Среднее расстояние между Землей и Марсом — 225 млн км, среднее время полета 7–10 месяцев. Почему среднее? Дело в том, что эти значения меняются в силу следующих причин: орбиты Марса и Земли наклонены по отношению друг к другу и обе планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсоидной орбите. Кратчайшее расстояние между Марсом и Землей наступает в тот момент, когда Марс окажется в перигелии — ближайшая точка к Солнцу, а Земля в афелии — в наиболее удаленной точке. В момент этого максимального сближения дистанция между ними составит 54,6 млн км. Когда планеты находятся по разные стороны от Солнца, расстояние между ними составляет примерно 401 млн км. Бывают моменты, когда наши небесные тела выстраиваются в одну линию, происходит это каждые 26 месяцев. Именно такие периоды считаются подходящими окнами для отправления на Красную Планету и для возвращения с нее. Поскольку обе планеты не стоят на месте, лететь к Марсу напрямую не получится. Ключ к успеху вовсе не самый короткий путь, а скорее правильно рассчитанная траектория, которая и определяет лучшее время для старта. На сегодняшний день в миссиях используется эллиптическая траектория: ракета с Земли как бы догоняет Марс. Помимо нее есть еще параболическая и гиперболическая траектории. При параболической траектории космический аппарат стартует с Земли с третьей космической скоростью — 16,65 км/с¸ а при гиперболической скорость должна быть даже больше. Конечно же, скорости можно увеличить с помощью продвинутых двигателей, например ядерных. По планам NASA, ракета с такой двигательной установкой, движущаяся по эллиптической траектории, сможет доставить человека на Марс всего за 45 дней. Но к двигателям мы вернемся чуть позже, а сейчас предлагаю рассмотреть один из нетривиальных вариантов. Бразильский космолог Марсело де Оливейра Суза из Университета Северного Рио-де-Жанейро предлагает использовать астероиды для ускорения. Ученый занимался каталогизацией околоземных астероидов. Среди множества каменных глыб, вращающихся в относительной близости от нашей планеты, его внимание привлек объект 2001 CA21. Все из-за того, что этот объект следует по необычной, редко встречающейся траектории — его путь пересекает орбиты и Земли, и Марса. Если говорить метафорически, такой астероид нашел своеобразный экспресс-коридор между двумя планетами. Проанализировав геометрию этого коридора во время противостояния Земли и Марса — явление, при котором планеты находятся на минимальном расстоянии друг от друга, а Земля расположена между ними и Солнцем, — Суза обнаружил неожиданное: традиционные представления о минимальном времени перелета ошибочны. Вместо долгого дугообразного маневра вокруг Солнца космический аппарат может буквально «оседлать» поток, по которому уже летят астероиды. При этом энергетически выгодный маршрут оказывается еще и невероятно быстрым. Результаты расчетов космолога выглядят нереально. По самому быстрому из найденных им пути корабль добирается от Земли до Марса всего за 34 дня. К сожалению, у этого фантастического сценария есть подвох. Чтобы выйти на такую траекторию, аппарат должен развить начальную скорость около 32,5 км/с (117 тысяч км/ч), что почти втрое выше текущего технологического потолка. И прибудет корабль к Марсу, разогнавшись до 108 тысяч км/ч, а это слишком высокая скорость для безопасной посадки, такие условия потребуют принципиально иных технологий — возможно, активного аэродинамического торможения или даже встречного ракетного импульса, что снова возвращает нас к проблеме топлива. Но Марсело не оставил это дело просто так. Продолжая свои расчеты, Суза пришел к выводу, что расположение планет в 2031 году создает особенно благоприятные условия для экспедиции к Марсу. По его оценке, если космический аппарат стартует с Земли 20 апреля и будет двигаться со скоростью 27 км/с, то уже 23 мая достигнет Марса — путь займет всего 33 дня. Обратный вылет возможен 22 июня, а возвращение на Землю — 20 сентября. Таким образом, вся миссия туда и обратно уложится всего лишь в 153 дня. Ученый также рассмотрел более экономичную по скорости схему для того же периода. В этом случае аппарату потребуется разгон лишь до 16,5 км/с, однако продолжительность путешествия увеличится до 226 дней, или по-другому 7,5 месяца. Даже такой вариант остается заметно быстрее современных межпланетных перелетов. Теперь вернемся к разговору о двигателях. Ракеты-носители сейчас летают в основном на жидкостных двигателях, однако они достигают своего предела. Для такой задумки понадобятся ядерные тепловые или ядерные электроракетные установки. Они давно существуют в проектах, но пока что ни разу не применялись в пилотируемых миссиях. Миссия NASA «Скайфол» (2028 год) как раз планирует испытать ядерный электроракетный двигатель на корабле Space Reactor-1 Freedom, отправляя к Марсу три мини-вертолета. Но все же этот агрегат еще стоит довести до ума. Какова вообще необходимость ускорять полеты? Все довольно просто, скорость = жизнь и здоровье экипажа. В открытом космосе нет магнитного поля и атмосферы Земли. Астронавты постоянно бомбардируются разными видами радиации. При 7-месячном полете туда и 7 обратно (плюс время на поверхности без защиты) астронавт получает дозу, сравнимую с риском развития рака в 10–20% выше пожизненной нормы. Микро-гравитация действует на организм быстрее, чем кажется: мышцы атрофируются, кости теряют кальций, жидкости приливают к голове. Не стоит забывать и про психологический комфорт космонавтов. Конечно же, присутствуют технические и экономические моменты: срок службы солнечных панелей, батарей и электроники ограничен, а сама трехлетняя миссия требует примерно 10–12 тонн расходников (еда, вода, кислород) на 4 человек. Пятимесячная миссия (туда+обратно) — 1.5–2 тонны. Разница в стоимости запуска — миллиарды долларов. Публицистический вопрос: насколько серьезно нужно воспринимать работу Сузы? Сам ученый не питает иллюзий на этот счет. В интервью он подчеркивает, что его расчеты — пока чистая небесная механика, без привязки к конкретному кораблю и его массе, полезной нагрузке, типу двигателя и, главное, системе посадки. Тем не менее главное открытие в этой идее — концептуальное. Оно доказывает: ограничения на время полета к Марсу в большей степени связаны не с физикой орбит, а с нашими технологическими возможностями. Как только появятся двигатели, способные разгонять корабль до 27 км/с (а работы в этой области идут — ионные двигатели, проекты солнечных парусов, ядерные установки), короткая дорога будет открыта, что даст огромный толчок к изучению нашей планеты-соседки. Автор: Софья Левина