"На зов таинственного Марса" - читать интересную книгу автора (Шевченко Владислав Владимирович)

Летим на Марс!

И вот пришел очередной «год Марса». С 28 сентября 1988 года начался период нового великого противостояния, когда расстояние до красной планеты сократилось до 59 миллионов километров.

За два с небольшим месяца до этого срока с Земли стартовали две станции, сконструированные и построенные по проекту, получившему название «Фобос».

Новый международный космический проект создавался для изучения планеты Марс, физики Солнца и межпланетного пространства. Но главной целью полета был выбран наиболее крупный спутник Марса. Его именем и была названа вся программа.

Основанием для такого решения ученых была загадка происхождения марсианских «лун». Многие известные свойства Фобоса и Деймоса говорят о том, что оба эти тела ранее могли находиться в поясе астероидов.

Для подтверждения подобного предположения необходимо тщательно исследовать состав поверхностного вещества спутников, внутреннюю структуру их тел, а также провести тонкие измерения орбитального движения, с тем чтобы попытаться восстановить пути, которыми в древности Фобос и Деймос пришли к Марсу.

И если действительно пришельцы являются астероидами, захваченными в далеком прошлом из пояса астероидов, перед космическими станциями откроется необыкновенная возможность впервые вблизи изучать природу самых древних объектов Солнечной системы, какими являются малые планеты — астероиды.

Готовясь к новой космической экспедиции, ученые подробно разработали полный сценарий проекта. Каждый шаг в выполнении программы, каждый маневр в космосе и работа каждого прибора, установленного на борту станции, должны были обеспечивать ответ на один из интересующих ученых вопросов.

Конечно, это не значит, что один космический эксперимент, даже очень сложный, способен окончательно ответить на все вопросы. Наверняка, как бывало уже много раз в прошлом, ответив на одни недоумения, новые данные поставят ученых перед новыми загадками. Познание бесконечно. Горизонт в науке также недостижим, как в природе: дойдя до самых отдаленных ориентиров, мы открываем перед собой новые дали.

Но каждый космический полет планируется исходя из того, что уже известно. Специалисты всегда пытаются предусмотреть возможный результат. Ну а если неожиданность? Что ж, для исследователя нет ничего более ценного, чем неожиданность. Ведь это означает принципиально новое знание, это означает открытие.

К чему же готовили ученые и конструкторы сложные автоматы и роботы, которые были установлены на космических аппаратах «Фобос-1» и «Фобос-2»?

После старта с Земли космические путешественники через 200 суток должны достигнуть окрестностей Марса. Первый маневр — выход на промежуточную орбиту искусственного спутника планеты. Затем — еще три раза переход с одной орбиты на другую, постепенно приближающих космический аппарат к Фобосу. Наконец, обращаясь на такой же круговой орбите, как и Фобос, станция получит возможность приблизиться к загадочному объекту почти вплотную.

Исследования должны начинаться при очень малой относительной скорости.

Аппарат пролетит мимо Фобоса, делая всего от 2 до 5 метров в секунду — это лишь немного больше скорости пешехода.

Пока один аппарат будет исследовать Фобос, другой выполнит исследования Марса, вращаясь по орбите, на которую обе станции выходят сразу после прибытия к красной планете.

Планировалось, что космический робот практически повиснет над поверхностью марсианского спутника на высоте 50 метров. В его распоряжении будет примерно 15–20 минут для выполнения многочисленных экспериментов.

Из чего состоит вещество Фобоса? К каким горным породам, известным нам по Земле или другим планетам, или к какому типу метеоритного вещества относится угольно-черная пыль, покрывающая плывущие рядом с аппаратом ландшафты?

Предполагалось, что со станции выстрелит лазерный луч. Его пучок будет сконцентрирован на поверхности в пятно всего один миллиметр диаметром. Мгновенное испарение вещества и тонкая струйка образовавшегося газа уловлена прибором космической станции, который делает анализ ее состава. Включатся телевизионные камеры робота, снимающие поверхность в различных цветах. По их данным можно будет составить цветные изображения.

