В последние годы в очередной раз активизировались дискуссии по поводу исследований Марса. Обострению интереса к Марсу способствовал очевидный успех научной миссии американских марсоходов. Вместе с тем, за рамки академических вышли споры о перспективах и направлениях дальнейшего освоения космоса ведущими космическими державами. Подвергаются корректировке долгосрочные программы космических исследований, активно включаются в «космическую гонку» новые субъекты (Китай). Есть основания полагать, что космическая экспансия человечества подходит к «точке бифуркации», и следует однозначно определиться по концептуальным проблемам освоения космоса.

Исходя из самого глубокого осмысления бытия, емко сформулированного в тезисе основоположника космонавтики К Э. Циолковского: «Земля это колыбель человечества, но нельзя же вечно жить в колыбели», можно сделать заключение, что досужие рассуждения о неактуальности пилотируемой космонавтики», «со всеми задачами лучше и с меньшими затратами справятся автоматы», — несостоятельны. Подобные рассуждения имеют определенный смысл, если ограничить космическую активность получением научной информации о космической среде и объектах Солнечной системы. Однако такой «информационный фетишизм» ограничивает мотивацию космической активности, минимизирует стимулы, выводит за рамки социального детерминизма в контексте глобальных проблем. Вся космическая активность в таком случае, отрывается от фундаментальных проблем человечества сводится к нездоровому академизму и практически неизбежно обречена на стагнацию.

Имеет место и другая крайность в концепциях и программах освоения космоса. Её можно условно назвать манифестационным подходом. Преобладание манифестационно-спортивного инфантилизма в мотивации космической активности имело место (и было оправдано) на самых первых этапах освоения космоса в условиях конкуренции двух сверхдержав. В современных условиях планировать сверхвысокозатратную и сравнительно опасную пилотируемую экспедицию на другую планету с целью вывесить там первыми флаг, а потом убраться оттуда без дальнейших чётких перспектив — задача для мечтателей с авантюрно-экстремальным уклоном (невыполнимая, кстати), но не для серьезных организаций, использующих деньги налогоплательщиков.

Стратегия освоения космоса должна учитывать перспективу колонизации Солнечной системы в духе идей Циолковского, в сопряжении с основополагающими интересами всего человечества, в контексте основных глобальных проблем. Отсюда непреложное требование при планировании пилотируемых экспедиций на Марс: каждая такая экспедиция (начиная с самой первой) должна подразумевать продолжение с перспективой образования вначале пионерной постоянной базы, а в дальнейшем её расширение до автономной колонии с полным циклом производства необходимых продуктов, конструкций и агрегатов из местного сырья. Следовательно, применимы только такие технические решения, которые вписываются в означенную стратегию.

Императивами, определяющими стратегию освоения Марса, должны быть надёжность и безопасность. Действительно, ждать оперативной помощи в случае экстремальной ситуации — не приходится.

Определившись со стратегией и императивами можно приступать к выбору технических решений, способов и средств, позволяющих решать поставленную задачу.

Следует отметить ещё одно концептуально слабое место, имеющееся в программах исследования Марса. Речь идёт об ограничениях, накладываемых современными и близкоперспективными средствами вывода полезных грузов на околоземные орбиты. Отсутствие качественного прогресса в средствах вывода (в последние десятилетия) ошибочно трактуется как «принципиальная невозможность» реализации качественного скачка в увеличении массо-размеров выводимых грузов в сочетании с многократным уменьшением удельной стоимости вывода грузов.

На самом деле — такие возможности есть (см. российский патент № 2134650). Поскольку просматривается перспектива качественного увеличения эффективности систем вывода, попытки уложить технические решения марсианской программы в прокрустово ложе существующих массоразмерных ограничений (в ущерб безопасности и эффективности) — контрпродуктивны. Представляется полезным, отодвинуть жёсткие массоразмерные и ценовые ограничения и рассмотреть технические средства для исследования и освоения Марса с позиции максимальной эффективности по выполнению стратегической задачи в сочетании с достаточной безопасностью и комфортом для персонала экспедиций и только в последующем окончательно соизмерить с возможностями по цене и массоразмерам. В процессе принятия окончательного варианта следует решить — можно ли от чего-то отказаться без ущерба безопасности и эффективности? Квалифицированный анализ позволит (ко всему прочему) вынести окончательный вердикт о реализуемости в обозримой перспективе широкомасштабного освоения(колонизации) космоса.

Предлагаемый методологический подход расширяет рамки изобретательского и конструкторского творчества. В то же время, неприемлема другая крайность — отрыв от учёта реалий осваиваемой планеты, игнорирование фундаментальных ограничений, физических закономерностей.

Программа широкомасштабного освоения Марса должна опираться на систему взаимоувязанных технических решений, группируемых в следующие основные блоки:

1. Средства вывода полезных грузов на орбиту Земли.

