Как земляне полетят на Марс. Идеи, сроки, технологии
Пилотируемый полет к Марсу, скорее всего, станет следующим важным шагом человечества в освоении космического пространства. Российские и американские специалисты считают, что высадка человека на Красную планету будет возможна после 2030-го года и только благодаря масштабному международному сотрудничеству. Тем не менее, многие проекты и технологии можно увидеть уже сейчас. Полет человека на Марс должен стать событием, которое объединит множество людей и стран, создаст уникальные технологии и выведет человечество на новую ступень развития. Некоторые ученые говорят о ненужности такого дорогостоящего (около 500 млрд долл.) мероприятия и о том, что роботы могут справиться с изучением этой мертвой планеты. Тем не менее, пилотируемая миссия позволит развить технологии, пригодные для изучения глубин Солнечной системы и освоения нашего «космического дома», что необходимо для выживания цивилизации. К счастью, многие технологии, необходимые для полета на Марс, разрабатываются уже сегодня, и мы можем представить, какой будет историческая высадка людей на поверхность другой планеты.

Скафандр

Работа над новым марсианским скафандром в НАСА началась 8 лет назад. Сегодня он проходит испытания по всему миру: от ледовых полей Антарктиды до безводных пустынь Австралии. В проекте участвуют множество ученых, а также студенты и энтузиасты, готовые посвятить свое время созданию идеального костюма для работы на других планетах. Скафандр NDX может использоваться не только на Марсе, но и на Луне, поверхности астероидов, комет, спутниках планет-гигантов и т.д.
 
Жесткая кираса скафандра NDX

 NDX разрабатывался под руководством отдела космических исследований Университета Северной Дакоты. Скафандр построен вокруг композитной «кирасы» и использует доступные современные материалы: углепластик, кевлар и пр. В результате получается недорогой и прочный костюм - на создание прототипа потребовалось всего 25 тыс. долл., а сегодня стоимость модели оценивается в 100 тыс. долл., что в 100 раз дешевле современных скафандров для выхода в открытый космос.

 NDX выполнен по оригинальной двухкамерной схеме: нижняя часть скафандра отделена от шлема эластичной силиконовой мембраной, которая обхватывает шею космонавта. Такая конструкция снижает нагрузку на систему жизнеобеспечения, поскольку не приходится закачивать воздух в те части скафандра, где не требуется поддерживать определенный уровень кислорода. Впоследствии выяснилось, что силиконовое кольцо натирает шею, но в настоящее время эта проблема практически устранена. В целом, костюм уже обеспечивает все основные требования к планетарному скафандру. Скафандр можно надеть/снять всего за 10 минут, благодаря тому, что шлем, перчатки и «брюки» присоединяются к кирасе с помощью алюминиевых колец. Повышенная устойчивость к разрыву и истиранию обеспечивается благодаря применению новейших синтетических тканей, включая полиамидные волокна, которые используются в производстве бронежилетов. В районе жесткой кирасы используется 4 слоя различных материалов, а в районах соединений – до 10. Мягкие части скафандра (рукава и штанины) охвачены нейлоновыми ремнями, предотвращающими раздувание скафандра и частично заменяющими непрактичный жесткий каркас.

Шлем, безусловно, является важнейшей деталью скафандра NSX. Интересно, что конструкция крепления шлема заимствована у советского высотного компенсирующего костюма ВКК-6 со шлемом серии ГШ-6. Конструкция кольца, на которое крепиться гермошлем ГШ-6, оказалась очень удачной и с незначительными модификациями хорошо подошла для установки на жесткую кирасу планетарного скафандра. Благодаря этому в чрезвычайных ситуациях шлем снимается или надевается за считанные секунды, при этом не давит на голову и обеспечивает отличный обзор. Конечно, сам шлем NDX существенно отличается от конструкции шлема для пилотов истребителя. Шлем скафандра изготовлен из стеклопластика с добавлением прочного огнестойкого материала Nomex в ключевых точках, а прозрачное забрало из прочного двухслойного плексигласа крепится к шлему «намертво» и не открывается.

 Для NDX разработан специальный быстросъемный «рюкзак», в котором находятся батареи, система жизнеобеспечения запас воздуха, воды, электронное оборудование. Он крепится простыми нейлоновыми ремнями и содержит радиопередатчик, который транслирует на базу данные с медицинских сенсоров, размещенных в скафандре.

 В целом, новый скафандр позволяет проводить стандартные геологические работы, включая использование буров, молотков и т.п. Также его можно использовать с различными моторизованными средствами передвижения; он обеспечивает безопасность без участия человека в течение 1,5 часов (например, в случае потери сознания), а заправка кислородом, водой, смена аккумуляторов осуществляются менее чем за 5 минут. Испытания подтвердили, что NDX обеспечивает автономную работу без последствий для здоровья в течение 4 часов и более.

 Верхняя и нижняя часть скафандра покрыты слоем латекса, который дешев, легко моется, а в случае прокола или разрыва легко чинится. Для защиты скафандра от пыли и грязи, а также уменьшения износа разработчики предусмотрели специальный тканевый чехол-комбинезон синего цвета. Таким образом, участники марсианской экспедиции, например, после бурения пород или строительно-монтажных работ смогут снять чехол перед входом в шлюз и предотвратить загрязнение обитаемого модуля марсианской станции.

