Введение
Предложение о пилотируемой миссии на Марс
Mars Direct is a proposal for a human mission to Mars which purports to be both cost effective and possible with current technology. It was originally detailed in a research paper by Martin Marietta engineers Robert Zubrin and David Baker in 1990, and later expanded upon in Zubrin's 1996 book The Case for Mars. It now serves as a staple of Zubrin's speaking engagements and general advocacy as head of the Mars Society, an organization devoted to the colonization of Mars.
Mars Direct – это предложение по отправке пилотируемой миссии на Марс, которое позиционируется как экономически эффективное и реализуемое с использованием существующих технологий. Впервые оно было подробно описано в исследовательской работе инженеров компании Martin Marietta Роберта Зубрина и Дэвида Бейкера в 1990 году, а затем расширено в книге Зубрина 1996 года «Обоснование полёта на Марс». В настоящее время это является ключевым элементом выступлений Зубрина и его общественной деятельности в качестве руководителя Общества Марса – организации, занимающейся колонизацией Марса.
Mars Direct is a proposal for a human mission to Mars which purports to be both cost effective and possible with current technology. It was originally detailed in a research paper by Martin Marietta engineers Robert Zubrin and David Baker in 1990, and later expanded upon in Zubrin's 1996 book The Case for Mars. It now serves as a staple of Zubrin's speaking engagements and general advocacy as head of the Mars Society, an organization devoted to the colonization of Mars.
Инициатива по исследованию космоса
20 июля 1989 года президент США Джордж Буш-старший объявил о планах, получивших название Инициатива по исследованию космоса (SEI). В своей речи у ступеней Национального музея авиации и космонавтики он описал долгосрочные планы, кульминацией которых должна была стать пилотируемая миссия на поверхность Марса. К декабрю 1990 года исследование, призванное оценить стоимость проекта, показало, что долгосрочные расходы составят приблизительно 450 миллиардов долларов, распределенных на период от 20 до 30 лет. "90-дневное исследование" (также "90-дневный отчёт", как его называли, например, Зубрин) вызвало негативную реакцию Конгресса на SEI, поскольку реализация инициативы потребовала бы крупнейших государственных расходов со времён Второй мировой войны. В течение года все запросы на финансирование SEI были отклонены. 1 апреля 1992 года Дэном Голдином был назначен администратором НАСА, что фактически означало отказ от планов по пилотируемым полётам за пределы околоземной орбиты в ближайшей перспективе и переход к стратегии "быстрее, лучше, дешевле" для роботизированных исследований.
Разработка
Работая в Martin Marietta над проектированием архитектур межпланетных миссий, Роберт Зубрин обнаружил фундаментальный недостаток в программе SEI. Зубрин пришел к пониманию, что если план НАСА заключался в максимально возможном использовании технологий для поддержки отправки миссии на Марс, это станет политически неприемлемым. Его собственными словами:
<blockquote>The exact opposite of the correct way to do engineering. After receiving approval from management at Marietta, a 12 man team within the company began to work out the details of the mission. While they focused primarily on more traditional mission architectures, Zubrin began to collaborate with colleague David Baker's extremely simple, stripped down and robust strategy. Their goal to "use local resources, travel light, and live off the land" became the hallmark of Mars Direct. and would ensure that only 7% of the return propellant would need to be carried to the surface of Mars. 96 tonnes of methane and oxygen would be needed to send the Earth Return Vehicle on a trajectory back home at the conclusion of the surface stay; the rest would be available for Mars rovers. The process of generating fuel is expected to require approximately ten months to complete.
> "Это совершенно противоположно правильному подходу к инженерии".
<blockquote>The exact opposite of the correct way to do engineering. After receiving approval from management at Marietta, a 12 man team within the company began to work out the details of the mission. While they focused primarily on more traditional mission architectures, Zubrin began to collaborate with colleague David Baker's extremely simple, stripped down and robust strategy. Their goal to "use local resources, travel light, and live off the land" became the hallmark of Mars Direct. and would ensure that only 7% of the return propellant would need to be carried to the surface of Mars. 96 tonnes of methane and oxygen would be needed to send the Earth Return Vehicle on a trajectory back home at the conclusion of the surface stay; the rest would be available for Mars rovers. The process of generating fuel is expected to require approximately ten months to complete.
После получения одобрения руководства Martin Marietta, команда из 12 человек внутри компании приступила к детальной проработке миссии. В то время как они в основном сосредоточились на более традиционных архитектурах миссий, Зубрин начал сотрудничать с коллегой Дэвидом Бейкером, разработавшим чрезвычайно простую, урезанную и надежную стратегию. Их цель – "использовать местные ресурсы, путешествовать налегке и жить за счет окружающей среды" – стала визитной карточкой Mars Direct и обеспечит, что только 7% топлива для возвращения потребуется доставить на поверхность Марса. Для отправки возвращаемого аппарата на траекторию к Земле после завершения пребывания на поверхности потребуется 96 тонн метана и кислорода; остальное будет доступно для марсоходов. Ожидается, что процесс производства топлива займет около десяти месяцев.