2. Пилотируемые комплексы на маршруте, орбита Земли — орбита Марса— орбита Земли.

3. Пилотируемые посадочно-выводящие средства на маршруте: орбита Марса — Марс — орбита Марса.

4. Грузовые посадочные средства на маршруте, орбита Марса — Марс.

5. Пилотируемые посадочные средства на маршруте: орбита Земли — Земля.

6. Жилые марсианские модули.

7. Переходные модули и шлюзы.

8. Вспомогательные инженерные сооружения и конструкции для Марса.

9. Ядерные энергетические установки для Марса.

10. Солнечные (дополняющие) энергетические установки для Марса.

11. Компактные трансформирующиеся оранжереи для Марса.

12. Автоматические модули-заводы по производству конструкций и жизненно важных расходуемых материалов из местного сырья.

13. Системы жизнеобеспечения марсианских жилых комплексов на марсианских производственных базах, обитаемых научных станциях, колониях.

14. Системы связи, адаптированные к марсианским условиям.

15. Приборное оснащение для всесторонних исследований Марса.

16. Координатная спутниковая группировка (аналог GPS или ГЛОНАСС) для Марса.

17. Спутниковая группировка ареаграфического мониторинга Марса.

18. Кибернетические устройства (робототехника) для Марса.

19. Марсианские скафандры.

20. Беспилотные аэростатические и авиаразведывательные аппараты различного радиуса действия.

21. Грузовые автотранспортные средства (электромобили) для Марса.

22. Экспедиционные пилотируемые автотранспортные средства для Марса.

23. Системы безопасности и аварийного спасения в марсианских условиях.

Таков далеко не полный перечень основных направлений разработок и изобретений по марсианской тематике, по которым надо работать, если принять концепцию широкомасштабного освоения (колонизации) Марса. Следует заметить, что у автора настоящей статьи имеются многочисленные наработки по большинству обозначенных направлений. Собственно эти идеи сформулированы и были проработаны автором ещё в 70 — 80-е гг. прошлого века. Уже тогда появились и более «Продвинутые» идеи комплексного освоения Солнечной системы с опорой на: «кибернетическую реплицирующую квазиорганическую субстанцию» (см. нанотехнологии в современной трактовке), «инерционный термоядерный синтез» (см. патент № 2125303), «магнитоплазменный способ вывода полезных грузов на геостационарную орбиту» (см. патент № 2134650), «большая космическая колония» (см. книгу автора «Колонизация космоса: проблемы и перспективы», Тюмень, ТГУ, 2003 г.. изд. 2-е). Ввиду того, что комплексное решение проблем колонизации космоса, мягко выражаясь, задерживается (возможно, идеи опередили своё время), и резко оживились дискуссии по Марсианской проблематике, имеет смысл «реанимировать» часть наработок.

К данному выводу автора подтолкнул анализ последних публикаций в открытой печати. Технические решения, заложенные и в российскую, и в американскую концепции исследования и освоения Марса, — не впечатляют.

Так как количество и объём наработок по марсианской тематике очень велики, в рамках настоящей статьи ограничимся рассмотрением экспедиционного пилотируемого автотранспортного средства, Рассмотрим его конструкцию, оснащение, условия эксплуатации, выполняемые задачи, сопутствующие и сопровождающие технические средства. Так и назовём его: пилотируемый экспедиционный марсоход (ПЭМ).

Прежде чем предлагать технические решения, следует определиться с тем, какие задачи будет решать данное транспортное средство и в каком организационно-техническом контексте действовать. Основная сфера применения ПЭМов — длительные экспедиции (порядка одного месяца в автономном штатном режиме) комплексного исследования Марса с особым упором на поисковые и геологоразведочные работы. Главной целью геологоразведки Марса является поиск месторождений ценного сырья для местного (марсианского) производства необходимой продукции. Вблизи выявленных месторождений в дальнейшем разместятся модульные автоматизированные производственные комплексы. Особо благоприятное сочетание месторождений явится основанием для размещения первоначальной научно-производственной базы с последующим развитием в постоянно-обитаемую колонию. Наибольшей значимостью в условиях Марса будет обладать мёрзлая вода. Можно прогнозировать, что первые колонии будут размещены либо вблизи ледяных полярных шапок, либо над мощными слоями марсианской вечной мерзлоты.

Длительную марсианскую экспедицию будет предварять детальное спутниковое картографирование с разрешением до нескольких десятков метров в горизонтальной плоскости и построением трёхмерной компьютерной модели поверхности Марса. Вдоль выбранного маршрута должна проводиться дополнительная спутниковая съёмка с на 1-2 порядка лучшим разрешением и оперативно передаваться в избранном радиодиапазоне на компьютер ПЭМа.

