Планы освоения Красной планеты неспроста посещают ученых, мечтающих о целесообразном освоении ближайшего космического пространства. Хоть четвертый из объектов земной группы в два раза легче самой Земли и дальше от светила, но наблюдения показали, что там схожие условия, предполагающие возможность посещения. Немало весьма компетентных голов озадачено вопросом, сколько лететь до Марса от Земли по времени человеку, чтобы космическое путешествие стало реальным.
Сложности марсианского путешествия
К совершению полетов на Марс аргументирует желание развивать технологии, проводить научную исследовательскую работу, искать пригодные к добыче ископаемые за пределами нашей планеты.
Целесообразной причиной считают колонизацию, позволяющую использовать ресурсы марсианских просторов.
Невероятно популярным в последние годы стал космический туризм, способный приносить немалые доходы, тем более что на Красной планете есть некоторое содержание кислорода, а температура приближена к погодным условиям Полярного круга.
Однако тех, кто хотел бы долететь до Марса, беспокоит вопрос продолжительности космического вояжа.
Несмотря на то, что человечество в наши дни ощущает себя в космосе уверенно, на серьезные длительные полеты пока не отваживается никто.
Во-первых, сложно обеспечить герметичность, в которой не нуждаются беспилотные марсоходы, посылаемые для забора проб грунтов и атмосферы.
Во-вторых, сложно предусмотреть возможность возникновения солнечного ветра и движение метеорных потоков.
В-третьих, во время путешествия к Красной планете не исключены технические поломки.
Все перечисленные причины смогут прервать полет, не оставив астронавтам надежду на восстановление работоспособности корабля.
Планирующим космическую поездку людям важно узнать, сколько лететь от Земли до Марса, чтобы защитить себя от физических и психических негативных воздействий.
Повышенный уровень радиации в космическом пространстве заставляет думать над сокращением продолжительности полета до минимальных значений.
К тому же сниженная активность в ограниченном пространстве приведет к существенному снижению мышечного тонуса, нарушению кровеносного движения, депрессивным состояниям.
Немаловажным фактором, диктующим необходимость в точных расчетах времени для посещения и обратного возвращения, являются:
- запасы топлива;
- питания;
- воды;
- расходных средств;
- кислорода.
Марсианский километраж
По утверждению астрономов, использующих все средства для считывания положения планет и производства вычислений на основании точнейших данных, расстояние до Марса от нашей планеты несколько больше, чем до третьего объекта нашей системы – Венеры.
Однако венерианские температурные условия и избыток серной кислоты в окружающем ее пространстве пока не располагают к полетам.
А вот на Красную планету в достойном снаряжении допустимо даже высадиться для проведения исследований.
Если для людей будут разработаны скафандры, способные создать надежную защиту в марсианских условиях, то выяснение, сколько же километров действительно придется преодолеть, приобретает практическое значение.
Чтобы грамотно провести вычисления и получить точное расстояние от Земли до Марса в привычных для людей единицах, надо учесть специфику траектории движения планеты.
У его траектории внушительный эксцентриситет, из-за которого реальный километраж нестабилен.
Если теоретически его вычислять по кратчайшему пути, соединив две точки на обеих планетах, протяженность варьирует от 55 млн км во время движения с пересечением перигелия до 100 млн км при пересечении афелия.
Причем для сокращения крайне желательно, чтобы вылет с Земли был совершен во время движения в афелии ее траектории, а приземление на Красной планете – в перигелии его космического пути. Для того чтобы обе планеты заняли выгодное для запуска космолета положение, придется подождать примерно 2 года. По сведениям астрофизиков, удачный момент наступает с периодичностью в 26 месяцев.
Безусловным приоритетом считается наименьший вариант маршрута, который позволяет почти двукратно сократить продолжительность полета при равных скоростях.
Сколько времени может занять полет
У задачи, сколько времени займет космическое путешествие на четвертую планету, несколько решений.
Зависят они не только от расположения планет, удачного выбора стартовой и финишной точки, но и от скорости космического аппарата.
Теоретически время пути возможно рассчитать.
Для этого согласно школьной практике расстояние делят на значение скорости и получают величину, которую достаточно просто перевести в часы.
Если снова прибегнуть к вычислениям астрофизиков, взявших за основу среднюю скорость космических кораблей в 58,5×10³ км/ч или 16,26 км/с, то для одностороннего путешествия людям понадобится 39-42 суток при наиболее благоприятном расположении орбит.
