Club Aurora

Твоят прозорец към космоса.

Как ще отидем на Марс – част ІІ
В предишната си статия описах някои от особеностите на бъдещите пилотирани мисии към Марс, но с това далеч не изчерпах темата. Ето още една... Как ще отидем на Марс – част ІІ

В предишната си статия описах някои от особеностите на бъдещите пилотирани мисии към Марс, но с това далеч не изчерпах темата. Ето още една порция марсиански предизвикателства:

– Психологическият фактор –   нещо, което се пренебрегва или най-малкото се поставя на заден план. Представете си само – почти две години съжителство с други хора в „жилище” с размерите на автобус, кошмарно далеч от дома, без никакво лично пространство. И всичко това на фона на бавното влошаване на здравето и деградирането на нервно-психическото състояние поради радиацията. Може ли въобще някой да се пребори с депресията и личностните отклонения в подобни условия? Сигурно сте чували за експеримента Марс-500. Той бе проведен преди няколко години, като целта беше избрани „екипажи” от шестима доброволци да живеят 520 дни напълно изолирани в „марсиански кораб” (с размери на жизненото пространство 3,6 m x 20 m) тук на земята.

В същото време животът им бе непрекъснато наблюдаван от специалисти. Въпреки че в тази среда беше невъзможно да се възпроизведат условията на безтегловност и радиация, експериментът изведе на показ някои интересни резултати, които ще са от полза за бъдещата марсианска мисия. На повърхността стои нарушеният биологически часовник – представата на организма за ден и нощ се смесва, което води до безсъние или сънливост. А това от своя страна отключва стрес, който довежда и до някои физиологични изменения – телесната температура на тялото спада в рамките на 0,4 градуса, а имунната система отслабва забележимо.

Тези последици са доста обезпокоителни, защото астронавтите не са защитени от инфекции в космическите кораби. Въпреки че всичко се стерилизира, преди да се допусне до борда, все пак някакво количество микроорганизми и бактерии успяват да заживеят като допълнителни съквартиранти във вътрешността на кораба. Резултатът е, че се създават колонии от плесени на най-неочаквани места (каквито многократно са откривани в станциите Мир, МКС и американските совалки), които могат технически да повредят апаратурата или да се отразят фатално върху здравето на хората.

CFS-A2 Как ще отидем на Марс - част ІІ

Мухъл по стените на МКС. В случая става дума за контролиран експеримент, но реалността в един космически кораб би могла да не се различава много. Изображение: NASA

Както и да е, думата ни беше за психологическите изменения при една мисия до Марс. В това отношение Марс-500 носи добри новини – по време на 540-дневната си изолация, въпреки всички несгоди, шестимата обитатели на „кораба” запазиха високия си дух и хармонията помежду си. Поне това казват организаторите на програмата…

Но що се отнася до самото колонизиране на Марс картината е много далеч от розова. Хората, които отидат там, ще бъдат подложени на безпределни трудности и лишения. Точно като европейските колонизатори на Новия свят преди няколко века. С тази разлика, че Америките тогава са изглеждали като рая на земята, а Марс днес покрива повечето представи за ада. Обитателите на Червената планета ще трябва да живеят в скалите (заради радиацията), ще могат да излизат на открито само със скафандри и ще трябва непрекъснато да се грижат за хранителните си, кислородни и водни запаси, но най-трудното за тях ще бъде крайната им изолираност от хората и въобще цивилизацията. Червеният скален ландшафт на Марс изглежда вдъхновящо, но съм готов да се обзаложа, че никой не би искал да замени завинаги зелените планини и сини морета за него. Може би преди да заживеем на Марс трябва да го попроменим малко, така че да не е толкова чуждо за нас място. А това е нещо, което би отложило колонизарането с векове или дори хилядолетия.

