В 1984 году в штате Колорадо группа учёных, инженеров и аспирантов провела конференцию. Заправляло всем ядро энтузиастов, которое с подачи одного журналиста прозвали «марсианское подполье» [Mars Underground]. На этой конференции разработали концепцию пилотируемой экспедиции на Марс.

Среди участников был художник по имени Картер Эммарт, который зарисовал, а позже детально проиллюстрировал фазы марсианской миссии. За счёт этого в течение как минимум десятилетия этот вариант полёта на Марс фигурировал в литературе (в том числе художественной) как предполагаемый способ освоения Красной планеты человеком. Эта концепция повлияла и на культуру, и на подход к проектированию пилотируемых миссий на Марс.

Истоки конференции «Курс на Марс»

В 1981 году шаттл «Колумбия» впервые отправился в космос. Уже через две недели энтузиасты освоения Марса собрались на конференции. Организатором был Кристофер Маккей, на тот момент аспирант по астрогеофизике в Колорадском университете в Боулдере. В основу конференции было положено исследование НАСА от 1976 года «Обитаемость Марса» [On the habitability of Mars: An approach to planetary ecosynthesis].

Планы конференции начали готовить за год до этого, весной 1980, их составляла группа энтузиастов космоса при Колорадском университете [University of Colorado Space Interest Group]. Выбор на Марс пал по той причине, что после миссий «Викинг» исследования Марса практически сошли на нет.

Бентон Кларк в 1978 году написал статью под названием «Курс на Марс» [«The Case for Mars»]. По ней конференция получила название.

В конференции 1981 года участвовали около 300 инженеров, учёных и других энтузиастов. В тот период у НАСА не было действующих проектов по изучению Красной планеты. Миссии «Викинг» вызвали большой всплеск интереса к возможности жизни на Марсе, но когда её не обнаружили, внимание общественности и государственное финансирование переключились на другие темы.

Журналист Леонард Дэвид ввёл термин «марсианское подполье» в статье для журнала Future Life в ноябре 1979 года, рассказав про «небольшую клику несистемных энтузиастов космоса как в государственных структурах, так и вне его», добавив, что это «небольшой и скрытный клан». Конференция «Курс на Марс» стала их дебютным выходом на публику.

На конференции 1981 года представили несколько концепций пилотируемого исследования Марса, включая предложение полететь к марсианским спутникам Фобосу и Деймосу без посадки на планету. Но многие участники мечтали о большем. Они хотели, чтобы люди прошли по Марсу. Жили за счёт местных ресурсов. И остались.

Семинар по проектированию миссии «Курс на Марс II»

В июле 1984 года была проведена конференция «Курс на Марс II». В неё входил семинар, задачей которого было разработать «постоянную марсианскую исследовательскую базу с использованием технологий уровня 2000 года» как «предтечу будущей колонизации». Участники стремились создать концепцию не только первого пилотируемого полёта на Марс, но и дальнейшего непрерывного присутствия людей, включая ротацию экипажей на поверхности.

Это было смело и, откровенно говоря, нереалистично, потому что любые пилотируемые исследования Марса начались бы с одной миссии, а не непрерывной серии полётов. Но они выбрали, как описывал конференцию Джеймс Френч, «марсианскую базу как столь необходимую долгосрочную цель космической программы» и предпочли постоянную базу «вместо более традиционной концепции серии отдельных экспедиций к разным районам, потому что постоянная база даёт намного больший научный результат, обеспечивает бо́льшую безопасность экипажа и потенциал роста до настоящей колонии». Целью было стремиться к самодостаточности и автономии от Земли, используя марсианские ресурсы, где это возможно.

В апреле 1986 года Лаборатория реактивного движения НАСА профинансировала развёрнутый отчёт о результатах семинара. Френч представил своё резюме год спустя.

Концепция миссии

Предполагалось, что до пилотируемых экспедиций необходимы предварительные роботизированные миссии. Они должны были обеспечить высокодетальные изображения возможных районов посадки, а также сведения о ресурсах, таких как летучие вещества (то есть вода), и местах, представляющих научный интерес. Люди летели бы к Марсу на «марсианском циклере».

Марсианский циклер включал три космических аппарата, собираемых у космической станции на орбите Земли. Предполагалось, что аппараты поодиночке стартуют к Марсу и затем стыкуются между собой. После этого они начинают вращение для создания искусственной гравитации. Перелёт к Марсу занимал бы шесть месяцев, обратный отрезок пути к Земле длился бы 20–30 месяцев. Экипажи проводили бы на Марсе два года, новые команды отправлялись бы к Марсу каждые 26 месяцев.

