Полет на Марс осложнит солнечная радиация. Радиационный фон там в два раза выше, чем на МКС. Объем облучения за три года приближается к пределу безопасности для космонавтов.

 

Комментарий Льва Зеленого, директора Института космических исследований РАН: “На проектах, которые существовали раньше, при полете туда в качестве защиты используются резервуары с водой, которые надо с собой везти. Сейчас, кстати, понятно, что там много своей воды. Но даже в этом варианте, на обратном пути непонятно, как такую тяжелую ракету поднять с Марса. У Марса нет магнитного поля, поэтому там очень сильный уровень радиации, но там есть возможность укрыться под поверхностью планеты, а при полете космонавты будут голые”.

 

При этом эксперт поддерживает идею доступного космического туризма. Но не на Марс. Он предлагает оригинальный бизнес-проект: лотерею, билет в которой за 10-20 тысяч рублей смогут купить все желающие. Впоследствии выигравшие должны пройти серьезное медицинское обследование, и те, кто прошел, отправятся туристами в околоземный космос, на высоту 300-400 км, где земное магнитное поле защищает астронавтов от солнечной радиации.

 

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.

 

Его сын, бывший президент США Джордж Уокер Буш, в начале 2004 года представил для НАСА новый долгосрочный план, основной задачей которого были пилотируемые миссии на Луну и Марс. Новой при этом явилась смета затрат, которая предполагала финансирование развития с выходом из Шаттл- и МКС-программы в течение свыше 30 лет.

 

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.

 

 

8 июля 2011 года сразу после последнего старта шаттла Атлантис STS-135 президент США Барак Обама официально заявил, что «у американских астронавтов появилась новая цель — полёт на Марс»

 

20 февраля 2013 года стало известно о планах организации Inspiration Mars Foundation отправить в январе 2018 года пилотируемую экспедицию на Марс продолжительностью 501 день.

 

 

Риски

 

Космические лучи, невесомость,магнитное поле и радиация

Космические лучи и солнечная радиация, содержащие ионизирующую составляющую излучения, разрушают ткани и ДНК живого организма. Часть повреждений необратима и может приводить к клеточным мутациям. Защита снижает поглощённую дозу, но до сих пор не было опыта с долговременным пребыванием человека в межпланетном космическом пространстве вне защищающего магнитного поля Земли. Исследование Джорджтаунского университета подтверждает эти угрозы; особенно велик риск развития рака прямой кишки[18]. При спокойном Солнце минимальную дозу облучения, которую получат космонавты в течение 15-месячного полёта на Марс и обратно, оценивается в 1 Зв, при сильной вспышке на Солнце — на порядок выше.

 

Сразу после попадания человека в невесомость его организм начинает перестраиваться. Кровь приливает к верхней половине тела, и сердцу приходится прилагать больше усилий для перекачки крови. Организм «думает», что жидкости в организме много, и начинает выделять гормоны, отвечающие за водно-солевой обмен, в результате чего человек теряет много жидкости. Обычно космонавту во время такой перестройки требуется не менее 3 литров воды в день. Этот эффект довольно быстро проходит.

 

Продолжительная невесомость в течение всего космического полёта считается наибольшей медицинской проблемой. Мышцы, кости и система кровообращения из-за отсутствующей силы притяжения становятся слабыми, если их не тренировать. Больше всего потерь кальция и калия происходит в костях ног и таза, в рёбрах и костях рук потери меньше, в костях черепа даже увеличивается содержание этих химических элементов. Примерно после 8 месяцев пребывания в невесомости требуется от 2 лет и больше для восстановления на Земле, так как процесс разрушения костей некоторое время происходит и при земной силе тяготения. Чтобы снизить влияние невесомости к минимуму, можно подбирать экипаж с генетической устойчивостью к остеопорозу и использовать облучение ультрафиолетом, как на станции «Мир», для выработки витамина D. Мышцы же при действии гравитации восстанавливаются быстрее, хоть они и могут при длительном полёте потерять до 25 % от своей первоначальной массы. Больше всего ослабевают мышцы ног и спины, мышцы рук почти не теряют своей массы благодаря увеличению нагрузки на них в космосе.

 

Несмотря на то, что марсианская сила притяжения составляет 38 % от земной, к ней всё равно необходимо адаптироваться заблаговременно. Один из вариантов преодоления этой проблемы — создание искусственной силы тяжести вращением центрифуги[19] за 2 месяца до высадки экипажа на поверхность Марса, но из-за небольших размеров центрифуги возникают силы Кориоли́са, которые отрицательно сказываются на здоровье человека.

 

Магнитное поле Марса слабее земного в 800 раз. Этот фактор тоже является проблемой, так как отсутствие магнитного поля отрицательно влияет на вегетативную нервную систему. Вполне возможно, придётся создавать искусственное магнитное поле на корабле и марсианской базе для решения этой проблемы

 

 

Поломки техники

 

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.

