Сокращение орбиты, обнаруженное в данных древних астероидов, позволяет совершить путешествие к Марсу туда и обратно всего за 226 дней, а обратный путь займет 56 дней. Геометрически этот маршрут действителен в рамках нынешней конфигурации Солнечной системы и откроется в 2031 году. Однако для его достижения потребуется ядерная тепловая двигательная установка — технология, которую Европа уже разрабатывает и тестирует совместно с партнерскими агентствами.
Чрезвычайно быструю траекторию определил астрофизик Марсело де Оливейра Соуза из Университета Estadual do Norte Fluminense. Он использовал предварительные данные об орбите астероида 2001 CA21 за 2015 год в качестве эталонной геометрической модели, создав план анализа для проверки углов перехода между Землей и Марсом, которые традиционные подходы не фиксируют.
Геометрия, которая бросает вызов химическому движению
Космический корабль, отправившийся с Земли 20 апреля 2031 года, прибудет на орбиту Марса 56 дней спустя. Экипаж останется на поверхности в течение пяти недель и вернется на Землю через 135 дней после запуска с Марса, общая продолжительность миссии составит 226 дней. Для траектории полета туда и обратно этот график радикально короче, чем когда-либо задумывавшийся проект пилотируемой миссии.
Требовательное химическое движение требует от семи до девяти месяцев только на путешествие. Скорость, необходимая для достижения 56-дневного транзита, уничтожает любой традиционный химический сценарий. Избыточная гиперболическая скорость для этой траектории достигает 16,9 километров в секунду, что требует в 15 раз больше энергии, чем стандартная миссия на Марс.
Альтернатива, называемая «экстремальной», еще больше сокращает общее время до 153 дней, объединяя 33 дня на выходе, 30 дней на поверхности и 90 дней на возвращении. Однако этот вариант требует в 40 раз больше энергии, чем обычный полет, достигая скорости взлета 27,5 километров в секунду, что превышает теоретический предел любой уже используемой химической ступени. Прибытие на Марс произойдет со скоростью 16,6 километров в секунду, а возвращение в атмосферу Земли — со скоростью 15,1 километров в секунду. Эти значения проверяют пределы возможностей материалов теплозащиты, которые все еще находятся в стадии разработки.
Почему только ядерная энергетика решает проблему
Исследование, опубликованное в журнале Acta Astronautica, приходит к выводу, что химические ракеты не могут заполнить этот энергетический пробел. Единственным выявленным технологическим рычагом является ядерная тепловая двигательная установка, или NTP, которая нагревает жидкий водород через активную зону реактора и выбрасывает газ с эффективностью примерно в два раза большей, чем при химическом сжигании.
Эта технология не остается в теоретической области. Французское исследовательское агентство CEA в 2023 году запустило технико-экономическое обоснование под названием Alumni, разработанное в сотрудничестве с ArianeGroup и Framatome для Европейского космического агентства. В официальном заявлении агентства уточняется, что цель состоит в том, чтобы сократить транзиты на Марс, уменьшив воздействие космической радиации на астронавтов во время длительного полета.
CEA также развивает параллельное направление исследований под названием RocketRoll, ориентированное на ядерно-электрическую двигательную установку для миссий, где солнечного света недостаточно для солнечных батарей. Оба проекта вписываются в европейскую технологическую дорожную карту, согласно которой создание прототипа запланировано примерно на 2035 год, сроки, достаточно близкие к окну запуска в 2031 году, чтобы быть оперативными.
Европейская компетентность в космических ядерных технологиях
Ксавье Аверти, менеджер программы CEA, сообщил, что организация занимается разработкой ядерных тепловых и электрических космических двигателей с 1980-х годов и остается единственной европейской исследовательской организацией, обладающей такими возможностями. Накопленный опыт позиционирует Европу как лидера в единственной технологии, способной обеспечить быстрое путешествие на Марс.
Проекты Alumni и RocketRoll — не изолированные инициативы. Они представляют собой стратегическую интеграцию, в которой французские исследования, европейская аэрокосмическая промышленность и нормативная база континентального космического агентства сходятся для достижения конкретной цели: сделать возможным полет на Марс продолжительностью, совместимой с астронавтической безопасностью и биологической жизнеспособностью.
Метод открытия через старые данные
Марсело де Оливейра Соуза не прибегал к экзотической физике и не проектировал новые двигатели. Он использовал методологический подход, согласно которому старые орбитальные данные работают как геометрический фильтр. Данные 2015 года с астероида 2001 CA21 описывают вытянутый эллипс с низким наклоном, который пересекал орбиты Земли и Марса. Более поздние наблюдения уточнили эту орбиту, изменив ее форму, но первоначальные данные предложили нечто редкое: опорную плоскость для тестирования экстремальных углов перехода.
Исследователь установил строгое правило: любая кандидатская траектория должна оставаться в пределах пяти градусов от плоскости орбиты астероида. Используя решатель Ламберта, стандартный астродинамический инструмент, который рассчитывает возможные траектории между двумя точками в космосе, он смоделировал три будущих окна марсианского противостояния. 2027 и 2029 годы провалились. Потребность в энергии выросла слишком сильно, или геометрия не позволила замкнуть обратный контур.
Окно 2031 года повело себя иначе. Он создал две полные схемы полета туда и обратно, обе отлетающие с Земли в один и тот же апрельский день, отличающиеся только временем перехода и вариантами пребывания на Марсе.
Превратите теорию в реальность
Статья, опубликованная в Acta Astronautica, не затрагивает проектирование транспортных средств, массовый бюджет, профили воздухозаборников или расчеты теплопоглощения. Тем не менее, он предлагает числовые доказательства того, что быстрая замкнутая геометрия миссии на Марс существует в пределах реальных орбитальных эфемеридных данных. Решение остается неизменным при позиционных колебаниях, которые отражают неопределенность наблюдений.
Теперь вопрос заключается в том, отражают ли другие ранние решения по астероидам подобные модели. Обследование населения остается для будущей работы. Пока что 226-дневное путешествие существует только на бумаге. Для его преобразования в металл и топливо потребуется двигатель, соответствующий амбициям, описанным в геометрии.