Марсианский газопрыг

Инструментарий спутников скуден, а марсоходы ограничены в мобильности, поэтому в NASA заинтересовались проектом аппарата, способного прыгать по поверхности Марса.

Исследование марсианской поверхности сегодня доверено спутникам и спускаемым аппаратам. Первые дают нам общую картину, вторые же изучают Марс в избранных точках. К сожалению, инструментарий спутников скуден, а марсоходы ограничены в мобильности. Неудивительно, что в NASA заинтересовались проектом аппарата, способного прыгать по поверхности Марса.

Аппарат, названный Mars Gas Hopper, не будет вынужден следовать рельефу местности. При необходимости аппарат сможет перелететь через препятствие, спуститься в каньон и вылететь обратно. В процессе полёта Mars Gas Hopper обеспечит исследователей изображением местности с высоты, чего не могут делать сегодняшние марсоходы. Картинка с камер "марсопрыга" позволит наметить районы для изучения и выбрать место для посадки. Фотографии с небольшой высоты позволят детализировать картину, получаемую со спутников. А для досконального изучения местности Mars Gas Hopper может нести миниатюрный вариант марсохода.

Mars Gas Hopper использует принцип реактивного движения, и в пользу такого решения есть ряд аргументов. Автор проекта, Роберт Зубрин, считает, что разрабатываемые сегодня марсианские самолёты, дирижабли и вертолёты не будут иметь опоры в разреженной атмосфере Марса. К тому же, надо учитывать и марсианские ветры, достигающие порой огромных скоростей. Достоинства же реактивной тяги усугубляются и выбором рабочего тела - для этого будет использоваться углекислый газ, доля которого составляет 95% в марсианской атмосфере.

Диоксид углерода выбран не случайно: обычное двухкомпонентное топливо пришлось бы везти с Земли или вырабатывать на месте, что сопряжено с огромными затратами ресурсов и времени. Углекислый газ же Mars Gas Hopper будет добывать из атмосферы Марса самостоятельно. К тому же, выхлоп химического двигателя будет загрязнять места взлёта и посадки водой и органикой (в состав обычного топлива входят углеводороды), что исказит картину исследуемой местности.

В проекте компании Pioneer Astronautics, возглавляемой Зубриным, предусмотрены четыре варианта использования углекислого газа. В простейшем из них сжиженный СО₂ переводится в газообразное состояние и направляется в дюзы. Аппарат этой конструкции способен преодолеть расстояние до трёх километров. Малая дальность лёта компенсируется простотой двигателя, а значит, высокой надёжностью. В другой конструкции диоксид углерода хранится в пограничном состоянии "газ/жидкость", что повышает энергоэффективность, но требует специальных средств хранения. Дальность полёта достигает 4,5 км, но баллон с газом оказывается слишком велик - втрое больше, нежели у других конструкций.

Третья конструкция предусматривает нагрев СО₂ в рабочей камере с помощью электрического тока. Расчёты показывают, что в этом случае аппарату удастся покрыть дистанцию от 7 до 10 километров. Препятствие к реализации этого варианта - отсутствие акккумуляторов, способных накапливать большие запасы энергии и быстро их отдавать. Разработчики присматриваются к маховичным накопителям, но пока не видят претендентов, удовлетворяющих их требованиям.

Наконец, самой перспективной в Pioneer Astronautics считают четвёртую конструкцию, в которой углекислый газ пропускается через камеру, заполненную раскалёнными загодя кусками бора, бериллия или графита. Эта схема оказалась наиболее энергоэффективной и легко поддающейся управлению. Радиус полётов при использовании этого варианта увеличивается до 23-30 км.

Зубрин с соратниками уже провели пробный полёт "марсопрыга". Двадцатикилограммовая модель поднялась на высоту около 40 метров и почти благополучно приземлилась, сломав всего одну опору. Испытания проходили с использованием шара метеозонда, который компенсировал разницу земного и марсианского тяготения, а также стабилизировал модель в полёте. Полёт доказал работоспособность двигательной установки "марсовой", сконструированной по четвёртому варианту.

Конструкторы не собираются окончательно отказываться от подъёмной силы марсианской амосферы. Альтернативный вариант "марсопрыга" предусматривает наличие крыльев, с помощью которых аппарат сможет планировать и маневрировать. Взлёт и посадка будут происходить вертикально. На поверхности крыльев, как водится, расположатся солнечные батареи. К сожалению, производительность существующих батарей не позволяет "марсопрыгу" летать чаще раза в месяц. Чтобы обеспечить аппарат нужным для полёта количеством СО₂, понадобятся другие энергетические установки, например, термогенератор на радиоизотопах, что питал зонд "Кассини" и аппараты "Викинг". Используя такую установку, хоппер сможет взлетать каждую неделю и, возможно, облетит всю Красную Планету.

В Pioneer Astronautics отмечают и другие доводы в пользу своей конструкции. Сегодня в аэрокосмических лабораториях идёт подготовка к марсианской экспедиции Mars Sample Return, результатом которой станут образцы грунта, полученные "вживую", а не в виде данных от марсоходов. Зубрин с коллегами считают, что Mars Gas Hopper станет отличным подспорьем в разработке способов добычи топлива в условиях Марса. К тому же, опыт, который будет приобретён при взлётах и посадках "марсопрыга", позволит отработать методику стартов и приземлений будущих марсианских аппаратов.

В NASA оценили работу, проделанную сотрудниками Pioneer Astronautics. Сейчас проект Mars Gashopper Airplane, поданный на конкурс SBIR (Small Business Innovation Research), прошёл квалификационный отбор, и аэрокосмическое агентство ведёт переговоры с Зубриным относительно дальнейшей разработки "марсопрыга" и ещё трёх проектов, связанных с передвижением аппаратов по поверхности Марса. Всего же комиссия NASA отобрала в 2004 году 219 "любительских" проектов, наиболее интересные из которых будут освещены у нас на сайте.