Місія "Марс": чи сягне людство Червоної планети у XXI столітті?

Китай наважився поставити своє запитання небу. Сьогодні з космодрому Веньчан на острові Хайнань запущено перший китайський зонд для дослідження Марса, названий «Тяньвень - 1» («Питання до неба»).

Шестиколісний робот, закапсульований у захисну оболонку, за розрахунками вчених, має підлетіти до Червоної планети у лютому 2021 року. «Тяньвень - 1» оснащений камерою та інструментами, за допомогою яких китайські планетологи сподіваються знайти у ґрунті лід.

А за 11 днів Піднебесна планує додати йому в компанію ще 2 зонди. Які разом з «Тяньвень - 1» складуть місію, мета якої — дослідити умови в шарах ґрунту під поверхнею й спробувати знайти там ознаки життя. А один з китайських міжпланетних апаратів буде виведений на орбіту Червоної планети, звідки вивчатиме Марс дистанційно.

У Китаї сподіваються: цього разу їхня мрія здійсниться.

Хоча хіба це тільки китайська мрія?

МАСК І КОСМІЧНА ЦИВІЛІЗАЦІЯ

Ще на початку століття відомий винахідник та мільярдер Ілон Маск розбудив, здавалося б завмерлу в летаргічному сні мрію людства — освоїти Червону планету. Його концепція “Марс Оазис” була покликана поновити інтерес до досліджень цього небесного тіла та збільшити бюджет NASA. Мета проєкту – доставити на планету мініатюрний парник із насінням, що містить зневоднений гель. Це насіння мало прорости й перетворити Марс на «найвіддаленішу територію, куди мандрувало життя». Уже тоді винахідник зрозумів, що ці плани занадто далекосяжні, а для їх реалізації необхідні нові прогресивні технології. Так почався новий виток у ракетобудуванні та підкоренні космосу. 

“Ви хочете прокинутися зранку та подумати, що майбутнє буде чудовим – от що означає бути космічною цивілізацією. Це означає вірити в майбутнє та думати, що воно буде краще, аніж минуле. І я не можу думати ні про що більш захопливе, аніж злетіти та бути серед зірок,” – сказав Ілон Маск, засновник компанії SpaceX. 

Компанія не приховує, що має на меті зробити людство мультипланетним. Першим кроком у цій справі стане колонізація Марсу. Ця планета, на відстані 140 мільйонів миль, є одним з найближчих сусідів Землі. Марс майже вдвічі далі від Сонця, ніж Земля, але отримує достатньо сонячного світла.

“Марс досить прохолодний, проте ми можемо його нагріти. Його атмосфера складається переважно з діоксиду вуглецю з деяким вмістом азоту та аргону, а також кількома іншими мікроелементами, а це означає, що ми можемо вирощувати рослини на Марсі, всього лиш стискаючи атмосферу. Гравітація на Марсі становить приблизно 38% від Землі, тож ви зможете піднімати важкі речі та переміщуватись навколо. Крім того, тривалість дня надзвичайно близька до дня на Землі”.

Дістатися до Марса SpaceX планує космічним кораблем Starship. Це найпотужніший ракетний носій у світі, який здатен переправляти на орбіту Землі до 100 метричних тон. Система складається з розроблених компанією двигунів Raptor і спадщини з польотів кораблів Falcon та Dragon. Starship має простору кабіну та дві повітряні пробки для позакорабельних прогулянок.

Різні кораблі з дизайном Starship слугуватимуть для різних цілей. Один із них використовуватиметься для зберігання палива та рухатиметься низькоземною орбітою, інший – із людьми на борту – заправиться на орбіті Землі, й полетить далі.

Цей космічний корабель із ракетою Super Heavy утворять транспортну систему, яка здатна дозаправлятися на орбіті та використовувати природні запаси води й діоксиду вуглецю, щоб утворювати паливо прямо на поверхні Марса. Як зазначає SpaceX, Starship увійде в атмосферу Марса зі швидкістю 7,5 кілометра на секунду та аеродинамічно сповільниться.

