В то время как камера российско-европейского космического аппарата «ЭкзоМарс» отправила на Землю первый снимок Красной планеты, США работают над отправкой на Марс полноценной пилотируемой экспедиции. Зачем это нужно американцам, во сколько обойдется такой проект и планируется ли участие в нем России – вопросы, требующие ответа.

Задача пилотируемого облета Марса была поставлена президентом Бараком Обамой еще в 2010 году. Тогда он начертал перед НАСА следующий план действий: к 2025 году совершить пилотируемый полет к близрасположенному к Земле астероиду, в середине 2030-х годов – к Марсу, после чего последует уже посадочная миссия. Пока можно говорить о том, что НАСА в целом укладывается в намеченные сроки. При этом агентство планирует не просто облет Красной планеты, а посещение ее естественного спутника Фобоса.

К настоящему времени агентство определило шесть основных элементов, требуемых для осуществления полета на Марс, включая посадку. Это тяжелый носитель SLS, корабль «Орион», жилой модуль «Трансхэб» (для полета по трассе Земля – Марс – Земля), посадочный модуль, взлетная ступень и солнечно-электрическая двигательная установка (SEP). Согласно одной из предварительных оценок, на поверхность Красной планеты нужно будет доставить от 15 до 20 тонн грузов и оборудования для обеспечения первой высадки людей на его поверхность. Впрочем, представители НАСА озвучивали цифру в 30 и более тонн с учетом того, что вес одной лишь проектируемой взлетной ступени составит 18 тонн, а вес посадочного модуля – не менее 20 тонн. Для отправки данных элементов в космос потребуется не меньше 6 пусков тяжелого/сверхтяжелого носителя SLS грузоподъемностью от 70 до 130 тонн. В целях экономии времени и средств на разработку и производство этого «тяжеловоза» НАСА использовало технологии и технику, оставшиеся от шаттлов, включая двигатели, топливный бак и твердотопливные ускорители «челноков».

Собираться в связку элементы марсианского комплекса будут не на околоземной орбите, а в точке Лагранжа L-2. Она расположена в полутора миллионах километров от Земли, за обратной стороной Луны, в 61 500. Точка эта считается идеальным местом для строительства космических комплексов, ибо в ней уравновешиваются силы притяжения Земли и Солнца, что обеспечивает «строительную площадку», практически не подверженную внешнему гравитационному воздействию. НАСА называет L-2 не иначе как «испытательный полигон», подчеркивая тем самым, что там будет проводиться не только сборка, но и испытание марсианской техники.

В американских и международных СМИ неоднократно, в том числе со ссылкой на некие источники в НАСА, упоминалось о возможности возвращения американцев на Луну в рамках подготовки марсианской экспедиции. Однако сейчас вопрос об этом не стоит. Как заявил газете ВЗГЛЯД один из ведущих американских специалистов в области космической политики Джон Логсдон, создание лунного посадочного модуля не входит в планы НАСА. Не исключена, впрочем, возможность, что решение об осуществлении полета на Луну примет Европейское космическое агентство (ЕКА). И в том случае, если ЕКА построит посадочный модуль, США могут поучаствовать в европейском лунном проекте, возможно, предоставив SLS для доставки данного модуля на естественный спутник Земли. 

Три шага на пути к Марсу

Первый свой шаг НАСА назвало «опирающимся на Землю». Он включает в себя отработку необходимых операций и накопление требуемого опыта на околоземной орбите с использованием МКС. Кроме того, в рамках этого шага агентство разрабатывает способы и методы использования подручных марсианских ресурсов (ISRU) для получения топлива и прочих необходимых материалов. Занятие весьма полезное, если учесть, что для 18-тонной взлетной ступени потребуется 33 тонны топлива, и НАСА намерено извлечь его из имеющихся на Красной планете углекислого газа и воды.   

Второй шаг получил название «испытательного полигона», который, как уже было отмечено, расположен в точке L-2. С помощью автоматического аппарата планируется осуществить захват близрасположенного астероида, который переведут в данную точку, где его обследует экипаж космического корабля «Орион».

Третий шаг был назван «независимым от Земли». Речь уже идет о непосредственном изучении и освоении Красной планеты. Он включает в себя жизнь на Марсе, интенсивное использование марсианских ресурсов, а также регулярную передачу на Землю полученной научной информации с помощью передовых систем связи.  

