Как марсианский грунт доставить на Землю: миссия за самым дорогим песком в истории

Во время виртуальной — из-за пандемии коронавируса — встречи специалисты NASA и Европейского космического агентства (ESA) приоткрыли завесу тайны вокруг одной из наиболее сложных и масштабных операций по доставке грунта. Предполагается, что уже летом 2020 года стартует операция по забору грунта с Марса. Она продлится более десяти лет, в ней будет задействовано как минимум два марсохода и несколько космических аппаратов, а её итогом в 2031 году должны стать тридцать небольших пробирок с пробами марсианского грунта.

Миссии повышенной сложности

Чтобы сосчитать успешные миссии по доставке грунта с других небесных тел, хватит пальцев на двух руках.

Во время каждой из шести высадок на Луну американские астронавты собирали образцы грунта и доставляли его на Землю. В первый раз постеснялись: в миссии «Аполлон-11» взяли с собой всего 21 килограмм реголита. Дальше больше — за пять оставшихся миссий вывезли с поверхности естественного спутника ещё 360 килограммов. Почти по семьдесят кило за раз.

Ещё три раза грунт с Луны привозили советские автоматические станции: «Луна-16», «Луна-20» и «Луна 24». Правда, доставляли они поменьше: несколько десятков граммов — небольшую колонку реголита в герметичной капсуле. Станция, стартовавшая в 1976 году, стала последним лунным запуском для СССР и России. Вот уже почти 45 лет как удачных миссий к Луне у нас не было.

Ещё две американские автоматические станции — «Дженезис» и «Стардаст» — уже в новом тысячелетии добыли образцы солнечного ветра и частиц кометы 81P/Вильда. Правда, с образцами солнечного ветра получилось не очень. Посадочный парашют не сработал, и «Дженезис» рухнул на Землю. Но, как говорят, кое-что для изучения в колбе осталось.

Следом отличились японцы. Космический аппарат «Хаябуса» в 2010 году — на несколько лет позже из-за сломавшегося ионного двигателя — привёз на Землю образцы грунта астероида (25143) Итокава.

И всё. В настоящее время идут, и достаточно успешно, ещё две миссии: «Хаябуса-2» в августе должен вернуться на Землю с образцами породы ещё одного астероида, а американский OSIRIS-REx как раз примерно в это же время произведёт забор грунта с астероида Бенну.

Марш на Марс

Как предположительно будет организована миссия по забору грунта с Марса?

Начнётся она уже в 2020 году. В августе к красной планете должен полететь марсоход Perseverance (настойчивость) в рамках миссии «Марс-2020». Аппарат прибудет на Марс, сделает отбор проб грунта с использованием сверла и специальной лопатки, заполнит 30 маленьких пробирок результатами своих марсианских погружений и сохранит их у себя на борту.

В 2026 году туда отправится следующая миссия, в составе которой будет ещё один марсоход и ракета-носитель. Марсоход заберёт у Perseveranse пробирки с образцами и поместит их в ракету, которая должна будет вывести их на орбиту Марса.

Зачем нужен второй марсоход, неужели Perseveranse не справится сам?

Увы, не факт, что через шесть лет марсоход будет работоспособен. Что касается «участников» миссии-2026, ракета ещё не готова. Да и непонятно пока, какие инструменты должен иметь марсоход, чтобы поместить в неё пробирки с грунтом.

Миссией возврата образцов с орбиты Марса займётся третий космический аппарат. Предполагается, что он будет запущен в стартовое окно 2028 года, заберёт на орбите образцы и вернёт их на Землю. Согласно расчётам, случится это в 2031 году.

Марс не отпускает

Почему так долго? Миссии по доставке грунта на Землю значительно сложнее, чем обычные исследовательские миссии.

Во-первых, слишком много операций, которые могут пойти не так. То скребок и совок откажут, то на обратном пути система мягкой посадки не сработает. Во-вторых, для возвращения образцов на Землю требуется отдельная система, которая уменьшает вес всей станции, увеличивает сложность вывода космического аппарата на нужную орбиту и не требуется до самого конца экспедиции.Если мы забираем грунт с планеты, появляется ещё одна серьёзная сложность — необходимо поднять образцы на орбиту, преодолев силу притяжения. С Луной это проще — там гравитация составляет примерно одну шестую от земной. А вот поднять космический аппарат на орбиту Марса гораздо сложнее — гравитация на Марсе в три раза больше и составляет 38 процентов от земной. Хорошо ещё, что у красной планеты нет плотной атмосферы, иначе доставка грунта на орбиту стала бы самой сложной проблемой.

Отдельная история со «стартовыми окнами» на Марс. Дело в том, что полёт с наименьшими затратами энергии и максимально быстро можно осуществлять не всё время, а с определённой периодичностью. Такие периоды возникают каждые 780 дней и зависят от взаимного положения Земли и Марса на орбите. Именно поэтому, если не запустили в стартовое окно 2020 года (например, из-за коронавируса), следующая возможность появится только в 2022-м.

Цена грунта

Сколько же будет стоить эта операция? Пока посчитать сложно, ещё неизвестны детали о миссиях 2026 и 2028 годов.

Пока мы знаем только предварительную стоимость миссии «Марс-2020» по созданию и отправке на красную планету марсохода Perseveranse. Это 2,1 миллиарда долларов плюс ещё триста миллионов на поддержание его работы на Марсе. Правда, надо понимать, что этот аппарат не только возьмёт образцы грунта — на его борту много научных инструментов: от инструмента для анализа химического и минералогического состава марсианской почвы до небольшого дрона-вертолёта, который будет использоваться для разведки.

По идее, миссия 2026 года будет ещё дороже, поэтому общую сумму возвращения грунта с Марса можно оценивать примерно в семь миллиардов долларов или даже больше.

Вся эта космическая сумма — за возможность доставить на нашу планету несколько десятков граммов грунта.

Это будет самый дорогой песок в истории человечества.

И да, сложность этой миссии может очень наглядно показать, насколько в настоящее время мы не готовы к колонизации других планет. Какая тут колонизация, если даже доставка нескольких граммов грунта затягивается на десятилетие и требует проведения сразу нескольких дорогих и высокотехнологичных миссий?