Разом із двома американськими компаніями Blue Origin та Dynetics, SpaceX стане партнером Національного управління з аеронавтики і дослідження космічного простору, або ж NASA, яке уже має дві програми з підкорення Червоного гіганта.

У грудні 2017 року президент США Дональд Трамп дав NASA нову директиву, що орієнтована на співпрацю з інтернаціональними та комерційними партнерами з метою перефокусування досліджень на Місяць, а потенційно – на Марс та навіть далі. 

“Директива, яку я сьогодні підписую, переорієнтує американську космічну програму на нові відкриття. Вона знаменує перший крок у поверненні американських астронавтів на Місяць вперше з 1972 року, для тривалих досліджень. Цього разу ми не просто лишимо наш прапор та сліди – ми закладемо фундамент для місії на Марс, і можливо, інших світів”. 

Дослідницька кампанія орієнтована на три основні сфери: низьку орбіту Землі, поверхню та орбіту Місяця, й Марс та інші об’єкти глибокого космосу. 

КОРАБЕЛЬ ДЛЯ ГЛИБОКОГО КОСМОСУ

Поточна місія NASA з відправлення астронавтів на Марс пов’язана з розбудовою космічного корабля Orion. Він є частиною програми Artemis, метою якої є відправлення першої жінки та наступного чоловіка на Місяць до 2024 року. 

Orion доставлятиме астронавтів у глибокий космос, а потім безпечно повертатиме їх на Землю. На ньому астронавти долетять до космічного корабля Gateway, який слугуватиме місцем для підготовки місій на Місяць, та, зрештою, Марс.

Космічний корабель Orion підтримує життєзабезпечення людей, які опинилися за сотні та тисячі миль від Землі, а запуск його відбуватиметься з Системи Космічного Запуску (Space Launch System, або SLS). NASA створило SLS як найпотужнішу ракету-носій для відправки людей на місії у глибокий космос. 

Gateway оснащений Елементом живлення та руху (Power and Propulsion Element – PPE) – потужним 60-кіловатним сонячним електрокораблем, який забезпечить для нього потужність та швидкісні комунікації. З часом, Gateway стане станцією з розробки закладів автозаправлення та платформ з обладнанням й обробки зразків з Місяця.

SLS, Orion та Gateway – важливі елементи для реалізації планів NASA з досліджень глибокого космосу. Перша місія програми, що матиме назву Artemis 1, запланована на жовтень 2021 року і триватиме 22,5 дня. Запуск SLS відбудеться без команди. Космічний корабель обертатиметься навколо Землі, поки Orion здійснить два оберти навколо Місяця та приземлиться у Тихому океані. 

Місія Artemis 2 відбудеться уже з екіпажем 2023 року. Вона запланована як пробний політ астронавтів навколо Місяця. Уже третій політ SLS та Orion у 2024 році доставить на супутник Землі першу жінку та ще одного чоловіка.

SLS ТА Orion є транспортними засобами, а Gateway слугуватиме астронавтам безпосередньо на Місяці. Він здатний забезпечити багатомісячні подорожі із багаторазовими мандрівками на поверхні супутника, а також розроблений як форпост для наукових космічних досліджень навіть без екіпажу. Корабель буде оснащений кабіною для команди, яка має назву Аванпост для проживання й логістики (Habitation and Logistics Outpost, або HALO), та зможе приймати логістичні поставки. 

NASA також окреслила концепцію, як людські та роботизовані дослідники створять інфраструктуру для довготривалої присутності на Місяці. Вони започаткують використання таких винаходів, як Місячний ландшафтний транспортний засіб для переміщення екіпажу навколо місця приземлення; мобільну житлову платформу, яка дозволить перетнути Місяць за менш ніж 45 днів; та місце проживання для чотирьох людей.

Компанія продовжує працювати над таким викликами, як життя у космосі, раціональне використання ресурсів, утилізація сміття. Місія на Місяць набагато більш далека, ніж експедиції до Міжнародної космічної станції. Вона потребує обладнання, яке надійно працюватиме далеко від Землі, підтримуватиме життя людей і буде достатньо легким для запуску. Ці технології стануть у нагоді для мандрівки на Марс, довжиною у 34 мільйони миль.