Panorama_rama Как ще отидем на Марс - част ІІ

Eсенна панорама на Марс, заснета от роувъра Опортюнити. Изображение: NASA/JPL-Caltech/Cornell/Arizona State Univеrsity

– Технологията – изобщо способни ли сме да стигнем до Марс от техническа гледна точка? Пращаме апарати там, но… хора?! Чисто статистически погледнато Марс е неудобна дестинация. Изучаваме го чрез апарати 49 години, но от всичките 50 опита за марсиански мисии само 21 са били напълно успешни – т.е. вероятността към момента да изпратим работоспособен апарат на Марс е по-малка от 50%. Действително, повечето неуспехи са станали в зората на космическото усвояване, но и сега положението не е кой знае колко оптимистично. Факт е, че на път към Червената планета са погубени повече мисии, отколкото при изследването на останалата част от Слънчевата система (темата „Марс” е особено неудобна за СССР/Русия, която от 17 изпратени апарата има само няколко частични успеха). И не трябва да обвиняваме някакви тайнствени сили за провала им, а да търсим причините в спецификата на Марс. Огромно техническо предизвикателство е да се изпрати апарат, който да пътува седем месеца в космоса; да навлезе в орбита около лекия мъничък Марс; да се спусне в тънката марсианска атмосфера и накрая да кацне благополучно на повърхността, където шансът да бъде издухан от прашна буря не е за подценяване (такава е съдбата на злополучния Марс 3 например). Предизвикателството обаче се увеличава експоненциално с увеличаване на габарите на товара. Засега най-масивният апарат, кацал благополучно на Марс, е роувърът Кюриосити (около 1 тон)  и за да бъде осъществено това бе разработена специална и сложна система за кацане, която включваше въздушна спирачка, парашути и платформа с реактивни двигатели. Корабът с екипаж на борда би бил десетки пъти по-тежък от Кюриосити, така че системата за кацане на Марс е нещо, за което трябва да се помисли от много далеч. Ето за пример една анимация показваща какво голямо постижение от техническа гледна точка беше достигането на Марс и кацането на Кюриосити:

Също така е ясно, че за Марс ще трябва голяма и мощна ракета. Каквато в момента няма, но не е проблем да бъде създадена в кратки срокове. Още през 70-те години в апогея на мисиите Аполо до Луната, архитектът на американската космическа програма Вернер фон Браун предлага разработването на мисия до Марс, която да стартира след десетилетие. За целта трябва да бъде изстреляна модифицирана версия на ракетата Сатурн V – най-мощната ракета, излитала някога, а самият космически кораб до Марс ще бъде оборудван с ядрен двигател тип NERVA. Но президентът Никсън предпочел американската космическа програма да се фокусира около утилизирането на близкия космос, така че бюджетът на НАСА отишъл за създаването на станцията Скайлаб и космическите совалки.

Eдно отклонение – използването на ядрен двигател за задвижване на космически апарати на далечни мисии, както предлага фон Браун, е нещо, в което определено има хляб. Въпреки че на пръв поглед идеята изглежда в стил ретро sci-fi и може би  дори  леко обезпокоителна. Но не става дума за гигантски реактори като от ядрени централи, въпреки че този тип задвижване също се основава на ядреното разпадане. Всъщност ядрените реактори могат да се правят и в мобилни размери – тема, особено актуална в 50-те години, когато на атомната енергетика се е гледало като на окончателното решение на енергийния проблем на човечеството. Тогава са създадени и първите проекти на самолети и ракети с ядрени системи, като при самолетите се стига дори до построяване и изпитания на прототипи с реактор на борда (Convair NB-36 в САЩ и Туполев Ту-95ЛАЛ в СССР). Тези програми обаче скоро са спрени поради недостатъчна ефективност и проблеми от разнороден характер. Що се отнася до ракетите обаче, ядреният двигател би имал определени предимства, които към момента са недостижими за стандартните химически ракети. И в периода 1955 – 1972 г. идеята е била сериозна част от американската космическа програма в лицето на Project Rover и конкурентният NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Страхотно описание на проектите и технологията можете да откриете тук – http://www.lanl.gov/science/NSS/issue1_2011/story4full.shtml

nrxestlarge Как ще отидем на Марс - част ІІ

Прототип на ядрен ракетен двигател NERVA. Изображение: NASA 

Били създадени няколко ракетни ядрени двигателя с мощност между 1 000 и 4 000 MW, които са успешно изпитвани в различни режими до края на програмите през 1972 г. Но до същински старт на ракета така и не се стига.

