Руководство NASA и Европейского космического агентства провели онлайн-встречу, посвященную одной из самых сложных космических миссий, запланированных на ближайшее будущее. Уже в текущем году должна стартовать экспедиция по добыче грунта с Марса. Предполагается, что она будет состоять из трех этапов и продлится более 10 лет. В случае удачи образцы грунта с Красной планеты попадут на Землю в 2031 году. О подробностях «проекта века» — в материале «Известий».
Получить в лабораторию для исследования немного грунта с другой планеты — идеальный вариант для науки. Беда в том, что это очень и очень сложно. Завершенные миссии по доставке грунта с разных объектов солнечной системы можно пересчитать по пальцам. Почему так получилось и что мешает запускать такие миссии чаще?
Добыча лунного грунта
Наиболее удачливыми с точки зрения количества привезенного материала можно считать американцев. За шесть миссий программы «Аполлон» астронавты вывезли с Луны более 382 кг реголита. Причем, если в ходе полета «Аполлон-11» они просто собрали 21,7 кг грунта, то далее астронавты проходили перед стартом специальную практику по поиску и выявлению наиболее интересных для геологов образцов.
Астронавты «Аполлона-15» так увлеклись сбором наиболее интересных образцов базальта, что даже обманывали Центр управления полетом. Они сообщали о проблемах с ремнями безопасности лунного «ровера», а сами в это время продолжали искать камни. Среди них оказался и так называемый «камень бытия» — возраст этого образца лунного грунта специалисты оценили более чем в 4 млрд лет. А длительное и опасное бурение позволило получить самую большую колонку грунта, глубиной 2,4 м, в которой ученые насчитали 58 различных слоев.
Пробы грунта брали и доставляли на Землю и советские автоматические станции «Луна». «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24» доставили грунт из трех районов Луны: Моря Изобилия, материкового района вблизи кратера Амегино и Моря Кризисов в количестве 324 г, примерно по одной стограммовой колонке реголита на каждый аппарат. Последней в истории грунт с Луны доставила станция «Луна-24» в 1976 году.
Китай планирует в скором времени запустить к нашему спутнику два своих модуля, «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6». У обеих миссий похожая цель — забрать до 2 кгилунного реголита и вернуть их на Землю, правда разными способами. «Чанъэ-5», которая должна стартовать уже в этом году, после забора грунта состыкуется на орбите Луны с орбитальным модулем. На него будет перегружен грунт, а затем уже орбитальный модуль вернется к Земле и сядет на ее поверхность. А вот «Чанъэ-6» после посадки на Луну и забора грунта должна самостоятельно вернуться домой. Пока эта миссия планируется на 2021 год.
Соскребая астероидную пыль
В своем интересе к внеземной геологии ученые не ограничиваются лишь Луной. Американская автоматическая станция «Дженезис» была запущена в 2001 году и занималась сбором частиц солнечного ветра на значительном удалении от Земли. Солнечный ветер — это поток ионизированных частиц, состоящих в основном из гелиево-водородной плазмы, которые Солнце испускает во все стороны. В 2004 году «Дженезис» вернулся обратно, но во время приземления у него не сработал тормозной парашют, и капсула с материалом с огромной скоростью врезалась в поверхность Земли. Правда, ученые, собравшие всё, что от нее осталось, говорят, что работа была проделана не напрасно и часть образцов все-таки удалось использовать для экспериментов и изучения.
Миссия «Стардаст» оказалась более удачливой. Эта автоматическая станция несла на себе 132 ячейки, заполненные аэрогелем на основе диоксида кремния. Эта форма вещества, обладающая сверхнизкой плотностью, использовалась в качестве максимально бережного уловителя для частиц кометы 81P/Вильда. Запущенная в 2004 году станция пролетела сквозь хвост кометы и не только сделала фотографии и замеры, но и собрала образцы кометного материала. Дело в том, что кометы состоят из льда и пыли и, приближаясь к Солнцу, начинают таять. Это и создает длинный газопылевой хвост, частицы которого и собрал «Стардаст». В 2006 году станция вернулась на Землю, преодолев рекордные для возвращаемого космического аппарата 4,6 млрд км.