Марсианский дом

Помимо скафандра, в НАСА проводят масштабные испытания марсианского дома, который должен оберегать космонавтов от неблагоприятного климата Красной планеты. В рамках проекта Deep Space Habitat разработано жилище из трех модулей: шлюзового с пандусом, обитаемого с надувным чердаком для расширения пространства и гигиенического модуля с ванной, туалетом и системой утилизации отходов.
Обитаемый модуль сделан из стальных конструкций и стеклопластика. Модуль имеет объем приблизительно 56 кубических метров, плюс есть возможность стыковки дополнительных лабораторных или обитаемых модулей и надувного чердака, разработанного студентами из Университета Висконсина. Внутренний диаметр модуля равен 5 м, высота – 3,3 м, пустой вес составляет 6424 кг.

 Общий вес Deep Space Habitat вместе с обитателями - 21909 кг.
 
Deep Space Habitat во время испытаний
 
Deep Space Habitat – это комплексный масштабный эксперимент по разработке множества технологий обитания на других планетах, астероидах и спутниках. НАСА не только создает внутренние системы, оболочку, защиту от космического излучения и пыли, но и прорабатывает множество других систем: медицинских, реабилитационных, управления беспилотными машинами и т.д.
На испытаниях уникального марсианского дома специалисты решают тысячи мелких проблем, с которыми могут столкнуться люди вдали от родной планеты. Это кропотливая длительная работа, которая необходима для торжественной и красочной отправки межпланетного корабля.

Марсианский дом на колесах

Обитаемый модуль Deep Space Habitat имеет два стыковочного узла, к которым могут пристыковываться дополнительные модули или транспортное средство Space Exploration Vehicle (SEV). Этот «дом на колесах» позволит членам экспедиции вести научную работу в радиусе сотен километров от места посадки. Двое космонавтов могут прожить в кабине SEV 14 дней. 12-колесный транспорт развивает максимальную скорость 10 км/ч, при этом каждое из колес может поворачиваться на 360 градусов и имеет индивидуальную подвеску. Благодаря этому SEV способен передвигаться по пересеченной местности с уклоном до 40 градусов, разворачиваться на месте и ехать боком. Рама планетарного транспорта разработана с учетом опыта гоночных внедорожных грузовиков и прошла испытания в лавовой пустыне в Аризоне, где SEV смог без поломок преодолеть сложнейший маршрут длиной 140 км.
 
 Прототип транспортного средства SEV для других планет уже проходит испытания на Земле


 В конструкции SEV применены уникальные технологии, такие как топливные элементы, шины, работающие в широком диапазоне температур, активная подвеска, системы автоматизированного сближения и стыковки с обитаемым модулем и другими SEV, бак для газообразного водорода, рекуперативные тормоза, литий-ионный аккумулятор с плотностью энергии 125 Вт*ч/кг (на марсианском будет 200 Вт*ч/кг).

 Внутри SEV можно жить и работать без скафандров, а многие операции снаружи выполнять с помощью длинного дистанционно-управляемого манипулятора. Но если есть необходимость, специальные шлюзы позволяют экипажу входить и выходить из скафандров менее чем за 10 секунд. В случае вспышки на Солнце имеется специальный защищенный отсек, рассчитанный на 72 часа пребывания. С SEV можно снять обитаемый отсек, и тогда он превратиться в грузовую платформу для перевозки крупногабаритных тяжелых грузов.

 Интересно, что SEV в 2009 году участвовал в инаугурационном параде в честь избрания президента США, видимо, как символ технических достижений американского народа.

Ракета

Для того чтобы запустить в космос огромный межпланетный корабль, нужна соответствующая ракета-носитель. В НАСА как раз работают над рекордно мощной ракетой Space Launch System (SLS), первый запуск которой состоится уже в 2017 году. Новая ракета будет выпускать в двух модификациях - пилотируемой и грузовой - и превысит по уровню тяги самую мощную в истории «лунную» ракету Saturn V на 10% и 20% соответственно. 

Пилотируемая ракета сможет выводить на низкую околоземную орбиту 70 т груза (для примера, космический корабль 7 т Союз ТМА), а грузовая - почти в 2 раза больше (130 т). Это надолго станет абсолютным рекордом - самые мощные современные ракеты-носители забрасывают на орбиту менее 25 тонн груза. Благодаря ракете SLS сборку основных конструкций межпланетного корабля можно будет выполнить на Земле, что удешевит корабль и повысит его надежность. На разработку и постройку первой ракеты уже выделены 18 млрд долл. на ближайшие 5 лет. Всего на программу SLS планируется потратить 35 млрд долл.

Российские проекты

Российские специалисты занимаются проблемой длительного пребывания человека в космосе. Длительный, многомесячный полет в условиях изоляции, невесомости, космической радиации, отсутствия медпомощи и т.д., может поставить крест на марсианской экспедиции. Много ценной информации было получено в ходе 15-млн проекта «Марс-500», также Роскосмос считает необходимым провести симуляцию длительного межпланетного полета на борту Международной космической станции, иначе может оказаться, что из-за особенностей человеческого организма многие технологические наработки сделаны впустую.
 
http://rnd.cnews.ru/reviews/index_science.shtml?2012/03/12/481174_2