Как стать автором
Обновить
3326.68
RUVDS.com
VDS/VPS-хостинг. Скидка 15% по коду HABR15

4 технологии для Марса: как Россия может помочь Илону Маску при полёте на Красную планету?

Уровень сложностиПростой
Время на прочтение8 мин
Количество просмотров4.1K
Кажется, предложение Кирилла Дмитриева о совместном полёте на Марс было не очень серьёзно воспринято аудиторией. Не согласен — отличная идея!

Меня зовут Александр Баулин, главный редактор медиа Pro Космос. В этой статье, написанной специально для RUVDS, я перечислю белые пятна, которые Россия может закрыть в технологиях Илона Маска. С удовольствием обсужу в комментариях, что я упустил из российских разработок, а где наоборот — прекрасно обойдутся без нас.

image

▍ 1. Двигатели


Пожалуй, это самый спорный пункт. Илон Маск стал известен во многом благодаря многоразовым ракетам Falcon-9 и Falcon Heavy. И теперь SpaceX испытывает систему Starship. Учитывая, что предыдущие ракеты (и корабли Dragon) SpaceX удались, можно с большой вероятностью ожидать и удачи в разработке Starship.

Однако на данный момент Starship использует ракетный двигатель Raptor-2, характеристики которого хороши, но не самые рекордные. Можно поискать альтернативу или дополнение.

Для двигателя важны удельный импульс и тяга. Импульс показывает экономичность двигателя, чем он выше, тем меньше надо топлива для разгона до заданной скорости. В нашем случае первым конкурентом Raptor-2 на метане мы рассматриваем РД-171МВ на керосине. Соотношение их импульсов 350/370 против 310/330 секунд (на уровне моря/в вакууме). Формально импульс РД-171МВ неизвестен, поэтому мы использовали значение его предшественника РД-171М. В целом это ожидаемо, пара метан-кислород даёт более высокий удельный импульс. Это значит, что двигатель более экономично тратит топливо, и при перелёте от Земли к Марсу выгоднее использовать метановые двигатели.

Поколения двигателей SpaceX Raptor

Однако у нас есть ещё и отрыв от Земли, и вывод на орбиту и здесь РД-171МВ себя покажет. При старте с Земли большую роль играет тяга, которая отвечает за то, как быстро ракета разгоняется. Чем быстрее носитель выходит на первую космическую скорость, тем меньше топлива будет потрачено на противодействие гравитации.

Тяга Raptor-2 у Земли — 230 тонн. А российский РД-171МВ — самый мощный из ныне производимых — выдаёт тягу в 740 тонн. Может ли его использование быть выгодным при старте к Марсу?

Например, в первой ступени Лунной ракеты Saturn-V использовались керосин-кислородные двигатели F-1, они имели достаточно низкий импульс, зато тягу, сравнимую с РД-171МВ, что позволяло забросить необходимую полезную нагрузку на орбиту. При этом топливо они расходовали очень неэкономично, но важнее было быстрее преодолеть притяжение Земли, а дальше уже включалась вторая и третья ступени с экономичными водородными двигателями.

Российский РД-171МВ — самый мощный из производимых в мире

Полёт на Луну состоялся, но для Марса F-1 и даже более экономичный РД-171МВ не подойдут. Тяга нескольких двигателей суммируется и четыре Raptor-2 дадут тягу в 920 тонн, на 24% больше, чем РД-171МВ. При этом масса этой связки двигателей Raptor-2 и связанных с ними систем будет около 11,5 тонн, всего на 12% тяжелее одного РД-171МВ. Конечно, ещё какую-то роль сыграет масса остальных компонентов ступени, но в целом понятно, что создавать отдельную конструкцию с двигателями РД-171МВ нет смысла. А в готовом изделии они спроектированы только для средней ракеты «Союз-5», которая имеет всего один двигатель в ступени.

Можно повторить упражнение с двигателями РД-191, они окажутся чуть более выгодными: отношение их тяги к массе (тяговооружённость) — 86. Это лучше, чем 80 у Raptor и 72 у РД-171МВ. Однако они используются в Ангаре в связке 4+1 (4 блока первой ступени, плюс вторая). Если требуется доставлять весь марсианский корабль на орбиту (или его части), то для использования эффективного двигателя РД-191 придётся собирать ступень с большим их количеством. Проще доработать третью версию двигателей Raptor-3 для Starship.

Можно помечтать о создании первой ступени Лунной ракеты Н-1 с двигателям НК-33, их тяговооружённость имеет фантастическое значение 110. Но так как их все использовали в ракетах «Союз-2.1в», то разрабатывать их придётся с нуля. Да ещё ступень на их основе создавать. А потом как-то соединять со ступенями Starship, более выгодными при полёте в космосе… Если мечтать, то логичнее вспомнить проект Роскосмоса «Зевс».

