Нужна ли спешка при освоении Марса?

Для создания атмосферы на поверхности Красной планеты предлагается построить фабрики, производящие искусственные парниковые газы. Роберт Зубрин и Крис Маккей предполагают, что это должен быть перфлюорометан (CF4). В своей недавно изданной книге «Вступление в космос» Зубрин утверждает, что если производить и выпускать этот газ на Марсе с той же скоростью, с которой сегодня на Земле производятся подобные газы (приблизительно 1000 т в час), то за несколько десятилетий средняя температура на всей Красной планете могла бы увеличиться на 10°С. Такое потепление вызвало бы появление большого количества углекислого газа, являющегося парниковым, который в дальнейшем мог бы обогревать эту планету. Еще теплее сделать ее могло бы и увеличившееся содержание в атмосфере водяного пара. Усилить же эти эффекты можно было бы в результате использования метаногенов и создающих аммиак бактерий, так как и метан, и аммиак также относятся к разряду парниковых газов. http://galspace.spb.ru/index38-1.html

     До пилотируемого полета на Марс ещё ой как далеко, а энтузиасты уже смотрят дальше и решают, как приспособить эту планету для комфортного проживания человека. Прогнозируются, возможные изменения  Марса, которые могут произойти уже через несколько десятилетий  после первого посещения.

    Не желая ни с кем вступать в полемику на эту тему, считая, что на такое важное дело как колонизация планет необходимо иметь различные взгляды, хочу предложить свою точку зрения на методы освоение Марса. И присоединяюсь к тем, кто считает, что, не имея достаточного опыта по сбережению своей среды обитания вряд, ли стоит перестраивать под себя другие миры, чтоб хотя бы там  не допустить необратимых потерь.

    Читаем строку из эпиграфа «Такое потепление вызвало бы появление большого количества углекислого газа, являющегося парниковым, который в дальнейшем мог бы обогревать эту планету».  Учитывая, что содержание углекислого газа в атмосфере Марса и так  более 95%, становится ясно, что речь идёт об увеличении  атмосферного давления за счет испарения полярных шапок.  Но вследствие того, что гравитационное поле Марса не способно надежно удерживать атмосферу большей плотности, чем существующая. Атмосфера Марса будет попросту безвозвратно теряться  в окружающем пространстве. Получается, что процесс замкнутый. Теряется вещество – теряется масса, теряется масса – ускоряется процесс потери вещества. В ничто, планета конечно не превратится, но большая часть того, что на ней законсервировано в виде вечной мерзлоты и полярных шапок может буквально испарится через несколько столетий. Всё будет зависеть от интенсивности наших действий. А ведь на земле наша цивилизация существует примерно пять тысячелетий, а, сколько ещё предстоит существовать нашим потомкам, одному Богу известно.   На мой взгляд, по меньшей мере, бессмысленно распылять в космосе вещество, которое мы в настоящее время не способны эффективно использовать.

   Теперь о следующем. Банальный вопрос есть ли жизнь на Марсе, до сих пор остался открытым. Не уверен но, ошибка может быть в том, что мы на Марсе хотим найти жизнь аналогичную Земной: бактерии, водоросли и т.д..

Нечто на основе углеродной  органики, производящее себе подобных, что-то потребляющее и выделяющее в ходе своей жизнедеятельности. Но представьте себе, если всё же на Марсе существует жизнь, то она не менее уникальна, чем Земная и прекрасно адаптирована к существующим условиям. Может быть и еще хуже, мы это во время не обнаружим. Жизнь есть, но её проявления нам не известны, или её нет, но есть разум, осознавший себя неживой разум, хоть это и сверх маловероятно.   Я понимаю, что «завернул» слишком, но в нашем клубе это допустимо, ведь существуют на Земле рукотворные компьютеры, а мы говорим о фактически неизученном мире.    

 Как эти возможные существа отреагируют на изменение температуры, давления, а также кислородное и прочие загрязнения.

