|
Концепция межпланетной миссии на Марс и Цереру
|
|
|
|
Для НАСА отправка миссии с экипажем на Марс была долгосрочной целью на протяжении более двух десятилетий. В последние годы к этому клубу присоединился Китай, который планирует отправлять миссии с экипажами на Красную планету раньше НАСА. В обоих случаях планы предусматривают поэтапный подход, используя среду обитания и инфраструктуру в окололунном пространстве, чтобы обеспечить возможность регулярных миссий в будущем. Они также предполагают, что регулярные полеты на Марс могут привести к созданию постоянных местообитаний на поверхности планеты.
|
|
|
|
В документе, представленном на 56-ю конференцию по лунным и планетарным наукам (2025 LPSC), команда инженеров предложила продолжить реализацию этих планов. Концепция их миссии состоит в создании межпланетной транспортной системы с человеческим экипажем (HUCITAR) для исследования Марса и Цереры (крупнейшего небесного тела в главном поясе астероидов) за один полет. Благодаря инновационному планированию и международному сотрудничеству их амбициозный план предусматривает четырехлетнюю семимесячную экспедицию с участием шести астронавтов, которая может быть готова к запуску к 2035 году.
|
|
|
|
Исследование было проведено Рамешем Кумаром В., основателем и генеральным директором Acceleron Aerospace Sciences Private Limited; Равитеджей Бхимаварапу, стажером Acceleron и студентом аэрокосмического факультета Университета Чандигарха; и Малайей Кумар Бисвал М., основателем и генеральным директором Grahaa Space. В их статье описывается миссия Земля-Марс-Церера, которая будет использовать Марс в качестве промежуточного пункта для оптимизации топливной эффективности. Далее они приводят подробный анализ траектории всех маневров впрыска, установки и перемещения.
|
|
|
|
|
|
|
Технические характеристики
|
|
|
|
Учитывая расстояния и время прохождения, первоочередной технической задачей является создание двигательной установки, способной обеспечить достаточно высокое ускорение (delta-v). Исходя из различных траекторий, которые они изучали, и различных этапов полета, требования к delta-v значительно варьируются. Например, во время прохождения марсианской части миссии требуется оптимальная скорость дельта-v, равная приблизительно 6,1 км/с. Однако для достижения скорейшего захвата Марса космический аппарат должен оптимизировать свою скорость дельта-v до ~3,75 км/с.
|
|
|
|
В одном конкретном сценарии, по их расчетам, требуется максимальная скорость дельта-v ~11,2 км/с. В целом, для этой архитектуры требуется максимальная скорость дельта-v около 5,59 км/с. Хотя их анализ в значительной степени основан на обычных химических двигательных установках, они указывают на то, что системы с ядерным тепловым двигателем (NTP) было бы более чем достаточно. Возможность отправки миссии к 2040-2050 годам также рассматривается на основе технической готовности (в частности, NTP), финансирования и международного сотрудничества.
|
|
|
|
В этой статье авторы не рассматривают стратегии смягчения последствий длительного воздействия радиации или микрогравитации, сосредоточившись вместо этого на технических требованиях, топливе и оптимальных траекториях для выполнения полета от Земли до Марса и Цереры.
|
|
Обзор миссии
|
|
|
|
По словам исследовательской группы, архитектура их многопланетной миссии будет состоять из четырех этапов. На первом этапе, при отправлении с НОО Земли, шесть астронавтов покинут низкую околоземную орбиту на борту предлагаемого космического корабля. Они утверждают, что этот полет может состояться уже в июле 2035 года, после чего полет займет от 192 до 258 дней (от 6,5 до 8,5 месяцев). Миссия достигнет Марса к марту 2036 года, после чего начнется период исследования поверхности.
|
|
|
|
Это будет второй этап миссии (исследование поверхности Марса), в ходе которого три астронавта спустятся на поверхность с помощью многоразового посадочного модуля. Для этого этапа необходимо долгосрочное место обитания, чтобы астронавты могли заниматься научной и исследовательской деятельностью. Тем временем, остальные астронавты отправятся на Цереру в апреле 2036 года, после чего их полет займет 574 дня. По прибытии к ноябрю 2037 года экипаж из трех человек высадится на поверхность.
