Новий шлях до Марса знайшли випадково: він скорочує час подорожі вдвічі

• Дослідження бразильського науковця виявило маршрути, які можуть радикально скоротити подорож до Марса, використовуючи орбітальні дані астероїдів.
• Найсприятливіша конфігурація для надшвидких перельотів буде у 2031 році, з можливими місіями тривалістю 153 дні або 226 днів, використовуючи нові технології ракет і теплового захисту.

Дослідження бразильського науковця відкриває несподівані можливості для міжпланетних перельотів. Використання попередніх розрахунків траєкторій малих космічних тіл дозволило виявити маршрути, які здатні радикально скоротити тривалість місій до Марса, роблячи подорож значно коротшою.

Як дістатися до Марса лише за 33 дні?

Сучасні плани космічних місій передбачають, що шлях до Марса займає від семи до десяти місяців. Оскільки планети вишиковуються в правильну позицію для енергоефективного перельоту лише кожні 26 місяців, астронавтам доводиться чекати вікна для повернення, що розтягує повну подорож майже на три роки. Проте нове дослідження свідчить, що цей термін можна скоротити, використовуючи геометричні підказки, отримані з ранніх орбітальних даних астероїдів, пише Live Science.

Дивіться також Іонний двигун NASA для польотів на Марс пройшов перше випробування: результати вражають

Автор дослідження, космолог з Державного університету Північного Ріо-де-Жанейро в Бразилії Марчело де Олівейра Соуза, натрапив на цю ідею випадково у 2015 році під час вивчення об'єкта 2001 CA21.

Це було несподіванкою для мене, я цього не шукав,
– розповів науковець у коментарі для Live Science.

Об'єкт привернув його увагу через рідкісну траєкторію, що перетинала орбітальні зони і Землі, і Марса. Хоча пізніші вимірювання уточнили справжній шлях астероїда, його початкова геометрія під час опозиції у жовтні 2020 року натякнула на можливість існування "надкоротких" маршрутів.

Методологія Соузи, яку він описав у дослідженні в журналі Acta Astronautica, базується на використанні попередніх, іноді неточних орбітальних оцінок навколоземних астероїдів як структурного шаблону для синтезу траєкторій на основі задачі Ламберта. Зокрема, було використано рішення №11 Лабораторії реактивного руху (JPL) 2015 року для астероїда 2001 CA21.

Це рішення описує високоексцентричну траєкторію з чітко визначеною субекліптичною площиною.

Можливо, це змінить уявлення про те, що нам потрібно більше двох років, щоб полетіти на Марс і повернутися,
– зазначив Марчело де Олівейра Соуза.

Науковець проаналізував три вікна опозиції Марса: 2027, 2029 та 2031 роки. Лише конфігурація 2031 року виявилася унікально сприятливою для реалізації надшвидких перельотів із використанням технологій найближчого майбутнього.

Маємо два варіанти

У межах цього вікна було ідентифіковано дві повні архітектури подорожей:

• Екстремальна місія тривалістю 153 дні. Вона включає 33-денний переліт до Марса, перебування на поверхні близько 30 днів та 90-денне повернення на Землю. Для цього знадобиться швидкість відльоту близько 27,5 кілометра на секунду та характеристична енергія (C3) приблизно 758 квадратних кілометрів на квадратну секунду.
• Реалістична місія тривалістю 226 днів. Вона передбачає 56-денний переліт туди, 35 днів перебування та 135-денне повернення. Швидкість відльоту складе близько 16,9 кілометра на секунду, що лише в 1,5 раза перевищує показники місії "New Horizons", яка стала найшвидшим рукотворним об'єктом на момент запуску.

Що потрібно

Такі високі швидкості висувають жорсткі вимоги до енергетичних можливостей апаратів. Екстремальний варіант наразі виходить за межі хімічних двигунів і потребує вдосконалених концепцій, як-от ядерні теплові двигуни (NTP) або ядерно-електричні установки з великою потужністю.

Проте менш агресивний 226-денний сценарій може бути досяжним для ракет наступного покоління, таких як Starship від SpaceX або New Glenn від Blue Origin.

Крім двигунів, критичним аспектом залишається тепловий захист. При екстремальному сценарії швидкість прибуття до Марса складе близько 30 кілометрів на секунду (понад 100 000 кілометрів на годину), що значно перевищує можливості існуючих систем посадки. У "реалістичному" варіанті швидкість прибуття становитиме 16 – 17 кілометрів на секунду, що наближається до верхньої межі перспективних концепцій теплового захисту, таких як HEEET або HIAD.

Дивіться також NASA готує новий орбітальний супутник для зв'язку з Марсом – хто розроблятиме апарат

Вам також буде цікаво дізнатися: навіщо людство хоче летіти до Марса?

Марс приваблює людство з кількох причин одночасно – наукових, практичних і навіть філософських:

• По-перше, це найближча до Землі планета зі схожими умовами: на ній є доба тривалістю майже 24 години, є атмосфера (хоч і дуже розріджена), є сезони і навіть полярні шапки з льоду. Саме тому вчені давно підозрюють, що Марс колись міг бути придатним для життя, можливо, мікробне життя існує там і досі глибоко під землею. Пошук відповіді на питання "чи самотні ми у Всесвіті?" – одна з головних причин, чому туди хочуть відправити людей, а не лише роботів.
• По-друге, є суто прагматична логіка виживання. Такі мислителі, як Стівен Гокінг, і підприємці, як Ілон Маск, давно стверджують, що людство не повинно залишатися "одновидовою планетарною цивілізацією". Якщо на Землі станеться катастрофа – астероїд, ядерна війна, кліматичний колапс – людська цивілізація зникне повністю. Марс у цьому контексті – це резервна копія людства.

Які компанії потенційно могли б реалізувати такий сценарій першими?

• Щодо конкретних планів, то SpaceX Ілона Маска – найамбітніший гравець. Компанія розробляє ракету Starship, яка призначена саме для польотів до Марса. Маск неодноразово заявляв про намір відправити перші безпілотні місії на Марс у другій половині 2020-х років, а пілотовані – орієнтовно на початку 2030-х, хоча терміни постійно зсуваються. Кінцева мета – побудова самодостатньої колонії на Марсі з мільйоном людей протягом кількох десятиліть.
• NASA також має свої плани – програма Moon to Mars передбачає спочатку повернення людей на Місяць (програма Artemis), а потім використання набутого досвіду для польоту до Марса орієнтовно в 2030-х роках. Місяць у цьому контексті є своєрідним "тренувальним майданчиком" для відпрацювання технологій тривалого перебування людей у відкритому космосі.
• Китай теж не стоїть осторонь – Китайське національне космічне управління заявляло про інтерес до дослідження Марса з людьми на борту після 2033 року. Вже зараз на Марсі успішно працює китайський ровер "Чжужун", що свідчить про серйозність намірів.