Принципът на ядреното задвижване не е сложен – в реактора се извършва разпад на уран-235, при което температурата вътре достига до 2 600 К. Твърдото ядрено гориво се охлажда от течен водород, който е и работно вещество, създаващо тягата на ракетата, а реакцията се контролира чрез графитени пръчки като при стандартните реактори. Предимствата на това задвижване са основно концентрирани около факта, че ядрената ракета е поне два пъти по-ефективна от конвенционалната химическа ракета. Освен това тя е по-лека и може да изпълнява значителен брой запуски и спирания на двигателя си. В резултат би могла да бъде постигната висока крайна скорост на ракетата (около 30 km/s с технологията на NERVA) , което значително да съкрати времето на полета до далечна космическа дестинация. Така Марс ще бъде достигнат най-много за 2-3 месеца, вместо стандартните 7.

Недостатъците обаче също не са за подценяване – струята изходящи газове е радиоактивна, така че едва ли някога ще видим старт на подобна ракета тук на земята. Ала това не пречи тя да се използва в космоса. Вероятно си мислите, че не е много добра идея да стоите на няколко метра от работещ ядрен реактор и със сигурност имате право. Но в действителност  разчетите показват, че екипажът на кораб с ядрено задвижване ще бъде изложен сумарно на по-малко радиация в сравнение с екипаж на кораб с химически двигател, тъй като набелязаната цел ще бъде достигната с пъти по-бързо и ефектът от космическата радиация ще отслабне.

В сегашно време за добро или лошо на ядреното задвижване не се гледа сериозно, така че нека се спрем на по-реалистичните алтернативи за превоз до Марс. Споменах в началото програмата Constellation, която трябваше да върне американците на Луната и да ги разсели на Марс. Ракетата, чрез която щеше да стане това, e Ares V (сещате ли се Арес -> Марс). Това трябваше да бъде истински мастодонт сред ракетите, способен да откара 71 тона на Луната (за сравнение – Сатурн V може да се справи „само” с 45 тона полезн товар за същата дестинация). Ares V щеше да „вземе”  от излетната конфигурация на совалките външния течногоривен резервоар, оборудван със совалкови двигатели, плюс двата твърдогоривни ускорителя  – и всичко това в „напомпана” тяхна версия. Горната степен щеше да бъде директен наследник на степента S-ІVВ, използвана в Сатурн ІV и V. Реалната работата по проекта бе спряна в сравнително ранен етап, но не и преди подизпълнителите да приберат общо половин милиард щ.д. За тези пари бяха изготвени вълнуващи илюстрации на Аres V като тази:

ares-v-rocket Как ще отидем на Марс - част ІІ

Изображение: aviationnews.eu 

Най-новото начинание на НАСА, наследник на програмата „Космическа совалка”, се нарича Space Launch System (SLS). Фактически то се явява приемник на спрения проекта за ракетите Арес, но най-мощната версия на SLS ще може да изведе 33 до 50 % по-малко товар в ниска околоземна орбита в сравнение с Ares V. Въпреки това се твърди, че тази хипотетична все още ракета би могла да изпрати хора на Луната, астероиди и Марс. Както и Ares V, SLS също ще се базира на модифициран вариант на течногоривния резервоар, двата ускорителя и двигателите на совалките. Неясноти обаче изпълват концепцията за втората степен. Предлагат се няколко варианта за двигателя й – да се внедри този от горната степен на Delta IV (RL-10B2, който също като двигателите на совалките използва криогенно гориво – течен кислород и водород) или да се използват криогенните двигатели J-2X – най-новата разработка на Pratt&Whitney, първоначално предвидена за Аres I. Вторият вариант почти със сигурност ще се материализира в бъдещата ракетна степен за далечни космически мисии – Earth Departure Stage.