Таким образом будут минимизированы различные неприятные и опасные сюрпризы. Кроме того, на ПЭМе должен базироваться как минимум один радиоуправляемый мини-самолёт с телекамерой высокой чёткости. Этот самолёт-разведчик будет запускаться в отдельных случаях для детальной проверки маршрута и отличаться от ныне существующих военных прототипов крайне облегчённой конструкцией и применением электродвигателя с питанием от аккумулятора. В эксплуатации самолёта должно быть предусмотрено многократное применение парашютно-финишного спуска, с подъёмом манипулятором ПЭМа (или приданным ПЭМу кибером с последующей доставкой на ПЭМ) и подзарядкой аккумулятора мини-самолёта.

Кроме самолёта-разведчика, для дистанционного видеозондирования на борту ПЭМа следует применить ракетно-аэростатическую видеосистему (РАВС). Функционировать она будет следующим образом. На внешней поверхности ПЭМа устанавливается пусковая аппарель на турели. Внутри контейнера на аппарели размещается небольшая ракета (1-2 кг массы), имеющая твердотопливный отделяемый разгонный блок, баллон сжатого гелия, сверхлёгкий надувной баллон, телекамеру, радиоприёмопередатчик, блок управления (телекамерой и дозированным стравливанием гелия — для поддержания оптимальной высоты полёта). В случае необходимости оперативной съёмки на удалении до нескольких км. аппарель наводится на соответствующую точку, в проекции которой на поверхность Марса находится интересующий участок. Далее, запускается ракета, выводится приборный блок в заданную точку, разгонный блок отсоединяется, гасится кинетическая энергия парашютированием выпущенного пневмобаллона. Вначале он срабатывает как парашют. Затем парашют-баллон надувается гелием, зависает над заданным участком и ведёт телевизионную съёмку. Можно дополнить рассматриваемую операцию использованием осветительных ракет (в ночное время). Можно также предусмотреть телесъёмку в инфракрасном или ином диапазоне. Недостаток данной системы — одноразовое использование каждого РАВСа. На борту ПЭМа должно быть запасено более десятка РАВСов. Выводиться на аппарель они должны автоматизированно.

Для обеспечения безопасности передвижения ПЭМа по поверхности Марса рекомендуется использование лидера. Лидер представляет собой компактное транспортное средство, следующее на небольшом удалении (30 — 150 м) впереди ПЭМа. Конструктивно лидер выполняется в виде полуавтоматического четырехколесного шасси с удельным давлением колёс на грунт, соответствующим удельному давлению ПЭМа. Управляется лидер из кабины ПЭМа дистанционно. Во время движения в ПЭМе находятся два водителя. Один из них управляет ПЭМом, другой лидером, причём оба водительских места полностью оснащаются для возможности выполнения обеих функций. В частности, должны быть предусмотрены два монитора высокой чёткости, получающих изображения с видеокамер лидера. Изображение на мониторы может поступать и с других камер, установленных на борту и по периметру ПЭМа, а также с разведывательного мини-самолёта и РАВСов. У каждого водителя должен быть шлем (очки) виртуальной реальности для бинокулярного восприятия окружающей обстановки, а на лидере — парный комплект видеокамер, управляемых сенсорами на шлеме водителя.

Кроме того, на лидере следует установить следующее оборудование и агрегаты:

— аккумуляторы для автономного функционирования лидера;

— вибратор и сонар микросейсмозондирования (на ходу):

— ультразвуковой излучатель и ультразвуковой сонар (мониторинг структуры почвы):

— портативный лазерный спектрограф (прототип на станции «Фобос»), дистанционно управляемый (нацеливаемый) водителем:

— два манипулятора, оснащённых сменяемым инструментом;

— ёмкость с набором контейнеров для сбора образцов грунта;

— четыре спецколеса-движителя, оснащённых электромоторами с возможностью прямого и обратного вращения (реверс);

— управляющий компьютер:

— электромагнитные системы управления движением;

— четыре выдвижных и развёртываемых кресла для обеспечения возможного передвижения с пассажирами в режиме прямого ручного управления.

