Сумасшедший план Маска: как отправить на Марс миллион колонистов?

27 сентября на конгрессе Международной федерации астронавтики Илон Маск изложил своё видение того, как человечество может основать самоподдерживающуюся колонию на Марсе. Хотя технически его презентация выглядит весьма проработанной, сам бизнесмен признаёт, что без партнёрства с государственными космическими агентствами предложенный им план не имеет шансов на реализацию.

Маск мотивирует необходимость создания марсианской колонии тем, что человечество в стратегическом плане имеет шансы выжить, лишь если перестанет быть монопланетным видом. В противном случае удар астероида, суперизвержение вулкана или ядерная война могут легко оборвать существование нашего вида. Марс лучше остальных тел Солнечной системы подходит для целей колонизации. Его твёрдая поверхность равна земной суше, а атмосфера не такая горячая и плотная, как на Венере. По мысли предпринимателя, единственные сложности, отделяющие нас от колонизации — технические. Своё видение их решений он и изложил в презентации.

Первой препоной здесь он видит стоимость полёта к Марсу,  так как, если использовать классический подход, опробованный NASA при полётах на Луну, потребуется огромная многоступенчатая ракета весом в тысячи тонн. Первые ступени поднимают корабль в космос, верхние используются для посадки и взлёта с другого небесного тела. Маск отмечает, что такой метод требует 10 миллиардов долларов на одного человека на Марсе, что неприемлемо. Чтобы полёты туда стали оправданными, нужно снизить стоимость отправки до 100—200 тысяч долларов, то есть в 50—100 тысяч раз относительно подхода NASA.

Для этого он считает необходимым сделать три ключевых шага. Во-первых, вывод кораблей для полёта на Красную планету должны осуществлять многоразовые разгонные первые ступени на метан-кислородных двигателях Raptor. Многоразовость на порядок и более удешевит вывод. Первая ступень разгонит корабль, имеющий собственные двигатели, до 2,4 километра в секунду, а затем пойдёт на снижение, чтобы тут же приземлиться на мысе Канаверал. Остальные несколько километров в секунду пилотируемый корабль получит за счёт собственного топлива, полностью выработав его.

Во-вторых, чтобы вывести больший по размерам межпланетный корабль за меньшие деньги, на борту не будет топлива для полёта на Марс — лишь достаточное его количество, чтобы достигнуть "парковочной орбиты". Это в несколько раз снизит массу, которую нужно будет забросить за один рейс. Из-за этого масса корабля с разгонной первой ступенью составит всего 10 000 тонн, что всего втрое больше "Сатурна-5" и всего в 10—20 раз больше существующих ракет.

Недостающее топливо кораблю доставит (после короткой дозаправки) только что приземлившаяся на Канаверале первая ступень, используя как танкер второй межпланетный корабль. После дозаправки на орбите межпланетный корабль благодаря собственным двигателям (возможно, на пару с гравитационным манёвром) разгонится до 28 километров в секунду, достаточных, чтобы достичь Марса не больше чем 150 дней (а в ряде случаев и быстрее).

Торможение в атмосфере корабль будет реализовывать поворотом "брюхом вперёд", что резко повысит его аэродинамическое сопротивление и даст затормозиться даже в разрежённой марсианской атмосфере. Лишь на финальной стадии включатся посадочные двигатели. Нагрев корпуса при аэродинамическом замедлении достигнет 1700 градусов Цельсия. Для защиты будет использован абляционный (испарительный) щит из углеволокна, пропитанного фенолформальдегидными смолами. Такая схема уже испытана NASA, в том числе для посадки марсоходов агентства, и она действительно надёжно защищает от подобного перегрева. В экспериментах NASA посадило таким образом аппарат на Землю, погасив его скорость с 12,4 километра в секунду. Общая схема полёта показана на видео ниже:

