Сколько лететь до Марса: высчитываем время, топливо и возможности

Сколько по времени лететь человеку до Марса от Земли

О том, сколько лететь до Марса от Земли, человечество задумывается уже давно. Четвертая от Солнца планета рассматривается как перспективный источник полезных ископаемых, возможная территория для поселения людей и просто отличное туристическое направление для космических путешественников. Ведь исследовав все уголки своей планеты, человек стремится воочию увидеть, что же находится далеко за ее пределами. Наш сосед по Солнечной системе представляется как наиболее дружелюбный объект для посещения.

В статье мы расскажем, сколько лететь до Красной планеты по времени и зачем людям вообще нужны такие полеты, также рассмотрим все возможные проблемы таких путешествий и способы их преодоления.

Сколько километров лететь до Марса

Марс не является самой близкой к Земле планетой. По этому параметру его опережает Венера. Но экстремально высокая температура ее поверхности, а также атмосфера, насыщенная серной кислотой, делают ее совершенно непригодной для путешествий. Марс же почти не имеет атмосферы, средняя температура на нем сравнима с температурой арктической зимы, а опасность для исследователей могут представлять лишь сильные песчаные бури. Теоретически, при должной экипировке человек в состоянии пережить такие условия.

Если люди все-таки соберутся в такое путешествие, какое расстояние им необходимо будет преодолеть? Сколько времени займет «поездка» на четвертую планету?

Расстояние от Земли до Марса постоянно меняется. Это связано с тем, что у каждой их планет своя траектория движения вокруг Солнца. Также, в отличие от орбиты нашей планеты, орбита соседа имеет более вытянутую форму. Максимальная удаленность между ними составляет 401,33*10 6 км, а минимальная – 54,56*10 6 км. Сближение планет наблюдается в тот момент, когда Земля оказывается в точке афелия, а пятая планета — в точке перигелия. Это время будет оптимальный для планирования путешествия на Красную планету.

Сколько по времени лететь на Марс

Сколько времени понадобится, чтобы преодолеть расстояние между Землей и Марсом? Для начала представим, что корабль, везущий космических путешественников, развивает такую же скорость, как самый скоростной космический зонд «Новые горизонты». Его максимальная скорость равнялась 58*10 3 км/ч.

Следовательно, при минимальном удалении двух планет друг от друга при полете по прямой полет на Марс для человека займет 941 час или почти 40 суток. При максимальной удаленности долететь на Красную планету можно будет за 6920 часов или 288 суток.

Оптимальный маршрут

Однако, в случае с полетом на пятую планету «срезать» по прямой не получится. Все из-за того, что начальная и конечная точки путешествия все время находятся в движении. Тогда стоит вопрос, каким же должен быть путь до Красной планеты, чтобы затратить минимум топлива и потратить наименьшее количество дней?

Выделяют три маршрута от Земли до четвертой планеты:

Гомановская траектория

Гомановская траектория. Из начальной точки (наша планета) космический корабль начнет движение по эллиптической траектории, пройдя ее половинный отрезок, конечной точкой которого станет марсианская орбита. При этом начальная скорость корабля должна быть 11,57 км/с (выше второй космической). Весь путь продлится около 260 дней. Именно по такой траектории запускали большинство марсианских орбитальных спутников и марсоходов.

Параболическая траектория

Параболическая траектория. Этот путь до Марса представляет собой половинный отрезок параболы. Он самый короткий, перелет между планетами составит всего 80 суток. Но для того, чтобы отправить космический корабль по такому маршруту, его необходимо разогнать до третьей космической скорости – 16,7км/с. Для такого маневра потребуется в 4 раза больше топлива, чем это необходимо при запуске межпланетного транспорта по гомановской траектории. При этом сокращаются затраты на продовольствие, средства жизнеобеспечения и защиты от радиационного излучения. Также такой короткий путь менее негативно скажется на здоровье экипажа.

