На открытой лекции «Роботы летят на Марс» в Тольяттинском государственном университете (ТГУ) Владимир Сурдин, астроном, популяризатор науки, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Московского государственного университета (МГУ), доцент физического факультета МГУ, кандидат физико-математических наук, рассказал, как советские инженеры первыми в истории посадили аппарат на Марс, почему Красная планета до сих пор остаётся смертельно опасной и каковы перспективы найти там жизнь. Организатором лекции выступил стратегический партнёр ТГУ – компания ООО «Транспорт будущего».

Владимир Сурдин. Фото: Артём Чернявский / Молодёжный медиахолдинг «Есть talk!» ТГУ

Первые на Марсе

Исследования Марса начались в 1960-х годах. В 1965-м аппарат Mariner 4 передал первые кадры марсианской поверхности. В 1971 году Mariner 9 первым сделал снимки планеты в высоком разрешении.

Первый в истории космонавтики марсоход, достигший поверхности Красной планеты, был советским. Его на протяжении пяти лет создавала команда специалистов Всероссийского научно-исследовательского института транспортного машиностроения. Результат их работы отправился в космос в мае 1971 года. Тогда Советский Союз запустил сразу две станции для исследования Марса, каждая была оснащена марсоходом размером с небольшую книгу – «Прибором оценки проходимости – Марс». Приборы, в соответствии с названием, должны были измерить плотность грунта и помочь ответить на вопрос о перспективах исследования планеты.

27 ноября того же года при посадке потерпел крушение космический аппарат «Марс-2». Спустя пять дней, 2 декабря, станция «Марс-3» успешно достигла поверхности. Это была первая в истории мягкая посадка на Марс. Однако уже через пятнадцать секунд связь с марсоходом была потеряна навсегда.

– Главное, мы убедились, что машинка и сам посадочный аппарат действительно приземлились, – говорит Владимир Сурдин. – Мы нашли марсоход и сфотографировали его с орбиты. Когда-нибудь мы вернёмся на Марс и выясним, по какой причине он перестал передавать сигнал. Сейчас считается, что основная причина – мощная пылевая буря в момент посадки.

Первая посадка на Марс была заслугой советских инженеров, а вот получить первые научные данные смогли их американские коллеги. Через пять лет после отечественных марсоходов осваивать планету отправились аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2». Их задачей был поиск жизни, но ничего живого найдено не было. И не могло быть: атмосфера Марса очень разреженная, её плотность примерно в 160 раз меньше земной, космическая радиация практически беспрепятственно достигает планеты и «стерилизует» её, поэтому никаким микробам на поверхности Марса не выжить.

– Если искать на Марсе жизнь, то где-то под грунтом, – убеждён Владимир Сурдин. – На глубине полутора-двух метров. Такой слой земли хорошо защищает от радиации. Наверху она убивает всё. Косвенные признаки жизни под грунтом уже есть: учёные фиксируют в атмосфере Марса метан – продукт жизнедеятельности микробов.

Фото: Артём Чернявский / Молодёжный медиахолдинг «Есть talk!» ТГУ

Марс: добраться нельзя выжить

Учёные давно хотят отправить на Марс человека как альтернативу медлительным роботам, но реализовать эту идею мешают минимум две проблемы.

1. До Марса сложно долететь. Чтобы попасть туда, куда пока не ступала нога человека, нужно провести в невесомости девять месяцев. Космонавтов ждёт атрофия мышц, размягчение костей и радиационное облучение.

Даже для робота вероятность долететь и мягко сесть на поверхности Марса составляет 50 %. Сойти с орбиты с нужной скоростью и аккуратно посадить аппарат – крайне сложная задача. При такой низкой надёжности отправлять на Красную планету человека преждевременно.

– Ракеты так или иначе будут сделаны, наработки есть, в том числе и в Роскосмосе, – рассказывает Владимир Сурдин. – Но ракета – это только толчок, далее придётся лететь в космическом аппарате. Объём жизненного пространства в современном космическом аппарате сравним с внедорожником. То есть просидеть в нём месяца два, даже три можно. Поэтому на Луну летают. На Марс лететь гораздо дольше.

