Сколько лететь до Марса от Земли и какая траектория лучше

NASA

Содержание:

• Сколько лететь до Марса от Земли: расстояние
• Сколько лететь до Марса по времени
• Сколько лететь до Марса со скоростью света
• Перспективные миссии

Марс начали изучать 3,5 тыс. лет назад в Древнем Египте, но только с развитием технологий ученые получили реальное представление о планете. Сейчас мы знаем, что на ней есть лед, атмосфера и даже органические вещества. Все это делает Марс потенциальным кандидатом на роль будущей колонии для человечества. Но помимо технических трудностей отправки людей на Красную планету есть еще одна проблема — расстояние.

Сколько лететь до Марса от Земли: расстояние

Марс — это четвертая по удаленности от Солнца планета и «соседка» Земли. Среднее расстояние между Землей и Марсом составляет 225 млн км. Но это значение постоянно меняется в силу нескольких причин:

• обе планеты вращаются вокруг Солнца по эллипсоидной орбите;
• орбиты Марса и Земли наклонены по отношению друг к другу.

Ближе всего друг к другу Марс и Земля будут находиться в тот момент, когда Красная планета окажется в ближайшей к Солнцу точке орбиты (перигелий), а Земля — в наиболее удаленной точке (афелий). В момент этого максимального сближения — в положении оппозиции — дистанция между ними составит 54,6 млн км. Когда планеты находятся по разные стороны от Солнца, расстояние между ними — около 401 млн км.

Периоды, когда Земля догоняет Марс и планеты выстраиваются в одну линию, происходят каждые 26 месяцев. Этот момент астрономы называют «оппозицией Марса», потому что Красная планета и Солнце находятся на противоположных концах неба. По данным NASA, 12 января 2025 года дистанция между Землей и Марсом будет равна 96 млн км, 20 февраля 2027 года — 101,4 млн км, а 29 марта 2029-го — 96,8 млн км.

А один раз в 15–17 лет планеты встречаются на расстоянии менее 60 млн км. Например, в 2003 году расстояние между Марсом и Землей составляло 56 млн км. Это явление ученые назвали «великим противостоянием Земли и Марса». Противостояние Марса — событие, когда Солнце, Земля и Марс по ходу движения по своим орбитам располагаются по прямой линии.

NASA📷Расположение Марса и Земли во время сближения

Сколько лететь до Марса по времени

По расчетам профессора физики Крейга Паттена из Калифорнийского университета в Сан-Диего, путь до Марса займет около 270 дней (или девяти месяцев) в период оппозиции Марса. Столько же времени нужно, чтобы вернуться обратно.

Сложности вычисления

Марс и Земля постоянно движутся по своим орбитам, поэтому отправить ракету или корабль по прямой невозможно. Главную роль в вычислении оптимального времени для старта космического аппарата играет выбранная траектория полета.

Как рассказал научный сотрудник отдела физики планет и малых тел Солнечной системы ИКИ РАН Александр Трохимовский, в современных миссиях используется эллиптическая траектория: ракета с Земли как бы догоняет Марс. Эллиптическая (гомановская) траектория названа в честь немецкого ученого Вальтера Гомана, в 1925 году описавшего ее. При этом варианте полет к Марсу длится от 150 до 260 дней. Аппарат запускается со второй космической скоростью, от 11,2 до 12 км/с, в период, когда Земля догоняет Марс и планеты выстраиваются в одну линию — раз в 26 месяцев.

Существуют и другие траектории: параболическая и гиперболическая. При параболической траектории космический аппарат стартует с Земли с третьей космической скоростью — 16,65 км/с. При гиперболической корабль отправится на Красную планету со скоростью выше третьей космической. По словам Александра Трохимовского, эти траектории позволяют добраться быстрее, но требуется намного больше топлива как при взлете, так и для торможения — выхода на орбиту вокруг Марса.

Ученый Ноам Изенберг из Университета Джонса Хопкинса в 2020 году предложил альтернативу классическому сценарию полета на Марс — использовать гравитацию другого массивного небесного тела. По пути к Красной планете или обратно космическому кораблю предлагается пройти рядом с Венерой. Пролетая мимо, экипаж сможет использовать гравитацию Венеры для ускорения или изменения курса корабля. Такой гравитационный маневр позволит не только сократить время миссии, но и уменьшить ее стоимость. Технология гравитационного маневра существует не первый год. К примеру, аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» совершали гравитационные маневры у Юпитера и Сатурна.

Izenberg, et. al./(JHUAPL)📷Траектория полета на Марс Ноама Изенберга (слева), гомановская траектория (справа)

Сокращение времени полета

Космос — враждебная среда для человека. Поэтому ученые ищут способы сократить время полета на Марс. Например, в NASA планируют построить ракету с ядерным двигателем, которая сможет доставить человека на Марс всего за 45 дней при эллиптической траектории.

