Марс Директ
Mars Direct — это предложение о миссии человека на Марс , которая претендует на то, чтобы быть экономически эффективной и возможной при использовании современных технологий. Первоначально он был подробно описан в исследовательской работе Мартина Мариетты инженеров Роберта Зубрина и Дэвида Бейкера в 1990 году, а позже расширен в книге Зубрина 1996 года «Дело о Марсе» . Сейчас он служит основой выступлений Зубрина и общей пропаганды в качестве главы Марсианского общества , организации, занимающейся колонизацией Марса . [1]
История
[ редактировать ]Инициатива по исследованию космоса
[ редактировать ]20 июля 1989 года президент США Джордж Буш-старший объявил о планах создания так называемой Инициативы по исследованию космоса (SEI). В своей речи на ступенях Национального музея авиации и космонавтики он описал долгосрочные планы, кульминацией которых станет полет человека на поверхность Марса. [2]
К декабрю 1990 года исследование по оценке стоимости проекта показало, что долгосрочные расходы составят примерно 450 миллиардов долларов на период от 20 до 30 лет. [3] «90-дневное исследование», как оно стало известно (также «90-дневный отчет» таких людей, как Зубрин), вызвало враждебную реакцию Конгресса по отношению к SEI, учитывая, что оно потребовало бы крупнейших государственных расходов со времен Второй мировой войны . [4] В течение года все запросы на финансирование SEI были отклонены.
Дэн Голдин стал администратором НАСА 1 апреля 1992 года, официально отказавшись от планов краткосрочных исследований человека за пределами околоземной орбиты и перейдя к стратегии «быстрее, лучше, дешевле» роботизированных исследований. [5]
Разработка
[ редактировать ]Работая в компании Martin Marietta над проектированием архитектуры межпланетных миссий, Роберт Зубрин заметил фундаментальный недостаток программы SEI. Зубрин пришел к пониманию того, что если бы план НАСА состоял в том, чтобы полностью использовать как можно больше технологий для поддержки отправки миссии на Марс, он стал бы политически несостоятельным. По его собственным словам:
Полная противоположность правильному подходу к инженерному делу. [4]
Альтернатива Зубрина стратегии миссии «Звездный крейсер Галактика» (названной так ее недоброжелателями из-за больших космических кораблей с ядерными двигателями, которые предположительно напоминали одноименный научно-фантастический космический корабль ) включала более длительное пребывание на поверхности и более быструю траекторию полета в форме миссии класса «Соединение», использования ресурсов на месте и запуска корабля непосредственно с поверхности Земли на Марс, а не сборки на орбите или в сухом доке космического базирования . [6] После получения одобрения руководства Мариетты команда из 12 человек начала прорабатывать детали миссии. Хотя они сосредоточились в первую очередь на более традиционных архитектурах миссий, Зубрин начал сотрудничать с коллегой Дэвидом Бейкером . [7] чрезвычайно простая, урезанная и надежная стратегия. Их цель «использовать местные ресурсы, путешествовать налегке и жить за счет земли» стала визитной карточкой Mars Direct. [4]
Сценарий миссии
[ редактировать ]Первый запуск
[ редактировать ]Первый полет ракеты «Арес» (не путать с одноименной ракетой ныне несуществующей программы «Созвездие» ) должен был доставить на Марс беспилотный корабль возвращения Земли на Марс после 6-месячного крейсерского этапа с запасом водорода, химическим заводом. и небольшой ядерный реактор . Оказавшись там, серия химических реакций ( реакция Сабатье в сочетании с электролизом ) будет использоваться для объединения небольшого количества водорода (8 тонн), перевозимого кораблем возвращения Земли, с углекислым газом марсианской атмосферы, чтобы создать до 112 тонн. метана и кислорода. Эта относительно простая химико-технологическая процедура регулярно использовалась в 19 и 20 веках. [8] и будет гарантировать, что только 7% возвращаемого топлива нужно будет доставить на поверхность Марса.
96 тонн метана и кислорода понадобятся, чтобы отправить корабль возвращения на Землю по траектории домой по завершении пребывания на поверхности; остальное будет доступно марсоходам. Ожидается, что процесс производства топлива займет около десяти месяцев.