Для приёма и передачи информации (видео и прочей) от лидера к ПЭМу и обратно должна быть обеспечена надёжная связь. Рекомендуется использовать оптико-волоконные каналы в универсальном кабеле. Такой способ позволит избежать искажений при передаче сигнала и максимально увеличить объём передаваемой информации. В частности, это даёт возможность на мониторах ПЭМа реализовать концепцию высокой чёткости и бинокулярного отображения в системе виртуальной реальности. Кроме кабеля, для связи с лидером в качестве резерва должна быть предусмотрена радиосвязь. Универсальный кабель от ПЭМа к лидеру, кроме информационной, должен выполнять следующие функции: силовую и энергетическую. Силовая составляющая кабеля (центральный трос) при неожиданном сваливании лидера в глубокий марсианский кратер или при проваливании в скрытую наносами трещину позволит ПЭМу удержать лидера на весу с последующим извлечением автоматической лебёдкой. Важно то, что масса лидера почти на два порядка меньше массы ПЭМа. При невозможности извлечения лидера (из трещины) он должен автоматически отсоединяться (отстреливаться). Энергетическая составляющая кабеля обеспечивает постоянное энергопитание (и подзарядку аккумуляторов) лидера от ПЭМа. Автономное энергопитание лидера (от собственных аккумуляторов) должно осуществляться, в частности, в нештатной или чрезвычайной ситуации, когда необходимо перевезти экипаж терпящего бедствие ПЭМа (4 человека) до убежища или исправного ПЭМа на расстояние до 10 км. В этом случае выдвигаются кресла, экипаж размещается на них, производится отсоединение кабеля, и лидер выполняет функции ровера, используемого американцами в пилотируемых экспедициях на Луне. Для предотвращения повреждения кабеля при трении о грунт он должен находиться в подвешенном состоянии. Для этого предусмотрен специальный гибкий рычаг, крепящийся на водительской кабине ПЭМа. Рычаг имеет некоторую аналогию с удилищем спиннинга, а кабель выполняет функцию лески «спиннинга» Длина и натяжение кабеля должны автоматически регулироваться с таким расчётом, чтобы он практически не касался грунта во время движения лидера и ПЭМа по маршруту. Рычаг в месте крепления может перемещаться в горизонтальной плоскости в пределах 360°. В вертикальной плоскости должен подниматься и опускаться в пределах 60°. На конце рычага устанавливается специальное захватывающее устройство, регулирующее травление троса. На лидере трос перед креплением к корпусу взаимодействует с манипулятором, способным произвести соединение (штепсель-замок) троса с лидером и поднять трос выше рядом стоящего ПЭМа (до зацепления троса захватывающим устройством рычага ПЭМа).

Вот такая «овчарка» (лидер) будет бегать на «поводке» впереди «пограничника» (ПЭМа) по Марсу, обеспечивая безопасность экспедиции.

В одной статье нет возможности дать сколь-нибудь значительное описание проработанных (с большей детализацией, чем по лидеру) конструктивных решений для пилотируемых экспедиционных автотранспортных средств. Ограничимся лишь кратким перечнем наиболее существенных;

— конструкция и особенности эксплуатации ПЭМа;

— ходовая часть ПЭМа (уникальное колесо-трансформер с быстроизменяемым диаметром и встроенными электромоторами), адаптированная к марсианским условиям:

— ядерный энергоисточник для ПЭМа и особенности эксплуатации в марсианских условиях:

— резервное энергопитание от плёночных солнечных батарей (убираемых в кассеты):

— противоопрокидывающая система безопасности;

— противоразгерметизационный автотампонаж;

— применение робототехнических средств:

— использование электромагнитной пушки для дистанционного спекгрографирования образцов марсианского грунта;

— методика и технические средства сейсмозондирования Марса:

— тросовая система преодоления марсоходами крупных трещин и крутых склонов (обрывов):

— конструкция и особенности эксплуатации автоматического грузового марсохода (АГМ), сопровождающего ПЭМ:

— конструкция и особенности использования автоматизированной буровой установки, размещаемой на АГМе:

— конструкции и особенности шлюзового, лабораторного отсеков и отсека экипажа ПЭМа:

— регламенты действий экспедиции (перемещения одиночного и в составе колонны, временной стоянки, научных исследований, стоянки на месте постоянного базирования):

— регламенты аварийно спасательных работ.

Таков краткий перечень технических решений только по блоку марсианских экспедиционных автотранспортных средств. При достаточном интересе у научно-технической общественности всё перечисленное можно опубликовать в серии статей. Можно опубликовать изложение и остальных блоков по марсианской тематике. Надо отметить, что большое число технических решений подлежит патентованию.

В заключение необходимо подчеркнуть следующее Весь обозначенный массив «марсианских» наработок может обеспечить при реализации пионерное освоение Марса. Если же вести речь о действительной колонизации Марса, то надо выходить на принципиально новый (более высокий) технический уровень. В этом случае неизбежно привлечение таких концептуальных решений, как инерционный (кавитационный) термоядерный синтез (см. патент № 2125303). магнитоплазменную систему вывода в космос полезных грузов (см. патент N; 2134650) и, особенно, концепцию кибернетической реплицирующей квазиорганической субстанции на множестве унифицированных модулей (см. В.А. Золотухин «Колонизация космоса: проблемы и перспективы», Тюмень. ТГУ. 2003 г.). При реализации этих концепций станет возможна колонизация не только Марса, но и многих других объектов Солнечной системы (включая терраформинг планет), И, тем не менее, начинать следует с указанных в данной статье технических решений.

Владимир Золотухин,
академик Международной академии
авторов научных открытий
и изобретений (МААНОИ)