Misja na Marsa zapewni USA przywództwo w kosmosie
Podczas gdy kamera rosyjsko-europejskiego statku kosmicznego ExoMars wysłała na Ziemię pierwsze zdjęcie Czerwonej Planety, Stany Zjednoczone pracują nad wysłaniem pełnoprawnej ekspedycji załogowej na Marsa. Dlaczego Amerykanie tego potrzebują, ile taki projekt będzie kosztował i czy Rosja planuje w nim uczestniczyć, to pytania, na które trzeba odpowiedzieć.Misja załogowego przelotu na Marsa została wyznaczona przez prezydenta Baracka Obamę w 2010 roku. Następnie przedstawił następujący plan działania dla NASA: do 2025 r. wykonać załogowy lot na asteroidę blisko Ziemi, w połowie lat 2030. XX wieku na Marsa, po czym nastąpi misja lądowania. Jak dotąd możemy powiedzieć, że NASA jako całość działa zgodnie z harmonogramem. Jednocześnie agencja planuje nie tylko przelot w pobliżu Czerwonej Planety, ale wizytę na jej naturalnym satelicie Fobos.
Do tej pory agencja zidentyfikowała sześć kluczowych elementów wymaganych do misji na Marsa, w tym lądowanie. Są to ciężki lotniskowiec SLS, statek kosmiczny Orion, moduł mieszkalny Transheb (do latania na trasie Ziemia-Mars-Ziemia), moduł lądowania, stopień startowy i system napędu słonecznego (SEP). Według wstępnych szacunków na powierzchnię Czerwonej Planety trzeba będzie dostarczyć od 15 do 20 ton ładunku i sprzętu, aby zapewnić pierwsze lądowanie ludzi na jej powierzchni. Jednak przedstawiciele NASA wyrazili liczbę 30 ton lub więcej, biorąc pod uwagę fakt, że waga samego planowanego etapu startu wyniesie 18 ton, a waga modułu lądowania wyniesie co najmniej 20 ton. Do wysłania tych elementów w kosmos wymagane będzie co najmniej 6 startów ciężkiego/superciężkiego transportera SLS o nośności od 70 do 130 ton. W celu zaoszczędzenia czasu i pieniędzy na rozwój i produkcję tego „ciężkiego transportowca”, NASA wykorzystała technologie i sprzęt pozostały z promów, w tym silniki, zbiornik paliwa i dopalacze na paliwo stałe.
Elementy kompleksu marsjańskiego zostaną złożone w wiązkę nie na orbicie okołoziemskiej, ale w punkcie Lagrange'a L-2. Znajduje się półtora miliona kilometrów od Ziemi, za ciemną stroną Księżyca, na wysokości 61 500. Ten punkt jest uważany za idealne miejsce do budowy kompleksów kosmicznych, ponieważ siły przyciągania Ziemi i Słońca są zrównoważony w nim, co zapewnia „plac budowy”, który praktycznie nie podlega zewnętrznemu wpływowi grawitacyjnemu. NASA nazywa L-2 jedynie „miejscem testowym”, podkreślając tym samym, że będzie tam przeprowadzany nie tylko montaż, ale także testowanie marsjańskiego sprzętu.
Media amerykańskie i międzynarodowe wielokrotnie, w tym w odniesieniu do niektórych źródeł w NASA, wspominały o możliwości powrotu Amerykanów na Księżyc w ramach przygotowań do ekspedycji marsjańskiej. Jednak to nie jest teraz pytanie. Jak powiedział gazecie VZGLYAD jeden z czołowych amerykańskich ekspertów w dziedzinie polityki kosmicznej, John Logsdon, stworzenie lądownika księżycowego nie jest częścią planów NASA. Nie jest jednak wykluczone, że Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) podejmie decyzję o locie na Księżyc. A jeśli ESA zbuduje moduł lądowania, Stany Zjednoczone będą mogły uczestniczyć w europejskim projekcie księżycowym, prawdopodobnie dostarczając SLS do dostarczenia tego modułu do naturalnego satelity Ziemi.
