Сколько лететь до Марса: время и расстояние в километрах

Астрономия — наука, в которой романтика запросто уживается с формулами и графиками. Мечту увидеть закаты на Марсе ученые переводят в световые годы и парсеки. Побудем немножко звездочетами? Надевать колпак и мантию необязательно. Телескоп желателен.

В статье рассказывается:

Для меня Марс — это выпрошенный у родителей телескоп, «Марсианские хроники» Рэя Брэдбери и картинки из учебника по астрономии. У тысяч ученых, конструкторов, инженеров детские грезы стали профессией. 

Они строят и запускают космические станции, разрабатывают галактические кодексы, и у землян перспективы купить звездный билет становятся отчетливее.

Илон Маск намерен колонизировать Марс к 2050 году. Стоит ли верить главе корпорации SpaseX, сколько по времени лететь от Земли, когда планировать путешествие и сколько приготовить денег — давайте разбираться. Но вначале повторим матчасть.

Расположение небесных тел Солнечной системы

Наша звезда — Солнце. Вокруг гигантского шара раскаленной плазмы кружатся планеты, их спутники, кометы, метеориты, астероиды.

Расстояния в Солнечной системе измеряют в астрономических единицах. Одна а. е. — 149 597 870 км. Такова средняя дистанция от Земли до Солнца.

Если бы планеты описывали вокруг Солнца ровный круг, небесная механика была бы гораздо проще. Но орбиты у них эллиптические (попросту говоря — похожие на овал), потому расстояние от объекта до звезды периодически меняется. 

В первых числах января Земля занимает точку максимального приближения — перигелий, и тогда до светила 146 млн км. Через полгода, в июле, входит в афелий — самую дальнюю от Солнца точку, это 152 млн км.

Марс — наш космический сосед, он четвертый от Солнца. Среднее расстояние от Солнца до Марса — 1,52 а. е. или 228 млн км. В афелии Марс удален от центра Солнечной системы на 249 млн км, в перигелии — на 206 млн км.

В астрономическую систему измерений входит скорость света. Она составляет 300 000 км/с. Солнечный свет достигает нашей планеты за 8 минут. До Марса — за 12 минут 40 секунд.

Расстояние от Земли до Марса

Земля делает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток. Марсу нужно почти вдвое больше — 687 наших суток.

Складывается интересная диспозиция: Земля бежит по более короткой траектории и постепенно обгоняет своего неторопливого соседа, а сделав круг, становится догоняющей. Такие салочки повторяются миллиарды лет. Поэтому расстояние между нашими планетами — величина непостоянная.

Со школы известно: чтобы узнать время прохождения из точки А в точку Б, нужно подставить в формулу расстояние и скорость. Но как же высчитать, сколько нам лететь до Марса — месяцев, лет или десятилетий, если планеты то приближаются, то расходятся?

Рассмотрим, когда космический перелет бывает самым коротким и в каких обстоятельствах он затягивается.

Среднее расстояние между Землей и Марсом — 225 млн км. Ближе всего они оказываются, если выстроятся на небосводе в прямую линию с Солнцем, а Марс займет точку, диаметрально противоположную звезде. 

Такие сближения называются периодами противостояния. Они фиксируются каждые 780 суток. Астрономы говорят: «Марс в оппозиции». Красная планета целиком освещена, в телескоп ее видно в полной фазе.

У вас нет телескопа? Непорядок! Эта вещь нужнее, чем кажется. Будете смотреть на звезды с любимым человеком, искать Большую Медведицу с детьми, изучать созвездия с приятелями. Купите домашнее космическое оборудование в магазинах-партнерах Халвы, и мечты о галактиках станут ближе. Вдобавок вернется кешбэк.

Ближайшее противостояние ожидается в январе 2025 года. Как предполагают ученые, дистанция до Марса составит 96 млн км. Сущие пустяки в сравнении с позицией, когда небесные тела разведены по разным бокам от Солнца — тогда путь удлиняется до 401 млн км.

Астрономы с трепетом ждут великих противостояний. Раз в 15–17 лет Марс находится в перигелии, то есть предельно приближен к Солнцу, а Земля, напротив, от него отдалена. В момент максимального сближения между ними всего 54,6 млн км. В прошлый раз так было в 2018-м.

Знаменитое великое противостояние 1877 года подарило человечеству удивительные открытия — американец Асаф Холл обнаружил у Марса спутники Фобос и Деймос, а итальянский астроном Джованни Скиапарелли рассмотрел на нем каналы.

Время в пути

Световой сигнал летит с Земли на Марс три минуты. Если бы межпланетная космическая станция перемещалась со скоростью света, ей бы понадобилось еще несколько минут разогнаться и потом затормозить. Увы, такое пока только в книгах фантастов.

Межпланетные устройства на Марс начали отправлять в 60-х годах прошлого века. В 1964 году американцы запустили автоматическую межпланетную станцию Mariner-4, на орбите она была через 228 дней. 

У Mariner-9, ставшей в 1971 году первым искусственным спутником Марса, на дорогу ушло 168 дней. «Марс-3» СССР в декабре 1971 года первым в мире через 188 дней после старта осуществил мягкую посадку. 

Штатовский Viking-1 запустили в 1975-м, на Марсе он сел через 304 дня. Второй «Викинг» достиг ее за 333 дня и сделал более 16 тысяч цветных фотографий далекой планеты.