Второй запуск
[ редактировать ]Примерно через 26 месяцев после первоначального запуска с Земли корабля, возвращающего Землю, второй корабль, Mars Habitat Unit , будет запущен по 6-месячной низкоэнергетической траектории перехода к Марсу и будет нести экипаж из четырех астронавтов ( минимально необходимое количество, чтобы команду можно было разделить на две части, не оставив никого в покое). Модуль «Хабитат» не будет запущен до тех пор, пока автоматизированный завод на борту ERV не сообщит об успешном производстве химикатов, необходимых для работы на планете, и обратном пути на Землю. Во время полета искусственная гравитация будет создаваться путем привязывания модуля «Хабитат» к отработавшей верхней ступени ракеты-носителя и вращения их вокруг общей оси. Такое вращение создаст для астронавтов комфортную рабочую среду с массой 1 g , освободив их от изнурительных последствий длительного воздействия невесомости . [4]
Посадка и надводные операции
[ редактировать ]По достижении Марса верхняя ступень будет отброшена, а модуль Habitat Unit выведет на орбиту Марса аэродинамическое торможение , а затем совершит мягкую посадку недалеко от возвращающегося на Землю корабля . Точная посадка будет обеспечиваться радиолокационным маяком, запускаемым первым посадочным модулем. Оказавшись на Марсе, экипаж проведет на поверхности 18 месяцев, выполняя ряд научных исследований при помощи небольшого вездехода, установленного на борту марсианского жилого комплекса и работающего на метане, производимом возвращающимся с Земли кораблем.
Возвращение и последующие миссии
[ редактировать ]Чтобы вернуться, экипаж будет использовать корабль возвращения на Землю , оставив Марсианскую среду обитания для возможного использования последующими исследователями. На обратном пути на Землю двигательная ступень корабля возвращения на Землю будет использоваться в качестве противовеса для создания искусственной гравитации для обратного пути.
Последующие миссии будут отправляться на Марс с интервалом в два года, чтобы гарантировать, что резервный ERV всегда будет на поверхности, ожидая, чтобы его использовала следующая миссия с экипажем или текущий экипаж в чрезвычайной ситуации. В таком аварийном сценарии экипажу придется преодолеть сотни километров до другого ERV на своем автомобиле дальнего действия.
Компоненты
[ редактировать ]Предложение Mars Direct включает в себя компонент для ракеты-носителя «Арес», возвращающегося на Землю корабля (ERV) и марсианского обитаемого блока (MHU).
Ракета-носитель
[ редактировать ]План включает в себя несколько запусков с использованием тяжелых ускорителей такого же размера, что и « Сатурн-5» , использовавшийся в миссиях «Аполлон» , которые потенциально могут быть созданы на основе компонентов космического корабля «Шаттл» . Предлагаемая ракета получила название «Арес», в которой будут использоваться усовершенствованные твердотопливные ракетные ускорители космического челнока , модифицированный внешний бак шаттла и новая третья ступень Lox/LH2 для трансмарсианской инъекции полезной нагрузки. «Арес» выведет 121 тонну на круговую орбиту длиной 300 км и направит 47 тонн к Марсу. [9]
Транспортное средство возвращения на Землю
[ редактировать ]Транспортное средство возвращения на Землю представляет собой двухступенчатое транспортное средство. Верхняя ступень представляет собой жилые помещения для экипажа во время его шестимесячного возвращения на Землю с Марса. На нижней ступени расположены ракетные двигатели корабля и небольшой химический завод.
Марсианская среда обитания
[ редактировать ]Mars Habitat Unit — это двух- или трехпалубное транспортное средство, обеспечивающее полноценные условия для жизни и работы марсианского экипажа. Помимо индивидуальных спальных помещений, обеспечивающих определенную степень приватности для каждого члена экипажа и места для личных вещей, Mars Habitat Unit включает в себя общую жилую зону, небольшой камбуз, зону для тренировок и санитарно-гигиенические помещения с замкнутым циклом очистки воды. . Нижняя палуба Mars Habitat Unit обеспечивает основное рабочее пространство для экипажа: небольшие лабораторные помещения для проведения геологических и биологических исследований; место для хранения образцов, шлюзы для достижения поверхности Марса и зона переодевания, где члены экипажа готовятся к наземным операциям. Защита от вредного излучения в космосе и на поверхности Марса (например, от солнечных вспышек ) будет обеспечиваться специальным «штормовым укрытием» в центре корабля.