Подорожі на Місяць та Марс поєднані між собою. Супутник Землі дає змогу протестувати інструменти й обладнання, яке може бути використане на Марсі, а також місця проживання людини, системи життєзабезпечення та інші технології, які допоможуть при побудові самодостатніх форпостів якнайдалі від Землі. Проживання місяцями на Gateway дозволить дослідити, як тіло реагує на існування в умовах глибокого космосу, перед багаторічною мандрівкою на Марс.

НОВИЙ РОВЕР ВІДПРАВИТЬСЯ В СЕРПНІ

Але не одними ідеями Маска живиться мрія про Марс. Окрім програми Артеміс, ведуться розробки обладнання для місії Perseverance, що запланована на початок серпня 2020. Запуск відбудеться з мису Канаверал у Флориді. NASA відправить на Червону планету ровер Perseverance, завантажений науковими інструментами. Його вже приєднали до ракети Atlas V, яка доставить ровер на Марс.

"Perseverance встановлює нову планку для наших амбіцій на Марсі", – сказала Лорі Глаз, директор планетарних наук у штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. "Ми як ніколи наблизимося до відповідей на деякі найдавніші питання науки про Червону планету, включно з тим, чи існувало там коли-небудь життя". 

Астробіологічна місія Perseverance шукатиме ознаки стародавнього мікробного існування на планеті. А ще вона допоможе скласти характеристику клімату та геології планети, і буде першою планетарною місією зі збору зразків марсіанського каменю та реголіту (зламаного каменю й пилу). За підрахунками, ровер має здійснити посадку в кратері Єзеро 18 лютого 2021.

Наступні експедиції, які зараз плануються в штаб-квартирі NASA і будуть здійснені у співпраці з Європейським космічним агентством, відправляться на Марс, щоб зібрати зразки ґрунту, які взяв ровер із поверхні, та відправити їх на Землю для подальшого аналізу.

Окрім Америки та Китаю, за пальму першості у колонізації Марсу змагаються Росія, Європа й Об’єднані Арабські Емірати.

АРАБСЬКА НАДІЯ

Об’єднані Арабські Емірати мають великі сподівання щодо першого міжпланетного апарату, який відправиться в подорож за орбіту Землі. Тому перша орбітальна ракета, як стартувала з Космічного центру Танегасима у Японії 20 липня, має назву “Надія”.

Якщо місія “Марс” Арабських Еміратів пройде вдало, вона стане першою міжпланетною подорожжю країни, а її результатом – перша глобальна карта марсіанської погоди.

Попередні зонди відтворювали картину атмосфери планети та слідкували за певною її частиною в конкретний час доби. Величезна еліптична орбіта “Надії” дозволить штучному супутнику Марса оглядати велетенську територію планети і вдень, і вночі. Камера видимого світла та інфрачервоний спектрометр вивчатимуть марсіанські хмари й пилові бурі в нижніх шарах атмосфери. “Це перша місія, яка допоможе отримати глобальну картину динаміки атмосфери Марса,” – каже Гесса Аль Матроусі, членкиня наукової команди місії. 

Протягом двох років “Надія” відслідковуватиме щоденні зміни погоди. Для чого це потрібно? Окрім того, що це має допомогти підготуватися до наступних місій, погодний моніторинг дозволить з’ясувати, яким чином атмосферні умови спричиняють викиди водню та кисню у космос. А це в свою чергу дасть науковцям змогу зрозуміти клімат Марса та причини втрати ним щільної атмосфери.

Команда з ОАЕ, розробляючи свої наукові цілі, щільно співпрацювала з міжнародною спільнотою, якій буде доступною й вся інформація, отримана в ході місії – без періоду ембарго (надання доступу до повних текстів наукових статей лише через певний проміжок часу після їх публікації).

“Емірати прагнуть не просто продемонструвати технології, а й зробити внесок у наукове розуміння Марса,” – сказав Річард Зурек, головний науковий співробітник відділу програм Марса в лабораторії реактивного руху NASA.