В современной космонавтике используются химические ракетные двигатели. Из них наибольшим удельным импульсом обладают жидкостные. Такая двигательная установка состоит из раздельных баков с жидкими окислителем и горючим, камеры сгорания и центробежных насосов для подачи в нее горючего.

Ядерные же ракетные двигатели будут создавать тягу благодаря ядерной энергии. Тепло, полученное после распада радиоактивных веществ, планируется использовать для нагрева жидкого водорода. А чтобы избежать риска аварии при запуске, реактор будут включать только после выхода на орбиту. Появление ядерных ракет позволит решить ряд ключевых проблем. Во-первых, они смогут развивать высокие скорости, что позволит сократить время путешествия на Марс с девяти месяцев до шести недель. Во-вторых, конструкция нуждается в меньшем объеме топлива. Освобожденное место можно использовать для загрузки дополнительного оборудования. В-третьих, по прибытии на Красную планету космонавты смогут применять реактор в качестве источника энергии.

Чтобы реализовать эту идею, NASA объединило усилия с Управлением перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США, военно-промышленной корпорацией Lockheed Martin и компанией BWX Technologies. Рабочий прототип должен быть готов уже к 2025 году.

Сколько лететь до Марса со скоростью света

Чтобы измерять астрономическое расстояние за пределами Земли, ученые создали термин «световой год». Световой год — расстояние, которое свет преодолевает за один год. Свет движется со скоростью 299 792 458 м/с. При такой скорости он преодолевает 9,46 трлн км в год.

Александр Трохимовский:

«Со скоростью света можно добраться до Марса за время чуть больше трех минут, однако это время описывает лишь передачу сигналов. Для настоящего путешествия нужно еще как минимум время для разгона и торможения».

Ближе всех к Земле находится Луна. Расстояние между планетой и спутником — 384,4 тыс. км. Световой фотон, отправленный с Земли, достигнет Луны за 1,25 секунды.

Перспективные миссии

Первые космические аппараты отправились изучать Марс в 1960-х годах. За это время 50 космических объектов пытались выйти на орбиту или совершить мягкую посадку на поверхность планеты. Но не все миссии завершились успешно.

В 2020 году — во время очередного сближения двух планет — на Марс отправились миссии сразу нескольких стран: Китая, США и ОАЭ. Всем космическим аппаратам удалось достичь поставленных целей.

• Космический аппарат ОАЭ под названием «Аль-Амаль» изучает атмосферу, изменение погоды в разных местах Марса и ищет связь между нынешним и древним климатом планеты.
• Планетоход Perseverance оказался на поверхности Марса 18 февраля 2021 года. На его борту были закреплены устройство для получения кислорода из атмосферы Красной планеты и беспилотный вертолет Ingenuity.
• Китайский аппарат «Чжужун» совершил мягкую посадку на планете 15 мая 2021 года. Марсоход искал признаки жизни на Марсе. В 2022 году марсоход перешел в спящий режим, проработав 358 дней.

В ближайшем будущем на Марс могут отправиться и люди. Над достижением этой цели работают не только правительственные организации всех стран, но и частные корпорации. Например, создать колонию на Марсе стремится основатель SpaceX Илон Маск. Миллиардер считает, что достичь этой цели можно к 2028 году, а к 2033-му такой сценарий еще вероятнее. Глава NASA Билл Нельсон считает, что высадка людей на Марс произойдет не раньше 2040 года. Но перед этим нужно решить ряд ключевых проблем.

1. Время полета. С нынешней ракетной технологией путь до Марса и обратно займет около 21 месяца, причем космонавтам придется ждать около трех месяцев на Марсе, чтобы обе планеты оказались в позициях, необходимых для возвращения. Таким образом, космонавты будут долгое время находиться в замкнутом пространстве без гравитации и с прерывающейся связью с Землей. Такие условия требуют от экипажа особой физической и психологической подготовки.
2. Отсутствие космического аппарата. В настоящее время нет технологий, позволяющих отправить людей на Марс и обратно. Межпланетная миссия такого масштаба, вероятно, станет одной из самых дорогих и сложных инженерных задач.
3. Высокий уровень радиации. Главное препятствие для пилотируемых миссий — космическая радиация. Пока корабль находится рядом с Землей, магнитное поле и атмосфера планеты защищают экипаж от воздействия галактических космических лучей — энергетических частиц, которые перемещаются со скоростью, близкой к скорости света, и проникают в человеческое тело. Один день в космосе эквивалентен радиационному облучению, полученному на Земле за год. Второй источник космической радиации — солнечные космические лучи. Также зафиксирован высокий уровень радиации и на поверхности самой Красной планеты. Чтобы космонавты смогли находиться на Марсе долгое время, нужны специальные костюмы.

Европейское космическое агентство