Гиперболическая траектория

Гиперболическая траектория. Наиболее перспективный маршрут для космических путешествий. К примеру, именно такая траектория была выбрана для запуска зонда «Новые горизонты». Он достиг марсианской орбиты всего за 78 дней. Космический корабль, двигаясь по гиперболической орбите, должен разбить скорость, превышающую 16,7 км/с. При этом он вначале будет пролетать мимо пятой планеты, но под влиянием ее гравитации изменит свое направление таким образом, что весь путь будет напоминать гиперболу. Однако химические двигатели, которыми оснащены современные ракеты, не в состоянии обеспечить такой разгон корабля. Это под силу только ионным двигателям, разработка которых сейчас активно осуществляется.

Сказать точно, сколько времени лететь до Марса от Земли, пока невозможно. Все зависит от времени вылета, от оснащения корабля, а также от его траектории, выбранной специалистами.

Зачем лететь на Марс

Мы уже разобрались, сколько километров лететь до Марса и как долго продлится такое путешествие. Но стоит ли оно всех затрат? Ведь для создания корабля с мощными ионными двигателями, подготовки экипажа и всех запасов топлива и продовольствия, нужно потратить просто астрономические суммы. Так зачем лететь на Марс?

Первая цель – исследования. По мнению многих исследователей, планета некогда имела атмосферу и развитую гидросферу. Также экспериментально было доказано, что в марсианском грунте способны прижиться и вырасти некоторые виды земных растений. Путешествие могло бы пролить свет на прошлое этого небесного тела. Кроме того, ученые могли бы продолжить эксперименты по заносу живых организмов на марсианскую поверхность.

Вторая цель – колонизация. Человечество уже давно ищет место для переселения, куда можно будет экстренно эвакуироваться в случае глобальной катастрофы на Земле. Условия на четвертой планете Солнечной системы, конечно, далеки от идеала. Но уже есть несколько теорий о том, как можно создать на нем искусственную атмосферу и создать человеческое поселение.

Третья цель – туризм. Пока туристические круизы к марсианским кратерам кажутся вымыслом писателей-фантастов. Но туристы уже не раз посещали международную космическую станцию. Полеты к нашему красному соседу – следующий этап этого прибыльного и перспективного направления.

Опасность марсианского путешествия

Как мы уже выяснили, полет до Марса займет не менее 80 суток. И такое долгое космическое путешествие не может не иметь последствий для экипажа корабля. Кроме того, сам полет может пойти совсем не по плану, ведь все опасности и трудности просто невозможно спрогнозировать. Чем может быть опасен полет к Марсу?

Влияние на психическое и физическое здоровье

Космическая радиация пагубно влияет на живые организмы. Астронавты будут в некоторой степени защищены от нее, находясь в переделах космического корабля. Но исследователи подчитали, что за время полета до марсианской орбиты они получат дозу облучения, равную 1 Зв. Для сравнения, годовая доза облучения на Земле составляет 2,5 мЗв. Такое облучение может оказать крайне негативное влияние на нервную, сосудистую и пищеварительную систему путешественников. Кроме того, риск развития у них злокачественных опухолей возрастет в десятки раз. Если же корабль попадет под поток высокоэнергетического солнечного ветра, никакая защита не защитит экипаж от смерти в результате острой лучевой болезни.

Кроме радиации, опасность для здоровья астронавтов несет длительное состояние невесомости. В отсутствие силы притяжения, опорно-двигательный аппарат и кровеносная система быстро теряют свой тонус. Реабилитация после полета займет не менее 2 лет, а последствия для здоровья могут преследовать путешественников всю оставшуюся жизнь.

Изолированное пространство, однообразное питание, переутомление и другие издержки длительного космического полета негативно скажутся на психике первых марсианских путешественников. Это может привести к конфликтам в команде и даже к реальным психическим расстройствам.

Технические трудности

Невозможно предугадать точный сценарий полета. В любой момент может наступить поломка двигателя или столкновения корабля с мелким космическим телом. Кроме того он может попасть под поток солнечного ветра или в эпицентр марсианской песчаной бури.