|
|
|
|
За этим последует третий этап - исследование поверхности Цереры, который продлится 46 дней. К январю 2038 года три астронавта начнут обратный этап своего путешествия на Марс. После очередного 574-дневного перехода они должны были встретиться с командой из трех человек на поверхности и приступить к заключительному этапу - возвращению на Землю. Вылетев в августе 2039 года, экипаж из шести человек потратит еще 192-258 дней на возвращение на Землю, которое завершится к апрелю 2040 года.
|
|
|
|
Для решения проблем связи команда рекомендует развернуть орбитальный ретранслятор связи Марс-Церера, аналогичный Марсианской ретрансляционной сети (MRN).
|
|
|
|
Возможные траектории
|
|
|
|
Архитектура миссии исследует три возможные траектории, используя инструмент проектирования и интеграции НАСА 42 (DIT-42), который моделирует положение космического аппарата, динамику орбиты и модели окружающей среды.
|
|
|
|
Прямой перенос: Профиль этой миссии аналогичен архитектуре Mars Direct, предложенной Зубриным и др. в 1991 году, и более раннему исследовательскому предложению, представленному Бисвалом М и Кумаром В на форуме AIAA Ascend 2021. Для реализации этого плана команда смоделировала траекторию прямого полета к Церере с Земли, которая займет ~472,65 дня, а общая продолжительность полета составит ~945 дней. План основан на орбитах перемещения по Хоману, чтобы минимизировать количество используемого топлива.
|
|
|
|
Траектория перехода Земля-Марс-Церера: Эта траектория предполагает заход на посадку с двумя фазами перегрузки. Ракета Burn-1 создаст достаточную тягу, чтобы достичь Марса за 258 дней в одну сторону. Burn-2 запустит переход Марс-Церера, который продлится ~574 дня. Траектория возвращения отражает эти значения продолжительности и дельта-скорости для приближающегося полета. Общая продолжительность транзита составляет приблизительно 833 дня, хотя модифицированная версия продлилась бы 1666 дней (4,6 года).
|
|
|
|
Траектории Ламберта: В этом сценарии используются преимущества благоприятного выравнивания орбиты в 2035 году, определенного в результате анализа с использованием задач Ламберта и графиков Porkchop. Он также включает стратегические маневры по воздушному торможению/захвату на Марсе для уменьшения количества используемого топлива. После трехмесячного исследования Цереры экипаж Ceres вернется на Марс за другим экипажем в декабре 2037 года. Общая продолжительность полета по этому сценарию составляет 4,25 года, а экипаж вернется на Землю примерно в 2040 году.
|
|
|
|
В целом, авторы определили траекторию перемещения Земля-Марс-Церера как оптимальную. Как они заявляют в своем предложении:
|
|
|
|
"Выбранная траектория Земля -Марс -Церера упрощает задачу захвата орбиты за счет более высоких требований к дельта-v, позволяя экипажу вылетать с наименьшей дельта-v для безопасного и успешного захвата орбиты на Церере. В случае возникновения опасений по поводу захвата Цереры при первой же возможности у трех астронавтов, находящихся на борту космического аппарата, есть возможность отделиться и отправиться к Церере с этапа межпланетного транзита до достижения Марса".
|
|
|
|
Заглядывая вперед, команда намерена смоделировать сложные траектории, включающие точное расположение планет, а также точные даты отправления и прибытия. Несомненно, будут разработаны стратегии смягчения последствий, основанные на развитии необходимых технологий, таких как центрифуги, вращающиеся секции, режим гибернации и другие предлагаемые методы. В то же время, их предложение представляет собой амбициозную концепцию, которая может повлиять на будущие исследования и планирование миссий. Как они резюмируют,:
|
|
|
|
"Эта амбициозная концепция представляет собой значительный шаг вперед в планировании экспансии человечества в Солнечную систему и подчеркивает растущую роль Индии в разработке концепций перспективных полетов в дальний космос. Эта архитектура расширяет границы текущего планирования миссий, сочетая прагматичные подходы с инновационными решениями для исследования нескольких планет".
|
|
|
|
Источник
|
