От фон Брауна до Маска
Андрис Карклувалкс
Завоевание Марса:
Журналист Delfi
Просыпаешься, завтракаешь яичницей с помидорами, запиваешь кофе, забираешься в космический корабль, жмешь на кнопку - и рулишь на Марс. С точки зрения науки, хотя пока только концептуально, идея о возможности человека полететь на красную планету на частном пилотируемом корабле, существует около семидесяти лет.
О проекте
Это статья в рамках проекта о соседе Земли по Солнечной системе Марсе - об исследованиях, планируемых в будущем миссиях астронавтов, первых поселениях людей и мечтах о терраформировании. В виртуальное путешествие на красную планету мы отвезем тебя в космобусике Delfi. Запрыгивай!
Выглядит корабль как огромная ракета или он размером с бусик, нужно ли поворачивать ключ зажигания или кнопка старта будет расположена на пульте, надеты на тебе шорты и футболка с любимым принтом или специальная одежда – всего лишь детали. Важнее всего идея – человек может построить аппарат, который сможет доставить его на Марс. Путь к этой идее быль сложным и долгим.

Красную планету заметили еще древние цивилизации. Из-за красноватого оттенка ей приписывали божественные свойства, связывали с войнами или как минимум темными временами. Божественная сущность Марса ясно демонстрировала, что для простых смертных он останется недостижимым, что тысячелетиями передавалось от поколения к поколению через сказки и легенды.

Несмотря на то, что в XIX веке появились первые мысли о возможности покинуть Землю, мечта о достижении соседней планеты по-прежнему оставалась «космосом». О существовании разумных марсиан говорили еще во второй половине XIX века, что мгновенно отразилось в богатом на выдумки жанре научной фантастики. В первой половине XX века ученые спорили о том, можно ли как-то связаться с ними, если на планете действительно существует жизнь.
Самые дерзкие ученые решили попытать счастья в августе 1924 года, дожидаясь позиции Марса, при которой он находится ближе всего к Земле. «Все астрономы Земли лихорадочно готовились к наблюдению Марса. В самых высоких горах Европы и Америки были построены обсерватории, они приобрели наиболее мощные телескопы, готовились и к обмену сигналами. [...] В нашем распоряжении остался единственный беспроводной телеграф и оптическая (воздушная) сигнализация», – сказано в октябрьском номере литературно-научного вестника "Jaunības tekas" того года. Но в изданиях тех лет чувствуется и скепсис. К примеру, новостное агентство LTA цитировало британского астронома Оливера Лоджа, который заявил, что связаться [с помощью воздушных сигналов] с Марсом невозможно, потому что «Земля, когда она оказывается ближе всего к Марсу, с последнего почти не видна из-за того, что находится с ним на той же солнечной стороне».

Развитые в нацистской Германии ракетные технологии стали основным трамплином для покорения неба. На снимке - «Фау-2».
Несколькими десятилетиями позже, во время Второй мировой войны, вместе с технологическим прогрессом изменился и взгляд на возможное посещение Марса. На тот момент самолеты существовали уже почти полвека, но только эффективные ракеты подарили первую настоящую надежду покинуть уютную атмосферу нашей планеты и отправиться вперед – к неизвестности. Новые технологии позволили понять, что Марс, возможно, не такой уж недостижимый.
Первый шаг – «Проект Марс»
Дискуссии о существовании на красной планете цивилизации или хотя бы жизни не стихали, и один из создателей печально известной баллистической ракеты «Фау-2», которую нацистская Германия использовала для обстрела Англии, Вернер Магнус Максимилиан фон Браун (который, как и многие видные немецкие ученые, был осознанно вывезен в США), в конце 40-х написал технически подробный и научно обоснованный план путешествия человека на Марс. Его работа «Проект Марс» была издана в 1952 году, годом позже переведена на английский и принята с большим восторгом.
Das Marsprojekt

