сила излучения здесь может быть большой. Но однако мы, согласно проведенным исследованиям, можем оценить риск возникновения рака в результате такого излучения в рамках 1%, потому что по количественным параметрам доза такого излучения не так велика. Магнитное поле Земли слишком слабо, чтобы эффективно отклонять космические лучи высоких энергий, экипаж МКС получает в два раза меньшую дозу излучение только потому, что с одной стороны эти лучи блокирует сама планета. Мы замерили излучение, которое получили космонавты на станции, и они не получили дозы, ведущей к лучевой болезни. МКС работает постоянно и непрерывно, и мы смогли провести исследования, которые можем применить к нашей марсианской миссии, и предположить, что это не столь опасно.
Есть и другие риски, опасные для экипажа, например, нулевая гравитация. Выход в космос подразумевает некую физическую деятельность. Необходимо проверить физическую способность экипажа выполнить такой полет. Мы провели пробный полет с непилотируемым аппаратом, мы также создали симулятор, который способен симулировать гравитацию, который экипаж будет испытывать на Марсе, чтобы оценить, как измененные условия будут влиять на физические способности экипажа. Во время перелета разгонный блок и жилой модуль мы свяжем тросом 1500м для создания искусственной силы тяжести. При скорости вращения 1 оборот в минуту мы сможем обеспечить гравитацию, аналогичную марсианской. При скорости 2 оборота в минуту мы можем достичь земной гравитации. Необходимо будет предусмотреть и медицинские варианты решения этой проблемы. Пребывание экипажа все время при нулевой гравитации очень рискованно.
Мы рассматриваем варианты с использованием траектории, по которой корабль сможет достичь Марса за 6 месяцев. Почему мы выбрали такую траекторию? При этой траектории корабль сможет начать возвращение на Землю через 2 года после старта экипажа с Земли. При этом соблюдаются условия эффективности полета, так как раз в два года взаимное расположения Земли и Марса таково, что полет проходит за минимальное время.
Мы рассмотрели и факторы риска. Сначала мы запускаем беспилотный аппарат, который начинает вырабатывать топливо и вести исследования при помощи роботизированных аппаратов. Пилотируемый аппарат должен прибыть в ту же точку, что и беспилотный. Что делать, если второй аппарат опустится в точке за несколько сотен км от первого? У нас на первом беспилотном аппарате предусмотрен марсоход, который сможет доставить беспилотный аппарат к нашей ракете. Что делать, если наш корабль приземлится гораздо дальше, чем сотни км? У нас будет вариант с запасным двигателем, которым мы оснастим пилотируемый аппарат, и он сможет доставить экипаж к беспилотному аппарату. И даже если мы не сможем найти первый беспилотный аппарат, если не удастся найти второй беспилотный аппарат, и экипаж высадится на Марсе и будет вынужден приспосабливаться к жизни на Марсе, то ракета будет иметь все необходимое для жизни на Марсе в течение трех лет, за которые мы сможем запустить еще один беспилотный аппарат. Допустим, что и второй беспилотный аппарат приземлится далеко от ракеты, все равно у нас остаются запасные варианты с первым марсоходом. Итак, на пятый год на Марс приземлится второй экипаж, который привезет еще один беспилотный аппарат. Каждые два года на Марс будет запускаться один пилотируемый и один беспилотный аппарат, чтобы обеспечить постоянные исследования Марса.
Посмотрим, как выглядит база на Марсе. Здесь мы видим капсулу для обратной дороги к Марсу, здесь отсеки для топлива. Мы видим жилые отсеки для экипажа, солнечные батареи как источники резервного питания и дополнительные источники резервного питания для химического завода. Мы стараемся разработать проект таким образом, чтобы максимально использовать марсианские ресурсы. Продолжительность миссии на Марсе для экипажа будет составлять полтора года, этот период определяется взаимным расположения Земли и Марса, благоприятным для такого полета. Я выступаю за планирование полета таким образом, чтобы экипаж проводил на Марсе максимально возможное время для исследований. Нет смысла лететь полгода и через месяц возвращаться назад. За полтора года мы проведем много исследований, и добудем топливо на Марсе, и возможно ответим наконец на вопрос — есть ли жизнь на Марсе.
