Через тернии к Красной планете: почему космонавты круче роверов и когда наконец можно будет сажать картошку на Марсе

Всем привет! С вами Марат Айрапетян, и я космический инженер. Через тернии к звездам — это про меня. Чем я только в космонавтике ни занимался: четыре года работал в Центре управления полетами Роскосмоса в качестве инженера и программиста, участвовал в запуске первого спутника в Армении и марсианской имитационной миссии, стажировался в Америке, Индии, Швейцарии и Китае. Но что оставалось неизменным — я всегда любил рассказывать про космос. Этим и буду заниматься в блоге МТС на Хабре.

Начну с моей любимой темы — освоения Марса. Кажется, полет на него — это что-то очень далекое, но люди уже активно исследуют Красную планету и готовятся туда отправиться. Сегодня предлагаю обсудить, зачем мы вообще ищем новый дом в космосе, что нам уже удалось выяснить о Марсе и на каком этапе мы находимся сейчас. А еще — когда наконец можно будет сажать в красном грунте картошку (привет, Мэтт). И, как сказал сами знаете кто, поехали!

Как говорил Циолковский: «Земля — колыбель разума. Но нельзя же вечно жить в колыбели». Сейчас человечество как вид представляет собой ребенка, который только научился ходить, но уже делает первые шаги в космическом пространстве. И для того, чтобы этот ребенок развивался, нам нужно осваивать новые миры.

Почему мы исследуем именно Марс

Из всех планет земной группы (схожих с Землей по структуре и составу) только две находятся рядом с нами — Венера и Марс. Но на Венере условия совсем экстремальные: температура около 500 градусов, давление в 90 раз выше земного, идут кислотные дожди. Даже самые прочные советские аппараты, которые туда отправляли, выдерживали всего несколько часов на поверхности. Рекордсмен — «Венера-13». Этой станции удалось проработать 127 минут при планируемых 32.

Марс гораздо дружелюбнее Венеры. Да, там холодно — в среднем минус 60 градусов, но это не венерианские 500. Давление тоже низкое, но оно хотя бы позволяет использовать скафандры, а не строить высокопрочные тяжелые аппараты как на Венере.

Еще есть Луна, где люди уже были (стоит сказать, что американцы все же сделали это). Спутник относительно изучен, сейчас вообще бум исследований Луны частными компаниями. Только в феврале и марте на Луну приземлились два частных аппарата — Blue Ghost от Firefly и Athena от Intuitive Machines. Но Марс — что-то гораздо более фундаментальное и новое для нас как для исследователей космоса. Это уже планета с горами, долинами и даже полярными шапками. Там есть вода в виде льда, сезонные изменения — например, времена года, как на Земле, раньше там вообще текли реки. Если когда-то в Солнечной системе и существовали условия для жизни, помимо Земли, то Марс — главный кандидат. Именно поэтому он так привлекает исследователей, и эти самые исследователи на Красной планете уже были. Только пока в формате роботов и роверов.

Роботы на Марсе

Стоит сразу признать: у нас все еще не очень хорошо получается отправлять роботов на Марс. К этой планете было совершено 48 миссий (пролетные, орбитальные спутники, посадочные станции, марсоходы), из которых только 30% были успешными. Самая частая проблема — сложности при посадке или выходе на орбиту, но человечество не стоит на месте и пробирается через тернии к Марсу.

К февралю 2025 года создано шесть марсоходов: пять из них отправлены США, еще один — Китаем. Два работают прямо сейчас. Тут можно отслеживать положение самого мощного марсохода Perseverance, а тут — Curiosity, его предка.

Россия тоже не стоит на месте. У нас был проект «ЭкзоМарс» совместно с Европейским космическим агентством. Роскосмос даже создал посадочный аппарат, но из-за санкций проект остановили.

Марсоходы требуют значительных инвестиций: стоимость Curiosity составляет 2,5 миллиарда долларов, а Perseverance — около 2,7 миллиарда. И все же эти миссии экономичнее пилотируемых программ, которые потребуют гораздо больших затрат — ведь будет нужно доставить на Марс человека.

