Марс манит людей уже не одно столетие. Красная планета, наш сосед по Солнечной системе, будоражит воображение. Многие задаются вопросом: если бы мы сегодня собрались в гости, то сколько времени лететь до Марса? Однозначного ответа, как на рейс в другой город, тут нет. Путешествие к Марсу — это сложное предприятие, длительность которого зависит от множества обстоятельств.
Давайте разберемся, сколько на самом деле занимает такой космический вояж и почему нельзя просто долететь туда за выходные.
Средняя продолжительность полета к Марсу (7-9 месяцев)
Если отбросить все переменные и взять усредненные цифры, то большинство автоматических миссий, отправленных к Красной планете, добирались туда примерно за 7–9 месяцев. Например, известный марсоход "Perseverance" (Прибытие 2021 г.) долетел чуть менее чем за 7 месяцев (точнее, 6 месяцев и 19 дней). Его предшественник "Curiosity" (Прибытие 2012 г.) потратил на дорогу почти 9 месяцев.
Кажется, что разброс не такой уж большой. Почему нельзя быстрее? Космос — это не прямое шоссе. Аппараты летят не по прямой, а по специальной дуге, экономя топливо. Это похоже на то, как если бы вы бросали мяч не прямо в движущуюся цель, а немного наперед, чтобы они встретились в нужной точке. Поэтому расчет времени полета до Марса — это всегда поиск компромисса между скоростью, затратами горючего и безопасностью миссии. Даже 7 месяцев в космосе — серьезное испытание для техники и будущих экипажей.
От чего зависит, сколько лететь до Марса?
Итоговая длительность экспедиции к Марсу складывается из нескольких больших переменных. Нельзя просто "нажать на газ" посильнее и долететь быстрее. Инженеры и баллистики (специалисты по расчету движения небесных тел) должны учитывать как минимум три основных момента, чтобы экспедиция вообще состоялась и достигла цели. Расчет времени полета до Марса — это всегда уравнение, в котором нужно точно согласовать движение планет, возможности двигателей и запасы топлива.
Положение планет (стартовое окно)
Земля и Марс вращаются вокруг Солнца, как два бегуна по разным дорожкам стадиона. Земля бежит по внутренней дорожке и быстрее (наш год — 365 дней), Марс — по внешней и медленнее (марсианский год — 687 земных дней). Из-за этого дистанция между нами постоянно меняется. Запускать корабль "вдогонку" Марсу, когда он пролетает близко, — невыгодно. Нужно стартовать, когда Земля "догоняет" Марс на своей орбите. Аппарат запускают по такой траектории, чтобы он летел к той точке, где Марс окажется через много месяцев.
Это удачное взаимное расположение планет называют "стартовым" или "астрономическим окном". Открывается оно нечасто — примерно раз в 26 месяцев. Если пропустить это окно, придется ждать следующих два с лишним года. Именно поэтому все марсианские миссии запускаются "пачками" в определенные периоды. Вот почему длительность полета до Марса (в месяцах) так сильно привязана к этому небесному календарю.
Скорость космического корабля
Логично предположить, что чем быстрее летит корабль, тем меньше времени займет дорога. Это правда, но в космосе скорость — невероятно "дорогая" штука. Чтобы придать аппарату огромный начальный импульс, нужна очень мощная ракета-носитель. Каждый дополнительный километр в час требует непропорционально большого количества топлива. А топливо тоже имеет вес, и чтобы поднять это топливо, нужно еще топливо. Получается замкнутый круг.
Современные аппараты большую часть дороги летят по инерции, лишь немного корректируя курс двигателями малой тяги. Теоретически, время полета от Земли до Марса (в днях) можно было бы сократить, используя новые типы двигателей (например, ядерные или плазменные), но пока это технологии будущего. Сегодняшние миссии — это марафонцы, а не спринтеры, они экономят "силы" (топливо) для самого сложного маневра — торможения у цели.
Выбранная траектория полета
Путь к Марсу — это не прямая линия. Самый экономичный способ добраться до Красной планеты — это лететь по так называемой "гомановской траектории". Представьте, что корабль стартует с орбиты Земли и, один раз мощно включив двигатель, переходит на вытянутую эллиптическую орбиту. Эта орбита в самой дальней точке как раз "касается" орбиты Марса в тот момент, когда планета туда прилетает. Это самый "дешевый" по топливу маршрут.
Но именно он и занимает те самые 7-9 месяцев. Можно ли быстрее? Да. Можно выбрать более "энергичную" траекторию, которая срежет путь, но потребует колоссального расхода горючего для разгона и, что не менее важно, для торможения у Марса. Ведь если прилететь слишком быстро, можно просто проскочить мимо планеты. Поэтому выбор маршрута — это всегда поиск баланса между временем в пути и запасами топлива на борту.
Расстояние до Марса в километрах
Говорить о дистанции между Землей и Марсом в одной цифре — все равно что называть точное расстояние между двумя автомобилями, которые едут по кольцевой дороге с разной скоростью. Оно постоянно меняется. Обе планеты несутся в пространстве, и то, сколько километров придется пролететь до Марса, напрямую зависит от того, в какой точке орбит они находятся относительно друг друга.
Есть два крайних положения. Первое — "противостояние", когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом (мы видим его всю ночь). Второе — "соединение", когда Солнце находится между нами (Марс скрыт в лучах Солнца). Эти положения и определяют минимальную и максимальную удаленность.
Минимальная и максимальная дистанция
Самое близкое положение, "великое противостояние", случается, когда Марс находится в ближайшей к Солнцу точке своей орбиты, а Земля — в самой дальней. В такие моменты нас разделяет "всего" 55–56 миллионов километров. Кажется, вот он — идеальный момент для старта! Но нет. Как мы уже выяснили, лететь по прямой "в лоб" нельзя из-за законов небесной механики.
Максимальная же дистанция возникает, когда планеты находятся по разные стороны от Солнца. В этом случае нас разделяет до 401 миллиона километров. Связь между расстоянием от Земли до Марса в километрах и тем, сколько лететь, нелинейная. Мы не летим по кратчайшему пути в 55 млн км. Мы летим по длинной дуге, которая может составлять 450–500 миллионов километров, чтобы "поймать" Марс в нужной точке его орбиты.
Заключение
Как видите, путешествие к Марсу — это не поездка на выходные. В обозримом будущем дорога в одну сторону будет занимать от полугода до девяти месяцев. Это длительное путешествие в невесомости требует точнейших расчетов, чтобы "окно" старта, мощность ракеты и выбранный маршрут сошлись в одной точке. И пока инженеры работают над новыми двигателями, чтобы сократить это время, нам остается лишь восхищаться сложностью этого небесного балета.
Если вам интересны и другие темы из мира науки и технологий, заглядывайте в нашу «Толковку». А ещё, если вы хотите предложить тему, поделиться идеей или заметили неточность — напишите нам. Мы в редакции читаем все обращения и всегда на них отвечаем.