Мы знаем, что некогда на Марсе были реки и океаны. Есть многочисленные свидетельства, подтверждающие, что миллиарды лет на Марсе была вода, и этого времени достаточно, чтобы возникла жизнь. И если верна концепция появления жизни химическим путем, то мы сможем это проверить. Такие миссии позволят нам полететь на Марс, провести исследования, доказать или опровергнуть гипотезу о возникновении жизни химическим путем. Мы сможем провести эксперименты, доказывающие возможность возникновения жизни эволюционно от простых элементов к сложным соединениям. Если мы сможем установить на Марсе буровые вышки и достичь горизонта воды внутри Марса, то мы сможем создать подходящую среду обитания. И если мы посмотрим на историю возникновения жизни на Земле, то когда-то давно условия на Земле были похожи на те, которые были на Марсе. И возможно жизнь сохранилась в глубинах Марса, где есть вода, или мы сможем найти следы жизни в прошлом. Все живые существа используют одни и те же аминокислоты, и хотя и есть некоторые различия, есть общие аспекты жизнедеятельности, и возможно мы найдем подобное на Марсе и скажем, что это общие аспекты для всех организмов в космосе. Или мы найдем доказательства тому, что химическая эволюция не всегда приводит к возникновению жизни и что ДНК не может образоваться исключительно химическим путем, и тогда опыт Земли уникален. Но мы сможем ответить на вопросы, которые волную людей тысячи лет. Для этого нам надо попасть на Марс, пробурить грунт, достичь воды и провести эти исследования. И через полтора года исследований мы сможем отправиться назад на Землю.
Мы оставим парник и жилые отсеки на Марсе. Это целесообразно, так как мы сможем использовать это оборудование и дальше, чтобы не привозить его заново с Земли. Это карта Марса. Многие американцы возможно хотели бы совершить путешествие на Марс. Мы рядом поместили карту Техаса для обозначения масштаба и нарисовали круг диаметром 800 км. Не обязательно сравнивать с Техасом, это сопоставимо по размерам с Францией. Эти окружности находятся на расстоянии одного дня пути, который может преодолеть беспилотный летательный аппарат. Мы обозначаем, какая площадь Марса может быть исследована в процессе наших миссий. И мы ответим на вопрос — была ли и есть ли жизнь на Марсе — и может ли быть жизнь на Марсе.
Это планета, площадь суши которой соответствует площади континентов Земли. На ней есть все ресурсы. Если мы сможем добрать до Марса, то возможно мы сможем сделать Марс обитаемым — посадить леса и заселить их, как это делают птицы. Я верю, что это возможно. Жизнь имеет свойство трансформировать среду. Так на Земле возникла геосфера и биосфера. Жизнь проникает всюду, докуда может достать. Так жизнь появилась на Гавайях, на скалах далеко в океане. Туда птицы занесли семена, появились деревья, затем появились люди и города. Если люди выполнят роль птиц, которые занесут семена жизни — то, конечно, эта жизнь будет не такой, как на Земле, и это не произойдет в течение одного поколения.
Что для нас означает обитаемая среда? Я живу в Колорадо. Обитаемы ли леса Колорадо? Там можно потеряться, там можно не выжить. Но люди, специально подготовленные, смогут там выжить. Выживание зависит от интеллекта. Если мы научимся жить на Марсе, научимся выращивать там растения и животных, производить материалы — то мы сможем обустроить регион, который в дальнейшем оживит весь Марс. Здесь я хотел бы продемонстрировать, что мы сможем строить базы такого типа везде.
Нам необходимы следующие элементы для создания базы: ракеты-носители, модули среды обитания, энергоустановки, капсулы обратного полета — это основные элементы оборудования, необходимые для миссии. И эти технологии уже есть в распоряжении современных ученых, и мы можем это сделать в течение 10 лет, уже при этом поколении.
В американской истории важную роль сыграли пилигримы, которые прибыли в Массачусетс, в их честь мы ежегодно празднуем День Благодарения. В книге губернатора Массачусетс Вильяма Брадфорта, он написал книгу о пилигримах, что некогда их что-то не устраивало в окружающем мире, и они решили переехать в безлюдные места. Многие на этот призыв откликнулись, многие испугались и сопротивлялись этой идее. И мы можем заключать, что великие и достойные почитания действия всегда сопровождаются огромными сложностями. Эта книга описывает процесс того, как убеждения позволили создать анклав цивилизации в Америке.
Я уверен, что мы можем разработать безопасную миссию на Марс, используя небольшие аппараты, вырабатывающие кислород на самом Марсе. Эта схема миссии из существующих наиболее безопасна, хотя и не абсолютно, но всегда есть определенный риск. Нам необходимо помнить о том, что великие деяния никогда не совершались без риска и в отсутствии смелости.
Я думаю, что мы сможем сделать это вместе.