Итак, что же удалось обнаружить роверам? Они нашли доказательства существования рек и озер на Марсе в древние времена и органические молекулы. А еще они отрабатывают технологии для будущих марсианских колоний: исследуют материалы скафандров и учатся производить кислород. Все, что мы знаем о Марсе сейчас, рассказали нам роботы.

Семейство марсоходов NASA можно назвать самой успешной миссией по исследованию другой планеты. Что интересно, каждый из аппаратов был продолжением следующего и добывал для нас больше информации из разных участков планеты. Дальше расскажу о них немного подробнее.

Sojourner

Первым малышом-исследователем был марсоход Sojourner, запущенный в 1996 году. В то время инженеры NASA вообще сомневались, что способны создать такой аппарат: планетоходы тогда были только у СССР. Но, как говорится, верь в мечту, прикладывай усилия — и все получится.

Sojourner был размером с микроволновку, прожил на Марсе три месяца (изначально планировалось, что он выдержит всего месяц) и за это время проехал всего 100 метров. Работа велась очень медленно — из-за задержки связи и недостатка опыта. Но, хотя Sojourner был в первую очередь тестовой миссией, ему удалось провести ценную научную работу с помощью своего рентгеновского спектрометра. Аппарат впервые проанализировал химический состав 15 марсианских пород и оценил трение грунта.

И да, первым марсоходом был советский ПрОП-М (Прибор оценки проходимости — Марс). Он входил в состав станций «Марс-2» и «Марс-3». Первая разбилась при посадке в 1971 году. «Марс-3» успешно сел, но из-за бури смог проработать всего 14,5 секунды. Он просто не успел включиться! И все же первым марсоходом, который достиг поверхности планеты, стал именно советский аппарат.

Spirit и Opportunity

В 1998 и 1999 годах NASA отправило на Марс пару космических аппаратов: один (Mars Climate Orbiter) должен был выйти на орбиту планеты, а другой (Mars Polar Lander) — приземлиться у одного из полюсов. Оба потерпели неудачу.

Авария Mars Climate Orbiter — уникальная: она произошла из-за ошибок перевода метрической системы. Навигационная группа в Лаборатории реактивного движения (JPL) использовала в своих расчетах метрическую систему (миллиметров и метров), в то время как основной проектант — Lockheed Martin Astronautics — считал ускорения в английской системе дюймов, футов и фунтов. Инженеры JPL не учли, что единицы были преобразованы, то есть показания ускорения были измерены в английских единицах фунт-секунд² для метрической меры силы, называемой ньютон-секундой². Поэтому корабль был потерян при переводе. Так что проверяйте системы координат, друзья!

После неудачи NASA решило построить аж два ровера близнеца для повышения надежности миссии. Так на свет появились Spirit и Opportunity — уже размером с гольфкар. У них были усовершенствованные камеры, спектрометры и инструменты для шлифовки горных пород, чтобы выявить текстуру под поверхностью, и роботизированная рука — важнейшее достижение в эволюции марсоходов. Spirit и Opportunity стартовали с разницей в несколько недель в 2003 году. Spirit проработал 6 лет, а «Oppy» — 14 лет. Оба превысили ожидаемый срок службы и сделали гораздо больше марсианских исследований, чем предполагалось.

Spirit совершил революционное открытие горных пород с явными признаками того, что в далеком прошлом они были изменены водой. Тем временем Opportunity прямо на месте своей посадки представил долгожданное доказательство существования в прошлом жидкой воды на Марсе. Впоследствии марсоход продолжал находить признаки жидкой воды в различные периоды марсианской истории. А Opportunity и вовсе поставил рекорд и проехал 45 км — вот вам и первый марафон на Красной планете!