«Проект Марс» предполагал путешествие 70 человек на Марс на десяти космических кораблях, которые были бы построены на орбите Земли из готовых запчастей. Их надо было доставить на орбиту в 950 этапов с помощью 46 управляемых трехступенчатых кораблей, где все три ступени использовались бы повторно, а третья могла самостоятельно приземлиться на аэродроме. Общая масса всех космических кораблей составила бы около 37 тысяч тонн. Часть команды флота должна была высадиться на полюсе Марса, пешком пройти 6500 километров в сторону экватора и построить аэродром, где могли бы безопасно приземлиться остальные. После этого предполагалось построить крупную базу, где команда провела бы больше года, а затем на семи кораблях вернулась бы на Землю.
90-страничная работа фон Брауна в деталях доказала, что как минимум в теории с существующими на тот момент технологиями и знаниями Марс достижим. Некоторые трудности, упомянутые в работе, позже были преодолены в рамках реальных космических полетов: к примеру, в его решении не было предусмотрено автоматической системы для отделения ступени, выработавшей топливо – ее планировалось отделять вручную. К тому же, фон Браун указал на неизвестные факторы, к примеру, радиацию и способность человека выживать, находясь в состоянии невесомости долгие годы. Проект был поразительным по масштабу мысли, и, как объяснял сам автор, Христофор Колумб отправился в путь с флотом, а не одним кораблем, чтобы повысить вероятность, что кто-нибудь вернется и сообщит об открытии. В то же время работа ясно показала, что отправиться на Марс можно только при помощи целенаправленной поддержки сверхдержав.
Гонка к Марсу
Во время Холодной войны, во второй половине 50-х, ученые двух сверхдержав – США и СССР – работали над концепцией марсианских миссий. Оба конкурента увидели в космосе возможности сбора новой информации, обороны и вооружения. А ученые – вызов, возможность для самоутверждения и достижения цели.
К примеру, в планах НАСА Луна всегда была лишь промежуточным этапом для того, чтобы развить технологии и однажды высадиться на Марсе. В СССР считали так же – вместе с разработкой плана высадки на Луну другие команды постоянно работали над использованием тех же или похожих технологий для достижения более далекой цели.
Каждый раз начало миссии назначалось на ближайшие десятилетия. С одной стороны, этого достаточно для того, чтобы авторы концепции могли предусмотреть ее реализацию и достичь нового уровня развития технологий, возможно, решить пока неясные вопросы, с другой – за это время могут произойти изменения в политической, экономической и научной сфере, а авторы идеи могут дискредитировать себя в случае невыполнения плана. Спектр концептуальных идей включал в себя как краткосрочные визиты на планету, так и постоянное проживание, строительство исследовательских станций и даже колонизацию.