Вопрос. (про солнечную энергию и ядерный реактор)
Ответ. Прежде всего мы хотим использовать солнечную энергию для работы аппарата в ходе работы на Марсе. Как резервную мы собираемся использовать реактор и солнечную энергию. Нам необходимо около тысячи кВт. На Марсе бывают пыльные бури, поэтому необходима ядерная силовая установка — нам достаточен относительно небольшой объем энергии. Другие проекты рассчитаны на объемы в несколько мегаВатт. И если мы сможем добывать топливо, то сможем интегрировать и его в наши источники питания. У химических компонентов топлива есть ограничения в работе, у электричества есть ограничения. И если мы сможем добывать топливо на Марсе, то это гораздо реальнее по сравнению с вариантом, по которому мы доставляем весь объем топлива на Марс с Земли.
Вопрос. Интересная лекция, всем понятно, что сейчас технологии находятся на уровне, что полет на Марс возможен. Но основной вопрос — есть две основные ценности в американской и другой истории. Свобода и прибыль. Со свободой здесь понятно. Можно ли получить прибыль от полета на Марс — ведь именно прибыль основа капиталистической истории.
Ответ. Многие исторические достижения зависят от прибыли, но не все. Пилигримы прибыли в Массачусетс, чтобы построить свой мир. Прибыль является основой многих вещей, и если получится ее получать — будет прекрасно. Но не обязательно. В вашем вопросе —на самом деле два. Каков абсолютный экономический эффект от Марса. И принципиальный вопрос о возможности полета на Марс. В ходе лунной гонки между СССР и США была выработана программа Аполлон. Есть много причин поддержать полет на Марс. Множество студентов в области космонавтики хотят вести исследования в этом направлении. В ходе программы Аполлон мы получили всплеск интереса к этой области, и таким образом мы создаем будущее нашей цивилизации. Я приехал обсудить и этот вопрос. Отношения России и США ухудшились — это нехорошо и даже опасно. В ходе холодной войны было противостояние — но войны не случилось, потому что не было территориальных споров, да и стороны не хотели войны. В ситуации с Гитлером было иначе — он хотел войны. Мы вместе смогли прекратить войну тогда. Мы должны принять меры, чтобы предотвратить нарастание противоречий. И совместный полет на Марс — прекрасное поле для сотрудничества двух стран. И к этому стоит относиться серьезно. И существенные научные исследования могут быть проведены на Марсе, это форпост всей нашей науки.
Вопрос. Описанный вами план хорош. Мы в России много обсуждаем вопрос успешности миссии на Марсе, и думаем, можно ли уменьшить размер капсулы для экипажа. Может быть мы сможем использовать капсулу общей массой в 14 тонн, я думаю, что это возможно технически, и уменьшить размеры всех обозначенных вами элементов для полетов на Марс. Есть ли потенциал задействования частных средств для вашего проекта, привлечение частных космических проектов?
Ответ. Здесь тоже два вопроса — технический и политический. Вы правы, я занимался проектированием летательного аппарата для экипажа из двух человек, в этом случае нам понадобится три запуска на каждом этапе полета на Марс, я опубликовал об этом статью и есть книга, где я описываю такие технологические решения. Я считаю, что в России необходимо разрабатывать свои варианты КА, у вас есть технологические и интеллектуальные ресурсы для этого. Но я не считаю, что Илон Маск захочет разрабатывать такие летальные аппараты за такую стоимость. Нам необходима политическая воля, и нам понадобятся может быть не сотни, но десятки миллиардов долларов. Это не такая большая доля от бюджетных расходов на другие сектора экономики. И думаю что в конечном счете нам придется привлекать госсредства для реализации такого проекта.
Вопрос. В вашем тексте есть противоречия. С одной стороны вы говорите, что основная задача — это распространения жизни на Марсе, но с другой стороны — эти люди возвращаются обратно. Но пилигримы не собирались вернуться в Европу. И кто сейчас является реальным драйвером этого проекта — НАСА и другие госкомпании или Илон Маск и другие частные компании?
Ответ. Первый вопрос о противоречии между пилигримами и возвратом на Землю. Это этап исследований, и на каком-то этапе могут появиться люди, которые захотят остаться на Марсе, но сейчас несколько преждевременно говорить о невозвратных миссиях, они требуют соответствующего технического обеспечения. Основной драйвер — это убеждения людей, которые уверены, что человечество должно продвигаться в космических исследованиях. Илон Маск занимается этим не ради прибыли. Если бы он хотел заработать денег, то гораздо проще он смог бы это сделать в интернет-технологиях. Он просто верит, что это очень важный этап в человеческой истории — позволить выйти за пределы одной планеты. За этим стоит идея, которая вдохновила этого человека. Вдохновение значит — помещение идеи в сознание человека, и мотив именно такой. Развитие частных космических компаний может быть успешным, и я думаю, что таких SpaceX будет появляться все больше, и в России тоже, и они будут создавать все более дешевые решения. Но все же первоначальные миссии будут проходить с поддержкой правительства, как было в случае Колумба.