Средняя продолжительность полета колеблется от шести до девяти месяцев. Логично предположить, что стартовать лучше в момент противостояния планет. Кроме того, в расчетах нужно учесть:

• объекты вращаются вокруг своей оси и Солнца, дистанция между ними растет;
• лететь по прямой не получится, что также прибавляет километров;
• скорость ракеты, ее собственную массу и топлива.

Очевидно, что МКС преодолевают больше чем 55 млн км. Например, на долю запущенного летом 2020 года ровера NASA Perseverance километража выпало почти в девять раз больше, и он добирался семь месяцев.

Маршруты полета

В космосе ракеты перемещаются по определенной траектории. Короче всего идти напрямую. Однако гравитационное поле Солнца, способное притянуть к себе и уничтожить любой объект, заставляет забыть про прямые линии. 

Чтобы избежать солнечного притяжения, ученые предложили несколько криволинейных траекторий:

• гомановская — имеет форму эллипса. Немецкий инженер Вальтер Гоман разработал ее почти 100 лет назад, в 1925 году. Аппараты стартуют в период противостояния со второй космической скоростью (11,2–12 км/с), летят от 150 до 260 суток. Топливо расходуется экономно, поэтому в большинстве марсианских миссий используют эллиптический курс;
• параболическая — по ней будет быстрее и гораздо дороже. Перелет на третьей космической скорости в 16,65 км/с займет 70 суток. Расход топлива вырастет в 4,3 раза;
• гиперболическая — пока трудно реализуемый идеал. Для такой кривой требуется скорость выше третьей космической, а значит, мощные двигатели (возможно, ионные) и большой объем топлива.

Туда и обратно

Писатель Артур Кларк был уверен, что земляне высадятся на Марсе в 2021 году. Идет 2024-й, нога человека туда так и не ступила. 

Не найдено решение, как отправить на Красную планету и вернуть назад пилотируемый корабль. Государственные программы покорения Марса разрабатывают ведущие страны мира.

Строит планы Илон Маск. Он полагает, что на четвертой от Солнца планете обязательно должна появиться колония землян, и намерен отправить туда миллион смельчаков. 

Добровольцев переправит межпланетный транспорт — сверхтяжелые ракеты-носители и автономные космические корабли, вмещающие 100 человек и 100 тонн груза. Ракеты будут выводить корабли на орбиту, возвращаться за топливом и заправлять их. Предполагается построить тысячу космических «электричек».

Билет на Марс будет стоить астрономически. Сначала речь шла о 200 000 $, потом предполагаемая цена уменьшилась вдвое. 

Российские ученые в амбициозном проекте Илона Маска усматривают технические неувязки. В первую очередь, они указывают на массу, которую нужно вывести на околоземную орбиту для отправки миллиона человек. Это порядка 800 млн тонн — цифра колоссальная.

Заметим, что возвращение добровольцев Маск не рассматривает. Но если все-таки, когда-нибудь — туристом? Поглядеть и обратно? 

Отпуск получится продолжительным. При существующих ракетных возможностях путь в один конец займет девять месяцев, столько же назад. Перед обратной отправкой нужно будет дождаться благоприятной позиции планет; это тоже займет время. В результате на прогулку на Марс придется выделить от 21 до 33 месяцев.

Сомнительный променад, честно говоря. Космос враждебен к человеку. В любовании звездами нет ничего общего с многомесячным пребыванием в межпланетном пространстве. Там не романтика, а изнурительная работа.

К чему приготовиться:

• длительное ограничение подвижности — без активных движений мышцы теряют упругость и атрофируются, костная ткань истончается;
• состояние невесомости — физиологические проблемы, кровь из сосудов ног перемещается в верхнюю часть тела, отсюда отеки головы и шеи;
• высокий уровень солнечной и галактической радиации — это чрезвычайная опасность, магнитное поле Земли и ее атмосфера гасят губительное воздействие космических лучей, а в открытом космосе человек без специальной защиты за день получит дозу облучения, равную земной за год;
• замкнутое пространство и нерегулярная связь с домом угнетающе действуют на психику.

На Марсе тоже будет не курорт — радиация зашкаливает, низкая температура, пыльные бури. Перечень болезней, которые могут настигнуть астронавтов, испугают самых крепких здоровяков: онкологические заболевания, болезнь Паркинсона, мигрени, бессонница, поражения кожи и роговицы глаз, абсцессы.

Как ускорить перелет

Чтобы космические корабли быстрее достигали Марса, их думают оснастить более мощными двигателями. Например, ядерными. Такая ракета долетит за 45 суток!

Ядерного топлива нужно меньше, чем жидкого горючего. Освободившееся место займет дополнительный груз. Ведь если на борт взять людей, то понадобятся запасы еды (на Марсе питаться нечем), одежды, оборудования. 

По прибытии на место реактор станет источником энергии. На обратном пути для ядерных моторов предполагают использовать диоксид углерода, на Марсе он есть. Воду будут расщеплять на кислород и водород, и последний преобразовывать в метан.

Нам посчастливилось жить в эпоху, когда научно-фантастические сюжеты перекочевывают со страниц романов в жизнь. Возможно, инопланетные туры станут явью. Подождем? Лететь пустяки — сотню-другую миллионов километров.