Разработки первых концепций в обеих сверхдержавах задавали тон и дальнейшему развитию проекта как минимум на ближайшее десятилетие. В сравнении с фон Брауном их планы были куда более скромными. И советские, и американские ученые допускали полет на Марс нескольких исследователей на одном космическом корабле – в отличие от фон Брауна. Однако с момента публикации «Проекта Марс» технологический прогресс шагнул вперед и позволил сократить количество оборудования, необходимого для миссии, а также уменьшить размер самого корабля.
Первая концепция NASA
Когда в 1957 году СССР запустил первый спутник, это стало тревожным звоночком для США. В апреле 1959 года после полутора лет работы ученые исследовательского центра NASA Lewis устроили презентацию первых чертежей ядерного ракетного двигателя и электрического ракетного двигателя для теоретических межпланетных полетов. Целью было разработать более легкие двигатели, которые потребляли бы меньше топлива, чем жидкостные. Ученые, которые работали над ядерным ракетным двигателем, рассчитали, что на Марс можно будет полететь уже в конце 60-х, и в команде может находиться семь астронавтов. Команда, работавшая над созданием электрического ракетного двигателя, предполагала наличие восьми человек. Было предусмотрено, что сам корабль останется на орбите Марса, а исследование завершит команда из двух астронавтов с небольшим марсоходом.
Марсианский пилотируемый комплекс
В то же время, вдохновленные успехом «Спутник-1» и последующим финансированием, над планами по достижению Марса начали работу советские ученые – «Специальное конструкторское бюро № 1» (ОКБ-1). Главным образом их планы основывались на находящейся в разработке ракете-носителе сверхтяжелого класса Н-1. Сообщалось, что с ее помощью в 20-25 этапов на орбиту Земли будут доставлены модули для создания так называемого управляемого комплекса общей массой более 1600 тонн. Советские ученые тоже разработали ядерную электродвигательную установку, а для миссии, в которой участвовало бы шесть человек, отвели два с половиной года. Помимо жилого модуля в комплекс были включены управляемые модули для высадки на Марс и его спутники Фобос и Деймос. Часть их них должна была вернуть персонал на ожидающий на орбите корабль. Возвращающийся модуль весил бы всего 15 тонн.
Тяжелый межпланетный корабль
Несмотря на идеи, которые разрабатывались ОКБ-1, первым серьезным проектом покорения Марса считается концепция тяжелого межпланетного корабля. Идея о трехместном космическом корабле, которая родилась у инженеров в свободное время, превратилась в одно из самых важных заданий бюро. Особое внимание было уделено производству воды и воздуха, а также выращиванию местных продуктов, чтобы избавиться от необходимости огромных запасов. Для проверки разработанных систем в рамках проекта даже был построен экспериментальный жилой модуль, где три человека провели целый год. Чтобы получить как можно больше различных взглядов и идей, концепцию разрабатывали две команды. Для обоих прототипов, в отличие от предыдущих проектов, на запуск корабля должно было хватить меньшего количества ракет-носителей Н-1. Команды создали идеи как миниатюрного ядерного реактора, так и раскрываемых солнечных панелей, и чтобы привести в действие электрические ракетные двигатели, потребовалось немыслимо большое по тем временам количество панелей. В конце концов команда остановилась на моделях кораблей, которые могли быть отправлены в космос с помощью одной ракеты-носителя.
Left
Right
Первая концепция NASA
Когда в 1957 году СССР запустил первый спутник, это стало тревожным звоночком для США. В апреле 1959 года после полутора лет работы ученые исследовательского центра NASA Lewis устроили презентацию первых чертежей ядерного ракетного двигателя и электрического ракетного двигателя для теоретических межпланетных полетов. Целью было разработать более легкие двигатели, которые потребляли бы меньше топлива, чем жидкостные. Ученые, которые работали над ядерным ракетным двигателем, рассчитали, что на Марс можно будет полететь уже в конце 60-х, и в команде может находиться семь астронавтов. Команда, работавшая над созданием электрического ракетного двигателя, предполагала наличие восьми человек. Было предусмотрено, что сам корабль останется на орбите Марса, а исследование завершит команда из двух астронавтов с небольшим марсоходом.
Марсианский пилотируемый комплекс
В то же время, вдохновленные успехом «Спутник-1» и последующим финансированием, над планами по достижению Марса начали работу советские ученые – «Специальное конструкторское бюро № 1» (ОКБ-1). Главным образом их планы основывались на находящейся в разработке ракете-носителе сверхтяжелого класса Н-1. Сообщалось, что с ее помощью в 20-25 этапов на орбиту Земли будут доставлены модули для создания так называемого управляемого комплекса общей массой более 1600 тонн. Советские ученые тоже разработали ядерную электродвигательную установку, а для миссии, в которой участвовало бы шесть человек, отвели два с половиной года. Помимо жилого модуля в комплекс были включены управляемые модули для высадки на Марс и его спутники Фобос и Деймос. Часть их них должна была вернуть персонал на ожидающий на орбите корабль. Возвращающийся модуль весил бы всего 15 тонн.
Тяжелый межпланетный корабль
Несмотря на идеи, которые разрабатывались ОКБ-1, первым серьезным проектом покорения Марса считается концепция тяжелого межпланетного корабля. Идея о трехместном космическом корабле, которая родилась у инженеров в свободное время, превратилась в одно из самых важных заданий бюро. Особое внимание было уделено производству воды и воздуха, а также выращиванию местных продуктов, чтобы избавиться от необходимости огромных запасов. Для проверки разработанных систем в рамках проекта даже был построен экспериментальный жилой модуль, где три человека провели целый год. Чтобы получить как можно больше различных взглядов и идей, концепцию разрабатывали две команды. Для обоих прототипов, в отличие от предыдущих проектов, на запуск корабля должно было хватить меньшего количества ракет-носителей Н-1. Команды создали идеи как миниатюрного ядерного реактора, так и раскрываемых солнечных панелей, и чтобы привести в действие электрические ракетные двигатели, потребовалось немыслимо большое по тем временам количество панелей. В конце концов команда остановилась на моделях кораблей, которые могли быть отправлены в космос с помощью одной ракеты-носителя.
Left
Right
Параллельно развивались и другие идеи, например, межпланетный корабль с жидкостным ракетным двигателем, но эти проекты со временем были свернуты.
Покорение Луны меняет планы
В середине шестидесятых оба государства под руководством Никиты Хрущева и Джона Ф. Кеннеди в плане покорения космоса основное внимание обращали именно на Луну. Работающие над марсианской миссией советские ученые и другие ресурсы были перенаправлены на эту цель. И в американских лабораториях Марс стал более далекой целью, но исследование красной планеты не остановилось.
Empire
В целях покорения Марса американцы обратились к частным гигантам. Наряду с различными проектами General Dynamics весной 1962 года NASA предложило исследование под аббревиатурой EMPIRE (от Early Manned Planetary-Interplanetary Roundtrip Expeditions или «Ранние пилотируемые планетные-межпланетные экспедиции туда и обратно»). Материалы легли в основу продолжения исследования красной планеты на последующие неполные десять лет.
Все изменилось 20 июля 1969 года. В тот день на Луне высадился пилотируемый космический корабль «Аполлон-11», и на поверхность спутника Земли впервые ступил человек – Нил Армстронг.