В состав Mars Habitat Unit также будет входить небольшой герметичный марсоход, который будет храниться на нижней палубе и собираться на поверхности Марса. Он оснащен метановым двигателем и предназначен для увеличения дальности исследования поверхности Марса астронавтами до 320 км.
С тех пор, как он был впервые предложен как часть Mars Direct, Mars Habitat Unit был принят НАСА как часть их эталонной миссии по проектированию Марса, в которой используются два Mars Habitat Unit, один из которых летит на Марс без экипажа, предоставляя специальную лабораторию. объект на Марсе, а также возможность нести более крупный вездеход. Второй Mars Habitat Unit летит на Марс вместе с экипажем, его интерьер полностью отдан под жилые и складские помещения.
Чтобы доказать жизнеспособность Mars Habitat Unit, Марсианское общество реализовало программу Марсианских аналоговых исследовательских станций (MARS), в рамках которой было создано несколько прототипов Mars Habitat Unit по всему миру.
Прием
[ редактировать ]Бейкер представил Mars Direct в Центре космических полетов Маршалла в апреле 1990 года. [10] где прием был очень положительным. Инженеры облетели всю страну, чтобы представить свой план, который вызвал значительный интерес. Когда их тур завершился демонстрацией в Национальном космическом обществе, им аплодировали стоя. [4] Вскоре после этого план привлек быстрое внимание средств массовой информации.
Сопротивление этому плану исходило от групп НАСА, работающих над космической станцией и передовыми концепциями движения. [ нужна ссылка ] . Администрация НАСА отвергла проект Mars Direct. Зубрин остался верен этой стратегии и после расставания с Дэвидом Бейкером попытался убедить новую администрацию НАСА в достоинствах Mars Direct в 1992 году. [4]
Получив небольшой исследовательский фонд в Мартин Мариетта, Зубрин и его коллеги успешно продемонстрировали на месте пороховой генератор, эффективность которого достигла 94%. [4] Ни один инженер-химик не принимал участия в разработке демонстрационного оборудования. [4] После демонстрации положительных результатов Космическому центру Джонсона администрация НАСА по-прежнему сохраняла некоторые сомнения по поводу этого плана. [4]
В ноябре 2003 года Зубрин был приглашен выступить перед комитетом Сената США по вопросу будущего освоения космоса. [4] Два месяца спустя администрация Буша объявила о создании программы «Созвездие» , инициативы пилотируемых космических полетов с целью отправки людей на Луну к 2020 году. Хотя миссия на Марс не была конкретно подробно описана, план достижения Марса, основанный на использовании космического корабля «Орион», был предварительно разработан для реализации в 2030-х годах. В 2009 году администрация Обамы начала пересмотр программы Constellation, но из-за бюджетных проблем программа была отменена в 2010 году. [11]
Существует множество психологических и социологических проблем , которые могут повлиять на длительные экспедиционные космические миссии. Некоторые ожидают, что первые пилотируемые космические полеты на Марс будут сопряжены с серьезными психосоциальными проблемами, которые необходимо преодолеть, а также предоставят значительный объем данных для уточнения дизайна миссий, планирования миссий и отбора экипажа для будущих миссий. [12]
Редакции
[ редактировать ]С тех пор как Mars Direct был изначально задуман, он подвергался регулярному пересмотру и развитию самим Зубриным, Марсовым обществом , НАСА , Стэнфордским университетом и другими.
Марс полупрямой
[ редактировать ]
Зубрин и Уивер разработали модифицированную версию Mars Direct, названную Mars Semi-Direct, в ответ на некоторые конкретные критические замечания. [13] Эта миссия состоит из трех космических кораблей и включает в себя «Марсианский корабль» (MAV). ERV остается на орбите Марса во время обратного пути, в то время как беспилотный MAV приземляется и производит топливо для обратного подъема на орбиту Марса. Архитектура Mars Semi-Direct использовалась в качестве основы для ряда исследований, включая эталонные миссии НАСА по проектированию.
Согласно прогнозам, при таком же анализе затрат, как и в 90-дневном отчете , Mars Semi-Direct будет стоить 55 миллиардов долларов в течение 10 лет, что соответствует существующему бюджету НАСА.
Mars Semi-Direct стал основой Design Reference Mission 1.0 НАСА, заменив Инициативу по исследованию космоса .
