Марсианская экспедиция по плану НАСА потребует более 40 сверхтяжелых ракет с 2021 до 2042 года

С 2010 года основной целью долгосрочной программы НАСА является высадка на Марс. 25 Сентябрь 2015, 16:48
Более-менее определенные очертания эта цель начала приобретать весной 2015 года, когда несколько научных организаций американского космического агентства подготовили программу, получившую название Evolvable Mars Campaign. Главные идеи этой программы – использование финансирования, которое высвободится после завершения эксплуатации МКС без наращивания общего бюджета НАСА, пошаговое получение необходимых технологий и, главное, гибкость планов. Гибкость, по мнению разработчиков, позволит оставаться на пути к осуществлению полета на Марс, независимо от изменения сроков, схем полета и колебаний политического курса в США.
Официально Evolvable Mars Campaign не представлена публике до сих пор, однако в начале сентября в сети появилась презентация о текущем статусе программы (доступна только подписчикам платной секции сайта NasaSpaceFlight.com). Согласно этому документу, в Evolvable Mars Campaign рассматриваются два основных плана организации экспедиции. Оба они предполагают, что в 2033 году люди должны будут посетить спутник Марса Фобос, а в 2039 году пилотируемая экспедиция отправится к Марсу, чтобы провести на его поверхности несколько месяцев.
Различие между двумя схемами заключается в схемах доставки грузов и людей к Марсу, но не в общем масштабе. Обе схемы предполагают активную исследовательскую работу астронавтов в дальнем космосе и отличаются подавляющей монструозностью. Фактически НАСА берется за ближайшие 18-20 лет разработать большое количество сложной и дорогой техники: тяжелые электрореактивные буксиры, тяжелые межорбитальные буксиры на долгохранимом двухкомпонентном топливе (гидразин и тетраоксид азота), обитаемые модули для проживания на Фобосе, на Марсе и во время космического перелета, посадочные аппараты для обоих космических тел, исследовательские мобильные модули для передвижения людей по поверхности Фобоса и Марса и, конечно, пилотируемый корабль «Орион» и сверхтяжелую ракету-носитель SLS Блок 2 грузоподъемностью 130 т.
Прежде чем переходить к описанию планов экспедиций, необходимо отметить, что Evolvable Mars Campaign является крайне приблизительным и предварительным документом. В частности, он описывает первый облет Луны на корабле «Орион» при помощи 105-тонной ракеты SLS Блок 1B (это должен быть первый пуск ракеты этой конфигурации) в 2021 году и его повторы в 2022 и 2023 годах. Однако уже известно, что для сертификации SLS Блок 1B для пилотируемых полетов она сначала должна выполнить запуск беспилотного аппарата, а сроки первого пилотируемого полета корабля «Орион» недавно были сдвинуты с осени 2021 до весны 2023 года.
Две возможные схемы полетов к Марсу и его спутнику условно названы в Evolvable Mars Campaign как «электрореактивно-химическая» и «гибридная». Первая подразумевает, что припасы системы жизнеобеспечения и средства посадки на Марс и для работы на нем будут заранее доставлены на стабильную марсианскую орбиту при помощи электрореактивных буксиров мощностью 281 кВт каждый, что займет несколько лет, а затем к Марсу отправится пилотируемая экспедиция на обычных химических буксирах. По гибридной схеме будет построен один большой перелетный комплекс с гибридными электрореактивно-химическими буксирами мощностью 425 кВт.

По первой «электрореактивно-химической» схеме для полета людей на Фобос понадобится 10 ракет SLS Блок 2 (это 1300 тонн, выведенных на низкую орбиту Земли). Первый полет на Марс обойдется двенадцатью аналогичными ракетами, второй – десятью. Для сравнения, по оценке РКК «Энергия», для организации полета на Марс необходим перелетный комплекс массой около 400 тонн, и по сравнению с некоторыми частными предложениями (например, американского инженера Роберта Зубрина) эта оценка раньше казалась довольно расточительной.
Разработчики Evolvable Mars Campaign, впрочем, экономить не предлагают. Подготовка высадки на Фобос по «электрореактивно-химическому» плану должна начаться в 2028 году. Одна SLS должна вывести на орбиту жилой модуль для Фобоса и мобильный исследовательский аппарат для перемещения астронавтов на поверхности спутника, вторая – первый электрореактивный буксир на солнечных батареях (Solar Energy Propulsion, SEP). В 2029 году третья SLS запускает второй SEP и буксир, который потребуется для отлета от Земли. Четвертая SLS выведет корабль «Орион» с пилотируемой экспедицией для инспекции техники.

