Пост опубликован: 12-20-2016

Пилотируемый полёт на Марс

Идея доставки экспедиции на Марс, как первого шага в колонизации Марса является проявлением феномена экспансии человечества. Более близкая цель прямое включение человеческого разума в исследование Марса, как части окружающего мира.

В прошлом различные страны и организации много раз делали заявление о намерении осуществить пилотируемую марсианскую миссию. Для США эта миссия является целью в отдалённой перспективе. Планы России и европейцев в настоящее время предусматривают сотрудничество. Китай до сих пор не имеет долгосрочной стратегии подобного рода.

Европейское космическое агентство составило программу «Аврора», целью которой в том числе является планирование лунной и марсианской миссий. Высадка космонавтов на Марс произойдёт до 2033 года. Так как финансовые возможности ESA сравнительно малы, то планы могут осуществиться только при международном сотрудничестве.

Пилотируемый полёт на Марс Роскосмос намерен осуществить в первой половине 21-го века. В рамках национальной космической программы до 2015 года на Земле проводилась имитация марсианского полёта под названием «Марс-500».

Американский президент Джордж Г. У. Буш в 1992 году представил планы пилотируемого полёта к Марсу и поручил НАСА вычислить затраты на миссию. С учётом проектных затрат от 400 миллиардов долларов США проект был отвергнут.

Пересмотр целей положил начало программе «Созвездие». В рамках этой программы первым шагом должно было стать до 2010 года создание космического корабля «Орион», на котором космонавты могли бы полететь сначала на Луну, а потом на Марс. Далее с 2024 года по планам НАСА должна появиться постоянно обитаемая лунная база, которая стала бы подготовкой для полёта на Марс. Согласно проекту, непилотируемые полёты подготовили бы людей к высадке на Марсе; здесь американская и европейская программы едины. Возможное путешествие к Марсу могло бы состояться по оценкам НАСА в 2037 году.

… некоторые верят, что мы должны попытаться сначала вернуться на поверхность Луны, как это ранее было запланировано. Но я сейчас должен довольно прямо сказать: Мы там были уже…

«Столетний космический корабль» (англ. Hundred-Year Starship) — проект безвозвратного направления людей на Марс с целью колонизации планеты. Проект разрабатывает с 2010 года Исследовательский центр имени Эймса — одна из основных научных лабораторий НАСА. Основная идея проекта состоит в том, чтобы отправлять людей на Марс безвозвратно. Это приведёт к значительному сокращению стоимости полёта, появится возможность взять больше груза и людей. Первых марсовиков планируется отправить к красной планете уже в 2030 году. Группа учёных или астронавты, доставленные на Марс вместе с высокотехнологичной аппаратурой и небольшим ядерным реактором, смогут производить кислород, воду и пищу. Каждые два года, когда Марс будет оказываться на нужной орбите, НАСА сможет пополнять запасы поселенцев и доставлять новых астронавтов.

Marspolar[51] — частный проект, предполагающий отправку на Марс роботизированной миссии, а в последствии и пилотируемой миссии[52]. В настоящее время ведутся работы по созданию марсохода и спутника связи.[53]

Кроме основной цели полёта на Марс — высадки нескольких людей на поверхность Марса с возвращением на Землю, также к целям миссии принадлежит поиск ресурсов за пределами Земли.