Чтобы отправить людей на красную планету, ученые должны оснастить корабль резервными двигателями. Кроме того защитить его жилые помещения от излучения и пыли. Это сложный и затратный процесс и здесь нет права на ошибку. Поэтому полет состоится только тогда, когда все технические системы будут доведены практически до совершенства. И даже в этом случае, риск гибели экипажа очень высок.

Когда полетим?

Мы разобрали все нюансы полета к четвертой планете Солнечной системе. Теперь осталось выяснить, когда люди полетят на Марс?

Несколько государственных и частных космических компаний заявило о планировании скорых полетов на Марс.

Американская компания Space X, занимающаяся созданием космической техники, представила проект многоразового пилотируемого космического корабля. Он необходим для доставки первых колонизаторов Марса. Корабль будет оснащен жидкостными двигателями, работающими на криогенном метановом топливе. Его можно будет использовать для двенадцати повторных полетов.

По заявлению основателя компании Илона Маска, первая доставка грузов на поверхность красной планеты состоится в 2022 году. Полет человека на Марс планируется в 2024-2025 годах.

Нидерландская компания Mars One также заявила об отборе покорителей марсианской пустоши. По заявлениям ее основателей туда безвозвратно отправится целая команда колонистов, задачей которых будет изучить красную планету и создать там условия для жизни новых колоний. Жизнь команды предполагалось транслировать в режиме реального времени. Компания Mars One уже отобрала подходящих кандидатов и нашла спонсоров и поставщиков оборудования для миссии, однако в 2019 году внезапно была признана банкротом. Финансирование и существование проекта остается под вопросом. Если же руководству компании удастся найти новых инвесторов, полет человека на Марс состоится в 2026 году.

Сколько лететь до Марса: сейчас и в будущем?

Расстояние между Марсом и Землей постоянно меняется. Когда Земля между Солнцем и Красной планетой, оно составляет около 55 миллионов километров, а когда Солнце лежит между нами и Марсом — больше 350 миллионов километров. Именно это определяет, сколько лететь до Марса. Чтобы попасть к Красной планете, проще всего стартовать, дождавшись минимальной дистанции, которая бывает каждые 26 месяцев. Наиме нее энергозатратная гомановская траектория приведет нас туда за 9 месяцев. Нужный для нее дополнительный разгон с земной орбиты – 2,9 километра в секунду. Это лучший вариант для автоматов, и время их полета сейчас близко к гомановскому. Например, «Кьюриосити» летел туда с 26 ноября 2011 года до 6 августа 2012 года.

Гомановская траектория — по сути полет по спирали, а не по прямой.

Что хорошо для автомата — человеку смерть. При полете «Кьюриосити» приборы зафиксировали ионизирующее излучение (радиацию), которое для человека дало бы 0,66 зиверта в год (0,5 зиверта за 9 «гомановских» месяцев). Норма для космонавтов — как раз 0,5 зиверта в год. Экономичная траектория не годится, ведь после «схваченных» 0,5 зиверта в космосе человеку придется получать еще 0,23 зиверта в год на поверхности Марса. Поэтому большинство проектов предлагают разные варианты гиперболической траектории, при которой время в пути полгода. Тогда путешествие туда даст лишь 0,33 зиверта, еще 0,23 – год на Марсе (ожидание «окна» для возврата), еще 0,33 — обратный путь. В сумме — около 0,45 зиверта в год — «то, что доктор прописал».

Синим показана гиперболическая траектория.

Пока проекты такого рода во всем мире не идут дальше деклараций о намерениях. Никто не испытывает ни двигатели, ни иные элементы ракет для таких полетов. Никто — кроме, конечно, одного игрока. SpaceX уже испытала на многоразовую работу кислород-метановый двигатель Raptor для Big Falcon Rocket (BFR), а также топливный бак для нее же. Траектория BFR — самая короткая из когда-либо предлагавшихся, близкая к прямой. Однако она требует, чтобы вторая ступень BFR — в нее интегрирован корабль на десятки астронавтов — после выхода на орбиту дополнительно разогналась на 6 километров в секунду. Энергия пропорциональна квадрату скорости. Поэтому затраты топлива в таком варианте в 4,3 раза больше, чем для пути к Марсу, как у «Кьюриосити». Зато и время в пути — около 115 суток.