Trzy kroki do Marsa
Najpotężniejsze pojazdy nośne w Historie astronautyka
NASA nazwała swój pierwszy krok „wsparciem na Ziemi”. Obejmuje opracowanie niezbędnych operacji i zgromadzenie wymaganego doświadczenia na orbicie okołoziemskiej za pomocą ISS. Ponadto w ramach tego ruchu agencja opracowuje sposoby i środki wykorzystania improwizowanych zasobów marsjańskich (ISRU) do pozyskiwania paliwa i innych niezbędnych materiałów. Ćwiczenie jest bardzo przydatne, biorąc pod uwagę, że 18-tonowy etap startowy będzie wymagał 33 ton paliwa, a NASA zamierza wydobyć je z dwutlenku węgla i wody dostępnych na Czerwonej Planecie.
Drugi etap nazwano „miejscem testowym”, które, jak już wspomniano, znajduje się w punkcie L-2. Za pomocą automatycznego urządzenia planowane jest przechwycenie pobliskiej asteroidy, która zostanie przeniesiona do tego miejsca, gdzie zostanie zbadana przez załogę statku kosmicznego Orion.
Trzeci krok został nazwany „niezależnym od ziemi”. Mówimy już o bezpośrednim badaniu i rozwoju Czerwonej Planety. Obejmuje życie na Marsie, intensywne wykorzystanie zasobów marsjańskich, a także regularne przesyłanie na Ziemię otrzymanych informacji naukowych za pomocą zaawansowanych systemów komunikacyjnych.
Warto przyjrzeć się bliżej roli „Oriona”. Pomimo tego, że wygląda jak większa wersja klasycznego jednorazowego statku kosmicznego Apollo (czasami Orion jest żartobliwie nazywany Apollo na sterydach), nowa taksówka dla astronautów NASA będzie wielokrotnego użytku - planuje się używać tego samego statku do lądowania do dziesięć razy. Jednocześnie Orion będzie miał zwiększoną „pojemność pasażerów” i będzie mógł zabrać na pokład do 7 członków załogi.
Ale główną cechą „Oriona” nie jest to. Według Charlesa Precotta, wiceprezesa Orbital ATK, która opracowuje pięciosegmentowe dopalacze na paliwo stałe dla SLS, statek stanie się częścią międzyplanetarnego kompleksu marsjańskiego. Jego systemy, w tym system podtrzymywania życia (SOZH) i ochrona przed promieniowaniem, zostaną zintegrowane z tym kompleksem, aby zwiększyć jego niezawodność.
Statystyki sukcesu startów kosmicznych w różnych krajach
Szacowany zasób Oriona to co najmniej 1000 dni. Jest przeznaczony do wchodzenia w ziemską atmosferę z większymi prędkościami, na przykład podczas powrotu z L-2 lub z Marsa. Ponadto statek stanie się dodatkowym schronieniem dla załogi na wypadek, gdyby coś poszło nie tak. Precott przytoczył przykład Apollo 13, którego załoga po wybuchu butli z tlenem w module dowodzenia podczas lotu na Księżyc uratowała się w dużej mierze dzięki chłodziwu i układowi napędowemu lądownika księżycowego. Moduł ten, mimo że nie został zaprojektowany do pracy podczas lotu na trasie Ziemia-Księżyc-Ziemia, w krytycznej sytuacji z powodzeniem wykonywał nietypowe dla niego funkcje.
Pierwszy lot testowy Oriona odbył się w trybie automatycznym w grudniu 2014 roku, kiedy został wystrzelony za pomocą rakiety Delta IV Heavy. Kolejny planowany jest na wrzesień 2018 roku, Orion (jeszcze bez załogi) już z pomocą przewoźnika SLS wyruszy w lot na orbitę księżycową, dla którego, nawiasem mówiąc, będzie to pierwszy start. A pierwszy załogowy lot statku – bezpośrednio na Księżyc – zaplanowano na lata 2021-2023.