Как там говорят? «Некрасивое не летает»? Тогда «Зевс» точно должен взлететь!

«Зевс» использует ионные двигатели, уже разработанные ИД-200КР или перспективные ИД-500, питающиеся от ядерной энергетической установки мощностью порядка 1 МВт. Ионные двигатели позволяют получать более высокий импульс: у ИД-200КР он 4500 секунд — на порядок выше, чем у жидкостных реактивных двигателей! Правда эти двигатели дают слабую тягу, поэтому их тоже придётся объединять группами, чтобы доставить корабль к Марсу быстрее, чем на метане-кислороде. Однако конструкция «Зевс» требует мощного теплорассеивания, в космосе некуда отвести выделяемые 0,5 МВт энергии (остальная энергия превратится в электричество для двигателей). Над этой задачей сейчас бьются конструкторы и решат ли её в ближайшие 10 лет — можно только гадать. Зато если получится, сейчас уже испытываются более мощные электрореактивные двигатели, так Росатом заявил о тесте плазменного двигателя с удельным импульсом 100 км/с. Это в 30 раз больше, чем у керосин-кислородных двигателей.

Электрические реактивные двигатели в комбинации с ядерным источником питания удобны тем, что позволят долететь до Марса за 1-2 месяца вместо 5-9 на жидкостных реактивных двигателях. Однако для их создания нужны тесты и исследовательские работы — это явно не то, что Россия может предложить для полёта на Марс здесь и сейчас. Да и в США направление ионных двигателей хорошо развито — всё-таки у NASA богатый опыт полётов к Марсу, Юпитеру, астероидам и даже за пределы орбиты Нептуна.

Взял наугад ионный двигатель NASA. Как минимум это красиво

▍ 2. Корабли и скафандры


С кораблями всё просто. Кажется, ничего не готово.

«Союз» и даже более крупный «Орион» маловаты для межпланетного перелёта. Когда Сергей Королёв проектировал Тяжёлый межпланетный корабль для экспедиции на Марс, в нём планировались жилые помещения объёмом 25 м3 и ещё 70 кубометров под оранжереи (её хорошо видно на заходной картинке). Пилотируемых модулей для посадки и взлёта с Марса у нас тоже нет.

Обе задачи может решить модификация Starship. Жаль, что в 2017 году SpaceX похоронила разработку Red Dragon — версию своего корабля для Марса. Всё-таки сажать компактный 6,5-тонный аппарат легче, чем 100-тонный 50-метровый. В любом случае тут Россия не успеет ничего разработать в ближайшее время, да и планов таких нет.

За счёт торможения «брюхом» Starship сможет сэкономить топливо

Со скафандрами ситуация чуть лучше. NASA уже не делает старые лунные скафандры. Да и слишком они громоздкие и неудобные — всё-таки придётся работать на Марсе, где притяжение в два раза сильнее лунного. Однако попытки сделать новый лунный скафандр в NASA настолько затягиваются, что стали одной из официальных причин переноса на несколько лет миссии «Артемида-3» с высадкой на Луну. Будут ли к этому моменту готовы скафандры NASA или SpaceX разработает свои? Кажется, что российская НПП «Звезда» тут справится быстрее. Сейчас она делает «Орлан-МС» для выходов в открытый космос — они легче и в чём-то удобнее американских скафандров для аналогичной деятельности. У организации остались образцы скафандров, которые разрабатывались для советской Лунной программы. И как минимум «Звезда» могла бы принять участие в конкурсе на создание марсианского скафандра. Ведь мы хотим, чтобы миссия состоялась при нашей жизни?!

▍ 3. Космонавты и медики


Как автор и обещал, в каждом следующем пункте Россия может оказать более существенную помощь.

Казалось бы, из 600+ человек, побывавших в космосе, менее четверти — из России, откуда уникальный опыт? Ситуация меняется, если посмотреть на длительность пребывания в космосе. Вот табличка для суммарного времени на орбите:

Рекордсмены по суммарному времени на орбите

Данные по самым долгим космическим полётам нашёл только в английской вики, но данные проверил.

Самые долгие полёты в космос

В обоих случаях мы видим, что самые длительные миссии (суммарно или однократно) чаще всего совершались советскими и российскими космонавтами. Многие из них уже ушли из отряда космонавтов, некоторые, к сожалению, покинули нас навсегда. Но остался опыт, осталась медико-биологическая подготовка, которая позволяет космонавтам восстанавливаться в кратчайшее время после невесомости. Это всё пригодится на Марсе. И тут у SpaceX вообще нет людей с опытом долговременных полётов. А у NASA опыт меньше российского.

