Роберт Зубрин - Как выжить на Марсе

Три самых распространенных летных средства на Красной планете — это воздушный шар, самолет и ракетный прыгут (баллистическая ракета). Каждое из этих устройств обладает своими преимуществами и недостатками, которые мы сейчас обсудим.

Атмосфера Марса на малых высотах по плотности похожа на земную на высоте 30 км.Поскольку воздушные шары летают над Землей с начала XX века, уже давно известно, что их можно использовать и здесь. Фактически, поскольку на Красной планете доминирует углекислая атмосфера с молекулярной массой 44 (для сравнения: в земной — смесь азота и кислорода и молекулярная масса 29), поднять в воздух шар в ней гораздо проще, чем в стратосфере Земли. На Марсе для создания подъемной силы можно использовать не только водород или гелий, но и любой газ с малой или средней молекулярной массой — включая метан, аммиак, водяной пар, азот, угарный газ, кислород и даже метанол. Более того, при отсутствии земной сложности рельефа в виде океанов и континентов циркуляция атмосферного воздуха на Марсе гораздо проще, последовательнее и предсказуемее, чем на Земле, и уже столетие как нанесена на карту. Хотя верно (к счастью) то, что скорость ветра у поверхности Марса обычно мала, с увеличением высоты она повышается довольно резво — 100 км/ чвсего лишь в одном километре от поверхности. Если хотите летать с ними, эти ветры могут обеспечить ряд воздушных путей и прокатить вас от Нью-Плимута до Цандерграда за несколько дней или вокруг всей планеты за недельку.

Конечно, поскольку марсианская атмосфера довольно разреженная, размер воздушного шара будет несколько больше, чем на Земле. Марсианская атмосфера на низкой высоте имеет плотность 16 граммов на кубический метр, а по закону Архимеда шар может поднять массу, равную массе газа, который он вытесняет. Принимая во внимание плотность подъемного газа и вес самой оболочки, проверенный метод говорит нам, что можно получить около 10 граммов эффективной силы подъема на кубометр объема шара. Итак, если нужно достичь подъемной силы в 300 кг (вы, скафандр, кокон, мотоцикл, который необходим, потому что приземлиться именно там, где надо, все равно не получится), то объем шара должен составлять 30 тыс. кубометров — сфера диаметром 40 м. Звучит сильно. Но если сделать шар из стандартной 10‑микронной пластиковой пленки, он будет весить всего 50 кг.

В качестве подъемного газа можно использовать несколько вариантов. Самым эффективным будет водород — как и на Земле. Кстати, на Марсе, в отличие от Земли, он не представляет угрозы возгорания. Хотя его, может быть, сложно добыть, ибо для вытеснения 440 кг атмосферного углекислого газа нужно 20 кг водорода. Это, в свою очередь, требует электролиза 180 кг воды. А поскольку для электролиза 1 кг воды необходимо 5,5 кВт‑час энергии, общий расход электричества составит 990 кВт‑час.

При марсианских ценах на электроэнергию получится очень дорого. (Почти столько же энергии необходимо для питания жилого блока в течение двух недель). Что еще хуже, вне поселка вы можете вообще не иметь возможности купить этот живительный ресурс. Поэтому если вы не уверены, что успеете обернуться за одну заправку шара, использование водорода может стать нерациональным.

К счастью, есть дешевая альтернатива — водяной пар. С молекулярной массой 18, старая добрая вода в марсианской атмосфере с ее массой 44 может дать хорошую подъемную силу. Всего-то и нужно сделать — убедиться, что внутренняя температура шара держится на отметке выше 5 °C, дабы вода могла поддерживать давление газа более 8 мбар разреженной атмосферы Марса. Это условие можно легко выполнять в дневное время, используя шар, окрашенный в черный цвет — для поглощения солнечного тепла. Ночью же такой шар, если его не подогревать, сожмется, когда весь пар превратится в лед, и упадет. Поэтому нужно будет обязательно приземлиться до наступления темноты.

Еще одна популярная техника полета предпочитает водяному пару углекислый газ. Этот способ требует большего нагрева шара, чем может обеспечить один лишь его черный цвет. Однако блестящий металлизированный алюминиевый чехол может аккумулировать достаточно энергии для поддержания температуры 50 °C — чего вполне хватит для взлета. (Золотая металлизированная сумка днем может дать даже 90 °C и обеспечить еще бо́льшую подъемную силу. Но такие воздушные шары имеют тенденцию покидать своего хозяина при наземной ночной парковке, поэтому я их категорически не рекомендую.) Поскольку горячий углекислый газ не так эффективен, как водород и даже водяной пар, подобные обогреваемые солнцем воздушные шары для поднятия той же массы должны быть больше остальных. Но зато их подъемный газ доступен как воздух (потому что он и есть воздух). Более того, поскольку такой шар может получать газ прямо во время полета, его можно спускать по своему желанию, а также маневрировать вверх и вниз, ловя наилучшие воздушные потоки на пути к месту назначения.

Несмотря на легкость и удобство таких систем, некоторые не верят в надежность и точность ветра. Для них, а также для тех, кто боится неверного порыва ветра, обрыва строп или столкновения своего пленочного шара с милым марсианским камешком и последующего разрыва, существуют крылатые летательные аппараты.

Полет на крылатом аппарате так же возможен в разреженной атмосфере Марса, как и в земной стратосфере. И, как и на Земле, есть два варианта самолетов — с дозвуковой скоростью и со сверхзвуковой.

Дозвуковые летательные аппараты, имеющие скорость около 700 км/ чна Марсе, имеют преимущество в виде длинных прямых крыльев, обеспечивающих лучшие аэродинамические качества, чем маленькие дельтовидные крылышки сверхзвуковых самолетов. Помимо этого, для ускорения они могут использовать пропеллеры вместо ракетных двигателей. Эти два фактора при полетах на длинные дистанции делают их более эффективными, чем сверхзвуковые самолеты. Впрочем, и более неуклюжими и плохо управляемыми при возможных взаимодействиях с ландшафтом при взлете и посадке. Фактически из-за недостатка взлетных полос в большинстве поселений Марса, чтобы быть полезным, самолет должен уметь не только горизонтально летать, но и вертикально взлетать и садиться. В случае с дозвуковыми птичками, это может быть реализовано с помощью системы поворотных винтов. А сверхзвуковые ракетопланы для взлета и посадки в стиле древнего британского «Харриера» могут использовать подфюзеляжные реактивные двигатели.

Древняя разработка НАСА — дозвуковой марсианский самолет. Очевидно, там не знали, что пропеллер должен вращаться. Рисунок НАСА