Еще один успешный аппарат запустили японцы. «Хаябуса» в 2010 году (с опозданием на несколько лет из-за сломавшегося в пути ионного двигателя) доставил на Землю образцы грунта астероида (25143) Итокава.
Но кроме перечисленных, в истории человечества удачных миссий по доставке образцов грунта и частиц из космоса пока не было. Впрочем, еще две миссии сейчас находятся в процессе работы — японская «Хаябуса-2» в августе должна вернуться на Землю с образцами грунта с астероида (162173) Рюгу, а американский OSIRIS-REx примерно в это же время произведет забор грунта с астероида Бенну.
Сложнее сложного
В чем же сложность? Понятно, что ученые очень хотели бы получить еще больше образцов грунта, в том числе из других районов Луны, но, увы, каждая такая миссия очень сложна и дорога. Требуется, чтобы космический аппарат содержал модуль, способный взлететь с поверхности спутника, долететь до Земли, затормозить и сохранить герметичную капсулу с образцами в целости и сохранности.
И если от астероида отлететь очень легко, то уже от Луны значительно сложнее — хотя там сила тяжести составляет всего одну шестую от земного притяжения. А с поверхности другой планеты, например, Марса (сила тяжести 38% от земного) стартовать уже очень и очень сложно. Требуется ракета-носитель, способная вывести на орбиту космический аппарат для доставки капсулы с грунтом на Землю.
Именно поэтому миссия по доставке образцов грунта с Марса до сих пор оставалась только в мечтах ученых. Но NASA и EKA решили осуществить этот проект. Предполагается, что им потребуется целых три космических запуска, чтобы доставить на Землю грунт Красной планеты.
Первой стадией миссии станет марсоход «Персеверанс», который планируется запустить к Марсу уже в августе 2020 года в рамках операции «Марс-2020». Он приземлится на поверхность планеты в 2021 году и при помощи специальных инструментов сделает несколько проб марсианского грунта в разных местах, затем упакует его в герметичные пробирки и будет возить с собой всё время своей работы. Стоит отметить, что у «Персеверанса» кроме лопатки и бура есть еще куча различных инструментов, поэтому миссия по доставке грунта станет лишь малой частью его работы по изучению Марса. Марсоход оборудован спектрометром, тепловизором, на его борту есть даже разведывательный вертолетный дрон, массой почти 2 кг.
В 2026 году начнется вторая фаза операции. На Марс будет отправлен космический аппарат с посадочным модулем в котором будет еще один марсоход и ракета-носитель, способная выйти на орбиту. Посадочный модуль приземлится в кратере Джезеро, неподалеку от места работы «Персеверанса». Новый марсоход заберет с предшественника пробирки с образцами и положит их в ракету. После чего та стартует с поверхности Марса и выведет на марсианскую орбиту небольшой космический аппарат с полезным грузом.
Почему «Персеверанс» сам не может положить пробирки внутрь ракеты? Со времени его посадки пройдет уже пять лет, и может оказаться, что он сломается. Кроме того, ракета пока не готова и непонятно какой именно инструментарий может потребоваться.
Третьим этапом станет вывод на орбиту Марса космического аппарата, способного вернуться обратно на Землю. Он состыкуется с «образцами», погрузит их в себя, после чего отправится в сторону Земли. Разгоняться он будет только за счет своих двигателей, а потому ему на путь от Марса до Земли потребуется не семь–девять месяцев, а почти три года. Домой он вернется лишь в 2031 году.
Сложно, дорого и долго
Сколько же будет стоить такая миссия? Сказать пока сложно, но можно примерно прикинуть. Стоимость «Марс-2020» с марсоходом «Персеверанс» более $2 млрд. Еще примерно $300–500 млн потребуется на поддержание его работы на Красной планете. Вряд ли остальные две миссии выйдут дешевле. Поэтому нижнюю границу стоимости доставки грунта с Марса на Землю можно оценивать в $5–7 млрд. И это только в том случае, если всё пойдет удачно и проблем не возникнет ни на одном этапе.
В итоге 11 лет, три запуска ракет с Земли, одна с Марса, два вездехода и всё это ради нескольких десятков граммов марсианского грунта. Да, современная космонавтика — это дорого, долго, сложно. И поэтому становится понятно, что до полноценной колонизации Марса человечеству еще очень и очень далеко.