Я хочу подарить Дмитрию и в библиотеку Сколково свою книгу, чтобы вы все смогли подробнее ознакомиться с аспектами миссии на Марс.
Презентация (PDF) с сайта NASA
Источник: habrahabr.ru/post/204730/
"В американской истории важную роль сыграли пилигримы, которые прибыли в Массачусетс, в их честь мы ежегодно празднуем День Благодарения. В книге губернатора Массачусетс Вильяма Брадфорта, он написал книгу о пилигримах, что некогда их что-то не устраивало в окружающем мире, и они решили переехать в безлюдные места. Многие на этот призыв откликнулись, многие испугались и сопротивлялись этой идее. И мы можем заключать, что великие и достойные почитания действия всегда сопровождаются огромными сложностями. Эта книга описывает процесс того, как убеждения позволили создать анклав цивилизации в Америке."
Роберт Зубрин (Mars Direct) и Сергей Жуков (космонавт, руководитель космического кластера Сколково)
21 октября 2013 в Москве, на заседании Клуба друзей космического кластера Фонда Сколково, состоялась встреча с Робертом Зубриным.
Робер Зубрин — американский аэрокосмический инженер и автор книг. Лидер проекта Mars Direct и президент Mars Society
Обладатель ряда патентов в области аэронавтики и астронавтики.
В 2010 году Зубрин вместе с Карлом Саганом, Брайаном Коксом и Пенелопой Бостон были показаны в научном видео «The Case for Mars» в рамках проекта Symphony of Science.
Регалии: B.A. in Mathematics (1974), a M.S. in Nuclear Engineering (1984), a M.S. in Aeronautics and Astronautics (1986), and a Ph.D. in Nuclear Engineering (1992)
Зубрин: Добрый вечер и спасибо за приглашение. Мой доклад называется MarsDirect – Прямо к Марсу, пилотируемый полет на Красную Планету через 10 лет.
Те из вас, кто в прошлом интересовался возможностями полетов к Марсу, слышали о громадных космических кораблях с грандиозными огромными двигателями, которые будут построены для этой цели на орбите. Такие технологии и работы такого масштаба не осуществимы в ближайшее время. Но я не считаю, что такие работы сейчас необходимы и целесообразны. Мы с коллегами рассматривали разные варианты полетов в космос и разные осуществленные ранее программы, удачные и неудачные. И мы думали, почему же полет на Марс такой дорогостоящий. Конечно, многие разработчики хотят продать свои технологии, чтобы осуществить полеты на Марс. Но нам надо рассматривать и отбирать то, что действительно целесообразно.
Чтобы построить корабль, конечно необходима ракета-носитель, которая выведет все это в космос. Мы и мои коллеги постарались оценить, какие компоненты для этого необходимы и достаточны. Мы пришли к выводу, что для полета к Марсу нужно четыре двигателя, две ракеты-носителя, и резервуары с топливом и кислородом, такие же, как использовались в проекте Сатурн-5. Есть разные варианты расположения двигателей. Такая конструкция могла бы поднять примерно 140 тонн с поверхности Земли и доставить порядка 47 тонн груза на Марс — эти расчеты были проведены в соответствии с данной грузоподъемностью. До сих пор никто не доставлял такой груз в космос и не переправлял его на другую планету. Мы только запускали грузы в околоземное пространство. И если вы произведете такого рода расчет, то необходимо принять во внимание все этапы данного пути.
Но если масса корабля и масса груза, который нужно доставить на Марс, будет не десятки, а сотни тысяч тонн — сможем ли мы поднять такой груз с мыса Канаверал или с других космодромов? Наверное, возможно разделить груз на 8 частей, доставить их по отдельности на орбиту, собрать там и затем доставить груз на Марс. Такие проекты предлагались ранее, но сейчас уже забыты. Риск слишком велик — если хотя бы один из восьми запусков будет неудачен — то провалится вся миссия. Мы сейчас разрабатываем миссию всего с двумя запусками и думаем над тем, чтобы оба запуска были удачными. Не обязательно использовать именно такие ракеты, но класс должен быть соответствующей грузоподъемности.
Почему же разрабатываемые в других миссиях корабли так велики? Большинство кораблей рассчитываются с учетом топлива для доставки людей на Марс и обратно. Но здесь мы можем обратиться к опыту путешественников в прошлом. Всегда ли они брали с собой все для обеспечения себя и экспедиции, включая питание лошадей, на весь путь? Нет, путешественники старались быть на самообеспечении и добывать все необходимое на месте. Марс — планета, на которой есть необходимые ресурсы и которая может стать частью нашей технологической цепочки. Почему бы нам не путешествовать налегке, и чтобы облегчить грузоподъемность нашей миссии, мы за основу возьмем концепцию самообеспечения.