Недавнее исследование на мышах, проведённое учёными Калифорнийского университета в Ирвайне, показало[56], что облучение высокоэнергетическими заряженными частицами (полностью ионизированными ядрами кислорода и титана) в дозах, сопоставимых с теми, которые могут получить космонавты при длительном космическом полете, вызывает разнообразные долгосрочные когнитивные нарушения, связанные с работой коры мозга и гиппокампа. В частности, у животных снизились исполнительные функции, которые лежат в основе гибкого целенаправленного поведения, особенно в непривычных ситуациях. В результате этого они плохо справлялись с постановкой задач, их распределением по времени и фокусировке на основных действиях, необходимых для достижения цели. У мышей наблюдалось ухудшение пространственной, эпизодической и опознающей памяти, а также снижение угасания страха (процесса повторной адаптации к чему-либо, вызвавшему травмирующее воздействие; например, привыкания к воде после пережитого утопления) и, как следствие, повышение тревожности. На клеточном уровне действие радиации вызывало воспаление нервной ткани, нарушение целостности синапсов, а также формы, плотности и сложности дендритов нервных клеток медиальной префронтальной коры. Это приводило к выраженным поведенческим расстройствам. Помимо нарушений функций центральной нервной системы, остаются и эффекты радиации, связанные с повреждением ДНК и выработкой активных форм кислорода, нарушающие структуру биологических макромолекул. Они включают повышенный риск развития рака, нарушения работы внутренних органов, снижение иммунитета и высокую частоту радиационной катаракты.

Все перечисленные эффекты связаны с фоновым космическим излучением. Если же космонавты окажутся на пути относительно редких выбросов высокоэнергетических протонов Солнца, то их, скорее всего, ждет смерть от острой лучевой болезни. Защитить от радиации может дополнительное пассивное экранирование или электромагнитная защита, хотя этот вопрос требует дополнительного исследования[55].

Помимо физиологической составляющей воздействий долгого полёта, важно также учитывать психологические аспекты. Тесное помещение и ограниченность социальных контактов становятся ощутимыми для космонавтов. Поэтому отбор космонавтов, как теперь уже отбираются экипажи МКС, будет осуществляться не только по технической и научной квалификации, но и по психической устойчивости и стойкости к психологическим нагрузкам.

Чаще всего отмечается агрессия, которая приводит к конфликтам, когда люди длительно находятся в замкнутом пространстве. Уменьшить этот эффект можно, если набирать стрессоустойчивых людей в межпланетный экипаж. Следует учитывать разные культуры, религии, образы жизни и философии, в случае если экипаж будет международным. Для уменьшения чувства оторванности от Земли рассматривается вариант создания иллюзии смены времён года, пения птиц или привычных для землян запахов на корабле[57].

28 августа 2016 года завершился другой эксперимент HI-SEAS IV, начатый ровно год назад NASA и Гавайским институтом на северном склоне заснувшего вулкана Мауна-Лоа (Гавайи); его главной целью было изучение психологических и физиологических проблем, с которыми могли бы столкнуться участники будущего пилотируемого полёта на Марс[58].

  • неполноценное питание;
  • несовершенство систем управления;
  • различные травмы;
  • нарушения газового состава воздуха и возможное проникновение космической пыли;
  • переутомление и расстройства сна;
  • возможное действие токсических веществ и перепадов давления.
  • отсутствие адекватной медицинской помощи;
  • непредсказуемое действие лечения из-за длительного хранения лекарств в условиях невесомости и радиации, а также возможных изменений их распределения и утилизации в организме.

Несмотря на немалое финансирование (в 2014 году только NASA потратило на исследования в этой области более 150 миллионов долларов), по многим вопросам здоровья межпланетных путешественников нет даже адекватной информации[59]. Из 25 факторов, выделяемых в запланированном NASA графике работ по снижению риска для здоровья космонавтов, только один признан полностью и 12 частично контролируемыми на сегодняшний день. Согласно этому же графику, ко времени первой (беспилотной) фазы марсианской миссии единственным фактором, который не будет поддаваться даже частичному контролю, останется космическая радиация (именно с ней связаны наибольшие опасения). Управление признает, что координированный подход к охране здоровья космонавтов в дальнем космосе до сих пор не выработан. Другие космические агентства тоже не могут похвастаться его наличием[55].

При нынешнем развитии техники космическому кораблю понадобилось бы 6 месяцев при оптимальных условиях, чтобы совершить полёт только в одну сторону, и столько же обратно. При этом желательно пребывание людей на Марсе более года, для того чтобы эта планета опять приблизилась к Земле на минимальное расстояние. Вследствие продолжительности полёта в 2 года статистически вырастает вероятность поломок жизненно важных систем, например, из-за попадания микрометеоритов.