Сейчас разрабатывают проекты жилых модулей для космонавтов, которые в перспективе позволят добраться до Марса с комфортом: в надувных комнатах, где можно разминаться, выращивать продукты и заниматься наукой. Однако проблему радиации пока решить не удалось даже в проекте.

2. На Марсе сложно выжить. Доза радиации измеряется в биологическом эквиваленте рентгена (бэр). Для сравнения: максимальная допустимая доза облучения для работников атомных электростанций – 5 бэр в год. Космонавтам разрешают получать до 10 бэр. При полёте к Марсу и обратно облучение составит целых 80 бэр. Такая доза вызывает нарушения работы мозга, дистрофию сетчатки и онкологические заболевания. Но даже если представить, что долететь получилось, остаётся проблема с космической радиацией на поверхности. Так что жить будущим колонизаторам Марса придётся под землёй.

С роботами проблем меньше. Американские марсоходы Sojourner, Spirit и Opportunity передали большое количество научных данных. Opportunity проработал на поверхности планеты четырнадцать лет (при гарантийном сроке в три месяца). Но с роботами свои сложности. Например, днём, когда светит солнце, температура на Марсе вполне комфортная – 20–25 °C. Но стоит солнцу зайти, как уже через час наступает глубокий минус 70–80 °C. Такие перепады температур плохо влияют на механику.

Фото: Артём Чернявский / Молодёжный медиахолдинг «Есть talk!» ТГУ

Самый-самый Марс

На Марсе всё «самое». Например, самая большая гора в Солнечной системе – Олимп: от подножия до вершины – двадцать пять километров. Гора размером с Францию. Земной Эверест не дотягивает и до девяти километров.

Поверхность Марса исследована довольно подробно. Благодаря безоблачному марсианскому небу и съёмкам с орбиты у учёных есть очень подробная карта Красной планеты. Она изучена даже лучше земной, где две трети поверхности занято океанами, а небо покрыто облаками, что осложняет исследования.

Ещё одно «великое географическое открытие» на Марсе – долины Маринера. О них узнали в 1972 году по снимкам станции Mariner 9. Их длина – более четырёх тысяч километров, ширина – двести километров, глубина – до одиннадцати километров. Так что самые большие каньоны – тоже на Марсе.

– Это просто подарок природы для геологов, – восклицает Владимир Сурдин. – Они вряд ли в ближайшее время смогут довезти до Марса тяжёлую буровую технику, чтобы просверлить кору и на километры посмотреть, как всё устроено под поверхностью Марса, а тут всё перед глазами, можно исследовать дистанционно.

На дне каньона учёные обнаружили замёрзшую воду, она составляет примерно 40 % массы грунта. Это открытие, сделанное, кстати, российским прибором, даёт надежду найти на Марсе жизнь. Подкрепляют эту надежду найденные на планете русла высохших рек, вода из которых «улетела» в космос.

– Учёные предполагают, что раньше большую часть поверхности Марса покрывал океан, – объясняет Владимир Сурдин. – Вероятно, он не был глубоким, но тем не менее был нормальным для этой планеты. Однако со временем солнечные ветра высушили атмосферу Марса. Солнечный ветер регулярно долетает и до Земли, но нас спасает магнитное поле. У Марса его нет, поэтому при низком давлении вся вода там либо испаряется, либо превращается в лёд. Ещё примерно треть воды «ушла» в грунт.

Фото: Артём Чернявский / Молодёжный медиахолдинг «Есть talk!» ТГУ

«Если бы на Марсе были города...»

Сегодня Марс – это холодная пустыня красного цвета. Необычный оттенок планета получила благодаря большому содержанию в грунте оксидов железа. «Подкрашивает» Марс и космическая пыль, которая летает в атмосфере, поглощая лучи солнца.

На Марсе сменяются времена года. Зимой планета замерзает, а вот весной на склонах некоторых оврагов и метеоритных кратеров появляются «змейки». Видимо, это места, по которым раньше стекала вода – скорее всего, солёная. Учёные сходятся во мнении, что вся вода на Марсе содержит соли.

– Даже не стоит ожидать увидеть на поверхности озёра и реки жидкой воды, – разрушает надежды Владимир Сурдин. – Жидкой воды на поверхности Марсе в принципе не может быть, потому что там очень низкое атмосферное давление. Если вы на Марсе ведро воды выплеснете, то примерно половина испарится, а две трети – замёрзнет.