Наконец, в-третьих, чтобы в полёте к Марсу не брать топливо для взлёта с него — что впятеро повышает потребность в выводимой в космос массе, — корабль будет получать топливо для обратного рейса на месте. Такой подход Маск предлагает полностью заимствовать из более ранних проектов, в частности Роберта Зубрина, о котором Лайф подробно писал. В его рамках используется реакция Сабатье. Из марсианского водяного льда (там его минимум миллиарды тонн) и углекислого газа атмосферы будут получать метан и кислород. Последний можно будет использовать для дыхания до развёртывания полномасштабных оранжерей в условиях Марса. Как уже дважды сообщал Лайф, недавние эксперименты показали, что земные растения плодоносят в марсианской атмосфере на аналоге местного грунта (и не только картофель!).

Хотя Маск умолчал об этом в презентации, значительная часть сокращения затрат на колонизацию будет сделана из-за редкости обратных рейсов. Колонисты в его схеме не возвращаются с Марса на Землю, а остаются там навсегда. Это минимизирует "паразитные" перевозки. Другой деталью, не упомянутой главой SpaceX в презентации, является то, что процесс Сабатье требует затрат 17,6 мегаватт-часа энергии на тонну топлива. Это значит, что для заправки межпланетного корабля, проект которого он представил на конгрессе, потребуются многие гигаватт-часы, то есть атомный реактор, мощностью сравнимый с российским ледокольным.

Технически проект является самой проработанной из существующих схем экономичного полёта к Красной планете. Вывод многоразовой первой ступенью и активное использование дозаправки на орбите и на Марсе действительно могут понизить стоимость полётов, хотя и не до 140 долларов за килограмм, как планирует бизнесмен. Но вся эта схема сработает только при массовом производстве первых ступеней и кораблей, спроектированных SpaceX. По расчётам предпринимателя, полноценная колония на Марсе потребует миллиона человек и строительства 1000 кораблей. Каждый из них перевезёт по 100 колонистов и какое-то количество грузов для их обустройства и перехода на автономный от Земли режим.

Это самое слабое место проекта. Маск и сам признаёт, что такой крупный ракетный флот не построить без частно-государственного партнёрства. Но невозможно представить себе страну, которая пошла бы на такое партнёрство с его компанией. США сегодня слишком обременены долгами и не горят желанием вкладываться в будущее. Ещё более тяжёлой проблемой является мотивация к колонизации Марса, без которой государственный партнёр просто не даст денег на проект.

Для Маска вопрос ясен: стратегически люди как вид без колонизации иных миров обречены. В обозримом будущем нет способов остановить катастрофы вроде Чиксулуба, Тобы или Декканских траппов, которыми полна история Земли. Однако реальные решения в американском государстве принимают люди, которые не в курсе того, что значат все эти слова. Тем более они не представляют, какую угрозу регулярные события такого рода несут человеческому виду. Как известно, реальные кандидаты в президенты США путают Алеппо с Раккой, то есть даже современный им мир представляют весьма фрагментарно.

Политики других стран мало отличаются от американских по горизонту планирования. Вице-премьер Дмитрий Рогозин, курирующий космос, известен словами о том, что вообще надо разобраться с тем, "зачем лететь на Луну или на Марс". Очевидно, что если для Маска этот вопрос давно решён, то для государственных деятелей он совершенно туманен. Также туманны и перспективы партнёрства людей типа Маска и госчиновников любой страны мира.

Как уже писал Лайф, существуют и иные подходы к полётам на Красную планету, в частности российский проект ядерного космического буксира. Однако, хотя этот путь в несколько раз дешевле химических ракет, предлагаемых Маском, для него он недоступен. Небольшая компания не имеет достаточно кадровых ресурсов и времени для проработки подобной совершенно новой технологии межпланетных полётов. В то же время Россия, потенциально способная на это, не имеет финансовых ресурсов для строительства полноразмерных ядерных буксиров для полёта к Марсу.