На роли «Ориона» стоит остановиться подробнее. Несмотря на то, что внешне он напоминает увеличенный вариант классического одноразового корабля типа «Аполлон» (иногда «Орион» в шутку называют «Аполлоном на стероидах»), новое «такси» для астронавтов НАСА будет многоразовым – планируется использовать один и тот же спускаемый аппарат корабля до десяти раз. При этом «Орион» будет отличаться повышенной «пассажировместимостью» и сможет принять на борт до 7 человек экипажа.  

Но главная особенность «Ориона» состоит не в этом. По словам Чарльза Прекотта, вице-президента компании Orbital ATK, разрабатывающей пятисегментные твердотопливные ускорители для SLS, корабль станет частью межпланетного марсианского комплекса. Его системы, включая систему обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) и защиты от радиации, будут интегрированы в данный комплекс, чтобы повысить его надежность.

Предполагаемый ресурс «Ориона» – не менее 1000 суток. Он рассчитан на вхождение в земную атмосферу с повышенными скоростями, какие бывают при возвращении с L-2 или с Марса. Кроме того, корабль станет дополнительным убежищем для экипажа на тот случай, если что-то пойдет не так. Прекотт привел пример с «Аполлоном-13», экипаж которого после взрыва кислородного бака в командном модуле при полете к Луне был спасен во многом благодаря СОЖ и двигательной установке лунного посадочного модуля. Данный модуль, хоть и не был предназначен для работы в ходе полета по трассе Земля – Луна – Земля, в критической ситуации успешно выполнил несвойственные ему функции. 

Первый испытательный полет «Ориона» состоялся в автоматическом режиме в декабре 2014 года, когда он был запущен с помощью ракеты-носителя «Дельта IV Тяжелая». Следующий запланирован на сентябрь 2018 года, «Орион» (пока еще без экипажа) отправится в полет по окололунной орбите уже с помощью носителя SLS, для которого это, кстати, будет первым стартом. А первый пилотируемый полет корабля – сразу к Луне – намечен на 2021–2023 годы.

Страхи и реальность

Летающие на низкой земной орбите экипажи защищены от космической радиации магнитным полем Земли. Астронавты, направляющиеся к Луне и в особенности к Марсу, лишаются этой защиты. Однако, согласно журналу Scientific American, ссылающемуся на данные марсохода Curiosity, опасность радиации дальнего космоса не столь велика, чтобы стать препятствием на пути к осуществлению марсианской экспедиции. Так, астронавты, которые потратят 180 дней на то, чтобы добраться до Марса, столько же, чтобы вернуться с него, а также проведут 500 дней на поверхности Красной планеты, получат суммарную дозу облучения в районе 1,01 зиверта. По нормам ЕКА астронавт в ходе всех своих полетов не должен получить более одного зиверта. Эта доза, по мнению врачей, повышает риск заболевания раком на 5%. У НАСА более строгие нормы: риск заболевания раком астронавта за весь период его профессиональной деятельности не должен превышать 3%. Однако, по мнению одного из членов научной команды Curiosity Дона Хасслера, 5% является «вполне допустимой цифрой». 

Выступая на конференции «Люди к Марсу» (Н2М), состоявшейся в мае этого года в Вашингтоне, Скотт Хаббард, в прошлом ответственный за марсианские проекты НАСА, а в настоящее время профессор Стэнфордского университета, процитировал главного врача НАСА Ричарда Вильямса, заявившего, что «в настоящее время не существует таких опасностей для здоровья экипажа, которые помешали бы осуществить пилотируемую экспедицию на Марс». Вильямс признает, что некоторый риск для здоровья астронавтов все-таки есть, но НАСА готово его принять, особенно с учетом того, что агентство постоянно разрабатывает новые способы его уменьшения. Например, в настоящее время НАСА проводит эксперименты с материалом, изготовленным из гидрогенизированных нитридборных нанотрубок (BNNT), который демонстрирует весьма многообещающие противорадиационные свойства.

Впрочем, по мнению Энди Вейера, автора книги «Марсианин», на основе которой был сделан одноименный фильм, его герой непременно заболел бы раком в ходе своего пребывания на поверхности Красной планеты. Кто ближе к истине – ученые или писатель-фантаст, покажет время. 

Когда, за сколько и с кем

В настоящее время НАСА придерживается следующего графика пилотируемого исследования и освоения Марса. С 2021 по 2025 год планируется как минимум пять пилотируемых миссий в окололунное пространство, включая «поимку» и исследование астероида. В 2033 году астронавты должны достичь Фобоса, а в 2039 году впервые ступить на поверхность Марса. В 2043 году на Марс высадится вторая экспедиция. 