В 2030 году должна быть запущена пятая ракета с очередным электрореактивным буксиром и шестая с химическим буксиром. После этого первый космический «поезд» отправится из окололунного пространства к Фобосу. В 2031 году на двух ракетах должны быть запущены перелетный жилой модуль, буксир для его полета на орбиту Марса и буксир для отлета с его орбиты к Земле. Девятая SLS в 2033 году выведет корабль «Орион», который доставит на орбиту Луны пилотируемую экспедицию. В этом году люди должны впервые отправиться в межпланетный полет. Десятая SLS будет запущена в 2035 году с кораблем «Орион», который доставит возвратившихся астронавтов из окололунного пространства на Землю. Длительность пребывания людей в дальнем космосе составит около 500 суток. Общая масса комплекса в пространстве около Луны составит 395,5 тонн.
Подготовка марсианской экспедиции должна начаться в 2033 году с запуском первого химического буксира. В следующем году потребуется вывести в космос два посадочных аппарата на двух SLS. В 2035 году должны быть запущены третий и четвертый посадочный аппараты, а на 2036 год запланирован пуск шестой SLS с пятым посадочным аппаратом. В этом же году должен быть запущен буксир для отлета с земной орбиты, в 2037 году – буксиры для отлета от Луны и для торможения у Марса. В 2038 году пилотируемой экспедиции предстоит проинспектировать технику, в том числе вернувшийся из первого полета и хранящийся на орбите Луны (либо в точке либрации) перелетный жилой модуль. В 2039 году на трех SLS будут запущены оставшиеся буксиры и первая пилотируемая экспедиция, которая отправится к Марсу. Люди вернутся в окололунное пространство в 2042 году. Для их возвращения на Землю потребуется еще один полет корабля «Орион». Масса комплекса на окололунной орбите составит 630,7 тонны. Тем временем, формирование группировки для второго полета на поверхность Марса должно начаться в 2039 году. В этом случае старт будет возможен в 2043 году.

При использовании «гибридной» схемы полет на Фобос будет «стоить» 8 ракет-носителей, однако первая высадка на Марс потребует 14 ракет (вторая – опять же 10).
2028 год – запуск жилого модуля для Фобоса и гибридного электрореактивно-химического буксира на первой SLS, исследовательского мобильного аппарата и танкера с топливом на второй SLS. 2029 год – второй танкер и инспекционная экспедиция. 2030 год – еще две ракеты со вторым гибридным буксиром, третьим танкером и перелетным жилым модулем. В 2032 году должна быть запущена пилотируемая экспедиция (которая также доставит 15 тонн необходимых припасов). Масса в окололунном пространстве составит 339,2 т.

Подготовка к полету на Марс по этой схеме начнется в 2031 году. Ежегодными двойными пусками SLS в космос должны быть отправлены три гибридных буксира, пять посадочных аппаратов и четыре танкера с топливом. В 2038 году должны состояться инспекционная пилотируемая миссия и доставка припасов (15 тонн) на перелетный жилой модуль. В 2039 году планируется отлет к Марсу, а в 2043 году потребуется обеспечить завершающий пуск SLS с кораблем «Орион» для возвращения экипажа на Землю. Суммарная масса, доставленная к Луне, составит 574 тонны.

Сейчас рассматривается несколько конструкций марсианского взлетно-посадочного аппарата. Его вместимость может составить 18, 27 или 40 тонн, и, разумеется, выбор тяжелого аппарата приведет к изменению всей описанной выше схемы экспедиции. Общие массы аппаратов до посадки на Марс составляют 43,4, 59 и 82,2 т соответственно. Для того, чтобы обеспечить длительное проживание экипажа на поверхности Марса, потребуется минимум пять легких, три средних или два тяжелых посадочных аппарата. Ключевым фактором, влияющим на выбор размерности аппарата, является, однако, не массовая эффективность, а его размеры. Сейчас для ракеты-носителя SLS планируется разработать головной обтекатель диаметром 8,4 м и полной длиной (включая узкую часть) 19 м. Легкий вариант аппарата с большим трудом помещается в этот диаметр. 27-тонный аппарат, скорее всего, в него не поместится, а для тяжелой версии потребуется обтекатель диаметром не менее 10 м. Впрочем, если посадочные аппараты придется запускать одновременно с электрореактивными буксирами, поместить их под обтекатель станет еще сложнее.