Сначала мы пошлем на Марс непилотируемую ракету и 40 тонн груза. Ракета прилетит на Марс, затормозит в атмосфере Марса, и мы с марсианской орбиты с помощью парашюта спустим капсулу на поверхность Марса, как уже делали это в 1996 году и как посадили Curiosity в прошлом году. Мы доставим груз, капсулу для обратного полета с Марса, 5 метров в диаметре, в которой две палубы, отсек для жизнеобеспечения экипажа на 4 человека. Эта капсула рассчитана на перелет с Марса на Землю за 6 месяцев, и в ней будут предусмотрены пустые отсеки для топлива.
Почему мы отправляем отсеки пустыми? Иначе вес нашего аппарата значительно бы увеличился. В этих отсеках будет 6 тонн водорода и отсек с небольшой ядерной установкой. После того как ракета приземлится на Марс, специальный робот сможет развернуть ядерную силовую установку. Когда силовая установка установится в кратере либо в углублении, мы сможем ее запустить и с ее помощью запустим химический завод, на котором произведем углерод из атмосферы и с помощью привезенного водорода получим метан. Это известная экзотермическая реакция Сабатье, не требующая дополнительной энергии, и проходит она с катализаторами, которые мы тоже можем подобрать. В результате этой реакции мы получим воду и метан. Из воды мы электролизом получим кислород, который станет топливом для обратного пути, а оставшийся водород мы будем собирать и хранить в специальном отсеке. Из углекислого газа в атмосфере Марса мы тоже получим кислород, разлагая его на кислород и монооксид углерода.
Так мы значительно сэкономим на грузе, в 18 раз. Нам не нужно будет везти топливо на Марс. Таким образом, привезя всего 6 тонн водорода, мы получим более ста тонн или 95% топлива, необходимого на обратный путь. Кроме этого, мы получим достаточно топлива, которое поможет нам проводить исследования на самом Марсе с помощью марсоходов. Мы произведем достаточно топлива, чтобы доставить корабль обратно на Землю и работать на Марсе. Химическое топливо обладает гораздо большим КПД, и на таком топливе гораздо лучше работают двигатели. Возможно представляется нелогичным транспортировать такие объемы топлива на Марс. Но если добывать его прямо на Марсе — то практический аспект проекта сразу возрастает. Нет смысла лететь на Марс, если не будет возможностей для исследования. А это производство дает нам отличный продукт для такой работы.
Многие специалисты в области космонавтики рассматривают этот проект как фантастику. Но это не магия, это очень простая технология. Она гораздо проще технологии вывода ракеты на орбиту. Я доказал эту технологию НАСА, мы доказали работоспособность этого принципа. Здесь модель, которую мы предлагаем как модель для получения топлива для двигателя, который будет отправлять капсулу назад на Землю. 8 месяцев на доставку капсулы на Марс, и 10 месяцев будет вырабатываться топливо. И уже задолго до нового полета мы будем знать, что на Марсе уже есть ракета и есть топливо, которые смогут доставить экипаж назад на Землю. И если мы будем знать, что это не удалось, то мы не будем запускать третью стадию. Через два года мы запустим две ракеты — пилотируемый аппарат и непилотируемый аппарат. И так как у нас уже есть обратная ракета, нам не нужно использовать громадный тяжелый аппарат. Мы сможем использовать «консервную баночку», 8 метров в диаметре и высотой 6 метров.
На верхней палубе живут космонавты, на первом 'этаже расположены грузы. Здесь есть спортзал, библиотека, лаборатория, спальни и в центре — убежище от солнечной радиации.
Два вида радиации могут нанести вред экипажу. Солнечные вспышки от Солнца и космические лучи. Солнечные вспышки идут постоянно, но крупные происходят один-два раза в год, и они происходят непредсказуемо. Вероятность, что вспышка случится за 6 месяцев пути, очень высока. Солнечная радиация — это протоны, и чтобы затормозить их, достаточно слоя воды толщиной 12 см. Мы можем оборудовать секцию в центре корабля, куда космонавты смогут спрятаться от солнечной вспышки на несколько часов, и экранировать убежище кораблем и его грузами. Природу космического излучения мы до конца не знаем. Сила его огромна, и энергия, которой заряжены частицы космического излучения, такова, что слоя в 12 см будет недостаточно, и сила излучения здесь может быть большой. Но однако мы, согласно проведенным исследованиям, можем оценить риск возникновения рака в результате такого излучения в рамках 1%, потому что по количественным параметрам доза такого излучения не так велика. Магнитное поле Земли слишком слабо, чтобы эффективно отклонять космические лучи высоких энергий, экипаж МКС получает в два раза меньшую дозу излучение только потому, что с одной стороны эти лучи блокирует сама планета. Мы замерили излучение, которое получили космонавты на станции, и они не получили дозы, ведущей к лучевой болезни. МКС работает постоянно и непрерывно, и мы смогли провести исследования, которые можем применить к нашей марсианской миссии, и предположить, что это не столь опасно.