 

Особую опасность представляет выход из строя ракетного двигателя. По этой причине необходимо использовать резервирование. Так для межпланетного комплекса массой 1000 тонн можно использовать около 400 электроракетных двигателей тягой около 0,8 Н. Суммарная тяга составит 320 Н. Вследствие большой продолжительности перелёта этой тяги будет достаточно, чтобы космический корабль набрал необходимую скорость. У каждого двигателя есть свои баки с рабочим телом, своя система управления, своя секция солнечных батарей. Если учесть, что электроракетные двигатели обладают большой надёжностью, то выход из строя нескольких двигателей сильно не скажется на длительности полёта.

 

Ионизирующая радиация

 

Дополнительной проблемой 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.

 

Наиболее опасен солнечный ветер высокоэнергетическими частицами, которые имеют энергию 10—100 МэВ (в отдельных случаях до 1010 эВ). 90 % из них — протоны, 9 % альфа-частиц, остальное — электроны и ядра тяжёлых элементов. Плотность потока частиц очень мала, но скорость лежит в диапазоне от 300 до 1200 км/с (кратковременно). Частицы, движущиеся с такой скоростью, при попадании в организм человека могут повредить клетки и ДНК в их составе.

 

Попасть в «окно» как при полёте на Луну в программе «Аполлон», когда поток солнечного ветра минимален и не представил бы опасности, нельзя из-за большой продолжительности полёта на Марс. Увеличение защиты от радиации наращиванием экрана слишком сильно повлияет на массу корабля, величина которой для межпланетного перелёта является критичной.

 

В 1960-е года появилась идея использовать для защиты от ионизирующей радиации искусственное магнитное поле, но расчёты показали, что диаметр зоны действия магнитного поля должен быть более 100 км для эффективного отклонения тяжелых заряженых частиц от космического корабля. Размеры и масса такого электромагнита были бы настолько большими, что проще было нарастить классическую защиту экранированием.

 

Но как показывают исследования международной группы учёных из лаборатории Резерфорда и Эплтона, мощность магнитного поля для эффективной защиты корабля может оказаться ниже, чем предполагалось ранее. Ими был разработан проект «Мини-магнитосферы», в предположении, что магнитное поле будет образовывать плазменный барьер из самих же частиц солнечной радиации. Новые частицы, влетая в магнитный пузырь, должны взаимодействовать с частицами, которые уже находятся в нём, и с магнитным полем Солнца, повышая эффективность защиты. Результат эксперимента и компьютерное моделирование, сделанное теми же учёными в 2007 году, подтвердили эту теорию, что для защиты экипажа достаточно магнитного поля размером в сотни метров. Следует отметить, что такой установке необязательно работать во время всего полёта, её достаточно включать при сильных солнечных вспышках.

 

Пыль

 

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.

 

Марсианская пыль хоть и менее абразивна, чем лунная, но всё равно может отрицательно сказаться на здоровье космонавтов при попадании в лёгкие. Из-за очень малого размера частиц от неё очень трудно изолироваться. Так космонавты программы «Аполлон» на следующий же день замечали присутствие пыли в спускаемом аппарате. Кроме того, марсианская пыль содержит 0,2 % хрома. Многие соединения хрома не опасны, но есть вероятность присутствия солей хромовой кислоты, которые являются сильными канцерогенами[21].

 

Для электроники же опасность заключается в электростатических свойствах марсианской пыли. Разряд, например, проскочивший между скафандром космонавта и кораблём способен повредить электронику первого. Предполагается, что электростатический заряд накапливается из-за постоянного трения с пылью. Здесь вносят свой вклад и песчаные бури. Так как на Марсе нет воды в жидком виде, то заземление не поможет, но уже некоторые учёные предлагают способы решения этой проблемы.

 

Палеонтолог Ларри Тэйлор университета Теннесси провёл опыт с лунным грунтом. Он облучил грунт микроволновым излучением в течение 30 секунд при мощности в 250 Вт и выяснил, что этого достаточно, чтобы пыль спеклась, образовав похожую на стекло плёнку. Это происходит из-за содержания частиц железа размерами в нанометры, которые мгновенно реагируют на излучение. На основе этого принципа можно было бы сделать специальную тележку, которая ехала бы впереди космонавтов, «убирая» пыль[22].

 

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.

 

 

Из-за высоких требований в областях двигателестроения, техники безопасности, систем жизнеобеспечения и экзобиологических исследований необходимо развитие новых технологий. Многие ожидают отсюда инновационного толчка, аналогичного возникшему в 60-х годах после высадки человека на Луну. 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.

 

Кроме того, колонизация Марса может сыграть большую роль в спасении человечества в случае какой-нибудь глобальной катастрофы на Земле, например столкновения с астероидом. Несмотря на то, что вероятность такой катастрофы невелика, необходимо об этом думать, так как последствия глобальной катастрофы могут быть фатальны для человеческой цивилизации. Из-за большой длительности процесса колонизации других планет лучше начинать её как можно раньше и с Марса.

 

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 миссии. 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 не менее получаса.

 

Таким образом, пилотируемая экспедиция позволяет получить беспрецедентно большой объем новых научных знаний за относительно короткий промежуток времени и, возможно, решить наиболее интересные и важные вопросы, касающиеся марсианской современной и древней геологии, метеорологии и проблемы возможного существования жизни на Марсе.