Грандиозное исследование предполагает, что астронавты someday смогут совершить кругосветную миссию к Марсу менее чем за шесть месяцев — срок, который сокращает текущие продолжительности миссий почти вдвое. Этот потенциальный прорыв в межпланетных путешествиях связан не с передовыми теориями propulsion (двигателей), но с случайным открытием, сделанным при анализе ранних, неточных орбитальных данных околоземных астероидов.
Результаты, опубликованные в журнале Acta Astronautica, бросают вызов давнему мнению, что марсианские миссии требуют длительных ожиданий и медленных перелётов. Используя геометрические подсказки из траекторий астероидов, учёные выявили конкретные временные окна, когда быстрое путешествие становится математически возможным, предлагая новый план для будущих исследований.
Проблема текущих миссий к Марсу
В рамках существующих архитектур миссий путешествие к Марсу — это медленный и логистически сложный процесс. Поскольку Марс находится дальше от Солнца, чем Земля, космические аппараты должны ждать, пока планеты выстроятся в эффективную по топливу конфигурацию, известную как «окно передачи». Эти окна открываются лишь раз в 26 месяцев.
Соответственно, типичный профиль миссии выглядит так:
— Путешествие туда: 7–10 месяцев.
— Пребывание на поверхности: переменное, часто месяцами, чтобы ждать следующего окна возвращения.
— Путешествие обратно: 7–10 месяцев.
Общее время миссии: около двух–трёх лет.
Эта продолжительная экспедиция подвергает астронавтов значительным рискам, включая длительное воздействие радиации, атрофию мышц и психологическое напряжение. Сокращение этого времени критически важно для обеспечения безопасности и устойчивости человеческих миссий на Марсе.
Случайное открытие
Идея более быстрого путешествия возникла благодаря исследованиям Марселу ди Оливейры Сouzы, космолога из Государственного университета Северного Рио-де-Жанейро в Бразилии. В 2015 году Сouza изучал орбиты околоземных астероидов для оценки рисков столкновений. Он сфокусировался на объекте 2001 CA21, который ранние оценки предположили имел редкую траекторию, пересекающую орбитальные зоны Земли и Марса.
«Я не искал этого», — сказал Сouza журналу Live Science. «Возможно, я был в нужном месте в нужное время».
Хотя позже наблюдения уточнили истинную траекторию астероида, отвергнув первоначальные данные как неточные, Сouza осознал, что ранние, неточные геометрические оценки содержали ценные инсайты. Эти начальные расчёты намекали на «ультракороткие» маршруты между планетами, которые стандартная орбитальная механика часто игнорирует.
От теории к жизнеспособности
Первоначальные расчёты Сouzy для оппозиции Марса в октябре 2020 года показали теоретическое время путешествия всего 34 дня. Однако такая экстремальная скорость требовала скорости отправления в 32,5 км/с и скорости прибытия около 108 000 км/ч (64 800 миль/ч). Такие скорости сейчас находятся за пределами существующих технологий ракет и сделают безопасную посадку невозможной с современными системами.
Осознавая эти ограничения, Сouza адаптировал свою модель, чтобы найти траектории, жизнеспособные для технологий ближайшего будущего. Он применил анализ Ламберта — стандартный метод для расчёта путей между двумя точками в пространстве — к будущим оппозициям Марса в 2027, 2029 и 2031 годах. Он ограничил пути так, чтобы они оставались в пределах 5 градусов наклона орбиты астероида, обеспечивая сохранение геометрии, аналогичной перспективным ранним оценкам.
Анализ показал, что выравнивание 2031 года предлагает наиболее жизнеспособную возможность для быстрого путешествия с использованием предстоящих возможностей двигателей.
Профиль миссии 2031 года
Согласно исследованию, кругосветная миссия, запущенная в апреле 2031 года, может быть завершена всего за 153 дня (примерно пять месяцев). Вот как разворачивался бы этот график:
- Отправление: запуск с Земли 20 апреля 2031 года со скоростью около 27 км/с.
- Перелёт: прибытие на Марс 23 мая после 33-дневного путешествия.
- Работа на поверхности: 30 дней пребывания на Марсе.
- Возвращение: отправление с Марса 22 июня, возвращение на Землю к 20 сентября.
Кроме того, Сouza выявил альтернативу с меньшей энергией в том же окне. Этот вариант потребовал бы меньшей скорости запуска в 16,5 км/с, но увеличил бы миссию до 226 дней (около 7,5 месяцев). Даже этот более медленный вариант представляет значительное сокращение по сравнению с традиционными многолетними миссиями.
Технологические последствия
Хотя траектория 2031 года теоретически обоснована, её практическая реализация сильно зависит от прогресса в дизайне космических аппаратов и двигателей. Требуемые скорости сравнимы с теми, которые достигнуты зондом NASA New Horizons, запущенным в 2006 году со скоростью 16,26 км/с — самым быстрым запуском с Земли на тот момент.
Однако New Horizons был лёгким, одноцелевым зондом. Перевозка людей, систем жизнеобеспечения и топлива для возвращения требует значительно большей массы и энергии.
Исследование предполагает, что тяжеловесные ракеты нового поколения, такие как Starship SpaceX или New Glenn Blue Origin, могут обладать необходимой мощностью для достижения этих скоростей. Если эти машины смогут доставлять полезные нагрузки к скорости отрыва с требуемой точностью, они смогут открыть эти быстрые транзитные коридоры.
Почему это важно
Это исследование меняет разговор с вопроса «можем ли мы лететь быстрее» на «как мы можем создать системы, чтобы это делать». Выявив конкретные геометрические возможности, учёные могут сузить поиск жизнеспособных траекторий, позволяя инженерам создавать двигатели и конструкции космических аппаратов, адаптированные к этим высокоскоростным требованиям.
В заключение, хотя человеческие миссии на Марс в 2031 году остаются теоретическими, это случайное открытие предоставляет конкретный математический путь для радикального сокращения времени путешествия, превращая многолетнюю проблему в вопрос месяцев.