Последующие звездные войны, как иногда называли космические соревнования обеих сверхдержав, внезапно поутихли. Вместо заселения Марса и покорения других планет, чего многие ждали и прогнозировали, всеобщий интерес к этим достижениям упал. На Луне оказывалось все больше американских экипажей, а с 1972 года нога человека туда больше не ступала. Утих как интерес общественности, так и научная необходимость, потому что со спутника Земли было получено огромное количество изображений и образцов пород. Это отразилось и на бюджете NASA — в 1966 году он составлял 4,41% от общего бюджета США, а к 1970 году сократился почти наполовину.
Межпланетный исследовательский корабль

Технический генеральный советский штаб по покорению космоса из ОКБ-1 превратился в ракетно-космическую корпорацию «Энергия». Продолжая развивать появившуюся в начале 60-х годов концепцию, в 1969 году корпорация опубликовала новые планы по высадке человека на Марс. Изначально предусмотренный реактор 7,5 MW было решено поменять на три реактора общей мощностью 15 MW, а количество членов команды сократить с шести до четырех человек, тем самым отказавшись от исследования обоих спутников до посещения Марса, а также сократить количество моделей, которые высадились бы на планете, с шести до одной. В комплексе были как модернизированные радиационные щиты, так и различные системы для поддержания жизни.

Советский Союз продолжал попытки развить свою стартовую платформу Н-1. Но неудачно. Все четыре попытки запустить 105-метровую ракету-носитель преследовали проблемы – из-за спешки, недостатка ресурсов и неправильных решений. За несколько недель до того, как Армстронг сфотографировал свой след на лунной пыли, вторая попытка СССР запустить большую ракету-носитель завершилась взрывом, разрушившим платформу с силой, эквивалентной более 3000 тонн в тротиловом эквиваленте.

Неудачи продолжали преследовать Н-1, пока в 1974 году работа не была остановлена. В связи с этим работу над уже разработанной концепцией по покорению Марса можно считать пущеной по ветру.
Идея приватизации Марса
В 80-х годах прошлого года идея о покорении Марса пережила возрождение. В Советском Союзе ее движущей силой была разработка ракеты-носителя сверхтяжелого класса «Энергия» – главным образом для многоразового космического корабля «Буран».
Межпланетный исследовательский корабль 2.0
Ракетная космическая корпорация «Энергия» возобновила работу над появившейся в конце 60-х годов идеей о межпланетном исследовательском корабле, приспособив его под новую ракету-носитель. В 1988 году инженеры предложили поменять ядерные реакторы на современные и легкие солнечные батареи. Вместе с распадом СССР были закрыты программы «Буран» и ракеты-носителя «Энергия».
Но еще летом 1989 года, незадолго до распада СССР, президент США Джордж Буш-старший объявил об амбициозной инициативе по исследованию космоса, конечной целью которой была высадка на Марс. После углубленного изучения она получила жесткую критику за несоразмерно огромные вложения. Деньги так и не были выделены, и, хотя планы и были изложены на бумаге, они перестали существовать еще до начала их претворения в жизнь.