Для чего землянам лететь на Красную планету? Есть ли жизнь на Марсе и если да, то откуда? Читайте в нашем большом материале: «Марс наш? Как «жители СССР» первыми высадились на Красную планету».

Вариант SpaceX может показаться слишком затратным, но на деле это не так. Для разгона с земной орбиты топливо для BFR подвезет корабль-заправщик. А вот если бы BFR выбрала более длинный путь в 180 дней, ей пришлось бы брать больше запасов еды и иметь больший объем кают. Человек, хотя и легче марсохода раз в десять («Кьюриосити» весил почти 900 килограмм), требует еды и свободного места для упражнений. Без них после высадки он не сможет двигаться по планете. Да и мясо трудно вырастить в корабельной теплице, поэтому и нужны припасы. Именно еда и вода — главные по массе грузы, доставляемые на МКС . И если топливо для быстрой траектории BFR можно взять с корабля-заправщика, то еду на отдельном грузовике к Марсу подвезти уже слишком дорого.

У схемы полетов SpaceX больше всего шансов на реализацию в 2020-х годах. Недавно вице-президент США объявил о том, что Штаты планируют высадиться на Луне и Марсе, опираясь именно на частную космонавтику. Кроме SpaceX никто из частников не испытывает технику для достижения столь далеких небесных тел.

Есть еще один, в теории самый быстрый вариант попадания на Марс. Он был предложен в СССР еще в 1960-х, а в России в полузамороженном режиме разрабатывается до сих пор. Это так называемый ядерный буксир. Атомный реактор мощностью до 15 мегаватт питал бы электроракетные двигатели, которые выбрасывают газ со скоростью до десятков километров в секунду – в десять раз быстрее, чем ракеты выбрасывают химическое топливо.

За счет этого полёт к Марсу шел бы не только по самой короткой траектории, но и быстрее, чем на любой ракете – всего за 45 дней. Однако есть нюанс — на разработку буксира нужно несколько миллиардов долларов, всего в несколько раз меньше, чем на Олимпиаду-2014. Финансирование отечественного космоса слишком мало, поэтому шансов на реализацию проекта пока нет.

Правительство США ядерный буксир не разрабатывает. Недавно появились данные, что SpaceX пытается приобрести ядерные материалы для сходных целей. Однако и тут успех сомнителен. Ресурсы небольшой частной компании слишком малы, чтобы осилить и BFR, и ядерный буксир. Если ракеты Илона Маска уже захватили мировой рынок коммерческих запусков, то в атомной области опыт компании пока равен нулю.

Обо всем важном и интересном в мире науки мы также рассказываем в наших каналах в Telegram и Яндекс.Дзен.

Сколько лететь до Марса и сколько это будет стоить

Полет на Марс не стоит воспринимать легкомысленно. В конце концов, это более 56 миллионов километров. Красная планета — это следующее великое человеческое достижение, и на пути к нему есть несколько преград. И национальные правительства, и частные компании конкурируют, чтобы отправить людей на Марс. Но сколько лететь до Марса и сколько это будет стоить? И что будет после того, как вы на самом деле ступите на эту мягкую пыльную красную марсианскую землю?

Сколько времени лететь до Марса

Корабль Mars InSight сумел достичь планеты за относительно короткое время, но шаттл с людьми и запасами, необходимыми для выживания, может занять больше времени.

Наименьшее зарегистрированное расстояние между Землей и Марсом составляет 56 миллионов километров. Расстояние меняется из-за наших орбит. Даже свет, который распространяется невероятно быстро, может занять до 12 минут, чтобы добраться до нас с поверхности Марса.