Дополнительной трудностью представляются возникающие солнечные вспышки, которые за несколько дней обеспечивают повышенную дозу облучения экипажу. В таких случаях космонавты должны укрыться в защищённом от ионизирующей радиации специальном помещении. Возможным нарушениям работоспособности техники, в особенности компьютерной, и проводных коммуникаций в течение этого времени следует уделять повышенное внимание.

На Красной планете отчасти представляют опасность песчаные бури, возникающие из-за большого колебания давления (до 10 %), механизмы изменения которого ещё точно не понятны. Ввиду отсутствия метеорологического спутника, предупреждения о бурях невозможно сделать за достаточное время до их начала. Наконец другие погодные явления, как и свойства грунта планеты, полностью не изучены.

Для нейтрализации электростатического заряда есть способ, который уже используется на марсоходах. Суть заключается в установке на объекте, с которого необходимо снять заряд, тонких игл размером около 0,02 миллиметра. По ним заряд убегает в марсианскую атмосферу[62].

Практически в одно время с запуском пилотируемой миссии должен произойти следующий автоматический полёт для повторения вышеописанной процедуры, чтобы исследовать следующую область поверхности Марса.

Из-за высоких требований в областях двигателестроения, техники безопасности, систем жизнеобеспечения и экзобиологических исследований необходимо развитие новых технологий. Многие ожидают отсюда научно-технического толчка, аналогичного возникшему в 60-х годах после первого полёта человека в космос. В целом это предвещает экономическое оживление, которое компенсирует большие затраты. Наряду с этим полёт окажется значимым и для человеческой цивилизации, если человек сделает первый шаг на другую планету, чтобы позднее колонизировать её.

В научном плане основной эффект от пилотируемой экспедиции состоит в том, что человек является несоизмеримо более универсальным и гибким «инструментом» исследования, чем автоматы (марсоходы и стационарные посадочные аппараты). Соответственно, при достаточно длительном пребывании на поверхности (недели и месяцы) люди способны намного более глубоко исследовать район посадки и прилегающие окрестности; самостоятельно, быстро и эффективно выбрать наиболее полезные направления исследования, исходя из фактической ситуации, которую невозможно или сложно предугадать заранее при подготовке экспедиции. Человек обладает целым рядом уникальных качеств, необходимых для процесса познания окружающего мира и все эти качества в полной мере будут использованы в экспедиции на Марс. Учитывая обязательное условие возвращения экипажа на Землю, имеется возможность доставить весьма большое количество наиболее интересных образцов (сотни кг) непосредственно в лаборатории, оснащенные полным спектром доступного человечеству оборудования. Это будет необходимо для всестороннего наиболее глубокого исследования образцов, которые будет невозможно в достаточной мере изучить с помощью оборудования, имеющегося на корабле. При этом, творчески применяя имеющееся оборудование и приборы, экипаж посадочного корабля способен выполнить такие работы и исследования, которые не были бы запланированы заранее, что практически невозможно даже для управляемых автоматических зондов. Особое значение имеет то, что важные решения о ходе работ могут приниматься очень быстро и наиболее адекватно ситуации, поскольку экипаж будет находиться непосредственно на поверхности в реальной обстановке, в отличие от операторов и руководителей автоматических аппаратов, находящихся на Земле, от и до которой сигнал в обе стороны будет идти не менее получаса.

Таким образом, пилотируемая экспедиция позволяет получить беспрецедентно большой объём новых научных знаний за относительно короткий промежуток времени и, возможно, решить наиболее любопытные и важные вопросы, касающиеся марсианской современной и древней геологии, метеорологии и вопрос возможного существования жизни на Марсе.[63]

  • Parihar, Vipan K.; Barrett D. Allen; Chongshan Caressi; Stephanie Kwok; et al. (2016). «Cosmic radiation exposure and persistent cognitive dysfunction». Scientific Reports 6: 34774. DOI:10.1038/srep34774.