Бортовой радиолокатор «ощупает» местность радиолучом и сообщит о рельефе поверхности, структуре слоев, расположенных под верхним рыхлым покровом, об электрофизических свойствах незнакомых пород. Но только ли из камня состоит глыба Фобоса? Помните, были предположения о наличии льда? И такой прибор, который смог бы ответить на данный вопрос, был предусмотрен на борту космической станции. Изучая приходящее с поверхности спутника излучение, прибор мог бы сообщить о содержании водорода в поверхностном грунте, что означало бы возможность существования водного льда в веществе Фобоса.

На станции «Фобос» ученые предусмотрели также возможность и прямых исследований, то есть тех, которые может выполнить набор аппаратуры, посланный непосредственно на поверхность.

Осуществить мягкую посадку на Фобос относительно несложно, поскольку мизерная сила тяжести не повлечет сильного удара при свободном падении приборов на спутник. Скорее может возникнуть другая опасность — контейнер с аппаратурой не удержится на поверхности Фобоса и улетит назад в космическое пространство.

Поэтому конструкторы предложили идею «космического гарпуна», который вонзается в грунт и удерживает связанную с ним посадочную станцию. Это действительно необходимо, так как сила тяжести на Фобосе в тысячу раз меньше земной. Посадочную станцию оборудовали солнечными батареями и радиоаппаратурой для связи с Землей. Для долгоживущей автономной станции на поверхности Фобоса разработали широкую программу. В ее задачи входило определение химического состава поверхностного слоя грунта, выполнение астрономических наблюдений и проведение экспериментов по небесной механике.

Итак, новое путешествие к Марсу началось.

7 июля 1988 года стартовала автоматическая межпланетная станция «Фобос-1». Через несколько дней, 12 июля, в полет отправилась автоматическая станция «Фобос-2». Много раз за последующие два месяца Центр управления полетом выходил на связь с космическими путешественниками. В июле были выполнены необходимые коррекции траекторий движения обоих космических аппаратов. Ученые, управлявшие ходом межпланетной экспедиции, проверили правильность курса «Фобосов» и убедились, что движение станций происходит по траекториям, близким к заранее рассчитанным.

Все шло хорошо.

Но 2 сентября аппарат «Фобос-1» не откликнулся на посланный с Земли сигнал. В это время станция удалилась от нашей планеты на расстояние 17 миллионов километров. Все попытки возобновить радиосвязь с космическим путешественником окончились неудачей. Станция «Фобос-1» молчала. Ученые предположили, что космический аппарат потерял ориентацию, при которой солнечные батареи постоянно обращены к Солнцу. Начав беспорядочно вращаться, автоматическая станция лишилась питания электроэнергией. Нормальное снабжение электротоком всех приборов и систем космического аппарата возможно только в том случае, если панели солнечных батарей постоянно освещаются солнечными лучами. Нарушение такого положения станции привело к полному бездействию всех систем. Аппарат продолжал движение в космическом пространстве, но был уже мертв.

«Фобос-2» продолжал полет к Марсу уже в одиночестве.

Сигналы с космических аппаратов принимали две громадные космические антенны советской системы дальней связи. Диаметр этих антенн составляет 70 метров. Одна находится в Крыму неподалеку от курортного города Евпатории. Другая — на Дальнем Востоке рядом с городом Уссурийском.

Поскольку обе станции космической связи расположены в разных концах нашей страны, время непрерывной связи с космическими аппаратами значительно увеличивается.

Когда на востоке Марс, наблюдаемый с Земли, начинает опускаться за горизонт и сеанс связи подходит к концу, в европейской части страны удобное для связи время только начинается.

При осуществлении проекта «Фобос» советским ученым помогали следить за полетом космических станций их иностранные коллеги. Радиотелескопы, расположенные в Голдстоуне на территории США, вблизи Мадрида в Испании, а также рядом с городом Канберра в Австралии, ловили сигналы космических путешественников и уточняли траектории их движения.

Совместная работа советских ученых и ученых других стран обеспечила высокую точность космической навигации. Штурманы, которые находились на Земле, вывели станцию «Фобос-2» в расчетную точку вблизи планеты Марс.