Есть и другие риски, опасные для экипажа, например, нулевая гравитация. Выход в космос подразумевает некую физическую деятельность. Необходимо проверить физическую способность экипажа выполнить такой полет. Мы провели пробный полет с непилотируемым аппаратом, мы также создали симулятор, который способен симулировать гравитацию, который экипаж будет испытывать на Марсе, чтобы оценить, как измененные условия будут влиять на физические способности экипажа. Во время перелета разгонный блок и жилой модуль мы свяжем тросом 1500м для создания искусственной силы тяжести. При скорости вращения 1 оборот в минуту мы сможем обеспечить гравитацию, аналогичную марсианской. При скорости 2 оборота в минуту мы можем достичь земной гравитации. Необходимо будет предусмотреть и медицинские варианты решения этой проблемы. Пребывание экипажа все время при нулевой гравитации очень рискованно.
Мы рассматриваем варианты с использованием траектории, по которой корабль сможет достичь Марса за 6 месяцев. Почему мы выбрали такую траекторию? При этой траектории корабль сможет начать возвращение на Землю через 2 года после старта экипажа с Земли. При этом соблюдаются условия эффективности полета, так как раз в два года взаимное расположения Земли и Марса таково, что полет проходит за минимальное время.
Мы рассмотрели и факторы риска. Сначала мы запускаем беспилотный аппарат, который начинает вырабатывать топливо и вести исследования при помощи роботизированных аппаратов. Пилотируемый аппарат должен прибыть в ту же точку, что и беспилотный. Что делать, если второй аппарат опустится в точке за несколько сотен км от первого? У нас на первом беспилотном аппарате предусмотрен марсоход, который сможет доставить беспилотный аппарат к нашей ракете. Что делать, если наш корабль приземлится гораздо дальше, чем сотни км? У нас будет вариант с запасным двигателем, которым мы оснастим пилотируемый аппарат, и он сможет доставить экипаж к беспилотному аппарату. И даже если мы не сможем найти первый беспилотный аппарат, если не удастся найти второй беспилотный аппарат, и экипаж высадится на Марсе и будет вынужден приспосабливаться к жизни на Марсе, то ракета будет иметь все необходимое для жизни на Марсе в течение трех лет, за которые мы сможем запустить еще один беспилотный аппарат. Допустим, что и второй беспилотный аппарат приземлится далеко от ракеты, все равно у нас остаются запасные варианты с первым марсоходом. Итак, на пятый год на Марс приземлится второй экипаж, который привезет еще один беспилотный аппарат. Каждые два года на Марс будет запускаться один пилотируемый и один беспилотный аппарат, чтобы обеспечить постоянные исследования Марса.
Посмотрим, как выглядит база на Марсе. Здесь мы видим капсулу для обратной дороги к Марсу, здесь отсеки для топлива. Мы видим жилые отсеки для экипажа, солнечные батареи как источники резервного питания и дополнительные источники резервного питания для химического завода. Мы стараемся разработать проект таким образом, чтобы максимально использовать марсианские ресурсы. Продолжительность миссии на Марсе для экипажа будет составлять полтора года, этот период определяется взаимным расположения Земли и Марса, благоприятным для такого полета. Я выступаю за планирование полета таким образом, чтобы экипаж проводил на Марсе максимально возможное время для исследований. Нет смысла лететь полгода и через месяц возвращаться назад. За полтора года мы проведем много исследований, и добудем топливо на Марсе, и возможно ответим наконец на вопрос — есть ли жизнь на Марсе.
