Дорогу осилит идущий: как на Земле готовятся покорять Марс, создавая новые ракеты и симулируя работу астронавтов на Красной планете

Уже в первые годы после начала космической эры человечество задумалось о перспективах освоения Марса. Успешные полеты американских астронавтов к Луне и шесть высадок на поверхности спутника в 1969–1972 гг. рассматривались некоторыми как промежуточный шаг на пути к Марсу, но затем пилотируемая космонавтика вернулась исключительно к орбитальным полетам, которые, впрочем, стали намного более продолжительными с появлением космических станций, рассчитанных на долговременное пребывание экипажа. Однако Марс продолжает будоражить умы не только писателей и создателей фантастических фильмов, но также ученых и космических инженеров.

Хотя многие технологии за последние десятилетия шагнули вперед, отправка человека к Марсу остается куда более сложной и дорогостоящей задачей, чем запуск марсианских орбитальных зондов или оснащенных множеством научных инструментов роверов, способных исследовать поверхность других планет. Фактически, перед инженерами стоит задача создать сверхтяжелую ракету-носитель, космический корабль, рассчитанный на полет к Марсу (желательно и на обратный полет тоже), а также спроектировать будущую марсианскую базу. «Вокруг света» рассказывает о некоторых свежих достижениях в этих сферах подготовки высадки на Марс.

На чем лететь к Марсу

Существующие ракеты-носители позволяют запускать к Марсу различные исследовательские аппараты, но отправка нескольких астронавтов требует создания куда более мощных ракет, сопоставимых, например, с американской лунной ракетой «Сатурн-5», использовавшейся для запусков по программе «Аполлон», или превосходящих ее по грузоподъемности.

Единственной такой ракетой-носителем, которая уже совершила первый полет, стала американская SLS (Space Launch System), разработанная в NASA с опорой на технологии упомянутой ракеты «Сатурн-5» и многоразовых кораблей Space Shuttle, эксплуатация которых завершилась в 2011 году. SLS создается в рамках новой американской лунной программы «Артемида» (Artemis), предусматривающей высадку людей на Луне и освоение естественного спутника Земли. Частью амбициозной программы NASA также является создание окололунной орбитальной станции Gateway. Именно она в отдаленной перспективе может стать промежуточной точкой на пути от Земли к Марсу.

Пока что ракета SLS была запущена один раз: в ноябре 2022 года на ней к Луне был отправлен пилотируемый корабль «Орион». В рамках миссии «Артемида-1» корабль без экипажа на борту совершил облет Луны и благополучно вернулся на Землю. Следующий запуск SLS (миссия «Артемида-2») пройдет по схожей программе, но уже с экипажем на борту — имена четверых участников этого полета в NASA огласили в апреле 2023 года.

Ожидается, что эта миссия состоится в конце 2024 года, а высадка людей на поверхность Луны впервые с 1972 года произойдет не ранее 2025 года. Скорее всего, этот срок сдвинется, поскольку «Орион» не предназначен для посадки на Луне — для этого в NASA намерены использовать отдельный посадочный модуль. В этом качестве должна выступить лунная версия Starship — космического корабля, который разрабатывает для полетов к Марсу компания SpaceX Илона Маска — одного из главных апологетов идеи колонизации Красной планеты.

Starship — второй после SLS и «Ориона» проект ракеты-носителя и корабля, способных обеспечить доставку людей на Марс, а с точки зрения нацеленности на такой полет, он, безусловно, первый. Разработка многоразового корабля Starship ведется уже несколько лет, а вместе с ним в SpaceX создают и гигантский ускоритель Super Heavy — в сборе со второй ступенью, роль которой играет сам Starship, 120-метровая ракета является самой большой из когда-либо созданных.

О перспективах Starship судить пока сложно. Полностью многоразовая система, способная брать на борт большой экипаж и значительный объем грузов, действительно может сделать регулярные полеты к Марсу реальностью, но пока что она находится на стадии испытаний — первый орбитальный запуск Starship состоялся 20 апреля 2023 года и в целом стал неудачным: ракета смогла взлететь, но из-за отказа части двигателей Super Heavy (всего их на первой ступени установлено 33) потеряла ориентацию и начала падать еще до отделения Starship, после чего была взорвана по команде с Земли. Подобные случаи можно назвать нормой для космической отрасли, но этот эпизод говорит о том, что проект Starship пока далек от воплощения — Марс пока не стал ближе ни на шаг.