Curiosity

На этом ребята из NASA не остановились и решили сделать марсоход Curiosity. Он был еще больше — размером со спортивный автомобиль. Это позволило установить на него множество научных приборов и, главное, новую систему электропитания.

Электричество марсоход вырабатывает в результате радиоактивного распада плутония. Так Curiosity получил больше энергии, и это позволило ускорить передвижение и продлить его жизнь. Потрясающе, но Curiosity живет уже больше 10 лет. За это время он:

• сделал первое крупное изображение древней реки на Марсе;

• обнаружил свидетельства существования древнего озера, которое создавало благоприятные для жизни условия в течение многих тысяч лет;

• нашел ряд органических молекул в различных породах. Это указывает на наличие среды, которая была пригодна для жизни в течение десятков миллионов лет;

• измерил уровень радиации на поверхности, что пригодится будущим астронавтам.

Perseverance

Первопроходцы, которых я перечислил, стали основой для создания самого мощного и маневренного аппарата, побывавшего на Марсе. Perseverance (посадка 18 февраля 2021 года) — по сути родной усовершенствованный брат Curiosity. Собранный из его запчастей, он оснащен передовой системой для бурения, сбора и сохранения тонких кернов горных пород. Его основная задача — собрать образцы марсианской породы для будущих экспедиций, которые доставят их на Землю. По планам это случится после 2028 года, а пока Perseverance складывает образцы в специальные колбочки.

Но это еще не все. Perseverance готовит технологии для полета человека на Марс. Один из таких экспериментов — MOXIE, или Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment. Он служит портативным генератором, который извлекает кислород из марсианской углекислотной атмосферы. Успехи уже есть: MOXIE удается производить до 10 граммов кислорода в час. И да, вы правильно поняли: масштабируя эту технологию, можно обеспечить кислородом марсианскую колонию.

Еще один важный эксперимент на борту ровера связан с изучением материалов для будущих скафандров. На Perseverance находится пять образцов ткани. Под присмотром прибора SHERLOCK мы сможем понять, какой материал подойдет для будущего марсианского скафандра.

Еще один интересный факт: вместе с Perseverance отправили маленького друга — вертолетик Ingenuity. Он совершил больше 30 полетов при планируемых пяти. Это первый опыт использования вертолетов на других планетах. Ну вы только посмотрите:

Китай тоже в деле

В мае 2021 года до Красной планеты добралась еще и красная страна — Китай с его марсоходом Zhurong. Интересно, что аппарат сел на равнине Утопия — предположительно древнем ударном кратере. Эта зона на миллиарды лет моложе других «площадок», где уже приземлились марсоходы: геологическая активность в ней дольше обновляла ландшафт.

Получается, перечисленные миссии не повторяют, а взаимодополняют друг друга. Zhurong показал, что в районе его посадки вода могла присутствовать еще 700 миллионов лет назад.

Zhurong похож на Spirit и Opportunity по размеру и мобильности. Он оснащен камерами, лазерным спектрометром для изучения горных пород и георадаром для исследования подземных почвенных структур — все это во многом похоже на элементную базу его предшественников.

С роботами понятно, а что насчет людей?

Несмотря на прорывы, у марсоходов много ограничений. Представьте, у вас есть машинка на пульте управления с задержкой сигнала примерно 20 минут и слабенькой камерой, и вам с ее помощью нужно исследовать новый материк. Конечно, базовые знания о нем вы получите, но для фундаментальных исследований этого недостаточно. К тому же роботы выполняют строго определенные функции, на которые их запрограммирует человек. А вот космонавт — это уже универсальное средство для исследования с уникальным мышлением, он может принимать решения и экспериментировать.