Полёт на Марс — это только вопрос «выдержать в железной бочке» полтора года полёта туда-обратно и поработать на поверхности от 2 недель до 2 лет. Физическую форму космонавтов мы сохранять научились — доказательство тому 438-дневный полёт Валерия Полякова. Но в межпланетном пространстве радиация будет выше, и тут просыпаются «всёпропальщики» с криками, что невозможно летать такой длительный срок. Напоминает специалистов по лунному заговору, у которых корабли «Аполлон» должны были сгореть в радиационных поясах Ван-Аллена. Но радиация бывает разная, на земле мы живём в условиях радиоактивности окружающей атмосферы всю жизнь. Если не происходит экстремальных событий, полученная доза не влияет на наше здоровье. В космосе условия пожёстче, но расчёты показывают, что возможны полёты в течение 3—4 лет, в которых космонавт наберёт дозу в 1 Зиверт. Она поднимает вероятность онкологического заболевания на 5%, это считается допустимым пределом для полученной дозы.

Кроме того, в условиях космического полёта высока вероятность некоторых травм и, например, травмы глаз прогрессируют в условиях полёта. У космонавтов происходят изменения в мозге, которые заметны на Земле даже через полгода после возвращения. Но медико-биологические исследования помогают решать многие проблемы: понять безопасный уровень изменений, выбрать направление лечения и т.п. В личных разговорах учёные ИМБП РАН отмечают, что изменения в мозге российских космонавтов нивелируются быстрее, чем у западных коллег. Однако пока опубликовать эти данные не удалось. Но, возможно, играют роль различия в подготовке и отборе космонавтов.

В результате Россия однозначно может помочь с подготовкой астронавтов к длительной миссии на Марс и пополнить экипаж своими опытными космонавтами.

▍ 4. Опыты с растениями и животными


Немного спекуляций.

Если вы думали, что спекуляции в обсуждении полёта на Марс — это обсуждения ракет и кораблей, то я немного подниму градус. А чем будут питаться космонавты в течение 1—1,5 лет полёта туда-обратно и пусть 2-недельной миссии на планете? Сейчас на МКС почти обычная еда, много сублимированных продуктов, слегка необычный хлеб. Но в целом можно не беспокоиться, с Земли всегда доставят свежую пищу, включая овощи и фрукты. Вслед за марсианской экспедицией посылать грузовики с едой расточительно. Любой килограмм с собой — золотой. Даже на Луну стоимость доставки килограмма полезного груза стоит около 100 000 долларов (тут я грубо делю стоимость миссии NASA на массу аппарата). На Марс будет ещё дороже. Есть надежда, что стоимость снизится за счёт использования мощного многоразового корабля Starship, но давайте дождёмся его хотя бы полноценного полёта на Луну — тогда и оценим его эффективность.

Возможно, после МКС перепелов будут выращивать в пути на Марс

Сэкономить массу можно будет за счёт сублимированных продуктов и концентратов, содержащих необходимые вещества и витамины — помните, как в «Марсианине». Однако наверняка космонавтам понадобится свежая еда. Это может быть зелень, фрукты и овощи, выращенные на борту. Или даже живность. Мечтать об оранжерее на 70 кубометров, как планировал Сергей Королёв, пока не приходится. Такое пространство найдётся только в Starship, да и там есть, чем его занять. Но выращивание растений и животных на станции — одно из направлений исследования.

Вот, например, NASA отчитывается о найденном помидоре. При этом есть плоды астронавтам не рекомендовали, опасались за образование вредных веществ в условиях космической радиации. А российские учёные выращивают растения на нескольких поколениях орбитальных станций. Также на станциях «Мир» и МКС ставились эксперименты по выращиванию перепелов. Птички удачно вылуплялись, но сообщений о том, что удаётся достигнуть полного цикла (от яйца до яйца) не было. Полагаю, что над темой надо ещё поработать. Но перспективы чувствуются, даже стартапы занимаются этим вопросом: проект 435nm при поддержке научно-технической гильдии «Рубежи Науки» исследует, как вырастить водоросли при минимальных затратах энергии. Не только в ракетах возможны прорывные решения.

Условия в межпланетном перелёте будут ещё более жёсткими, чем на орбитальных станциях. И для эффективного использования имеющихся площадей пригодится опыт российских учёных, как надо (и как не надо) выращивать растения и животных.

***
В итоге мы видим, что хотя Россия не способна организовать собственную пилотируемую высадку на Марс, партнёрство с нашей страной явно приблизит момент, когда нога человека ступит на Красную планету. И может, как в сериале «Ради всего человечества» это будут одновременно американский и русский космонавты.

© 2025 ООО «МТ ФИНАНС»

Telegram-канал со скидками, розыгрышами призов и новостями IT 💻
Теги:
Хабы:
+40
Комментарии36

Публикации

Информация

Сайт
ruvds.com
Дата регистрации
Дата основания
Численность
11–30 человек
Местоположение
Россия
Представитель
ruvds