Эталонная миссия по дизайну
[ редактировать ]Модель НАСА, называемая Design Reference Mission , в версии 5.0 от 1 сентября 2012 года, требует значительного обновления оборудования (как минимум три запуска на миссию, а не два) и отправляет ERV на Марс полностью заправленным топливом. , выведя его на орбиту над планетой для последующего сближения с MAV.
Марс Директ и SpaceX
[ редактировать ]В связи с потенциально неизбежным появлением недорогих возможностей для перевозки тяжелых грузов Зубрин высказался за значительно более дешевую миссию человека на Марс с использованием оборудования, разработанного космической транспортной компанией SpaceX . В этом более простом плане экипаж из двух человек будет отправлен на Марс одним запуском Falcon Heavy , а космический корабль Dragon будет служить их межпланетной круизной средой обитания. При необходимости дополнительное жилое пространство во время путешествия будет обеспечено за счет использования дополнительных надувных модулей. Проблемы, связанные с долгосрочной невесомостью, будут решаться так же, как и базовый план Mars Direct, т. е. связь между средой обитания Дракона и ступенью TMI (Транс-Марсианская инъекция), обеспечивающая вращение корабля.
Характеристики теплозащиты «Дракона» могли бы обеспечить безопасный спуск, если бы были доступны посадочные ракеты достаточной мощности. НАСА Исследования в Исследовательском центре Эймса показали, что робот-Дракон будет способен приземлиться на поверхность Марса с полной движущей силой. [14] На поверхности в распоряжении экипажа будут два космических корабля Dragon с надувными модулями в качестве мест обитания, два ERV, два корабля для вывода на Марс и 8 тонн груза.
Другие исследования
[ редактировать ]Марсианское общество и Стэнфордские исследования сохраняют первоначальный профиль миссии Mars Direct с двумя аппаратами, но увеличивают размер экипажа до шести человек.
Марсианское общество Австралии разработало собственную эталонную миссию «Марс Оз» из четырех человек на основе Mars Semi-Direct. В этом исследовании используются горизонтально приземляющиеся изогнутые модули биконической формы, а также солнечная энергия и химическая тяга. [15] где Mars Direct и DRM использовали ядерные реакторы для наземной энергетики, а в случае DRM также и для движения. Эталонная миссия Mars Oz также отличается тем, что, основываясь на опыте космической станции, предполагает, что вращательная гравитация не потребуется.
Аналоговые исследовательские станции Марса
[ редактировать ]Марсианское общество доказало жизнеспособность концепции Mars Habitat Unit в рамках своей программы Марсианской аналоговой исследовательской станции . Это двух- или трехэтажные вертикальные цилиндры диаметром около 8 м и высотой 8 м. Марсианское общество Австралии планирует построить собственную станцию по проекту Марса Оз. [16] Конструкция Mars Oz представляет собой горизонтальный цилиндр диаметром 4,7 м и длиной 18 м с конической носовой частью. Второй аналогичный модуль будет выполнять функции гаража и силового и логистического модуля.
Mars Direct был показан в канала Discovery программах «Марс: следующий рубеж» , в которых обсуждались вопросы, связанные с финансированием проекта НАСА, и в программе Mars Underground , где план обсуждается более подробно.
Альтернативы
[ редактировать ]Предложения « Марс останется » предполагают невозвращение первых иммигрантов/исследователей немедленно или вообще когда-либо. Было высказано предположение, что стоимость отправки команды из четырех или шести человек может составлять от одной пятой до одной десятой стоимости возвращения той же группы из четырех или шести человек. В зависимости от выбранного подхода можно было бы отправить и приземлить вполне укомплектованную лабораторию по цене, меньшей, чем стоимость отправки обратно даже 50 килограммов марсианских камней. Двадцать и более человек могли быть отправлены за стоимость возвращения четырех. [17]
В художественной литературе
[ редактировать ]- Mars Direct — режим миссии, используемый в Грегори Бенфорда романе «Марсианская гонка» , Джеффри А. Лэндиса романе «Пересечение Марса » , Ларри Нивена романе «Радужный Марс» , романе Роберта М. Блевинса « 13-й день Рождества» , а также Собственный роман Зубрина «Первая посадка ».
- Mars Direct лег в основу фильма 2000 года «Миссия на Марс» .
- В эпизоде Футурамы « Удача Фрайриша » короткий клип показывает первого человека на Марсе с космическим кораблем, напоминающим Марсианскую среду обитания.