Lęki i rzeczywistość
Załogi lecące na niskiej orbicie okołoziemskiej są chronione przed promieniowaniem kosmicznym przez ziemskie pole magnetyczne. Astronauci zmierzający na Księżyc, a zwłaszcza na Marsa, są pozbawieni tej ochrony. Jednak według magazynu Scientific American, powołującego się na dane z łazika Curiosity, niebezpieczeństwo promieniowania głębokiego kosmosu nie jest tak duże, by stać się przeszkodą w realizacji ekspedycji marsjańskiej. Tak więc astronauci, którzy spędzą 180 dni, aby dostać się na Marsa, tyle samo na powrót z niego, a także spędzą 500 dni na powierzchni Czerwonej Planety, otrzymają całkowitą dawkę promieniowania w okolicy 1,01 Sv. Zgodnie ze standardami ESA astronauta podczas wszystkich swoich lotów nie powinien otrzymać więcej niż jednego siwerta. Ta dawka, według lekarzy, zwiększa ryzyko raka o 5%. NASA ma bardziej rygorystyczne normy: ryzyko zachorowania na raka astronauty przez cały okres jego aktywności zawodowej nie powinno przekraczać 3%. Jednak według jednego z członków zespołu naukowego Curiosity, Dona Hasslera, 5% to „całkowicie akceptowalna liczba”.
Przemawiając na konferencji Humans to Mars (H2M), która odbyła się w maju w Waszyngtonie, Scott Hubbard, poprzednio odpowiedzialny za projekty marsjańskie NASA i obecny profesor na Uniwersytecie Stanforda, zacytował dyrektora medycznego NASA Richarda Williamsa, mówiąc, że „obecnie nie ma zagrożenie dla zdrowia załogi, które uniemożliwiłoby załogową wyprawę na Marsa. Williams przyznaje, że nadal istnieje pewne ryzyko dla zdrowia astronautów, ale NASA jest gotowa to zaakceptować, zwłaszcza że agencja stale opracowuje nowe sposoby na jego zmniejszenie. Na przykład NASA prowadzi obecnie eksperymenty z materiałem wykonanym z uwodornionych nanorurek azotku boru (BNNT), który wykazuje bardzo obiecujące właściwości antyradiacyjne.
Jednak według Andy'ego Weiera, autora książki „Marsjanin”, na podstawie której powstał film o tym samym tytule, jego bohater z pewnością zachorowałby na raka podczas pobytu na powierzchni Czerwonej Planety. Kto jest bliższy prawdy - naukowcy czy pisarz science fiction, czas pokaże.
Kiedy, za ile i z kim
NASA ma obecnie następujący harmonogram załogowej eksploracji i eksploracji Marsa. W latach 2021-2025 zaplanowano co najmniej pięć misji załogowych w przestrzeń okołoksiężycową, w tym „przechwytywanie” i badanie asteroidy. W 2033 astronauci powinni dotrzeć do Fobosa, a w 2039 po raz pierwszy postawią stopę na powierzchni Marsa. W 2043 r. na Marsa wyląduje druga ekspedycja.
Aby zapewnić załogową „burzę” Czerwonej Planety w latach 2018-2046, trzeba będzie zwodować co najmniej 41 lotniskowców typu SLS. Niewykluczone, że trzeba będzie do tego dodać starty już eksploatowanych lotniskowców typu Delta-4 i Atlas-5 (jeśli ten ostatni otrzyma silniki amerykańskie zamiast rosyjskich i będzie nadal eksploatowany). Posłużą one głównie do wystrzeliwania na Marsa i na Marsa automatycznych pojazdów, którym zostanie powierzona funkcja „górników” informacji naukowej pomagających ekspedycjom załogowym.
Oczywiście liczba lotniskowców i ich typy mogą się różnić w zależności od zmian wprowadzonych w konfiguracji marsjańskich misji załogowych. Istnieje opcja, która wymaga tylko 32 lotniskowców SLS (nie licząc pięciu dla wspomnianych ekspedycji okołoksiężycowych): dziesięciu do załogowej misji na Fobosa, dwunastu do pierwszego lądowania astronautów na Marsie i dziesięciu do drugiego.