Аппарат НАСА InSight, который вот-вот приземлится на поверхность Марса, фото НАСА, октябрь 2016

Самый быстрый запуск ракеты с Земли произошел в 2015 году и развивался со скоростью 36 000 миль в час (58 000 км / ч). Судя по этой цифре, и учитывая, что Марс может быть дальше, в зависимости от того, когда вы побывали, ученые говорят, что путешествие на Марс занимает около 300 дней. Это чуть менее десяти месяцев. Однако некоторые говорят, что если все правильные элементы выровнены, и вы использовали много топлива, это может занять всего 150 дней, что составляет пять месяцев.

Другие идеи, чтобы уменьшить время полета до Марса

Хотя для того, чтобы космический корабль пролетел 250 дней, чтобы достичь Марса, требуется некоторое терпение, нам может потребоваться совершенно другой метод движения, если мы посылаем людей. Космос — враждебное место, и излучение межпланетного пространства может представлять долгосрочную угрозу для здоровья астронавтов-людей.

Вопрос сколько лететь до Марса является важным не только в технологическом и финансовом плане. Космические полеты — это не путешествие на курорт, это опасное мероприятие для здоровья человека. Чем меньше времени вы в космосе, тем лучше для вас.

Фоновые космические лучи создают постоянный поток радиации, вызывающей рак, но существует больший риск массивных солнечных бурь, которые могут убить незащищенных астронавтов за несколько часов. Если вы можете уменьшить время в пути, вы уменьшите количество времени, которое астронавты получают в результате облучения, и минимизируете количество припасов, которое они должны нести для обратного полета.

Эта составная фотография была сделана из более чем 100 изображений Марса, сделанных Orbiters Viking в 1970-х годах.

Сколько лететь до Марса, используя различные технологии

Ядерные ракеты
Одна из идей — ядерные ракеты, которые нагревают рабочую жидкость — например, водород — до интенсивных температур в ядерном реакторе, а затем взрывают ее из сопла ракеты при высоких скоростях для создания тяги. Поскольку ядерное топливо намного плотнее энергии, чем химические ракеты, вы можете получить более высокую скорость тяги при меньшем расходе топлива. Предполагается, что ядерная ракета может сократить время полета на Марс примерно до 7 месяцев.

Магнитоплазменные ракеты
Другое предложение — это технология, называемая магнитоплазменной ракетой с переменным удельным импульсом (или VASIMR). Это электромагнитный двигатель, который использует радиоволны для ионизации и нагрева топлива. Это создает ионизированный газ, называемый плазмой, который может с большой скоростью выталкивать заднюю часть космического корабля. Бывший астронавт Франклин Чанг-Диас ведет разработку этой технологии, и ожидается, что на Международной космической станции будет установлен прототип, чтобы помочь ей сохранить свою высоту над Землей. В миссии на Марс ракета VASIMR может сократить время полета на Марс до 5 месяцев.

Антиматерия
Возможно, одним из самых экстремальных предложений будет использование ракеты-антивещество. Созданный в ускорителях частиц, антивещество — самое плотное топливо, которое вы могли бы использовать. Когда атомы вещества встречаются с атомами антивещества, они превращаются в чистую энергию, как и предсказывает знаменитое уравнение Альберта Эйнштейна: E = mc 2 .

Итак, сколько лететь до Марса, использую технологию антивещества? Потребовалось бы всего 10 миллиграммов антивещества, чтобы продвинуть миссию человека на Марс всего за 45 дней! Но тогда производство даже такого незначительного количества антиматерии обойдется примерно в 250 миллионов долларов.

Как долететь до Марса с наименьшим количеством топлива

Основная задача инженеров — как доставить космический корабль на Марс с наименьшим количеством топлива. Роботы на самом деле не заботятся о враждебной космической среде, поэтому имеет смысл максимально снизить затраты на запуск ракеты.

Инженеры НАСА используют метод перемещения, называемый орбитой передачи Хомана — или орбитой передачи минимальной энергии — для отправки космического корабля с Земли на Марс с наименьшим количеством топлива. Техника была впервые предложена Уолтером Хоманом, который опубликовал первое описание маневра в 1925 году.