Ну и несколько примеров для закрепления:

• в миссии «Аполлон-17» наконец решили отправить на Луну геолога. Астронавт Харрисон Шмитт после высадки довольно быстро нашел «апельсиновую почву» — ключевое свидетельство древних лунных вулканов. Если бы на его месте был робот, он мог бы просто проехать мимо. Или в лучшем случае передавал бы изображения на Землю, а это заняло бы дни, если не месяцы;

• что-то похожее происходит в Антарктиде. Ученые довольно быстро нашли микроорганизмы в глубинах ледников. Но автоматизированные зонды не справились бы с этой задачей из-за сложности отбора проб;

• марсоходам Perseverance и Curiosity потребовались годы, чтобы преодолеть несколько километров и изучить небольшие участки поверхности. Человек, двигаясь пешком, мог бы за несколько дней осмотреть десятки километров, взять образцы и проверить гипотезы на месте, а не ждать отправки данных на Землю;

• если марсоход сломается или буровая установка застрянет, как было с миссией InSight, астронавт починит или заменит ее за часы, а не за месяцы или годы.

Как вы видите, одна миссия с полетом человека на Марс — гораздо более наукоемкая, чем целый ряд марсоходов, даже несмотря на цену. Поэтому людям нужно добраться до Марса. Мы уже научились эффективно отправлять спутники и людей в космос и жить в нем, следующий логичный шаг — полеты на другие планеты. И к встрече с Марсом человечество активно готовится.

SpaceX разрабатывает ракету Starship, которая будет обладать достаточной мощностью для полета на Марс. Маск не раз заявлял о высадке человека на Красной планете в ближайшие 5 лет, но как по мне это звучит слишком оптимистично. Более реальным кажется период с 2035 до 2040-го. Есть еще много сложностей, которые нужно решить, но это тема уже для отдельного поста.

Марс на Земле

А еще на Земле проводятся марсианские имитационные миссии. Прежде, чем лететь в космос, технологии нужно отработать тут. Поэтому ученые находят местность, похожую внешне и по структуре рельефа на Марс, строят там базу и селят туда людей на неделю, месяц и даже год. Космонавты имитируют жизнь на планете, проводят эксперименты, которые однажды развернут и на Красной планете. Все это позволяет понять, какая техника и процедуры потребуются для полета. А еще благодаря таким миссиям изучается психологический аспект: как сделать так, чтобы шесть космонавтов не покусали друг друга на Марсе, а эффективно работали вместе.

В 2024 году мне посчастливилось поучаствовать в марсианской имитационной миссии от Австрийского космического форума, которая длилась месяц. База находилась в Армении (на моей исторической родине, кстати), а центр управления полетом (ЦУП) — в Вене. Главной задачей было отработать взаимодействие человека и роботов: какие должны быть марсоходы, какие задачи они могут взять на себя, как ими удобнее управлять. Я исполнял роль специалиста по управлению полетом: общался с космонавтами, контролировал ход миссии, помогал проводить эксперименты и все в таком духе. Честно, мне казалось, что я уже перенесся на Марс! Сейчас ученые обрабатывают результаты этой миссии.

Самая большая сложность для работы ЦУПа — задержка сигнала. Марс находится далеко, минимальное расстояние — 50 млн км, поэтому любое сообщение с Земли добирается до Красной планеты в среднем 10 минут. Это, кстати, классно показано в «Марсианине». Поэтому космонавты должны быть более автономны, чем на МКС, а ЦУП должен работать супероперативно.

В октябре 2025 года планируется глобальная миссия, где будет имитироваться целое поселение на Марсе — если интересно, подробно о ней расскажу в следующем посте. И еще кое-что: набор в такие миссии открытый. Так что если я вдохновил вас поучаствовать, можете следить за апдейтами на сайте!

В подводке к этой публикации я обещал рассказать, когда мы уже вместе с вами сможем скосплеить героя Мэтта Деймона в «Марсианине» и посадить в красном грунте картошку. Сейчас немного разочарую: сделать это как в фильме не получится. Грунт на Марсе токсичный, так что прежде чем развернуть огород, придется обрабатывать почву и удалять токсины. Но есть и хорошая новость: на Земле уже научились выращивать искусственное мясо из стволовых клеток, поэтому на Марсе мы с вами сможем есть его из пробирки. Как вам такая перспектива?