Снимок выше показывает место посадки «Ареса-3», который прославился в одном из популярных новых фильмов, «Марсианин». По сюжету фильма, пилотируемая миссия на Марс пошла наперекосяк. Новое исследование Массачусетского технологического института (MIT) показывает, что для экономии веса, лучше всего по дороге на Марс было бы заскочить на Луну. В рамках пилотируемой миссии на Марс, заправка на Луне может обеспечить облегчение до 68% груза.

Предыдущие исследования показали, что лунный грунт и водяная льда в некоторых кратерах Луны могут быть добыты и преобразованы в топливо. Если предположить, что такие технологии появятся, когда подойдет время миссии на Марс, группа MIT обнаружила, что небольшой залет на Луну для заправки снизит массу всей миссии до запуска на 68%.

Ученые разработали модель для определения оптимального маршрута к Марсе, при условии наличия ресурсов и генерирующей топливо инфраструктуры на Марсе. Основываясь на своих расчетах, они определили оптимальный маршрут к Марсу с целью оптимизации массы, которая будет отправляться с Земли — этот фактор чаще всего определяет стоимость миссии освоения космоса.

Ученые пришли к выводам, что самый эффективный путь включает запуск команды с Земли с топливом, которого будет хватать только на выход на околоземную орбиту. Завод по производству топлива на поверхности Луны затем отправит танкеры топлива в космос, где они выйдут на гравитационную орбиту. Потом танкеры подхватит марсианский экипаж, заправит свой корабль и отправится к пункту назначения — Красной планете.

Оливье де Век, профессор аэронавтики и астронавтики и инженерных систем в Массачусетском технологическом институте, говорит, что этот план отклоняется от более прямого маршрута NASA, предполагающего дорогу на Марс без отклонений.

«Это совершенно противоречит устоявшемуся мнению о том, как мы должны идти к Марсу: прямым маршрутом, везти все с собой, — говорит де Век. — Идея пути через Луну кажется противоречивой. Но при ближайшем рассмотрении общей картины, в долгосрочной перспективе она может быть очень неплохой, потому что не придется грузить все на Земле».

Результаты работы были опубликованы в Journal of Spacecraft and Rockets.

В прошлом, программы освоения космоса приняли две основные стратегии обеспечения ресурсами экипажа: подход, когда все оборудование и ресурсы летит с экипажем все время — как с миссиями «Аполлонов» к Луне, — и подход дозаправки, когда ресурсы постоянно пополняются, как в случае с Международной космической станцией.

Тем не менее, пока люди исследуют пределы земной орбиты, такие стратегии оказаться и не лучшими, как пишут ученые во главе с де Веком: «Поскольку бюджеты ограничены, а пункт назначения находится далеко от дома, становится необходимой хорошо спланированная стратегия логистики».

Ученые предполагают, что миссии на Марс и к другим далеким пунктам, могут извлечь выгоду из так называемой «локальной утилизации ресурсов» — когда ресурсы вроде топлива, воды и кислорода могут производиться на всем пути в процессе освоения космоса. Материалы, произведенные в космосе, заменят те, что, в противном случае, пришлось бы транспортировать с земли.

К примеру, водяной лед — который потенциально можно было бы добывать и превращать в ракетное топливо — имеется как на Марсе, так и на Луне.

«Присутствует довольно высокая степень уверенности, что эти ресурсы вполне доступны, — говорит де Век. — Если предположить, что эти ресурсы можно извлечь, что с ними можно было бы сделать? Почти никто не думал об этом».

Чтобы убедиться, что топливные ресурсы и инфраструктура в космосе принесут пользу пилотируемым миссиям на Марс, Такуто Ишимацу разработал модель сетевых потоков, чтобы исследовать различные маршруты на Марс — начиная целенаправленной перевозкой всего необходимого и заканчивая регулярной дозаправкой по дороге. Целью модели было минимизировать массу, которую пришлось бы запускать с Земли, даже с учетом массы завода по производству топлива и запасных частей, которые пришлось бы выводить заранее.

Ишимацу разработал новую математическую модель, которая улучшает традиционную модель маршрутизации транспортных средств. Он приспособил модель для более сложного сценария долгосрочной миссии в космосе — с учетом ограничений, характерных для космических путешествий.

Модель предполагает будущий сценарий, в котором топливо может быть добыто и перевезено с Луны в определенные точки в пространстве. Кроме того, модель предполагает, что эти топливные склады можно разместить в определенных точках, гравитационно привязанных к пространству, точках Лагранжа. Учитывая цели миссии, вроде ограничений по весу, модель определяет лучший маршрут в сети поставок, одновременно удовлетворяя ограничениям фундаментальной физики.

Ишимацу утверждает, что исследование демонстрирует важность создания инфраструктуры производства ресурсов в космосе. Он подчеркивает, что такая инфраструктура может не потребоваться для первой поездки на Марсе. Но ресурсная сеть в космосе позволит людям осуществлять путешествия неоднократно на постоянной основе.

«Наша конечная цель — колонизировать Марс и создать постоянное самодостаточное человеческое присутствие там, — говорит Ишимацу. — Тем не менее, очень важно «проложить дорогу в космосе» так, чтобы мы могли путешествовать между планетарными телами доступным способом».

«Оптимизация предполагает, что Луна могла бы сыграть важную роль в нашем достижении Марса, неоднократную и стабильную, — добавляет де Век. — Люди приходили к этому и раньше, но мы думаем, что впервые показали математически, что находимся на верном пути».