SpaceX приступает к решению сложнейших проблем на пути к Марсу⁠⁠

Мой перевод статьи «SpaceX beginning to tackle some of the big challenges for a Mars journey» Эрика Бергера с сайта www.arstechnica.com

Рендеринг того, как будет выглядеть запуск системы “Старшип-Суперхэви”.

"Чтобы выжить на Марсе и вернуться, SpaceX с радостью примет помощь партнеров."

Ben Pearson

Ранее в этом месяце главный инженер по разработке марсианской программы для SpaceX Пол Вустер представил обновленную информацию о видении компании на пути к Красной планете. В своем выступлении на саммите «Люди на Марсе» в Вашингтоне в 2019 году Вустер сказал, что SpaceX остается на пути к отправке людей на Марс в «середине 2020-х». Вероятно, он имел в виду возможности запуска Марса в 2024 и 2026 годах, но он также признал, что для достижения этой цели еще предстоит много работы.

SpaceX планирует доставить людей на Марс с помощью двухступенчатой ракеты: верхней ступени “Старшип” (Starship) и ускорителя “Суперхэви” (Super Heavy) (последний ранее известный как Big Falcon Rocket, или BFR). Версии итеративного дизайна “Старшип” строятся на объектах в Бока-Чика, штат Техас, и недалеко от мыса Канаверал, штат Флорида. Ожидается, что основатель SpaceX Илон Маск представит обновленную информацию об их разработке в конце июня.

Вустер сказал, что SpaceX работает над тем, чтобы «минимизировать количество вещей, которые нам нужно сделать, чтобы получить эту первую миссию на Марс». Часть этой минимизации включает в себя огромную полезную нагрузку. Планируется, что космический корабль, однократно дозаправленный на низкой околоземной орбите, будет иметь способность откравить более 100 тонн к Марсу.

Это позволит SpaceX использовать подход «грубой силы», что значительно упростит общую логистику первых миссий. Например, это позволит потреблять больше расходных материалов вместо их переработки, больше оборудования и запасных частей, а также другую инфраструктуру, сказал Вустер.

Конечно, есть много других переменных, помимо попадания на Марс, которые делают успешную миссию. Вустер повторил слова Маска, который в предыдущих беседах сказал, что компания не так сосредоточена на других аспектах миссии, таких как долгосрочное хранение продуктов питания, сбор ресурсов и научные исследования на Марсе. «SpaceX в первую очередь транспортная компания», - сказал Вустер. Иными словами, SpaceX ищет партнеров, чтобы справиться с этими частями плана, но основная задача - это просто создание ракеты.

Как вернуться

Но эти вещи за пределами строительства ракеты имеют решающее значение. Одним из ключевых элементов, необходимых для более рентабельной миссии на Марс, является использование ресурсов на месте, при котором члены экипажа используют ресурсы, имеющиеся на Марсе, для уменьшения сложности миссии - по сути, жизни за пределами Земли. Впервые это было предложено в плане Mars Direct, изложенном Мартином Мариеттой, так как он позволяет выполнять гораздо меньшую и более дешевую миссию. Основное преимущество заключается в создании топлива для обратного пути на Землю на самом Марсе, что значительно снижает стоимость миссии.

Это одна из областей, в которой SpaceX особенно стремится найти партнеров. «Есть много важных аспектов в производстве топлива для этого транспорта», - сказал Вустер. Компания планирует сделать это самостоятельно, но если потребуется, SpaceX с радостью примет помощь со стороны. SpaceX также ищет партнеров для решения важнейших задач, таких как энергетика, среда обитания, наука, хранение продуктов питания и многое другое. Начиная с сентября 2018 года, компания начала созывать конференции для получения консультаций и поддержки в этих областях.

Пол особо отметил озабоченность, связанную с потребностями в электроэнергии, которые, по оценкам, составляют порядка 1 мегаватта в течение 500-дневного пребывания на Марсе. Ядерная энергия была бы предпочтительным источником, но NASA в настоящее время разрабатывает ядерную энергию космического номинала лишь порядка 10 кВт, а это означает, что потребуется дальнейшее развитие, чтобы обеспечить все потребности, определенные SpaceX.

Солнечная энергия возможна, но потребует более 6000 квадратных метров панелей. Недавний запуск SpaceX 60 спутников Starlink нес много солнечных панелей - достаточно для питания Международной космической станции - но это было всего лишь 120 кВт. Марсианская поверхность также является сложной средой для солнечных батарей; это дальше от Солнца, там регулярно пыльные бури, циклы температуры день / ночь велики, и оптимальное наведение может быть проблемой. Тем не менее, все эти проблемы потенциально могут быть преодолены опираясь на большую грузоподъемностью Starship.