Инженер компании Martin Marietta Corporation Роберт Зубрин усматривал в подходе правительства США и NASA существенные проблемы. Во-первых, попытки совместить все новейшие технологии, что, по его мнению, грозило неоправданно высокими расходами. Он призывал запускать корабль прямо с Земли, а не конструировать из модулей в космосе, планировать провести в миссии более долгое время, а также по максимуму использовать все возможные конструкции повторно. Под его руководством в компании началась работа над очень упрощенной марсианской миссией, которая получила название Mars Direct.
Mars Direct
Projection equipment: slide projectors, presentations, overhead projectors, and computer projectors.
Для полета в качестве ракеты-носителя было решено использовать межконтинентальную баллистическую ракету Ares. В планы Зубрина входило осуществить миссию в несколько этапов. Для возвращения с красной планеты первой команды предусматривали транспортные средства, которые работали бы на месте как химическая лаборатория, добывая из атмосферы Марса тонны метана и кислорода, необходимые для топлива. Команда из четырех человек с жилым модулем и небольшим марсоходом улетели бы только после получения достаточного количества этих веществ. План предусматривал, что команда проведет на Марсе полтора года, после жилой модуль и химическая лаборатория были бы оставлены для последующих посетителей планеты в качестве дополнительных модулей или модулей, используемых в чрезвычайных случаях. Другие путешественники могли бы ступить на Марс примерно через два года.
Достижением политики Билла Клинтона в сфере космоса была Международная космическая станция, которая должна была символизировать завершение гонки и начало сотрудничества в исследовании космоса. Его преемник Джордж Буш-младший все же вернулся к планам по дальнейшему завоеванию космоса и объявил о новой программе – Constellation, целью которой было вернуться на Луну в 2020 году, чтобы затем отправиться на Марс. Цель осталась неконкретной, и, вдохновленные планами Зубрина, появились и другие инициативы по покорению Марса – частные.

Работу продолжил как сам Зубрин, предлагая в последующие годы различные модификации концепции миссии Mars Direct, так и те, кто тоже пожелал покорить Марс. К примеру, негосударственная организация MarsDrive Consortium, которая в 2006 году разработала концепцию Mars for Less, в основе которой лежала идея Зубрина о максимальном сокращении расходов – благодаря использованию средних ракет-носителей, ступеней корабля, весящих не более 25 тонн, соединяемых и дополняемых грузом на орбите Земли, использованию в рамках полета более коротких траекторий и высадке на Марс при помощи методов аэродинамики; топливо, необходимое для возвращения, предполагалось производить в основном на поверхности Марса. План, направленный на то, чтобы отказаться от сверхтяжелых ракет-носителей, существенно снизил потенциальные расходы и позволил принять участие в гонке большему количеству частных игроков.
Программа Буша Constellation вскоре после ухода его администрации была закрыта. Несмотря на то, что с 2011 года NASA работает над модулем Lockheed Martin для программы Orion, в последнее десятилетие амбиции национального масштаба по покорению планеты стали исходить от частных компаний и их визионеров. Очевидным примером стала инициатива NASA Journey to Mars, ставшая проектом Moon to Mars, в рамках которого главное внимание уделено тому, чтобы вновь высадиться на Луне, и только затем на Марсе.
Активную работу над недорогостоящей тяжелой ракетой-носителем Falcon Heavy начали в рамках проекта Илона Маска SpaceX, что позволило отбросить концепцию Mars For Less. Автор Mars Direct Зубрин уже вскоре после начала проекта возлагал на него большие надежды. Развитие ракет-носителей ознаменовало начало новой эры – в космической коммуникации и навигационном секторе уже некоторое время доминируют частные компании.
Mars Direct с технологиями SpaceX
Планы Илона Маска еще больше упростили подход "Mars Direct". В рамках одного запуска тяжелой ракеты-носителя "Falcon Heavy" в космос был доставлен космический корабль Dragon с двумя членами экипажа, а в случае необходимости на Марсе дополнительных жилых модулей можно было бы использовать надувные конструкции. Жаропрочный щит Dragon уже с самого начала своего создания подходил для атмосферы Марса, благодаря чему необходимость в создании особого модуля отпала. Во время миссии на Марсе находилось два таких модуля, две надувные конструкции и два транспортных средства для возвращения.