 В прочем если мы (я имею в виду человечество), как говаривали в CСCР стремимся завоевать космос, то тогда не стоит тратиться на заводы по производству метана и долго ждать потепления, можно довольно дешево и быстро испарить ледовые шапки Марса,  бомбанув их уже имеющимися термоядерными  зарядами,  правда лучше бы гелиевыми коих пока нет. Вот тогда наверно и можно будет какое-то время гулять по поверхности Марса в кислородных масках и первые несколько лет  со счётчиком Гейгера (вспомните “Вспомнить всё “).

  Можно долго перечислять варианты “благоустройства” Марса и все возможные последствия не обдуманных действий, но лучше это смогут сделать специалисты экологи – профессионалы, но вполне очевидно, что проблема уже существует и её надо решать.

  По этому поводу я и решил поделиться некоторыми своими мыслями.

  На вопрос, как сделать экологически чистым наше пребывание на Марсе ответ простой, не загрязнять. 

Ясно также, что главным загрязнителем на Марсе будет ни кто иной, как сам человек с его системами жизнеобеспечения.

  Отсюда следующий вопрос. Нужна ли спешка при освоении Марса – (имеется  в виду полет с  высадкой человека на поверхность). Учитывая, что большинство аварий происходит именно во время старта и посадки космических аппаратов, я не вижу необходимости рисковать человеком, какие бы политические дивиденды не принесла эта акция, государству или нации.

     Уверен, что освоение марса должны начинаться с долговременной обитаемой орбитальной станции на Марсе. При чем первое

 время высаживаться на поверхность Марса должны исключительно роботы, а первые несколько лет глубоких исследований планеты, в основном роботы. Слишком много дополнительного оборудования  и материалов, требуется для обеспечения жизнедеятельности земного существа на безжизненной планете.

  На тот период, когда еще не разведаны места полезных ископаемых , высадка человека на поверхность пустая трата денег. А вот роботы, это другое дело, они способны вынести многократные перегрузки, испытывая на себе надежность марсианских челноков в режиме экономичной посадки. Они  имеют  достаточный интеллект и контролируются с орбиты в реальном  времени. Они проведут геологические изыскания, построят взлетно-посадочные полосы и дороги, добудут кислород и воду для орбитальной станции и если решится положительно вопрос, нужны ли мы там, соберут из доставленных блоков производственные и жилые герметичные помещения с системами жизни обеспечения.

  Станция, на которой в это время будет  проводиться  детальное исследование Марса,  снабжена системой искусственной гравитации принцип действия центробежный, принцип запуска модуля описан в предыдущей статье «На чем летать по солнечной системе» http://clubideas.ru/space flights/space flights.htm

 Но в этой статье, я бы хотел остановиться подробнее на челноках. Конкретно на реактивных двигателях и парашютной системе торможения, какими они должны быть, чтобы минимизировать воздействие на окружающую среду.

    Даже в самых глубоких впадинах Марса, где давление атмосферы наибольшее, оно приблизительно в 100 раз меньше, чем у поверхности Земли.

 На Земле такое давление находится на высоте боле 30 тыс. метров над уровнем моря.

Ни один из самолётов высотников т.к.   SR-71 «BlackBird», М-55 "Геофизика", "Локхид" У-2, так высоко не летает, а то, что летает выше 26500 метров, назвать самолетом, у меня язык не поворачивается. И надо быть большим оптимистом, как наш художник аниматор который изобразил  маневры Марсианского челнока (см. видеоролик). Хотя как посмотреть. Гипотетически при достаточной мощности ракетоносителей на орбиту Земли можно вывести и железнодорожный вагон. Причём поперёк и без обтекателей, а мы имеем дело с Марсом где ускорение свободного падения на поверхности планеты составляет всего g = 3,72 м/с2. Это почти втрое меньше чем на Земле.

 Следовательно, летать над поверхностью Марса можно, но относительно низко и на высокой скорости обеспечивающей высокий уровень подъемной силы. Благо, что низкая плотность атмосферы означает низкое аэродинамическое сопротивление. И самое главное, на Марсе, совсем не обязательно разгонять космический аппарат до Земной первой космической, чтобы вывести его на орбиту.

 Но вернёмся к нашим челнокам. Вот, что мне удалось отыскать в политехническом словаре.

 ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИЙ САМОЛЁТ — вид пилотируемого реактивного летательного аппарата с несущей поверхностью (в частности, крылатого), предназначенный  для полёта в атмосфере и в космическом пространстве. Сочетает свойства самолёта и космического аппарата. Рассчитан на многократ­ное использование; должен взлетать с аэродрома, разгоняться до космической скорости, совершать полёт в космическом пространстве и возвращаться с посадкой на аэродром. Основное назначение воздушно-космического самолета - обслуживание пилотируемых орбитальных станций и смена их эки­пажа. Многоразовое использование воздушно-космического самолета. обеспечит его большую эффективность и экономичность в сравнении с современными  ракетоносителями. В качестве силовой установки  предполагается сочетание воздушно-реактивного двигателя (для полёта в атмосфере) и жидкостного ракетного двигателя (для полёта в космическом пространстве). Проводится исследование проблем, связанных с созданием воздушно-космического самолета и разрабатываются отдельные проекты.

 В принципе мне всё здесь понравилось, кроме воздушно-реактивного двигателя этого самолета, потому, что тяга турбореактивного двигателя при полете в стратосфере на высоте (20-25 км.) из-за уменьшения плотности воздуха падает до величины, составляющей менее 3% от тяги двигателя на земле. А на Марсе “стратосфера” начинается прямо с поверхности и показатели тяги будут еще хуже.

Поискал еще и вот что удалось найти.

    Оказывается уже всё изобретено,  можно обойтись и без турбин, но проблема в том  прямоточный двигатель запускается на скоростях превышающих в1,5-2 раза скорость звука и эффективен только на больших сверхзвуковых скоростях. Это говорит о том, что стартовать с места Марсианский челнок должен на ракетной составляющей своих двигателей + ускорители. Есть еще один неприятный момент. Атмосфера марса не содержит кислорода, а потому фор­сунки впрыска дополнительного горючего (см. рис.1) будут абсолютно бесполезны, если конечно в качестве топлива не используется ну, например жидкий или порошковый магний. Но так как мы говорим об экологичности освоения Марса, использование таких видов горючего мы даже и не рассматриваем.  В какой то степени, на скорости равной нулю ракетный двигатель, входящий в состав комбинированного реактивного двигателя,  будет работать как эжектор атмосферного воздуха, этот эффект как раз мне бы и хотелось бы увеличить. При таком скудном количестве молекул на единицу объёма, мало просто нагнетать воздух, его надо еще равномерно разогреть, чтобы хоть как-то увеличить КПД его работы.

   Разделить послойно и греть по поочередно, вот что необходимо для равномерного разогрева атмосферных газов, всё остальное почти как у прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Набегающий поток воздуха сначала сжимается за счет кинетической энергии набегающего потока, а затем разогревается не при сжигании топлива, а в струях, на пример, электротермического ракетного двигателя и выполняет полезную работу, истекая через сопло.

  И вот что получилось см. Рис.2-4. Передняя часть корпуса двигателя, также как и в схеме см. рис1,  является  сверхзвуковым  воздухозаборником. Ракетные двигатели имеют форму колец см. Рис.5  схема расположения каскадная, то есть предыдущий двигатель нагнетает и подогревает, атмосферный воздух следующему.  При необходимости сопла могут перемещаться вдоль оси двигателя, изменяя, тем самым степень сжатия см. Рис.3

Рис. 6

   Если, когда не будь, такой двигатель и будет разработан то, скорее всего  кольцо двигателя будет состоять из отдельных секторов.

Известно, что металлы хорошо работают на растяжение и неважно на сжатие и в связи с этими свойствами  у такой конструкции есть существенные недостатки. Мало того, что внутренняя стенка будет работать в основном на сжатие. Она еще будет и перегреваться. На рис.6, цветными стрелками изображено тепловое и механическое воздействие на стенки камеры сгорания и сопла. Стоп. По-моему мы слишком увлеклись, не будем вдаваться в описание подробностей конструкции, оставим это для следующих страниц  и пойдем дальше.

   На каком топливе должен работать экологически чистый марсианский  двигатель.   