space-launch-system-illustration Как ще отидем на Марс - част ІІ

Съпоставка на SLS с космическата совалка. Изображение: HowStuffWorks 

Хубавото е, че цялата тази програма за разлика от злощастния си предшественик Constellation ще има шанса да напредне до етап, при който да не може да бъде спряна от следващия президент на САЩ. Нови президентски избори там ще има чак след четири години, а НАСА, колкото и да е бюрократична, все ще съгради нещо до тогава. Всъщност първият полет на ракетата се очертава да стане факт през 2017 г., когато безпилотният лунен кораб Орион ще облети Луната. Ако нещата вървят по план, през 2024 г. ще бъде осъществена безпилотна мисия до Марс и обратно, при която ще бъде докарана марсианска пръст за пръв път. Но пилотираните мисии все още са обгърнати в мъглявостта на неопределеното бъдеще, в което между другото има резон – нека не слагаме тигана, преди да сме уловили рибата, т.е. преди да сме построили ракетата.

Всъщност днес надеждата за скорошно стъпване на Марс не e насоченa (пряко) към НАСА, а към частната компания SpaceX. Компанията на Елън Мъск вече има няколко впечатляващи постижения в кратката си история – тя създаде чисто нова ракета (Falcon 9) от нищото само за пет години и чрез нея бе изведен в орбита първия частен космически кораб в света – Dragon. По всичко изглежда, че SpaceX ще преследва непоколебимо своите амбициозни цели, една от които е изследването на Марс.  Ракетата, чрез която трябва да се случи това, е Falcon Heavy. Тя ще използва двигателите на Falcon 9 – Merlin 1D, като се предвижда да може да извежда 53 тона товар в ниска околоземна орбита (17 тона по-малко в сравнение с най-немощната версия на SLS). Въпреки че отстъпва на SLS, Falcon Heavy е над два пъти по-мощна от най-мощните съвременни ракети Delta IV Heavy и Протон-М, което открива интересни хоризонти пред нея. Освен това тази ракета има потенциала да отвори чисто нова глава в историята на ракетното инженерство, като се превърне в първата космическа ракета за многократна употреба. За тази цел SpaceX разработва технология за вертикално излитане и кацане (VTVL) – Grasshopper. Програмата още е в изпитателна фаза, но дори сега показва забележителни резултати. В един от последните тестове през април 2013 прототип-демонстратор се издигна до 250 метра височина и кацна успешно във вертикално положение. Вижте видеото от теста долу, като само внимавате да не паднете от стола:

Самата ракета Falcon Heavy се очаква да бъде готова за първия си полет догодина или още в края на тази година! Заявено е намерение с нея през 2018 г. към Марс да потегли и да се върне безпилотен кораб, създаден на базата на Dragon и наречен Red Dragon. Засега обаче не се съобщава нищо конкретно за Red Dragon – проектът още дори не е стартирал.

Може би забелязвате, че говоря само и единствено за американските планове за Марс. Това не е, защото питая големи симпатии към САЩ – просто останалите космически сили Русия, Европа, Китай и Япония имат още по-неясни визии за човешкото присъствие на Марс, които не си струват дори споменаването Наистина Eвропейската космическа агенция има план за Марс (Aurora programme), по който се работи и в който се предвижда изпращане на хора през 2032 г. Но това е по-скоро оптимистично пожелание, отколкото реалистична цел. Китай планува пилотирана мисия до Марс в средата на ХХІ век, а Русия няма правото на каквито и да било амбиции, преди да заличи срама от марсианските си провали.

Еmil Petkov

Емил е авиационен инженер, който се опитва да предаде тук своите знания и опит. Намира космоса за вълнуващо място и се интересува как чрез новите технологии ще се приближим до него.

No comments so far.

Be first to leave comment below.

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

For security, use of Google's reCAPTCHA service is required which is subject to the Google Privacy Policy and Terms of Use.

If you agree to these terms, please click here.