Не все частные инициативы смогли реализовать обещанное. Одним из наиболее известных был проект Банса Лансдорпа Mars One. Он обещал в рамках одной миссии доставить на Марс команду из четырех человек и постепенно сформировать колонию. Компания привлекла масштабные инвестиции, однако ее план основывался на том, что всю необходимую для этого технику можно приобрести.

Несмотря на широкую огласку, которую в большей степени обеспечила и глобальная кампания по отбору астронавтов, необходимое финансирование для изначально планируемой роботизированной миссии собрано не было. Лансдорпу удалось заключить договоры с Lockheed Martin и другими крупными компаниями, однако SpaceX Илона Маска, на услуги которого он полагался, отказала в сотрудничестве. Из-за различных проблем потенциальный запуск пилотируемого корабля был перенесен с 2020 на 2022 год, потом на 2025, позже – на 2027, а затем и на 2032 год. И хотя компании больше не существует, отобранные ею 100 кандидатов на покорение Марса остались таковыми во всем мире.

Разработанные SpaceX технологии рассматривались как в достаточной мере соответствующие миссии Марса, однако с 2012 года компания работает над программой так называемого "марсианского колониального транспортера" Starship. В ее рамках предполагается разработать многократно используемое сверхтяжелое транспортное средство. По словам Маска, в его планы входит обеспечить стоимость путешествия на Марс, равную стоимости среднего частного дома в США – это несколько сотен тысяч долларов. Планируется, что такой цены поможет достичь не только повторное использование деталей корабля, но и сторонние доходы, полученные благодаря доставки на орбиту Земли различных грузов. После удачного теста пилотируемой капсулы Dragon в мае прошлого года новым приоритетом компании стало развитие программы Starship. Как в конце прошлого года подчеркнул Зумбрин, почти не связанный с проектом Маска, на данный момент вариации корабля уже могут производиться в количестве одной единицы в месяц.
"Система звездного корабля" (Starship System)
Технические решения корабля с момента зарождения идеи не раз переживали изменения и дополнения. На данный момент концепция предполагает двухступенчатые корабли – Super Heavy и Starship, оба могут приземляться вертикально. Стабильность корабля в воздухе и на земле гарантируют крылья-плавники, которые одновременно служат и как опора. Проект предполагает, что корабль не будет приземляться на бетонную площадку или плавающую платформу, как Falcon 9 и Falcon Heavy, а вернется на стартовую платформу. Затем после пополнения запасов топлива корабль снова сможет отправиться в путь. В отличие от более ранних концепций корабль сам покинет Землю, высадится на Марсе, будет служить там временной базовой станцией и после этого сможет вернуться. Его дизайн все еще совершенствуется, и, как подчеркнул Маск, люди отправятся в космос на Starship только тогда, когда он покажет себя во время сотен полетов с грузом.
Остальные инициативы остаются в тени, и концепция, развиваемая компанией Маска, стала наиболее реальным и обозримым планом по покорению Марса. Ракета Falcon Heavy и капсулы Dragon уже зарекомендовали себя и используются для миссий NASA. В свою очередь, SpaceX позволил обратиться к тому, что в начале 50-х годов фон Браун считал доступным в теории только для сверхдержав – планам по колонизации Марса. Стоимость SpaceX, которая в прошлом году достигла 100 миллиардов долларов США, на данный момент больше, чем средства, которыми располагают около половины стран мира. К примеру, по данным Credit Suisse на 2019 год, в общей сложности жители Латвии располагают 93 млрд долларов.