В конце января 1988 года после очередной коррекции траектории движения и маневров вблизи Марса станция «Фобос-2» стала новым искусственным спутником планеты.

К этому времени космический аппарат находился в полете уже 200 суток, а пройденный путь превышал расстояние в 470 миллионов километров. Начался этап сложных маневров вблизи Марса, чтобы выйти на орбиту, наиболее удобную для исследований планеты, а затем приблизиться к Фобосу.

Только в середине февраля, переходя постепенно с одной промежуточной орбиты на другую, «Фобос-2» занял нужное положение. Вращение станции вокруг Марса проходило на высоте примерно 6300 километров. Плоскость этой орбиты всего лишь на полградуса была наклонена к плоскости орбиты Фобоса, а удаление искусственного и естественного спутников от планеты было почти одинаковым. Полный оборот вокруг Марса станция «Фобос-2» совершала за восемь часов. Эта величина лишь на 20 минут меньше периода обращения Фобоса.

Пока космическая станция и спутник Марса постепенно сближались друг с другом, приборы, установленные на борту «Фобоса-2», занялись внимательным изучением красной планеты.

Аппараты, способные уловить и измерить тепловое излучение с поверхности Марса, стали посылать на Землю данные, по которым ученые составили тепловую карту обширных районов красной планеты. Появилась новая возможность судить о суточных и сезонных изменениях температурного режима на Марсе, поискать участки, где может выделяться тепло из недр планеты.

Другой комплекс приборов зарегистрировал слабое радиоактивное излучение марсианских пород. По этим измерениям ученые рассчитали содержание в поверхностном слое Марса кислорода и кремния, алюминия, железа, магния, титана и других элементов.

Кроме изучения поверхности, с борта станции «Фобос-2» была исследована атмосфера Марса, различные свойства окружающего Марс космического пространства, измерения магнитного поля планеты и другие исследования.

Почти два месяца продолжалась работа космического аппарата на различных орбитах вблизи Марса.

В конце марта автоматическая станция начала сближаться с Фобосом.

Еще в феврале с помощью телевизионной бортовой системы станции были получены первые снимки Фобоса. На самых подробных из них можно было различить отдельные кратеры размером до 60 метров. Эти снимки ученые использовали также в целях космической навигации, чтобы с наибольшей точностью выполнить сближение аппарата с марсианским спутником.

Одновременно с фотографированием Фобоса начались его физические исследования. Например, были получены спектры отраженного излучения, по которым можно оценить, из каких минералов состоят породы загадочного спутника красной планеты.

Наступило 27 марта 1988 года. Расстояние между Землей и Марсом в это время было таким, что радиосигнал с нашей планеты на космическую станцию «Фобос-2» и обратно путешествовал в течение получаса.

В запланированное время начался сеанс связи, и на станцию была послана очередная команда. Однако через полчаса ответный сигнал не поступил.

После нескольких попыток получить обратный сигнал связь со станцией на короткое время восстановилась, но затем прервалась уже окончательно.

На этом драматическая история полета двух станций серии «Фобос» завершилась.

Возможно, в период одного из будущих противостояний Марса эксперимент будет повторен.

Что же еще планируют ученые? Какие новые межпланетные путешествия готовят создатели космической техники?

Взгляд на Марс с орбиты искусственного спутника создает наше общее представление о природе планеты. Но ученым требуются также и детали, подробности.

Случайно залетевший на Землю в виде метеорита осколок марсианской породы не может, конечно, полностью удовлетворить интерес исследователей. Необходимо точно определить, какие породы слагают горы и равнины Марса. Мы не знаем и не узнаем никогда, откуда, с какого ландшафта прибыл этот космический путешественник. Какие породы представляет он: страну вулканов или дно громадного ущелья, пустынную равнину или южный материк, испещренный множеством кратеров?

Для того чтобы знать не просто средний состав марсианских пород, а вещество, образующее различные ландшафты планеты, необходимо получить образцы с точным адресом марсианской «прописки». Все это ставит новую задачу перед очередной космической миссией на Марс: доставка на Землю образцов марсианских пород.