По задумке модули Deep Space Habitat [жилые модули для дальнего космоса] выполняют перелёт к Марсу и возвращаются к Земле. При пролёте Марса аппарат Deep Space Habitat должен совершать манёвр с включением двигателей. Делалось бы это без людей на борту — к этому моменту экипаж уже спустился бы на поверхность в марсианских шаттлах.

При отправлении с Марса к Земле шаттлы стартуют с поверхности планеты и встречаются с аппаратом Habitat на исходящем участке траектории, уходящем от Марса. Предварительно на базе марсианские шаттлы заправляются топливом из монооксида углерода и кислорода, производимым из марсианского диоксида углерода. По мере приближения Habitat к Земле возвращающиеся экипажи вновь переходят в свои марсианские шаттлы и с помощью аэроторможения снижаются к космической станции. Сами Habitat тоже входили бы в орбиту Земли посредством аэроторможения для пополнения запасов для подготовки к следующему рейсу.

Первая миссия должна была покинуть Землю в 2007 году и вернуться в 2012-м, за ней следовали экспедиции 2009 и 2011 годов. Такой график требовал бы как минимум двух кораблей-циклеров. Переброска экипажей на циклеры осуществлялась бы транспортными кораблями Crew Shuttle. Каждая миссия доставляла бы на Марс по 15 человек. На ранних этапах некоторые экспедиции возвращали бы на Землю меньше людей — возможно, девять — позволяя постепенно нарастить численность населения на планете.

Марсианские шаттлы описывались как двухконусные двухступенчатые аппараты, выполняющие аэроторможение и у Земли, и у Марса. Предусматривались как двухступенчатые аппараты для экипажа, так и грузовые без возможности взлетать.

Предполагалось, что комплекс Deep Space Habitat будет состоять из трёх идентичных секций, собираемых у околоземной космической станции. В каждую входили два модуля станционного типа, система жизнеобеспечения, хранилища расходных материалов, двигательная установка и энергоснабжение. Два модуля крепятся по концам фермы и переходного тоннеля, завершающегося стыковочным адаптером. С помощью этого адаптера возможно состыковать три секции в радиально-лучевой конфигурации — как лопасти у игрушки-вертушки. Вся конструкция вращалась бы для создания искусственной гравитации. К каждой ферме был бы пристыкован марсианский шаттл.

Было предложено, чтобы секции разгонялись по отдельности на марсианскую траекторию, а затем по пути к Марсу встречались и стыковались. Разгонный блок для выведения на трансмарсианскую траекторию, оснащённый адаптированными главными двигателями «Спейс шаттла», уводил бы сборку «Habitat + марсианский шаттл» с орбиты Земли на перелёт к Марсу. Грузовые версии марсианского шаттла летели бы к Марсу поодиночке, к жилым секциям их предлагалось не стыковать.

Хотя «Спейс шаттл» использовался бы для некоторых операций по сборке на орбите, миссия требовала тяжёлой ракеты-носителя, способной выводить не менее 75 тонн на низкую околоземную орбиту. Для отправки первой экспедиции потребовались бы 24 пуска тяжёлого носителя и 20 пусков «Спейс шаттла».

Утверждалось, что марсианская база будет опираться на технологии использования местных ресурсов (in-situ resource utilization, ISRU) для получения топлива из разреженной атмосферы Марса — концепцию, изучаемую с 70-х годов прошлого века. В отчёте отмечалось, что «производство топлива на поверхности Марса критически важно для снижения стоимости программы», потому что оно «почти на порядок сокращает стартовую массу, подлежащую выведению с Земли». Каждый пилотируемый марсианский шаттл требовал бы по 150 тонн произведённого на Марсе ракетного топлива из угарного газа и кислорода, чтобы догнать проходящий мимо Земли циклер. Семинар «Курс на Марс II» предлагал перед началом программы марсианской базы отправить автоматический аппарат для испытаний на Марсе производства топлива путём ISRU.

В отчёте также говорилось, что «Марс в изобилии наделён всеми ресурсами, необходимыми для поддержания жизни». База включала бы теплицы для выращивания пищи. Как отмечалось в резюме, «развитие систем жизнеобеспечения длительного цикла серьёзно отстаёт от других технологий, важных для пилотируемых миссий на Марс».