<blockquote>The exact opposite of the correct way to do engineering. After receiving approval from management at Marietta, a 12 man team within the company began to work out the details of the mission. While they focused primarily on more traditional mission architectures, Zubrin began to collaborate with colleague David Baker's extremely simple, stripped down and robust strategy. Their goal to "use local resources, travel light, and live off the land" became the hallmark of Mars Direct. and would ensure that only 7% of the return propellant would need to be carried to the surface of Mars. 96 tonnes of methane and oxygen would be needed to send the Earth Return Vehicle on a trajectory back home at the conclusion of the surface stay; the rest would be available for Mars rovers. The process of generating fuel is expected to require approximately ten months to complete.
Второй запуск
Примерно через 26 месяцев после первоначального запуска аппарата возвращения на Землю с Земли, будет запущен второй аппарат – Mars Habitat Unit – по 6-месячной траектории межпланетного перелета с низкой энергией к Марсу. Он доставит экипаж из четырех астронавтов (минимальное количество, необходимое для разделения команды на две группы без оставления кого-либо в одиночестве). Запуск "Mars Habitat Unit" состоится только после того, как автоматизированная фабрика на борту аппарата возвращения на Землю подаст сигнал об успешном производстве химических веществ, необходимых для работы на планете и обратного перелета к Земле. Во время перелета искусственная гравитация будет создаваться путем соединения "Mars Habitat Unit" с отработанной верхней ступенью ракеты-носителя и вращения их вокруг общей оси. Это вращение обеспечит комфортную рабочую среду с гравитацией 1g для астронавтов, избавив их от изнурительных последствий длительного пребывания в невесомости.
Воздушное судно для возвращения на Землю
Аппарат возвращения на Землю – двухступенчатый. Верхняя ступень включает в себя жилые помещения для экипажа во время их шестимесячного возвращения на Землю с Марса. Нижняя ступень содержит ракетные двигатели и небольшую установку для химического производства.
Марс Хабитат
Марсовая единица обитания – это двух- или трехпалубный аппарат, обеспечивающий комплексную среду для жизни и работы марсианского экипажа. Помимо индивидуальных спальных отсеков, предоставляющих определенную степень уединения каждому члену экипажа и место для личных вещей, Марсовая единица обитания включает в себя общую жилую зону, небольшую камбуз, помещение для физических упражнений и санитарно-гигиенические помещения с системой рециркуляции и очистки воды. Нижняя палуба Марсовой единицы обитания служит основным рабочим пространством для экипажа: небольшие лаборатории для проведения геологических и биологических исследований, хранилище для образцов, шлюзовые камеры для выхода на поверхность Марса и зона подготовки, где члены экипажа готовятся к работе на поверхности. Защита от вредного излучения в космосе и на поверхности Марса (например, от солнечных вспышек) обеспечивается специальным «укрытием от бури» в центральной части аппарата. Марсовая единица обитания также включает небольшой герметичный ровер, который хранится на нижней палубе и собирается на поверхности Марса. Он оснащен метановым двигателем и предназначен для увеличения дальности исследования поверхности Марса до 320 км. С момента первоначального предложения в рамках программы Mars Direct, Марсовая единица обитания была принята NASA в качестве части их Марсианской эталонной миссии (Mars Design Reference Mission), которая использует два таких аппарата – один из которых отправляется на Марс без экипажа, обеспечивая специализированную лабораторию на Марсе и возможность транспортировки более крупного марсохода. Второй аппарат Марсовой единицы обитания летит на Марс с экипажем, его внутреннее пространство полностью отведено под жилые и складские помещения. Для подтверждения жизнеспособности Марсовой единицы обитания, Марсианское общество реализовало программу исследовательской станции-аналога Марса (MARS), в рамках которой было создано несколько прототипов Марсовых единиц обитания по всему миру.
Прием
Бейкер представил концепцию Mars Direct в Маршаллском космическом центре в апреле 1990 года, где она была встречена с большим энтузиазмом. Инженеры ездили по стране с презентациями своего плана, что вызвало значительный интерес. Кульминацией их тура стала демонстрация в Национальном космическом обществе, где им устроили стоячую овацию. Существует ряд психологических и социологических факторов, которые могут повлиять на длительные экспедиционные космические миссии. Некоторые полагают, что первые пилотируемые миссии на Марс столкнутся со значительными психосоциальными проблемами, а также предоставят ценные данные для совершенствования конструкции миссии, планирования и отбора экипажа для будущих полетов.
Переработки
С момента первоначальной разработки концепции Mars Direct, она регулярно пересматривалась и дорабатывалась самим Зубрином, Обществом Марса, НАСА, Стэнфордским университетом и другими организациями.