Мы знаем, что некогда на Марсе были реки и океаны. Есть многочисленные свидетельства, подтверждающие, что миллиарды лет на Марсе была вода, и этого времени достаточно, чтобы возникла жизнь. И если верна концепция появления жизни химическим путем, то мы сможем это проверить. Такие миссии позволят нам полететь на Марс, провести исследования, доказать или опровергнуть гипотезу о возникновении жизни химическим путем. Мы сможем провести эксперименты, доказывающие возможность возникновения жизни эволюционно от простых элементов к сложным соединениям. Если мы сможем установить на Марсе буровые вышки и достичь горизонта воды внутри Марса, то мы сможем создать подходящую среду обитания. И если мы посмотрим на историю возникновения жизни на Земле, то когда-то давно условия на Земле были похожи на те, которые были на Марсе. И возможно жизнь сохранилась в глубинах Марса, где есть вода, или мы сможем найти следы жизни в прошлом. Все живые существа используют одни и те же аминокислоты, и хотя и есть некоторые различия, есть общие аспекты жизнедеятельности, и возможно мы найдем подобное на Марсе и скажем, что это общие аспекты для всех организмов в космосе. Или мы найдем доказательства тому, что химическая эволюция не всегда приводит к возникновению жизни и что ДНК не может образоваться исключительно химическим путем, и тогда опыт Земли уникален. Но мы сможем ответить на вопросы, которые волную людей тысячи лет. Для этого нам надо попасть на Марс, пробурить грунт, достичь воды и провести эти исследования. И через полтора года исследований мы сможем отправиться назад на Землю.
Мы оставим парник и жилые отсеки на Марсе. Это целесообразно, так как мы сможем использовать это оборудование и дальше, чтобы не привозить его заново с Земли. Это карта Марса. Многие американцы возможно хотели бы совершить путешествие на Марс. Мы рядом поместили карту Техаса для обозначения масштаба и нарисовали круг диаметром 800 км. Не обязательно сравнивать с Техасом, это сопоставимо по размерам с Францией. Эти окружности находятся на расстоянии одного дня пути, который может преодолеть беспилотный летательный аппарат. Мы обозначаем, какая площадь Марса может быть исследована в процессе наших миссий. И мы ответим на вопрос — была ли и есть ли жизнь на Марсе — и может ли быть жизнь на Марсе.
Это планета, площадь суши которой соответствует площади континентов Земли. На ней есть все ресурсы. Если мы сможем добрать до Марса, то возможно мы сможем сделать Марс обитаемым — посадить леса и заселить их, как это делают птицы. Я верю, что это возможно. Жизнь имеет свойство трансформировать среду. Так на Земле возникла геосфера и биосфера. Жизнь проникает всюду, докуда может достать. Так жизнь появилась на Гавайях, на скалах далеко в океане. Туда птицы занесли семена, появились деревья, затем появились люди и города. Если люди выполнят роль птиц, которые занесут семена жизни — то, конечно, эта жизнь будет не такой, как на Земле, и это не произойдет в течение одного поколения.
Что для нас означает обитаемая среда? Я живу в Колорадо. Обитаемы ли леса Колорадо? Там можно потеряться, там можно не выжить. Но люди, специально подготовленные, смогут там выжить. Выживание зависит от интеллекта. Если мы научимся жить на Марсе, научимся выращивать там растения и животных, производить материалы — то мы сможем обустроить регион, который в дальнейшем оживит весь Марс. Здесь я хотел бы продемонстрировать, что мы сможем строить базы такого типа везде.
Нам необходимы следующие элементы для создания базы: ракеты-носители, модули среды обитания, энергоустановки, капсулы обратного полета — это основные элементы оборудования, необходимые для миссии. И эти технологии уже есть в распоряжении современных ученых, и мы можем это сделать в течение 10 лет, уже при этом поколении.
В американской истории важную роль сыграли пилигримы, которые прибыли в Массачусетс, в их честь мы ежегодно празднуем День Благодарения. В книге губернатора Массачусетс Вильяма Брадфорта, он написал книгу о пилигримах, что некогда их что-то не устраивало в окружающем мире, и они решили переехать в безлюдные места. Многие на этот призыв откликнулись, многие испугались и сопротивлялись этой идее. И мы можем заключать, что великие и достойные почитания действия всегда сопровождаются огромными сложностями. Эта книга описывает процесс того, как убеждения позволили создать анклав цивилизации в Америке.
Я уверен, что мы можем разработать безопасную миссию на Марс, используя небольшие аппараты, вырабатывающие кислород на самом Марсе. Эта схема миссии из существующих наиболее безопасна, хотя и не абсолютно, но всегда есть определенный риск. Нам необходимо помнить о том, что великие деяния никогда не совершались без риска и в отсутствии смелости.
Я думаю, что мы сможем сделать это вместе.
Вопрос. (про солнечную энергию и ядерный реактор)
Ответ. Прежде всего мы хотим использовать солнечную энергию для работы аппарата в ходе работы на Марсе. Как резервную мы собираемся использовать реактор и солнечную энергию. Нам необходимо около тысячи кВт. На Марсе бывают пыльные бури, поэтому необходима ядерная силовая установка — нам достаточен относительно небольшой объем энергии. Другие проекты рассчитаны на объемы в несколько мегаВатт. И если мы сможем добывать топливо, то сможем интегрировать и его в наши источники питания. У химических компонентов топлива есть ограничения в работе, у электричества есть ограничения. И если мы сможем добывать топливо на Марсе, то это гораздо реальнее по сравнению с вариантом, по которому мы доставляем весь объем топлива на Марс с Земли.