Дозаправка космического корабля в космосе является серьезной проблемой для SpaceX.

Как безопасно переносить криотопливо в космос?

SpaceX должна разработать технологию производства топлива на поверхности.

Конечно, запустить их обратно на Землю.

Другая важная проблема - орбитальная заправка. Хотя это часто делается с использованием некриогенного топлива на Международной космической станции, это никогда не было продемонстрировано в значительном объеме в космосе с переохлажденным ракетным топливом. Нам нужно знать, что это работоспособно, до запуска миссии на Марс.

В соответствии с текущим планом миссии, “Суперхэви” выведет предназначенный для полета к Марсу “Старшип” на околоземную орбиту. В этот момент космическому кораблю понадобится больше топлива, если предполагается отправка всей полезной нагрузки вплоть до Красной планеты. Приблизительно пять запусков “Старшип” необходимы для заправки одного отправляемого на Марсом полностью загруженного “Старшип” - с низкой околоземной орбите, и это будет включать в себя перекачку сотен тонн метана и жидкого кислорода. Вустер сказал, что это одна из самых сложных технологических задач, которые придется преодолеть SpaceX.

В поисках воды

SpaceX наметил план, согласно которому предполагается отправка при первой возможности по крайней мере двух грузовых миссий к Марсу. Эти тестовые миссии позволят определить ресурсы, имеющиеся на Марсе, и потенциальные опасности на посадочной площадке. При условии, что эти миссии пройдут успешно, компания планирует отправить на Марс еще две грузовые миссии и две миссии с экипажем.

Если условия на Марсе не соответствуют ожиданиям SpaceX с точки зрения доступности ресурсов, Вустер сказал, что SpaceX рассматривает возможность доставки компонентов топлива на Марс для обратного полета, вероятно, в виде воды или чистого водорода. Компания также может вернуть “Старшип” с полной загрузкой топлива. SpaceX заявил, что он может вернуть от 20 до 50 тонн полезного груза с поверхности Марса на Землю с помощью полностью заправленной ракеты, но он может сделать возврат с меньшим количеством груза и меньшим количеством топлива, если потребуется.

Другие варианты включают в себя размещение “Старшипа” на низкой марсианской орбите, что уменьшит необходимое топливо. Или, как сказал Джерри Сандерс из команды по использованию космических ресурсов NASA, возвращение может быть достигнуто простой доставкой дополнительного топлива к Марсу и передачей его всего одному “Старшипу”.

На саммите несколько представителей NASA, казалось, интересовались потенциалом “Старшипа”, но чувствовали, что еще не время начинать серьезно планировать его. Хамфри «Хоппи» Прайс - главный инженер роботизированной программы исследования Марса NASA в Лаборатории реактивного движения - отметил, что NASA провело бы пять лет в ожидании готовности Falcon Heavy, если бы приняло всерьез те сроки, которые SpaceX впервые объявил относительно готовности этого носителя. (Стоит отметить, что собственная ракета NASA System Space Launch System изначально должна была стартовать в 2016 году, но сейчас, скорее всего, откладывается до 2021 года). Как утверждают эти чиновники, когда “Старшипа” будет готов, NASA будет очень заинтересовано в нем.

SpaceX также работает с NASA, чтобы найти место, где Звездный корабль мог бы безопасно приземлиться на Марсе и получить заправку для возвращения на Землю. Для заправки требуется наличие водяного льда, который в основном встречается в более высоких широтах, и большое количество энергии. Если последнее исходит от Солнца, его легче производить на более низких широтах. Широта между 30 и 40 градусами возможно удовлетворяет обоим критериям на Марсе. Безопасная посадка звездолета также требует места относительно свободного от скал и крутых склонов. Кроме того, более плотная атмосфера, обеспечиваемая посадкой на более низком уровне, позволит звездному кораблю использовать атмосферу для замедления, упрощая процесс посадки.

SpaceX и NASA определили четыре потенциальных места посадки.

До настоящего времени NASA и SpaceX определили четыре области, которые соответствуют их критериям для безопасного полета на Марс: области Аркадия, Дейтононил, Утопия и Флегра, которые находятся в северном полушарии. На карте синие и зеленые области расположены ниже по высоте, что делает их более удобными для приземления, чем оранжевые, красные и белые области.

Хорошо, что SpaceX понимает, что для достижения Марса потребуется много общих усилий. Не менее положительным является то, что NASA и академическое сообщество начали наращивать усилия и помогать одному из самых амбициозных начинаний нашего времени.

Эрик Бергер - старший космический редактор Ars Technica, охватывающий все - от астрономии до частного космоса и NASA. Эрик сертифицированный метеоролог, живет в Хьюстоне.

Перевод с английского: Андрей Климковский