В 2007 году инженер Лаборатории реактивного движения Роб Маннинг, сыгравший ключевую роль в успешных миссиях посадки марсоходов, признался, что отправка и высадка людей на Марс кажется ему практически невозможной. Однако спустя 17 лет исследований и испытаний перспективы этой амбициозной задачи значительно улучшились.
Главная сложность посадки на Марс связана с его атмосферой, которая в 100 раз тоньше земной. При этом для доставки людей потребуется массивный космический аппарат массой от 20 до 100 тонн.
«Многие думают, что посадить людей на Марс просто, ведь мы уже высаживались на Луну и регулярно возвращаемся с орбиты на Землю. Но марсианская атмосфера создает уникальные проблемы, которых нет ни на Луне, ни на Земле», — объясняет Маннинг.
Когда космический корабль входит в атмосферу Марса на межпланетной скорости (например, 19 500 км/ч, как у марсохода Perseverance), у него есть всего несколько минут, чтобы замедлиться до дозвуковой скорости и безопасно сесть.
В 2007 году инженеры пришли к выводу, что атмосферы Марса недостаточно для торможения как на Земле, но слишком много для исключительно реактивной посадки, как на Луне. Это явление они назвали «Проблемой сверхзвукового перехода».
«Это уникальная для Марса проблема», — говорил Маннинг. «Есть разрыв между возможностями атмосферного торможения и техниками дозвукового замедления, например, при помощи парашютов или реактивных двигателей».
На сегодняшний день самым тяжелым аппаратом, успешно доставленным на Марс, остается Perseverance, массой около 1 тонны. Его посадка стала возможной благодаря сложной комбинации технологий, включая систему Sky Crane. Но для более массивных аппаратов она не подходит.
В поисках решения NASA провела испытания новых технологий, включая надувные тормозные устройства. Но окончательное решение пришло при рассмотрении неординарной идеи: использовать ретропропульсию — обратное включение двигателей для торможения на сверхзвуковых скоростях.
«В 2007 году мы даже не думали, что это возможно», — говорит Маннинг. «Но теперь мы знаем, что это работает. Технология ретропропульсии не только позволяет замедлиться на сверхзвуковых скоростях, но и минимизирует зависимость от сложных систем вроде парашютов».
Ретропропульсия открывает дорогу к созданию более крупных и тяжелых космических аппаратов, способных доставить на Марс людей и оборудование. Тем не менее, Маннинг подчеркивает, что задачи, стоящие перед инженерами, все еще невероятно сложны. «Мы прошли долгий путь с 2007 года. Но высадка людей на Марс остается одной из самых сложных задач в истории космонавтики,» — говорит Маннинг.
Ключевым моментом в развитии технологий посадки на Марс стало использование метода supersonic retropropulsion (SRP) — включения двигателей в обратном направлении на сверхзвуковых скоростях. Хотя в 2007 году это казалось нереализуемой идеей, практическая проверка началась благодаря SpaceX.
«В NASA не было средств, чтобы запустить ракету только ради проверки SRP», — вспоминает Роб Маннинг. «Но SpaceX решили попробовать».
В 2013 году SpaceX впервые использовали SRP для замедления первой ступени ракеты Falcon 9 при возвращении в атмосферу Земли. Несмотря на то что ракета упала в океан, сама идея сработала. После нескольких лет доработок, в 2015 году первая ступень Falcon 9 впервые успешно приземлилась на площадке на мысе Канаверал.
Этот успех стал революционным не только для частных космических полетов, но и для планов NASA по исследованию Марса. Совместный проект NASA и SpaceX позволил проанализировать данные SRP и адаптировать их для условий Марса.
Исследования показали, что SRP позволяет создать вокруг корабля «пузырь» ударной волны, который защищает его от турбулентности и перегрева. Это открытие подтвердило, что технология подходит для масштабируемых миссий разного размера, от доставки грузов до высадки людей.
«Теперь мы знаем, что посадка тяжелых аппаратов на Марс не требует фантастических технологий или нарушения законов физики», — отметил Маннинг.
Тем не менее, SRP решает лишь часть задач. Маннинг подчеркнул, что перед инженерами остаются сложные вопросы. Например, как управлять огромным кораблем, таким как Starship, в разреженной атмосфере Марса? Как избежать повреждений двигателей пылью и обломками, которые поднимаются при посадке?
Еще одна проблема — условия на поверхности. Марс может быть ветреным, а его почва — каменистой. Это требует новых решений для посадочных опор и устойчивости аппаратов. Логистика также представляет вызовы: как доставить оборудование, построить инфраструктуру и обеспечить заправку кораблей для возвращения?
«Посадка на Марс — это не только технический вызов, но и испытание терпения», — говорит Маннинг. «Окно для запуска открывается раз в 26 месяцев, так что на исправление ошибок может уйти целое десятилетие».
Несмотря на это, SRP стал значительным шагом вперед. Как шутит Маннинг: «Мы просто делаем то, что советовал Бак Роджерс еще в 1930-х: включаем задний ход, когда летим очень быстро».
Ранее мы рассказывали о ключевых гипотезах, объясняющих появление на Марсе метана.