На полет по самому долгому маршруту потребуется 288-300 суток.
В принципе, марсианское путешествие может получить реальное воплощение, если к нему грамотно подготовиться.
Расстояние в световых годах
Астрономы наряду с привычными километрами, позволяющими примерно определить, какое расстояние космолету придется пройти от взлета с Земли до посадки на Красную планету, используют более выразительную единицу – световой год.
Чтобы понять, сколько используемых учеными лет, займет марсианское путешествие, надо понять, что собой представляют указанный критерий измерения.
Он равен длине пути, пройденному за юлианский год световым лучом в полнейшем вакууме, это примерно 9,5 триллионов км или чуть больше 63 тыс. а.е.
Вычислить, сколько понадобится световых лет для полета до Марса, предельно просто, полученное астрономами расстояние делят на скорость перемещения космической станции.
Если принять, что в безвоздушном пространстве свет движется со скоростью около 225 000 км/с, то на весь путь отводится всего 181 световая секунда, т.е. немного более 3-х световых мин.
Версии дорог до Марса
Из-за непрерывного перемещения космических участников Солнечной системы прямого маршрута на Красную планету не предвидится.
Потому надо подобрать наилучший вариант, позволяющий проложить наименьшее расстояние от Марса до Земли.
Выбрав оптимальную траекторию, получится сократить расход запасов энергоносителя и потратить минимум времени.
Стартующее с поверхности Земли пилотируемое космическое судно получает импульс, к которому прибавляют скорость перемещения Земли по собственной орбите.
Срединный отрезок корабль пройдет по прямой траектории, скорость его передвижения фактически не изменится.
На финишных этапах вновь перейдет на движение по эллиптической кривой, пока не пересечет марсианскую орбиту в расчетной точке, для приземления аппарату нужно будет ускориться.
Чтобы определиться с наилучшим периодом времени и лететь до Марса по минимальному километражу, выбирают лучший маршрут из трех возможных.
Эллиптический путь движения
У эллиптического варианта пути планет и космических аппаратов есть второе название, гомановский. Получен второй термин благодаря достижениям Вальтера Гоманна, трудившегося над его разработкой. Параллельно с ним, практически в тот же временной период над этой проблемой работали советские изобретатели В. Ветчинкин и Ф. Цандер.
Эллиптическая трасса признана самой элементарной, благодаря чему космический корабль потребляет наименьший объем горючей смеси. Путь включает половину эллиптической магистрали вокруг Солнца.
Для успешного полета Земля должна находиться в максимально приближенной к светилу точке, а наиболее удаленной от центра нашей системы должна быть точка рядом с Марсом.
Старт аппарата с космическими путешественниками должен произойти в благоприятный отрезок времени. На сегодняшний день быстрее всех до Красной планеты долетело непилотируемое техническое устройство Маринер-6. На пересечение космического пространства между двумя планетами им был потрачен 131 день.
Дольше всех достигали марсианских просторов аппараты Вигинг-2, Марс Обсервер и его одноклассник Полар Лэндер, им потребовалось по 330 дней.
С учетом того, что для сокращения расстояния на обратном пути космонавтам потребуется снова ждать благоприятного окна в движении планет, то на Марсе им придется провести еще более 2-х лет.
Параболическая трасса
Движение орбитальной станции по параболическому пути предполагает прибытие в финишную точку через 70 суток.
Только в этом случае придется выбирать, какую из задач решать первой: сколько лететь часов от Земли до Марса или сколько израсходовать горючего.
На преодоление этого космического отрезка понадобится в 4,3 раза больше топлива, причем перемещать его тоже должен корабль, из-за чего увеличиваются его вес и габариты, как следствие, уменьшается скорость.
Увеличение расхода топлива связано с необходимостью более интенсивного движения на старте и в период посадки.
Для этого межпланетному аппарату потребуется разгон до достижения третьей космической скорости.
Еще больше горючей смеси потребует приложение усилия для пилотируемого торможения.
По подсчетам астрофизиков, даже солидные энергетические расходы не слишком сильно сократят продолжительность полета, марсианские прогулки будут возможны спустя 5 месяцев, отсчитанных от старта, после чего надо еще выждать время для благополучной отправки назад, на Землю.