Схема такого полета может, например, повторять основные этапы доставки образцов грунта с Луны. Сначала космическая станция выходит на орбиту спутника Марса, затем посадка в заданном районе, захват манипулятором или бурение грунта для получения образца, упаковка его в контейнер возвращаемого аппарата и старт с Марса на Землю.

Но кроме опыта лунных автоматических станций, возвращавшихся на Землю, можно еще использовать опыт лунных передвижных аппаратов — луноходов.

По более сложной схеме сначала на поверхность Марса может доставляться марсоход. Во время своего путешествия, направляемого с Земли, марсоход соберет образцы из наиболее интересных районов, которые пересечет его маршрут. А тем временем на марсианскую поверхность будет доставлен другой по конструкции аппарат, основной частью которого является возвращаемая на Землю ракета. Последние метры пути марсохода приведут его к подножию готовой к старту ракеты. После перегрузки собранных образцов из контейнера марсохода в контейнер возвращаемого аппарата — вспышка ракетных двигателей, и первый перелет Марс — Земля начнется.

Но завершение многодневного перелета и сближение космической станции с Землей еще не будет означать успешного завершения всей миссии. Рассматривая все возможные последствия доставки на Землю марсианского вещества, ученые, кроме несомненной пользы для науки этого события, не могут не учитывать возможные опасности.

Когда на Землю доставлялись образцы с Луны, то, несмотря на полную уверенность в их стерильности, поскольку Луна безжизненна, все же для большей надежности грунт и лунные камни проходили карантин в специальных приемных лабораториях.

Но о марсианской жизни нам практически ничего не известно. Поэтому даже самой малой вероятностью привнесения в земную среду микроорганизмов из чужого мира нельзя пренебрегать. Ведь нам неизвестно, как могут повести себя в земной жизни эти представители жизни иной. И будет ли такое новое вторжение «марсиан» безобидным для живых организмов на Земле?

Поэтому, по общему мнению специалистов, полет возвращаемого аппарата с Марса должен завершиться на околоземной орбите. Здесь космический разведчик и доставленный им груз должны пройти соответствующий карантин, после которого можно будет принять решение о дальнейшей судьбе марсианских образцов — попадут ли они в земные лаборатории или так и останутся на околоземной орбите, где их изучением займутся космонавты. Современные орбитальные космические станции располагают и соответствующими помещениями, и возможностями для использования сложного лабораторного оборудования.

Следующий шаг к Марсу, который может осуществиться уже в XXI веке, предусматривает полет на красную планету космонавтов.

Но располагаем ли мы достаточными техническими возможностями, чтобы рассчитывать на реальность подобного события хотя бы и через двадцать лет?

Каким должен быть космический корабль, способный доставлять человека с одной планеты на другую?

Ведущие советские ученые в области космонавтики В. Глушко, Ю. Семенов и Л. Горшков предложили проект пилотируемого полета на Марс.

По мысли ученых, космический корабль должен состоять из трех основных частей. Первая — двигательная установка. Межпланетному кораблю необходимо пройти сложный путь до красной планеты, совершить маневры около нее, а затем вернуть исследователей обратно на Землю.

Поэтому двигательная установка должна многократно включаться, разгоняя или тормозя многотонное космическое сооружение. Выбор двигательной установки является одним из главных вопросов всего проекта.

Если использовать достаточно отработанные в настоящее время жидкостные реактивные двигатели, то даже при применении самого эффективного ракетного топлива, состоящего из водорода и кислорода, для сложной экспедиции необходимы огромные запасы горючего.

Ученые подсчитали, что начальная масса корабля в этом случае составит более 2500 тонн.

Поскольку старт марсианского экспресса будет осуществляться с околоземной орбиты, потребуется большое число транспортных рейсов для доставки с Земли на орбиту указанного количества грузов.

Более целесообразно применить для полетов по межпланетным траекториям ядерные ракетные двигатели. Запасов топлива на весь период путешествия в этом случае потребуется в два-три раза меньше. И тогда начальная масса космического корабля, собранного на околоземной орбите, составит лишь 800 тонн. Это тоже немалая величина, но и выигрыш в числе транспортных рейсов, по сравнению с первым вариантом, немалый.