Pytanie pytań: ile to wszystko będzie kosztować i czy Stany Zjednoczone same „pociągną” takie wydatki? Według panelu ekspertów z NASA, a także przedstawicieli przemysłu i środowisk akademickich USA wysłanie astronautów na Marsa kosztowałoby jedynie ułamek tego, co wydano na rozwój i produkcję myśliwca szóstej generacji F-35. , program F-35 może ostatecznie kosztować bilion dolarów) i nie przekroczyć 100 miliardów dolarów. To tyle samo, ile do tej pory Stany Zjednoczone wydały na program ISS. Do 2024 roku lot stacji zostanie zakończony, a NASA przestanie wydawać na swoją działalność prawie 4 miliardy dolarów rocznie. Tym samym w ciągu dziesięciu lat dzielących koniec orbity stacji wokół Ziemi i początek misji na Fobosa, kwota zaoszczędzonych środków wyniesie około 40 miliardów dolarów, a Stany Zjednoczone będą musiały znaleźć dodatkowe 60 miliardów na realizację swoich marsjańskich planów.
Mówiąc o koszcie misji marsjańskiej, eksperci podkreślają, że można go jeszcze bardziej obniżyć, jeśli w projekt zaangażowani są uczestnicy międzynarodowi. Oczywiste pytanie brzmi: czy dotyczy to Rosji, która jest obecnie jednym z największych partnerów Stanów Zjednoczonych w przemyśle kosmicznym i ma znaczący potencjał kosmiczny (zwłaszcza w zakresie lotów załogowych)? Ale jeśli Stany Zjednoczone mają takie plany wobec Rosji, na razie trzymane są w tajemnicy.
Pod koniec maja br. Space News opublikował poglądy szefa NASA Charlesa Boldena na temat przyszłości współpracy międzynarodowej w kosmosie. Mówił o znaczeniu interakcji poza atmosferą z Europą, Japonią i Chinami. Odnośnie Chin Bolden wspomniał, że odwiedzi je pod koniec lata, podkreślając, że prędzej czy później USA i Chiny na pewno zaczną ściśle współpracować w dziedzinie kosmosu. Lista potencjalnych partnerów kosmicznych obejmuje nawet takie kraje jak Izrael, Jordania czy Zjednoczone Emiraty Arabskie. Ale Bolden nie powiedział ani słowa o Rosji. Może po prostu nie było ku temu powodu, ale możliwe jest inne wytłumaczenie: gwałtowne pogorszenie stosunków między Moskwą a Waszyngtonem, a także brak rosyjskich technologii i sprzętu do dalekiego kosmosu (aby uzyskać do nich dostęp, Stany Zjednoczone mogłyby ogólne różnice polityczne na bok) nie przyczyniają się do zainteresowania Ameryki kontynuowaniem partnerstwa z naszym krajem po zakończeniu lotu ISS.
Należy dodać, że oprócz amerykańskiego stanowego programu Mars istnieje również prywatny, który SpaceX zamierza wdrożyć. Szef tej firmy, Elon Musk, ogłosił plany wylądowania statku kosmicznego Dragon na powierzchni Czerwonej Planety w 2018 roku i wysłania tam ludzi już w 2026 roku.
Przemawiając na konferencji „People to Mars” i mówiąc o tym, dlaczego Ameryka dąży do Czerwonej Planety, Charles Precott powiedział: „Skoki w kosmos zdarzają się tylko wtedy, gdy stoją za nimi strategiczne interesy kraju. Jedziemy na Marsa, ponieważ chcemy pokazać światu naszą zdolność do robienia tego, czego nikt wcześniej nie robił, zademonstrować nasze przywództwo w kosmosie i zagwarantować nam dostęp do globalnego rynku kosmicznego, który jest wart 330 miliardów dolarów rocznie”. Jak widać, wyjaśnienie jest dość proste. I mimowolnie pojawia się pytanie: czy Rosja naprawdę nie ma tak strategicznych interesów, które można zrealizować przy pomocy projektu wartego dwóch olimpiad w Soczi?
informacja