Кроме водяного льда, на Марсе очень много льда углекислого. Атмосфера Марса – это почти чистый углекислый газ.

Фото: Артём Чернявский / Молодёжный медиахолдинг «Есть talk!» ТГУ

Чем глубже в планету, тем больше воды

Примерно на 65-м градусе северной широты на полярной шапке одного из кратеров Марса учёные посадили космический аппарат. Он показал, как выглядит марсианская тундра. Она практически не отличается от тундры Якутии или Канады. В марсианской тундре роботы регулярно находят водяной лёд.

– Чем глубже мы погружаемся в недра любой планеты, тем там теплее. Тепло-то выходит на воздух. Так что где-то на определённой глубине вода в жидком виде на Марсе всё же есть.

Проникнуть в недра Красной планеты учёные надеются без всяких бурильных установок. На Марсе много «колодцев» размером со стадион, которые уходят вглубь.

На Земле есть похожие карстовые пещеры, например, во Франции. Если марсианские пещеры устроены похожим образом, то есть шанс, что под землёй, куда не добирается радиация с поверхности, можно жить.

– Мы рассчитываем, что в найденных нами пещерах космонавты могут найти убежище, – признаётся Владимир Сурдин. – Осталось исследовать. Космонавтов-спелеологов пока нет, значит, нам нужны роботы, умеющие лазать по пещерам. Их пока тоже нет. Нужно придумать что-то невероятное, например, автономные роботы-муравьи, которые могли бы передавать информацию по цепочке.

В NASA пытаются создать робота, который мог бы осваивать марсианские пещеры, но пока безуспешно. Зато поверхность Красной планеты эффективно исследует американский марсоход Perseverance.

– Задача у него довольно интересная, – рассказывает Владимир Сурдин. – Он собирает образцы грунта, упаковывает их в специальные контейнеры. Предполагалось, что потом он их положит в небольшую ракету, которая стартует на орбиту вокруг Марса, переложит эти образцы марсианского грунта в другую ракету, и она уже полетит к Земле. Вот такая многоходовая операция была задумана, но недавно NASA объявило, что денег не хватает, так что ракеты не будет.

Засланный «Казачок» на Марсе

Добраться до Марса не только сложно технически, но и затратно финансово.

– Ещё Циолковский в своё время объяснил: чтобы вырваться в космос, нужно очень много топлива сжечь, чтобы маленькую часть ракеты – маленький космический корабль – отправить в полёт, – рассказывает Владимир Сурдин. – К сожалению, мы до сих пор сжигаем топливо, то есть используем химические ракетные двигатели, а их уже невозможно сделать лучше.

Одни из лучших в мире ракетных двигателей – РД-180 и РД-190 – делают в России. Но поскольку сделать их ещё лучше уже невозможно, нужно искать альтернативу. И она есть. На замену химическим реакциям могут прийти реакции ядерные. Правда, такие ракетные двигатели не слишком эффективны.

Уже сейчас в космос летают электрические ракетные двигатели, но у них маленькая тяга, они слишком слабы, чтобы запустить ракету в космос, и пока годятся, только чтобы управлять небольшим, отделившимся от ракеты модулем, уже в космосе.

В 2021 году Китай, у которого до этого не было марсианской программы, впервые отправился покорять четвёртую от Солнца планету. Сегодня Китай – вторая страна после США по исследованиям Марса.

– Исторически мы были вторыми, но потом у нас более пятидесяти лет ничего к Марсу не летало. Надеюсь, ситуация изменится, и мы в ближайшее время вернёмся к этим исследованиям, – говорит Владимир Сурдин.

Последний на данный момент пролёт к Марсу российская ракета совершила в 2016 году, доставив туда измерительные приборы, которые работают и сегодня. Сейчас в Роскосмосе есть посадочная платформа «Казачок», на которой в рамках проекта «ЭкзоМарс» планировалось доставить на Марс марсоход Европейского космического агентства «Розалинд Франклин». В 2022 году Роскосмос заявил, что намерен самостоятельно запустить посадочную платформу, уже без европейского марсохода.