Ученые предлагают и другую идею: использовать ядерную электрореактивную установку. В ней энергия ядерного реактора преобразуется в электрическую, с помощью которой мощное электрическое поле разгоняет реактивную струю до высоких скоростей. В этом случае запасов топлива потребуется уже в 15–20 раз меньше, чем для жидкостных ракетных двигателей. Начальная масса корабля с такой эффективной двигательной установкой может быть уже только примерно 450 тонн.

Всего лишь пять рейсов на околоземную орбиту такой современной ракеты, как «Энергия», обеспечат доставку всего необходимого для сборки и снаряжения марсианского межпланетного корабля.

Другой составной частью экспресса «Земля — Марс — Земля» является жилой блок, где экипаж работает в течение всего полета. В этом модуле корабля размещены средства жизнеобеспечения экипажа, основная аппаратура управления полетом. Жилой блок — центральная часть всего корабля. Здесь необходимо разместить герметичный отсек или даже несколько таких отсеков, где будут находиться каюты экипажа и рабочее помещение с приборами.

Системы обеспечения космонавтов кислородом для дыхания, водой, пищей, средствами личной гигиены хорошо отработаны на советских долговременных орбитальных станциях и вполне могут найти свое применение в жилом блоке марсианского корабля. Система терморегулирования создает внутри помещений космических станций нормальный климат. Электрическая энергия вырабатывается с помощью солнечных электрических батарей, которые солнечное излучение преобразуют в электрический ток.

Но, по сравнению с большими космическими станциями, находящимися сегодня годами на околоземной орбите, марсианский корабль необходимо снабдить дополнительной защитой экипажа от вредных воздействий открытого космоса.

Для надежной радиационной безопасности в составе жилого блока нужна специальная зона повышенной защиты. Здесь экипаж может укрыться в период, например, вспышек на Солнце.

При полетах на орбитальных станциях в этом нет необходимости, поскольку вблизи Земли космонавты защищены от воздействия облучения при солнечных вспышках мощным магнитным полем нашей планеты. В межпланетном полете и вблизи Марса, не имеющего магнитного поля, такой защиты от радиации уже нет. Поэтому конструкторы и предлагают оборудовать отдельный отсек с повышенной защитой. При этом членам экипажа нет необходимости в период повышенной солнечной активности постоянно находиться в убежище. Общая радиационная защита космического дома тоже вполне надежна. Важно, чтобы космонавты проводили в защитном отсеке свое нерабочее время (сон, отдых), тогда суммарная доза радиации будет неопасной для здоровья.

Важной проблемой является защита от метеоритных частиц. В длительном космическом путешествии встреча с метеоритными частицами может оказаться вполне вероятным событием. Защитное устройство в этом случае представляет собой дополнительную оболочку — экран вокруг герметической оболочки жилого блока. При попадании в корабль метеоритной частицы вся ее энергия уходит на то, чтобы пробить защитный экран. В корпус жилого блока ударяет только струйка газа, в который превращается метеоритная частица после пробоя внешней оболочки.

Но все же надо помнить, что корабль летит к Марсу, то есть приближается к поясу астероидов, расположенному между орбитами Марса и Юпитера. Этот пояс насыщен осколками и обломочным материалом. Поэтому вероятность встретить более крупный осколок метеорита вблизи Марса более велика, чем вблизи Земли. На этот случай конструкторы предусматривают деление жилого блока на отдельные отсеки и снабжение экипажа средствами ремонта внешней оболочки корабля.

Если удар неожиданно будет столь силен, что окажутся пробитыми оболочки жилого блока и начнется разгерметизация помещения, космонавты могут перейти в другой отсек, плотно закрыв люк той части жилого блока, откуда вышел через пробоину весь воздух. Затем экипаж проведет ремонтно-восстановительные работы по заделке пробоины и вновь наполнит воздухом аварийный отсек. После проверки герметичности можно открывать люк и возвращаться в покинутое при аварии помещение.

Авторы проекта предложили использовать одновременно два межпланетных корабля. Экипаж одного в случае необходимости всегда может прийти на помощь пилотам другого корабля.