Марс полупрямая
Зубрин и Уивер разработали модифицированную версию Mars Direct, названную Mars Semi Direct, в ответ на конкретную критику. Эта миссия состоит из трех космических аппаратов и включает в себя "Марсианский взлетный модуль" (MAV). ERV остается на орбите Марса для обратного путешествия, в то время как беспилотный MAV совершает посадку и производит топливо для взлета обратно на орбиту Марса. Архитектура Mars Semi Direct была использована в качестве основы для ряда исследований, включая NASA Design Reference Missions. При том же анализе стоимости, что и в 90-дневном отчете, прогнозировалось, что Mars Semi Direct обойдется в 55 миллиардов долларов в течение 10 лет, что позволяет уложиться в существующий бюджет NASA. Mars Semi Direct стал основой Design Reference Mission 1.0 NASA, заменив инициативу "Исследование космоса".
Референтная миссия по проектированию
Модель НАСА, именуемая Design Reference Mission, версия 5.0 от 1 сентября 2012 года, предусматривает значительное обновление оборудования (как минимум три запуска на миссию вместо двух) и отправляет ERV на Марс с полным запасом топлива, выводя его на орбиту вокруг планеты для последующего сближения с MAV.
Mars Direct и SpaceX
С потенциально близким появлением недорогих средств сверхтяжелого запуска, Зубрин предложил значительно более дешевую пилотируемую миссию на Марс, использующую оборудование, разработанное космической транспортной компанией SpaceX. В этом упрощенном плане экипаж из двух человек будет отправлен на Марс одним запуском Falcon Heavy, а космический корабль Dragon будет служить их межпланетным жилым модулем. Дополнительное жилое пространство для полета может быть обеспечено за счет использования надувных дополнительных модулей, при необходимости. Проблемы, связанные с длительной невесомостью, будут решаться аналогично базовому плану Mars Direct: посредством троса, соединяющего жилой модуль Dragon и ступень TMI (Trans Mars Injection), что позволит осуществлять вращение корабля. Теплозащитные свойства Dragon могут обеспечить безопасный спуск, если будут доступны посадочные ракеты достаточной мощности. Исследования, проведенные в Исследовательском центре Эймса NASA, показали, что роботизированный Dragon способен совершить полностью пропульсивную посадку на поверхность Марса. На поверхности экипаж будет располагать двумя космическими кораблями Dragon с надувными модулями в качестве жилых помещений, двумя ERV, двумя марсианскими взлетными аппаратами и 8 тоннами груза.
Другие исследования
Исследования Марсианского общества и Стэнфорда сохраняют первоначальный профиль миссии Mars Direct с использованием двух аппаратов, но увеличивают численность экипажа до шести человек. Mars Society Australia разработала собственную опорную миссию Mars Oz на четырех человек, основанную на Mars Semi Direct. В этом исследовании используются горизонтально приземляющиеся модули изогнутой биконической формы, и повсеместно применяется солнечная энергия и химические двигатели, в то время как Mars Direct и DRMs использовали ядерные реакторы для энергоснабжения на поверхности, а в случае DRMs – также для двигательной установки. Опорная миссия Mars Oz также отличается тем, что, основываясь на опыте космических станций, предполагает, что искусственная гравитация за счет вращения не потребуется.
Марсианские аналоговые исследовательские станции
Общество Марса доказывает жизнеспособность концепции "Марсианского жилого модуля" посредством своей программы "Исследовательских станций-аналогов Марса". Это вертикальные цилиндры с двумя или тремя палубами, диаметром около 8 м и высотой 8 м. Mars Society Australia планирует построить собственную станцию на основе проекта Mars Oz. Проект Mars Oz представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром 4,7 м и длиной 18 м с сужающимся носом. Второй аналогичный модуль будет использоваться в качестве гаража и модуля энергоснабжения и логистики. Проект Mars Direct был представлен в программе Discovery Channel "Mars: The Next Frontier", где обсуждались вопросы финансирования проекта NASA, а также в программе "Mars Underground", где план рассматривается более детально.
Альтернативы
Предложения "Марс навсегда" подразумевают, что первые поселенцы/исследователи не будут возвращены сразу или вообще. Предполагается, что стоимость отправки команды из четырех или шести человек может составить от одной пятой до одной десятой стоимости возвращения той же команды. В зависимости от выбранного подхода, вполне полноценная лаборатория может быть отправлена и посажена за меньшую стоимость, чем возврат даже 50 килограммов марсианских пород. Двадцать и более человек можно отправить по цене возвращения четырех.
В художественной литературе
Mars Direct – это схема миссии, используемая в романе Грегори Бенфорда «Марсианская гонка», романе Джеффри А. Лэндиса «Марсианский переход», романе Ларри Нивена «Радужный Марс», романе Роберта М. Блевинса «Тринадцатый день Рождества», а также в романе самого Зубрина «Первая высадка». Mars Direct послужил основой для фильма 2000 года «Миссия на Марс». В эпизоде «Фютурамы» «Удача Фрайришей» короткий фрагмент показывает первого человека на Марсе с космическим аппаратом, напоминающим марсианский жилой модуль. В эпизоде «Война Чингисхана» сериала «Западное крыло» сотрудник НАСА описывает Mars Direct скептически настроенному заместителю главы аппарата Белого дома Джошу Лайману и убеждает его в целесообразности этой схемы. Как Mars Direct, так и концепция Mars for Less играют важную роль в романе Брайана Энке «Тени Медузы» (2005).