Незадолго до испытания Starship в SpaceX показали свежую анимацию с демонстрацией основных этапов полета перспективного корабля к Марсу. Схема предусматривает дозаправку на орбите. Ролик демонстрирует далеко не первую миссию — в видео корабль опускается на подготовленную площадку, а перед астронавтами, стоящими у выходного люка, открывается вид на целый марсианский город. Ранее Илон Маск говорил о планах строительства тысячи кораблей Starship, которые смогли бы доставить на Марс около миллиона переселенцев

Как подготовиться к жизни на Марсе

Долететь до Марса — лишь половина дела. Участникам первых экспедиций предстоит провести в замкнутом пространстве не только месяцы полета, но и более двух лет непосредственно на Марсе. Подготовиться к такому испытанию и учесть как можно больше нюансов помогают наземные эксперименты по имитации условий космического полета и жизни на другой планете. Подобные эксперименты ставились неоднократно в разных форматах, а очередной из них, получивший название CHAPEA (Crew Health and Performance Exploration Analog), стартует в Космическом центре NASA имени Линдона Джонсона в Хьюстоне (штат Техас) в июне 2023 года.

По условиям эксперимента, четверым участникам предстоит провести год в небольшом модуле Mars Dune Alpha, имитирующем марсианскую базу. Для его создания применялись технологии 3D-печати, на которые космические инженеры возлагают большие надежды — в качестве основного материала для «печати» стен марсианских зданий предполагается использовать местный грунт.

Общая площадь модуля Mars Dune Alpha составляет около 160 м². Внутреннее пространство включает четыре жилые комнаты, два санузла с душем и туалетом, тренажерный зал, медицинскую лабораторию и зону отдыха с настольными играми и игровым приставками. Внутри модуля также оборудована ферма для выращивания овощей в условиях, приближенных к тем, с которыми столкнутся высадившиеся на Марсе астронавты

В этой постройке добровольцы будут не только жить, располагая ограниченными запасами еды и других ресурсов, но и работать. Специально для «выходов наружу» возле модуля была создана площадка площадью 112 м², похожая на марсианскую поверхность. Здесь облаченным в скафандры участникам эксперимента предстоит проводить исследования, включая сбор образцов пород и техническое обслуживание внешних элементов жилого модуля. В частности, речь идет об очистке солнечных панелей от «марсианской» пыли, снижающей эффективность их работы.

Максимальное воспроизведение марсианских условий также предусматривает 22-минутную задержку во время сеансов связи между модулем и командой проекта в NASA и использование беговых дорожек с подвесами, которые позволят имитировать сниженную по сравнению с земной гравитацию Марса. Инженерам за пределами модуля предстоит изучать мусор, выбрасываемый участниками эксперимента на предмет повторного использования, а врачам и психологам — физическое и эмоциональное состояние добровольцев, чтобы определить, какие изменения происходят с телом и разумом человека в подобных условиях.

Отбор участников эксперимента CHAPEA стартовал в 2021 году, а его критерии в целом соответствовали критериям для отбора в астронавты NASA: подать заявку могли физически здоровые люди с учеными степенями в области естественных наук, инженерии и математики. Имена четверых основных и двух запасных участников первого из трех запланированных годичных циклов эксперимента были названы в середине мая. Ими стали исследователь-биомедик Келли Хэстон, инженер Росс Броквелл, врачи Нэйтан Джонс и Алисса Шеннон (основной экипаж), а также инженер Тревор Кларк и микробиолог Анка Челариу (запасные участники). Двое последних получат возможность попасть в модуль Mars Dune Alpha, если кто-то из основного состава участников эксперимента вынужден будет прервать участие в нем.

«Неважно, насколько сложным, масштабным и дорогостоящим является подобный эксперимент, провести его все равно проще на Земле, чем в реальных условиях, — рассказал The Guardian Скотт Смита руководителя Лаборатории биохимии питания в Космическом центре имени Линдона Джонсона. — Когда мы хотим, увидеть, как человек теряет костную и мышечную массу, то укладываем его в постель. Когда мы хотим зафиксировать дефицит витамина D у людей, не имеющих доступа к солнечному свету, то отправляем их в Антарктику (во время полярной ночи. — Прим. Vokrugsveta.ru). Когда же мы изучаем окислительный стресс, то опускаем человека на дно океана. Наконец, когда мы хотим увидеть, как замкнутое пространство влияет на уровень стресса, то строим такие вот камеры».

Первая фаза эксперимента CHAPEA должна завершиться летом 2024 года. Не исключено, что к тому времени компании Илона Маска удастся еще раз или два испытать Starship. Успех этих испытаний приблизит настоящий полет человека к Марсу, а данные эксперимента NASA и подобных ему позволят обеспечить первым людям на Марсе относительно комфортные условия. Но колонизация Красной планеты по-прежнему останется делом отдаленного будущего.