- В эпизоде Западного крыла « Война Чингисхана » сотрудник НАСА описывает Mars Direct скептически настроенному Белого дома заместителю главы администрации Джошу Лайману и может убедить его в ее достоинствах.
- Концепции Mars Direct и Mars for Less занимают видное место в романе Брайана Энке 2005 года « Тени Медузы» .
См. также
[ редактировать ]
- Исследование Марса
- Человеческая миссия на Марс - Предлагаемые концепции
- Вдохновение Марс - несуществующий, предложена миссия облета с экипажем.
- Список планов миссии на Марс с экипажем
- Mars One - несуществующая организация и компания, продвигавшая колонизацию Марса.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ "Марсианское общество" http://www.marssociety.org/home/about/function Проверено 30 сентября 2012 г.
- ^ «Заметки по поводу 20-летия высадки корабля Аполлона-11 на Луну» . 2012 . Проверено 1 сентября 2012 г.
- ^ «90-дневный обзор: 90-дневный обзор плана SEI президента Буша» (PDF) . 19 октября 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 28 октября 2004 г. . Проверено 1 сентября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Скотт Дж. Гилл (режиссер), Джошуа Б. Дасал (сценарист), Скотт Дж. Гилл (сценарист) (2007). Марсианское подземелье (документальный). Денвер, Колорадо, США.
- ^ Томпсон, Эльвия; Дэвис, Дженнифер (4 ноября 2009 г.). «Дэниел Сол Голдин» . Архивировано из оригинала 3 апреля 2009 года . Проверено 1 сентября 2012 г.
- ^ Зубрин, Роберт ; Вагнер, Роберт; Кларк, Артур (16 октября 1996 г.). Аргументы в пользу Марса (1-е изд. Пробного камня). Свободная пресса. п. 51 . ISBN 0684835509 .
- ^ ООО «Лат-Лон» . Деловые отчеты Колорадо . Государственный секретарь штата Колорадо.
- ^ Профессор Х.Г. Седербаум (2 сентября 2012 г.). «Нобелевская премия по химии 1912 года» . Проверено 2 сентября 2012 г.
- ^ Марк Уэйд. «Арес Марс Директ» . Архивировано из оригинала 5 октября 2012 года . Проверено 1 сентября 2012 года .
- ^ Портри, Дэвид С.Ф. «Mars Direct: Люди на Марс в 1999 году! (1990)» – через www.wired.com.
- ^ «Программа Созвездие | космическая программа» . Британская энциклопедия . Проверено 3 февраля 2018 г.
- ^ Канас, Николас; Манзи, Д. (2008). Космическая психология и психиатрия (2-е изд.). Эль-Сегундо, Калифорния, и Дордрехт, Нидерланды: Microcosm Press и Springer.
- ^ Зубрин, Роберт М.; Уивер, Дэвид Б. (28–30 июня 1993 г.). Практические методы краткосрочных пилотируемых миссий на Марс . AIAA93-2089, 29-я совместная конференция AIAA/ASME по двигательным установкам. Монтерей, Калифорния, США. CiteSeerX 10.1.1.23.1915 . дои : 10.2514/6.1993-2089 .
- ^ Гонсалес, Эндрю А.; Стокер, Кэрол Р. (июнь 2016 г.). «Эффективный подход к возврату образцов с Марса с использованием новых коммерческих возможностей» . Акта Астронавтика . 123 : 16–25. дои : 10.1016/j.actaastro.2016.02.013 . ПМК 5023017 .
- ^ Уилсон, Д.; Кларк, JDA (19–21 июля 2006 г.). Практическая архитектура для исследовательских пилотируемых миссий на Марс с использованием химической двигательной установки, производства солнечной энергии и использования ресурсов на месте (PDF) . Материалы 6-й Австралийской конференции по космической науке (PDF) . Канберра. стр. 186–211.
- ^ «Веб-сайт Марсианского общества Австралии, Марс-Оз» . Архивировано из оригинала 20 февраля 2012 года.
- ^ О'Нил, Ян (23 октября 2008 г.). «Олдрин: Пионеры Марса не должны возвращаться на Землю» .
- Дальнейшее чтение
- Зубрин, Бейкер. (1990). «Марс направит людей на Красную планету к 1999 году». 41-й Конгресс Международной астронавтической федерации
