Последнее время большое внимание уделяется возможности пилотируемого полета на Марс. Речь идет уже не только о прожектах и мечтах, но и серьезных технических изысканиях на эту тему. Тем не менее, остаются не решенными несколько проблем, которые могут помешать или, по крайней мере, серьёзно отложить экспедицию. Одной из важнейших и сложно решаемых считаю поражение космонавтов радиацией в результате длительного пребывания в межпланетном пространстве. За время обычного полета на корабль может воздействовать как жесткие космические лучи, так и излучение Солнца. А так как предсказать солнечную активность и защитить экипаж в случае неожиданной вспышки и выброса в сторону корабля достаточно сложно, это видится одним из важнейших препятствий к подобной экспедиции. Это подтвердил космонавт Авдеев Сергей Васильевич, которому я задавал этот вопрос.
Цель исследования: предложить схему пилотируемого полета на Марс со сниженным временем пребывания экипажа в межпланетном пространстве.
Задачи:
- Ознакомиться с осуществленными и планируемыми схемами пилотируемых полетов на Луну и Марс
- Ознакомиться со схемами межпланетных полетов автоматических станций.
- Рассмотреть схему с присоединяемой (обратной) ступенью.
Гипотеза: время пребывания экипажа в межпланетном пространстве может быть снижено с помощью использования присоединяемой (обратной) ступени.
Практическая значимость
Для защиты экипажа в межпланетном путешествии придется строить массивные корабли и «тащить» толстую, мощную броню, которую невозможно использовать по прибытии, что крайне нерационально. Можно до минимума сократить время путешествия, т. е. сделать так, чтобы ракета набрала максимально возможную скорость. Но и такой вариант сложен, т. к. требует большого расхода топлива и сложности ракеты. Между тем уже не одна автоматическая экспедиция использует в качестве «бесплатного» ускорителя другие небесные тела: планеты и спутники. Это так называемые гравитационные маневры. Проблема в том, что гравитационный маневр очень продолжительная штука, поэтому использовать их для пилотируемой экспедиции невозможно по все той же причине: радиация. Для разгона используется также эффект Оберта, который заключается в том, что ускоряющие импульсы ракета делает в гравитационным поле небесного тела, и резко повышает эффективность разгона. Но этот эффект работает на небольшом участке траектории, поэтому на разгон опять же потребуется много времени.
На лицо противоречие: корабль должен находиться в пути долго, чтобы накопить энергию от нескольких маневров, например, вокруг Земли, Луны, Венеры, но при этом и не долго, чтобы космонавты не подверглись риску облучения.
Предлагаемые сейчас схемы предполагают длительный полет в межпланетном пространстве. Т. е. пилотируемые варианты не будут сильно отличаться от беспилотных. Разве что старт может проводиться не непосредственно с Земли, а с поверхности или орбиты Луны.
Ниже представлен короткий список межпланетных станций и время пути до красной планеты (Таблица 1)
Таблица 1
|
Год |
Станция |
Время в пути |
|
1964 |
«Маринер-4» |
228 дней |
|
1969 |
«Маринер-6» |
155 дней |
|
1969 |
«Маринер-6» |
128 дней |
|
1971 |
«Маринер-9» |
168 дней |
|
1975 |
«Викинг-1» |
304 дней |
|
1975 |
«Викинг-2» |
333 дня |
|
1996 |
Марс ГлобалСервейор |
308 дней |
|
1997 |
Марс Патфайндер |
212 дней |
|
2005 |
МРС |
210 дней |
Как видите, существующие схемы полетов не слишком подходят для пилотируемых экспедиций. За полгода-год на Солнце может произойти вспышка, которая повредит экипажу. Нужно «тащить с собой» большое кол-во еды и других ресурсов. В настоящей работе мы хотим предложить свой вариант выхода из сложившегося тупика.
По расчетам в одном из источников в классическом варианте траектории кораблю требуется скорость 11,567 км/с и тогда для перелета потребуется 259 суток. Со скоростью 12 км/с корабль долетит до Марса за 144 дня, а если он наберет 16,7 км/с, то за 70 суток. Сравните, траектории первого и последнего вариантов.
Для решения мы предлагаем сделать корабль, который полетит к Марсу, составным, как бы многоступенчатым наоборот. Т. е. в начале, за несколько месяцев (или лет) до начала пилотируемой экспедиции стартуют нежилые блоки, которые начинают своё путешествие с использованием гравитационных манёвров и эффекта Оберта.
Для примера приведу схему, которую использовал индийский аппарат «Мангальян». Он 6 раз ускорялся в гравитационном поле Земли, прежде чем отправился в Марсу.
А ведь можно использовать для таких маневров не только Землю, но и Луну и даже Венеру. К сожалению, мы не обладаем достаточными ресурсами, чтобы представить такую траекторию, но уверены, что рассчитать её возможно.
Заключение
Итак, набрав скорость и пролетая в очередной раз мимо Земли, автоматические модули стыкуются с обитаемым кораблем. Легким кораблем, который стартует с Земли, орбиты Земли или даже Луны. Кораблем, который легко разогнать до необходимой скорости, но не годящийся для длительного путешествия. По сути это просто ракетный лифт. Таким образом, проблема решена: большая тяжелая ракета разогнана с разумным расходом топлива, а люди не участвовали в этом процессе и не подвергались воздействию вредных факторов.
К сожалению, мы не можем рассчитать траектории и даже определить какие небесные тела лучше использовать для разгона автоматической части миссии. Но если работа будет принята уважаемым жюри благосклонно, то мы можем в следующей работе рассчитать, например, некоторые характеристики легкого пилотируемого модуля.
Литература:
- http://forum.topwar.ru/topic/8422-вперед-на-марс-часть-4миссия-к-красной-планете-как-её-видим-мы/
- https://nauchforum.ru/studconf/tech/xvii/4567
- http://forum.topwar.ru/topic/8422-вперед-на-марс-часть-4миссия-к-красной-планете-как-её-видим-мы/
- https://equity.today/polet-na-mars.html
