Космическая разведка проходит значительный период, отмеченный более частыми запусками, снижением затрат, появлением космического туризма и будущим возвращением человека на Луну. Однако следующей большой целью человечества после Луны считается Марс.
Посещение Красной планеты сопряжено со значительно большими трудностями, чем полет на Луну, поскольку расстояния огромны, а путешествия длятся месяцами. В таких случаях беспокойство вызывает не только минимальная стоимость, но и способность поддерживать людей живыми и здоровыми в течение длительного времени в глубоком космосе и обеспечить их безопасное возвращение.
Разница в масштабе очевидна: в то время как Луна находится в среднем в 384 тысячах километров от Земли, Марс может находиться на расстоянии от 55 до 400 миллионов километров, в зависимости от орбитального положения двух небесных тел относительно Солнца. Это требует, чтобы космический корабль следовал точному маршруту, чтобы встретить Марс в нужное время.
Миссии на Марс обычно используют стартовые окна, которые происходят примерно каждые 26 месяцев. В эти моменты расположение планет позволяет выбрать траекторию, оптимизирующую потребление энергии, используя орбитальную скорость Земли и гравитационное притяжение Солнца. Однако даже по этому самому эффективному маршруту время полета составляет около восьми с половиной месяцев, что представляет собой экстремальный вызов для экипажей.
Поскольку логистической поддержки на пути не будет, путешественники должны взять с собой почти все необходимые ресурсы для выживания, включая воду, пищу, кислород, одежду и запасные части. Даже при максимальной переработке продление путешествия увеличивает потребность в припасах и подвергает экипаж опасностям глубокого космоса.
Критическим риском является радиация. На Земле атмосфера и магнитное поле обеспечивают существенную защиту, но на Марсе пассажиры более уязвимы к космическому излучению и солнечным частицам. Хотя возможно использование защитных материалов, это увеличивает массу космического корабля, вынуждая искать баланс между безопасностью и весом.
Кроме того, микрогравитация создает серьезные риски для здоровья человека, вызывая потерю костной и мышечной массы, а также сердечно-сосудистые изменения. Хотя существуют концепции кораблей с вращающимися структурами для имитации гравитации, такие конструкции в настоящее время нереализуемы по размеру. Из-за этих факторов первых астронавтов придется выбирать с особой осторожностью, поскольку любая серьезная чрезвычайная ситуация потребует от экипажа решения проблемы на борту, учитывая непреодолимое расстояние.
Идея ускорить полет, построив более мощную ракету для сокращения его до трех месяцев, противоречит законам физики. Ускорение требует энергии, и если эта энергия поступает от бортового топлива, необходимо загрузить больше топлива, которое, в свою очередь, добавляет массу, требуя еще большего количества топлива для ускорения. Этот цикл известен как «тирания ракетного уравнения».
Таким образом, сокращение времени транзита на Марс является первостепенной задачей не только ради комфорта, но и фундаментально из соображений здоровья и безопасности. Однако быстрое прибытие не гарантирует быстрого возвращения. Из-за постоянного движения Земли и Марса вокруг Солнца потребуется дождаться другой благоприятной орбитальной конфигурации для эффективного старта.
При текущей конфигурации миссия человека потребует более года на поверхности, прежде чем начнется обратный путь. Следовательно, для осуществления «поездки туда и обратно» на Марс с существующими технологиями потребуется около трех лет отсутствия. После этого периода воздействия радиации, низкой марсианской гравитации и космической микрогравитации возвращение будет крайне рискованным.
Кроме того, существуют другие критические нераскрытые проблемы, такие как производство пищи и энергии, которые, как ожидается, будут решены при возвращении на Луну. Это показывает, что полет на Марс требует полной архитектуры, охватывающей от полета и посадки до выживания на поверхности и возвращения на Землю. Время остается решающим фактором, и основное внимание должно быть уделено разработке двигательных установок, которые сделают путешествие более быстрым и безопасным.