Вопрос. Интересная лекция, всем понятно, что сейчас технологии находятся на уровне, что полет на Марс возможен. Но основной вопрос — есть две основные ценности в американской и другой истории. Свобода и прибыль. Со свободой здесь понятно. Можно ли получить прибыль от полета на Марс — ведь именно прибыль основа капиталистической истории.
Ответ. Многие исторические достижения зависят от прибыли, но не все. Пилигримы прибыли в Массачусетс, чтобы построить свой мир. Прибыль является основой многих вещей, и если получится ее получать — будет прекрасно. Но не обязательно. В вашем вопросе —на самом деле два. Каков абсолютный экономический эффект от Марса. И принципиальный вопрос о возможности полета на Марс. В ходе лунной гонки между СССР и США была выработана программа Аполлон. Есть много причин поддержать полет на Марс. Множество студентов в области космонавтики хотят вести исследования в этом направлении. В ходе программы Аполлон мы получили всплеск интереса к этой области, и таким образом мы создаем будущее нашей цивилизации. Я приехал обсудить и этот вопрос. Отношения России и США ухудшились — это нехорошо и даже опасно. В ходе холодной войны было противостояние — но войны не случилось, потому что не было территориальных споров, да и стороны не хотели войны. В ситуации с Гитлером было иначе — он хотел войны. Мы вместе смогли прекратить войну тогда. Мы должны принять меры, чтобы предотвратить нарастание противоречий. И совместный полет на Марс — прекрасное поле для сотрудничества двух стран. И к этому стоит относиться серьезно. И существенные научные исследования могут быть проведены на Марсе, это форпост всей нашей науки.
Вопрос. Описанный вами план хорош. Мы в России много обсуждаем вопрос успешности миссии на Марсе, и думаем, можно ли уменьшить размер капсулы для экипажа. Может быть мы сможем использовать капсулу общей массой в 14 тонн, я думаю, что это возможно технически, и уменьшить размеры всех обозначенных вами элементов для полетов на Марс. Есть ли потенциал задействования частных средств для вашего проекта, привлечение частных космических проектов?
Ответ. Здесь тоже два вопроса — технический и политический. Вы правы, я занимался проектированием летательного аппарата для экипажа из двух человек, в этом случае нам понадобится три запуска на каждом этапе полета на Марс, я опубликовал об этом статью и есть книга, где я описываю такие технологические решения. Я считаю, что в России необходимо разрабатывать свои варианты КА, у вас есть технологические и интеллектуальные ресурсы для этого. Но я не считаю, что Илон Маск захочет разрабатывать такие летальные аппараты за такую стоимость. Нам необходима политическая воля, и нам понадобятся может быть не сотни, но десятки миллиардов долларов. Это не такая большая доля от бюджетных расходов на другие сектора экономики. И думаю что в конечном счете нам придется привлекать госсредства для реализации такого проекта.
Вопрос. В вашем тексте есть противоречия. С одной стороны вы говорите, что основная задача — это распространения жизни на Марсе, но с другой стороны — эти люди возвращаются обратно. Но пилигримы не собирались вернуться в Европу. И кто сейчас является реальным драйвером этого проекта — НАСА и другие госкомпании или Илон Маск и другие частные компании?
Ответ. Первый вопрос о противоречии между пилигримами и возвратом на Землю. Это этап исследований, и на каком-то этапе могут появиться люди, которые захотят остаться на Марсе, но сейчас несколько преждевременно говорить о невозвратных миссиях, они требуют соответствующего технического обеспечения. Основной драйвер — это убеждения людей, которые уверены, что человечество должно продвигаться в космических исследованиях. Илон Маск занимается этим не ради прибыли. Если бы он хотел заработать денег, то гораздо проще он смог бы это сделать в интернет-технологиях. Он просто верит, что это очень важный этап в человеческой истории — позволить выйти за пределы одной планеты. За этим стоит идея, которая вдохновила этого человека. Вдохновение значит — помещение идеи в сознание человека, и мотив именно такой. Развитие частных космических компаний может быть успешным, и я думаю, что таких SpaceX будет появляться все больше, и в России тоже, и они будут создавать все более дешевые решения. Но все же первоначальные миссии будут проходить с поддержкой правительства, как было в случае Колумба.
Я хочу подарить Дмитрию и в библиотеку Сколково свою книгу, чтобы вы все смогли подробнее ознакомиться с аспектами миссии на Марс.
Презентация (PDF) с сайта NASA
Источник: habrahabr.ru/post/204730/