   Исходя из того, что на Марсе в немалых количествах  содержится углекислый газ и вода  то выхлоп реактивных двигателей должен состоять из этих же веществ. Но для этого, по крайней мере, первое время, придется возить с Земли  и топливо, и окислитель или их компоненты. Если верить статье ”http://galspace.spb.ru/index38-1.html “  то ученые из России предложили прекрасную идею использовать на марсе электротермический ракетный двигатель. Это даже лучше чем жидкостный реактивный двигатель (ЖРД) его удельный импульс составляет более 10 км/с., что более чем вдвое превышает ЖРД на водородном топливе. Еще существенная разница заключается в камере сгорания, вернее в её отсутствии. В качестве рабочего тела  можно использовать либо сжиженный углекислый газ, либо воду. Кажется, ну вот всё и сошлось, ан нет, не тут то было. Следующая проблема появляется сразу после решения предыдущей, где взять море электрической энергии для нашего электротермического двигателя на летательном аппарате.

    На станции ядерный реактор на поверхности ядерный реактор, но на летательном аппарате атомная электростанция это слишком.

 Возможно, через тридцать лет появятся сверхлёгкие аккумуляторы, но намой взгляд будут использоваться  сверх ёмкие конденсаторы с внутренним сопротивлением, способные выдавать мощность дозировано. Но эта тема для другой статьи, и если есть желающие квалифицированно осветить этот вопрос, милости просим, присоединяйтесь.

Есть еще вариант.  Использовать ядерный ракетный двигатель , который тоже давным-давно изобретен и скорее всего на сегодняшний день существуют его экологически чистые прототипы.

Вот такая информация нашлась в старом политехническом словаре. Правда мне до конца неясны два вопроса: удастся ли набрать необходимую массу радиоактивного вещества для поддержания ядерной реакции в кольцевой секции нашего двигателя нашего и как отразится на технические характеристики двигателя замена жидкого водорода, на сжиженную двуокись углерода.

   И так с Марса мы, вернее они – роботы, экологически чисто взлетели. Воду, образцы ( например грунта), кислород и т. п. и т. д. на станцию доставили, запчасти загрузили и можно возвращаться назад причем также экологически чисто. 

    Вообще то технология посадки челноков достаточно хорошо отработанна на земле и добавить особенно нечего, кроме того, что скорость челнока   относительно поверхности Марса будет меньше, а разряжение атмосферы больше. В связи с этим марсианский челнок должен быть с крылом очень большого удлинения,  с изменяющимся профилем крыла, а  конструкция фюзеляжа предназначенного для доставки грузов на поверхность планеты,  на мой взгляд, должна напоминать скорее транспортный самолет типа “АН-8; АН-12” нежели ”Буран”. Есть очевидные преимущества такой конструкции при проведении погрузоразгрузочных работ в условии гравитации и без специальных механизмов. И еще одно пожелание, мечтать так, мечтать, по целому ряду причин нашему челноку очень неплохо было бы иметь вертикальный взлёт и посадка, хотя бы с уменьшенной полезной нагрузкой.

  Ну, так вот, связи с особенностями конструкции нашего марсианского челнока вход в режим управляемого торможения несколько иной, чем у его земного родственника. Он скорее будет напоминать пикирование, в плоть до шести километровой высоты  над поверхностью. Почему именно до этой высоты,  все очень просто, в 1976 году американский “Викинг” на этой высоте раскрыл свой парашют и я особенно не задумываясь доверился Американскому опыту ведь посадка была успешной. Может я и ошибаюсь, но крылатые  аппараты  на Марсе, если таковые когда ни будь, появятся, будут летать не выше   1-1,5 километров над поверхностью,  следовательно, для того чтобы вывести челнок в горизонтальный полет у нас есть примерно 4 километра высоты.  Учитывая скорость падения челнока, времени  очень и очень не много, а потому сам бог велел  сделать это маневр с помощью парашютов, а почему бы и нет в разряженной то атмосфере. Тем более что парашюты см. рис.  способны менять площадь купола и имеют механизм автоматической укладки. Это последнее свойство не маловажно процессе роботизированного освоения Марса.

Я прилагаю вашему вниманию "комикс" на тему работа самоукладывающейся парашютной системы