Третья часть марсианского космического комплекса состоит из посадочного аппарата. Назначение этого модуля — доставить экипаж или часть команды корабля с околомарсианской орбиты на поверхность и возвратить на орбиту. Посадочный аппарат должен иметь специальную обтекаемую форму, поскольку ему предстоит встреча на большой скорости с марсианской атмосферой. Но затем, когда торможением в атмосфере эта скорость будет в значительной мере погашена, потребуется уменьшить скорость падения космического аппарата на поверхность планеты. Поскольку плотность марсианского воздуха у поверхности в несколько сотен раз меньше плотности земной газовой оболочки, воспользоваться парашютом для мягкого примарсения не удастся. Для посадки на поверхность Марса необходимо иметь ракетные двигатели, которые обеспечат плавный спуск. И конечно, нужно предусмотреть взлетные ракетные двигатели, чтобы экипаж мог возвратиться к движущемуся по орбите межпланетному кораблю.

Итак, конструкция корабля обеспечивает все этапы космического путешествия.

Но вот космонавты опять вблизи Земли.

Как завершается полет? Конструкторы предлагают два варианта. Двигательная установка корабля опять включается на торможение, и путешественники оказываются на околоземной орбите, откуда они и начали свой полет. Здесь землян, возвратившихся из далеких краев, может принять орбитальная станция. После прохождения карантина и первых медико-биологических исследований космонавты наконец возвращаются на родную Землю.

Возможен и другой вариант — возвращение на Землю со второй космической скоростью прямо с межпланетной траектории. Тогда в состав марсианского корабля необходимо включить еще один блок — специальную кабину, в которую экипаж переходит перед подлетом к Земле. Кабина с космонавтами отделяется от корабля и самостоятельно входит в плотные слои земной атмосферы. Завершается спуск на парашютах. В этом варианте карантин будет проводиться на Земле, по-видимому, в специальном ангаре, куда поместят приземлившийся аппарат.

Конструкторы предполагают, что в одном межпланетном корабле разместится экипаж из 4–6 космонавтов. А если путешествие осуществят два корабля, то участниками марсианской экспедиции могут стать сразу десять человек.

Советские авторы проекта считают, что принять участие в марсианской экспедиции могут представители разных стран и к Марсу должен отправиться международный экипаж.

Полет к ближайшей к нам планете — это не только решение сложной научной и технической задачи, это крупнейший этап истории всей земной цивилизации.

Такой проект обобщит весь мировой многонациональный опыт космических полетов, опыт создания космической техники и научных приборов, а также опыт изучения планеты Марс.

Как можно из отдельных частей собрать на орбите космический корабль, мы уже знаем. В Советском Союзе система автоматической сборки в космосе применяется более 20 лет. Ручная стыковка пилотируемых аппаратов не один раз использовалась и в советских и в американских полетах. Этот опыт вполне пригодится в марсианской экспедиции.

Долговременные полеты орбитальных космических станций «Салют» и «Мир», построенных советскими учеными, и «Скайлэб», запущенной американскими учеными, показали возможность длительного полета человека в космическом пространстве.

Очень важен опыт по созданию надежной аппаратуры всех стран, участвующих в космических исследованиях. Ведь в длительном межпланетном полете не придется рассчитывать на помощь с Земли. Поэтому техника должна работать безупречно в течение всего срока полета, который рассчитан на полтора года. А если все-таки непредвиденная ситуация возникнет, экипаж должен располагать всем необходимым для выполнения ремонтных работ.

Конечно, специалистам по космической технике и космической биологии предстоит решить еще много технических и медицинских проблем для организации сложного эксперимента — полета на Марс.

Но кроме техники, надо подумать и об основном звене — человеке, о тех людях, которые после многодневного пути первыми ступят на поверхность планеты. Будущие участники марсианской экспедиции должны многое знать и уметь, быть тренированными и закаленными людьми. Им предстоят не только физические, но и эмоциональные нагрузки, связанные с многими неизведанными опасностями дальнего космического путешествия.

Возможно, кто-то из будущих членов марсианских экипажей уже учится в школе. Может быть, эта книга поможет им услышать зов таинственного Марса.