«Первоначальный фокус деятельности на марсианской базе должен быть сосредоточен на разработке технологий использования ресурсов, поскольку непрерывное существование базы и долгосрочные научные цели зависят от создания ресурсной базы». Дополнительного внимания требовали энергоснабжение мощностью порядка 200–400 кВт, проектирование марсианских скафандров, малые двигатели на местном топливе, а также исследования систем жизнеобеспечения и ресурсопользования.

Иллюстрации и модель циклера

Картер Эммарт учился в Колорадском университете в Боулдере, он художник-иллюстратор. Во время семинара он сделал эскизы космических аппаратов и всей миссии. В последующие годы он доработал рисунки, создав цветные карандашные иллюстрации, которые позже (в чёрно-белом виде) были опубликованы в сводных материалах конференции «Курс на Марс III», прошедшей летом 1987 года.

Позднее Эммарт построил две полноценные модели корабля-циклера, одну из которых пожертвовал Смитсоновскому институту. У одного из жилых модулей была прозрачная боковая стенка, открывающая вид на жизнь и работу астронавтов внутри. В том числе там была обязательная фигурка принимающего душ человека. Подобное встречалось и в более ранних разрезных изображениях орбитальных станций и служило своего рода шуткой для своих среди космических художников.

Модель поступила на экспозицию в 1992 году на выставку «Куда дальше, Колумб?» [Where Next, Columbus?] о будущем освоения космоса в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики в центре Вашингтона (округ Колумбия). Спустя десятилетие, после закрытия выставки, модель убрали в хранилище, но в 2014 году вернули в новую галерею. Сейчас модель не демонстрируется.

Майкл Кэрролл, ещё один художник, также присутствовавший на конференции «Курс на Марс II», создал рисунки и позже цветные иллюстрации отдельных аспектов миссии. Они были опубликованы в материалах конференции и в других изданиях. Однако именно Эммарт проиллюстрировал все фазы миссии, и его работы появлялись в большем количестве публикаций.

Наследие

Можно выделить пять общих культурных этапов эволюции концепций пилотируемого освоения Марса. Слово «культурных» здесь употреблено потому, что они формировали публичное обсуждение марсианских экспедиций.

Первый — серия статей о космических полётах в журнале Collier’s в пятидесятых, включавшая миссию на Марс с иллюстрациями знаменитого Чесли Бонстелла, затем — марсианская миссия в анимационном фильме Disney эпохи пятидесятых. У Бонстелла был большой крылатый марсианский посадочный аппарат. В фильме Disney показан зонтикообразный межпланетный корабль, вращающийся для создания искусственной гравитации.

Второй этап — эпоха семидесятых с Integrated Mars Plan [интегрированный марсианский план]. Документ разработали в 1969 году, он предполагал полёт к Марсу больших кораблей на ядерной тяге. В семидесятые и восьмидесятые изображения корабля из Integrated Mars Plan появлялись в разных научно-популярных книгах, а сама концепция — в нескольких романах (The Throne of Saturn³, The Far Call и Voyage Стивена Бакстера). Для интересовавшихся будущими пилотируемыми полётами на Марс в то время это была самая знакомая идея (см. статью Space Review от 6 июля 2021 года «Flights to Mars, real and LEGO»).

Третий этап — восьмидесятые годы и план циклера «Курс на Марс». После конференции «Курс на Марс II» работы Картера Эммарта появились в многочисленных изданиях и даже попали на обложку одного журнала. Иллюстрации Майкла Кэрролла также попадали на обложки и в другие публикации. Концепция миссии фигурировала и в книге Аллена Стила Labyrinth of Night (1992) и романе Йена Дугласа «Лик Марса». Эти примеры показали огромную ценность наглядных иллюстраций таких проектов, как полёт на Марс. Разумеется, в ту эпоху были и другие концепции марсианских миссий, некоторые попадали на обложки книг и журналов, но ни одна не получила столь широкой известности, как «Курс на Марс».

Позже Роберт Зубрин разработал иной подход к пилотируемому освоению Марса — Mars Direct. Ключевая задумка Mars Direct: отправить к Марсу беспилотный аппарат, который приземлится и произведёт топливо, а уже затем отправить пилотируемую экспедицию, чтобы сесть неподалёку и использовать заправленный аппарат для возвращения на Землю. Концепция Зубрина, как и более ранняя задумка «Курс на Марс», предусматривала использование местных ресурсов для получения ракетного топлива.