Для обеспечения пилотируемого «штурма» Красной планеты с 2018 по 2046 год придется запустить как минимум 41 носитель типа SLS. Не исключено, что к этому придется добавить и пуски уже эксплуатируемых носителей типа «Дельта-4» и «Атлас-5» (если последний получит американские двигатели вместо российских и все еще будет находиться в эксплуатации). Задействованы они будут в основном для запуска к Марсу и на Марс автоматических аппаратов, на которые будет возложена функция «добытчиков» научной информации в помощь пилотируемым экспедициям.

Разумеется, количество носителей и их типы могут варьироваться в зависимости от изменений, вносимых в конфигурацию марсианских пилотируемых миссий. Есть вариант, при котором потребуется всего 32 носителя типа SLS (не считая пяти для упомянутых окололунных экспедиций): десять для обеспечения пилотируемой миссии к Фобосу, двенадцать для первой высадки астронавтов на Марс и еще десять для второй.

Вопрос вопросов: а сколько все это будет стоить и «потянут» ли США такие расходы в одиночку? По мнению группы экспертов, состоящей из сотрудников НАСА, а также представителей промышленности и академических кругов США, за отправку астронавтов на Марс придется заплатить лишь небольшую часть той суммы, которая была потрачена на разработку и производство истребителя шестого поколения F-35 (по оценке Государственного счетного управления США, в конечном счете программа F-35 может обойтись в триллион долларов) и не превысит 100 миллиардов долларов. Это столько же, сколько США к настоящему времени потратили на программу МКС. К 2024-му полет станции будет завершен, и НАСА перестанет расходовать на ее эксплуатацию почти 4 миллиарда долларов ежегодно. Таким образом, за десять лет, отделяющих окончание кружения станции вокруг Земли и начало миссии к Фобосу, сумма сэкономленных средств составит около 40 миллиардов долларов и для реализации своих марсианских замыслов Соединенным Штатам придется дополнительно изыскать только 60 миллиардов. 

Говоря о стоимости марсианской миссии, эксперты подчеркивают, что ее можно будет уменьшить еще больше, если подключить к проекту международных участников. Очевидный вопрос: входит ли в их число Россия, являющаяся в настоящее время одним из крупнейших партнеров США в космической сфере и обладающая серьезным космическим потенциалом (особенно в сфере пилотируемых полетов)? Но если у Соединенных Штатов и есть подобные планы в отношении России, пока они держатся в секрете.

В конце мая этого года в газете Space News были изложены взгляды главы НАСА Чарльза Болдена на будущее международного сотрудничества в космосе. Он говорил о важности взаимодействия за пределами атмосферы с Европой, Японией и Китаем. Касаемо КНР Болден упомянул, что собирается посетить ее в конце лета, подчеркнув, что рано или поздно США и Китай обязательно начнут тесно сотрудничать в области космоса. В списке потенциальных космических партнеров даже такие страны, как Израиль, Иордания и Объединенные Арабские Эмираты. Но о России Болден не сказал ни слова. Может быть, для этого просто не было повода, но возможно и другое объяснение: резко обострившиеся отношения между Москвой и Вашингтоном, а также отсутствие у России технологий и техники для дальнего космоса (ради получения доступа к ним США могли бы отставить общеполитические разногласия в сторону) не способствуют интересу Америки к продолжению партнерства с нашей страной после окончания полета МКС.   

Остается добавить, что, помимо государственной марсианской программы США, существует еще и частная, которую намерена реализовать SpaceX. Глава этой компании Илон Маск объявил о планах осуществить посадку корабля «Дракон» на поверхность Красной планеты в 2018 году, а уже в 2026 году отправить туда людей. 

Выступая на конференции «Люди к Марсу» и говоря о том, почему Америка стремится к Красной планете, Чарльз Прекотт сказал: «Скачки в космосе случаются лишь тогда, когда за ними стоят стратегические интересы страны. Мы идем к Марсу потому, что хотим показать всему миру нашу способность сделать то, что никто никогда раньше не делал, продемонстрировать свое космическое лидерство и гарантировать наш доступ к мировому космическому рынку, ежегодный доход которого достигает 330 миллиардов долларов». Как видно, объяснение достаточно простое. И невольно возникает вопрос: неужели у России нет подобных стратегических интересов, реализовать которые можно с помощью проекта стоимостью в две сочинские Олимпиады?

Юрий Караш,
член-корреспондент Российской академии космонавтики