Міжпланетний космічний апарат став значним технологічним стрибком для ОАЕ, які найняли досвідчених інженерів з попередніх місій NASA, в основному – з університету Колорадо Боулдер. Таке партнерство має чітку мету – передавати усі ноу-хау команді Космічного центру імені Мохамеда Бін Рашида, з якою інженери працювали над кожним елементом місії. "Реальність полягає в тому, що ми молода країна, і ми нічого не могли зробити без партнерів та міжнародної співпраці", – каже Ахмад Белюул, міністр з питань вищої освіти та голова космічного агентства ОАЕ. 

Ідея місії виникла не у науковців, а в уряду країни, який прив’язав строки місії до 50-ї річниці ОАЕ, котру святкуватимуть 2 грудня 2021 року. Директор проєкту Омран Шараф сказав, що вибір такого завдання був зроблений не тільки для того, щоб надихнути молодь, а й щоб почати рух ОАЕ до економіки, заснованої на знаннях.

КИТАЙ ПРАГНЕ ЗАЗИРУТИ ВГЛИБ

Китай, з якого ми почали цю розповідь, вже не вперше намагається відправити експедицію на Марс.  

Попередня спроба послати свій зонд на борту російського корабля у 2011 році завершилася невдало — апарат зник із поля зору радарів. Після цієї втрати країна багато чого досягла у дослідженні космічного простору. У 2013-му вона стала третьою серед тих, що висадили космічний корабель на Місяць. Минулоріч китайський лендер (посадковий модуль) першим торкнувся далекої сторони Місяця. У травні Китай успішно випробував космічний корабель, який доставить екіпаж на нову космічну станцію, створення котрої планують завершити 2022 року. 

Якщо усе вдасться реалізувати, «Tяньвень-1» стане першою місією, у процесі якої вдасться дослідити Червону планету ровером, лендером та орбітальною станцією. Радіолокатор на супутнику може зазирнути на 100 метрів углиб поверхні для картографування геологічних пород та пошуку води й льоду. Камери середньої та високої роздільної здатності збирати зображення таких утворень, як дюни, льодовики та вулкани. І орбітальник, і ровер будуть оснащені спектрометрами для вивчення складу ґрунту й гірських порід та шукатимуть доказів того, як вода змінила геологічні структури. Команда також планує збирати атмосферні дані про температуру, тиск повітря, швидкість і напрямок вітру, а також вивчати магнітні та гравітаційні поля на Марсі.

Подібні інструменти уже були на Марсі, каже Реймонд Арвідсон, планетний геолог з Вашингтонського університету у Сент-Луїсі, штат Міссурі. Але Марс великий і має складну геологічну історію, тому дані «Tяньвень-1» поширять компетенцію науковців на території, до цього ще не досліджені. “Якщо китайські інструменти спрацюють, продукуватимуть дані, й цими даними ділитимуться так, як заведено, то усе буде варте зусиль,” – додає Арвідсон, маючи на увазі безкоштовний публічний архів геологічних даних, зібраний з багатьох попередніх планетних досліджень, якими керують його університет та NASA. 

РОСІЯ ТА ЄВРОПА ПРИГАЛЬМУВАЛИ

Ціллю спільної російсько-європейської астробіологічної програми теж є пошук слідів життя на Червоній планеті, а також дослідження різноманіття марсіанської води й біохімії, слідів атмосферних газів та їх джерел. Керування системами здійснюватиме ЄКС, яке передасть “Роскосмосу” платформу після сходу ровера.

Утім “Роскосмос” та Європейське космічне агентство нещодавно оголосили, що у зв’язку з пандемією переносять запуск ExoMars до 2022 року.

ДЕСЯТЬ РОКІВ ДО ПОЛЬОТУ ЛЮДИНИ? 

Людство ступить на декілька сходинок уперед у дослідженні Марса за наступні 10 років. Чотири космічні місії, покликані вивчити геологію, клімат та сформувати базові уявлення про Червону планету, стануть передвісниками наступних місій – уже з екіпажем на космічних кораблях. Неможливо передбачити, чи оселяться земляни на Марсі до кінця століття, проте ми невпинно рухаємося до цієї мети.

Софія Ходєва
На основі інформації з відкритих джерел

Перше фото: caixinglobal.com