Гиперболическая траектория
Согласно гиперболической версии движения, космическая станция должна сначала пролететь мимо Марса, затем изменить вектор маршрута, чтобы проникнуть в гравитационное поле планеты.
Это самый скоростной вариант. По предположениям астрофизиков, межпланетное путешествие займет около 1-1,5 месяцев, в километрах путь будет самым большим.
Чтобы ее реализовать скорость аппарата в полете должна быть выше третьей космической, т.е. превышать 16,7 км/с.
Опыт движения в подобном темпе у землян уже есть.
С такими скоростными характеристиками в космическом пространстве перемещались космолеты Пионер-10 и Новые Горизонты.
У гиперболического варианта движения есть препоны. Не все аппараты способны лететь по указанной схеме, химическая разновидность двигателя не подходит. Для пересечения пространства между Землей и желаемой планетой потребуется скоростная ракета, способная преодолеть ограничения и разогнаться до требующейся скорости при умеренном топливном потреблении, такой результат теоретически могут дать корабли с электрическим или ядерным видом двигателя.
Пути сокращения расхода топлива
Одной из значимых проблем для осуществления марсианского путешествия является внушительный запас топлива. Причем важно выяснить, и сколько понадобится, чтобы лететь до Марса от Земли, и остальные расходы. Горючая смесь нужна для совершения полета в обратном направлении, на обеспечение работоспособности самого оборудования и жизненно необходимых космонавтам систем на месте в период ожидания благоприятного момента для возвращения.
Учитывая, что пока человечество летает в космическом пространстве только на аппаратах, оснащенных химическими двигателями, то мечтателям о путешествии на Красную планету препятствует ряд технических сложностей. Тяжелому космическому судну с большим отсеком для запаса топлива сложнее преодолеть земное притяжение. Массивный корабль с большим запасом энергоносителя вряд ли сможет набрать необходимую скорость.
Кроме затрат энергии на набор скорости в период взлета пилотируемому космолету нужно еще и сбрасывать ее в период торможения. На это тратиться не меньше, чем на взлет. Двигателю придется непрерывно работать во время пребывания космических путешественников на Марсе.
Не исключено, что в благоприятный для возвращения миг что-нибудь помешает, и людям придется ждать еще более 2,5 лет, у них должен быть топливный резерв.
В такой ситуации неважно, сколько по времени лететь на вожделенную для посещения и исследования планету, во главу угла встает вопрос о поиске топлива, поставляющего достаточное количество энергии, но мало весящего и занимающего минимум места.
Интересное решение было предложено еще в 25м году прошлого столетия В. Гоманном. Согласно его методике, космическую станцию на Красную планету лучше отправить по увеличенной орбите, чтобы ее траектория пути вокруг нашего светила была больше, чем трасса Земли. Изобретатель посчитал такой вариант наиболее удачным, т.к. при увеличении численности километров ощутимо сокращается потребление энергоносителя.
Методы сокращения продолжительности полета
Ориентируясь на существующие темпы движения пилотируемых космолетов, чтобы без проблем долететь до намеченного объекта, людям понадобится приблизительно от 150 до 260 земных суток.
Решение проблем сокращения длительности полета заключается в ускорении, которое повлечет за собой уменьшение маршрутной дуги. Из-за ее уменьшения технически усложняется процедура посадки и предваряющего ее снижения космолета, т.е. после интенсивного разгона аппарат нужно еще и суметь притормозить.
Чтобы повысить скорость пилотируемого аппарата, надо по максимуму сократить его вес.
Это практически невозможно из-за необходимости брать на борт большой запас горючей смеси.
Значит, всерьез думать о высадке на Красной планете можно будет только после появления кораблей, снабженных электрическими, лучше ядерными двигателями, потому что для выработки электричества тоже требуется привычное химическое топливо.
Преимуществом двигателей, питающихся электроэнергией, состоит в возможности длительной работы. Однако в условиях космоса они не могут поставлять ее в необходимом и достаточном объеме. Правда скорость оборудованных ими космолетов выше, чем аналогов с химической разновидностью мотора.
Космические судна с ядерными двигателями долетят быстрее приведенных выше соперников, вдобавок сократят продолжительность полета приблизительно на 7 месяцев. Еще одной методикой уменьшения продолжительности полета до 5 месяцев является применение магнетизма, в результате чего жидкая горючая смесь переходит в состояние плазмы или ионизированного газа. Другая идея предполагает использование антивещества, которое позволит долететь за 45 суток.