Зубрин позднее написал книгу под названием «Курс на Марс», заимствовав название конференции, а также стал героем документального фильма The Mars Underground. Несмотря на заимствование терминов, в списке участников исходного семинара Зубрин не значится. Идея Mars Direct сохраняла влияние значительную часть девяностых и оказала воздействие на несколько фильмов, включая «Миссию на Марс» 1998 года (Зубрин выступал техническим консультантом).

Семинар «Курс на Марс» не изобрёл идею использования местных ресурсов на Марсе для получения топлива и кислорода, но заметно повысил популярность ISRU. Конференция также утвердила концепцию непрерывного присутствия на Марсе, а не единый подход «оставить флаги и следы». И эта идея, и Mars Direct Зубрина получили бо́льшую публичную огласку, чем несколько исследований Design Reference Mission НАСА девяностых и нулевых. Сегодня основное культурное влияние на то, как публика представляет себе марсианские миссии, оказывает программа SpaceX Starship, хотя её невероятная амбициозность — 500 запусков к Марсу в 2033 году и миллион жителей на планете в течение десятилетия — делает её отчасти фантазийной.

Многие участники «Курса на Марс» впоследствии сделали заметную карьеру в планетологии. Например, Пенни Бостон позднее возглавляла Институт астробиологии НАСА. Картер Эммарт — энергичный, увлечённый, эксцентричный популяризатор космоса — провёл десятилетия в Американском музее естественной истории, где он создавал планетарные шоу, которые увидели миллионы посетителей.

Дополнительные иллюстрации концепции полёта к Марсу

Рисунки Картера Эммарта.

Примечания

Компания Univelt опубликовала материалы конференций «Курс на Марс», служившие на протяжении более десяти лет бесценным источником по этой теме.

J.R. French, “The ‘Case for Mars’ Concept,” Jet Propulsion Laboratory, 1987.

The Case for Mars II: proceedings of the Second Case for Mars Conference held July 10-14, 1984, at the University of Colorado, Boulder.

Alcestis Oberg, “The Grass Roots of the Mars Conference,” AAS 81-225, Penelope Boston, editor, The Case for Mars (San Diego, CA: Univelt, Inc., 1984), p. ix.

S. M.Welch and C. R. Stoker, editors, The Case for Mars: Concept Development for a Mars Research Station (Boulder, CO: Boulder Center for Science Policy, 10 April 1986).

Thomas Paine, “A Timeline for Martian Pioneers,” AAS 84-150, Christopher McKay, editor, The Case for Mars II (Univelt, Inc., 1985), pp. 18-19.

Michael Duke, Wendell Mendell, and Barney Roberts, “Lunar Base: A Stepping Stone to Mars,” AAS 84-162, Christopher McKay, editor, The Case for Mars II (Univelt, Inc., 1985), pp. 207-20.

Humboldt Mandell, “Space Station—The First Step,” AAS 84-160, Christopher McKay, editor, The Case for Mars II (Univelt, Inc.,1985), pp. 157-70.

David S.F. Portree, Humans to Mars Fifty Years of Mission Planning, 1950–2000, NASA History Division, NASA Headquarters, Washington, DC 20546, Monographs in Aerospace History Series, Number 21, February 2001

Примечания переводчика:

1. Название статьи может быть отсылкой к тексту песни 1967 года Spinning, Spinning, Spinning от малоизвестной американской музыкальной группы Ballroom. В коллективной памяти слова отпечатались в основном из-за одноимённого кавера новозеландского коллектива Simple Image. Сингл с перепевкой в июле 1968 года держался на первых строчках чартов Новой Зеландии две недели, и диск чуть-чуть не дотянул до престижного статуса золотой пластинки Loxene — новозеландской награды, названной по торговой марке шампуня от перхоти. ↑

2. Циклер — большой межпланетный космический корабль, который летает по повторяющейся траектории и проходит между двух тел (к примеру, Земля и Марс) через фиксированные промежутки времени. Предполагается, что относительно небольшие шаттлы будут догонять циклер, загружать на него экипаж, припасы и грузы, а затем по прибытии в нужную точку отстыковываться и сходить с орбиты. Так получится построить дом в космосе один раз и повторно использовать его, а не запускать все системы каждый раз. ↑

3. Здесь и далее: названия художественных книг, не имеющих перевода на русский или хотя бы устоявшегося названия на сайте «Лаборатория Фантастики», приводятся в оригинальном написании. ↑