На рис. 4 отмечены одинаковыми цифрами положения планет в один и тот же момент времени.Предположим, что окно для старта откроется в апреле 2018 г. Рассмотрим возможный сценарий пилотируемой экспедиции.
· Старт 15-20 апреля 2018 г. (1)
· Перелет к Марсу 162 суток (синяя кривая).
· Прибытие в окрестности Марса в сентябре 2018 г. (2)
· 20-25 сентября 2018 г.- выход на орбиту вокруг Марса (2).
· Октябрь 2018 г. - стыковка с техническим модулем, начало исследовательского этапа экспедиции (2).
· Примерно 1.5 года проводятся исследования с орбиты Марса. Высадка (3). Возможности для посадки на Марс рассмотрим дальше.
· Март 2020 года завершение исследовательского этапа, подготовка к возвращению.
· 20 апреля 2020 г. - старт к Земле (4).
· Перелет к Земле - 160 суток (оранжевая кривая)
· Посадка - октябрь 2020 г. (5)
Общая продолжительность исследовательского этапа на орбите Марса 1 год и 6 месяцев.
Продолжительность экспедиции 2.5 – 2.7 года.
Однако перелеты могут быть совершены и за более длительный срок, например, за 250 суток, тогда соответственно уменьшится время работы на орбите Марса
Продолжительность экспедиции должна рассчитаться из выражения:
Тпол = Тс + 2×Тз, где Тс = 780 суток (26 месяцев) или синодический период для Марса. И надо прибавить удвоенный интервал от момента старта до противостояния планет. Если старт происходит за 90 дней до противостояния, то получим полную продолжительность 960 суток или 32 месяца, или 2 года и 8 месяцев. Скорее всего, более точные расчеты для сценария пилотируемого этапа позволят сократить это срок на 1-2 месяца.
Данный вариант рассчитан при условии, что противостояние в 2018 г наступит 27 июля[5], а старт должен предшествовать противостоянию примерно на три месяца. Однако сдвиг противостояния на несколько дней или недель приведет к сдвигу времени старта только лишь сдвинет сроки, но не изменит всей программы по сути.
Любопытно, что сокращение времени перелета мало влияет на общую длительность экспедиции. Для случая перелета по самой медленной траектории экспедиция продлится 972 суток против 964 суток для быстрой траектории.
Для посадки на Марс есть только два окна. Одно из них начинается вскоре после прилета на орбиту Марса. Но сразу после прилета высаживаться не рационально, так как следует провести детальное исследование и выбрать район посадки. Единственный более менее удобный момент может наступить через три месяца, когда уже можно успеть провести разведку. Это может быть середина декабря 2018 года. Однако расстояние между Землей и Марсом в этот момент будет примерно 240 млн. км. Время прохождения сигнала в один конец достигнет почти 14 минут. Если высадку запланировать на более поздний период, то условия для связи станут еще менее благоприятными, так как возрастет расстояние, да еще и между планетами будет располагаться Солнце.
Второе удобное окно откроется уже в конце экспедиции. В конце декабря 2019 г, за четыре месяца до старта домой расстояние будет 220 млн. км. В конце января 2020 г. за три месяца до старта домой расстояние между Марсом и Землей будет примерно таким же, как и первом случае (3-3, рис.4).
Дальше расстояние будет сокращаться. В момент старта к Земле расстояние между планетами составит 142 млн. км, с временем прохождения сигнала менее 8 минут (4-4. Рис.4).
Однако перед стартом домой трудно обеспечить надежную работу экипажа во время столь ответственной операции. Здесь может сработать эффект «чемоданного» настроения и общая усталость. Последний месяц будет занят подготовкой к обратному полету, поэтому март реально выпадет. Возможно, посадку на Марс есть смысл планировать, начиная с конца ноября 2019 г. – конец февраля 2020 г. Например, перед Рождеством [6] (3-3 рис.4), хотя это и не самый оптимальный с точки зрения удобства телетрансляции период времени из-за сравнительно большого расстояния.
Во время экспедиции случится еще одно событие. Через 1 год и 53 дня (когда Земля пройдет 413°) после начала экспедиции наступит зона радиотени, когда между Землей и Марсом будет находиться Солнце. Если предположить, что Солнце служит экраном диаметром от ±2Rс до ±10Rс то получим, что зона радиотени будет продолжаться от 4 до 20 суток. В это период прямая связь с экспедицией либо будет вообще физически невозможна либо сильно затруднена из-за радио помех от Солнца.
Подобная ситуация повториться через 780 суток или через один синодический период обращения Марса. От момента начала экспедиции пройдет 1198 суток. Если экспедиция не останется на «зимовку», то зона радиотени будет только один раз за время экспедиции. Поэтому вряд ли следует на случай кратковременной потери связи прилагать особые усилия. Возможно следует предусмотреть резервный канал связи через одну из автоматических станций видимую, как с Земли так и с Марса и которая так или иначе уже запущена с некой миссией в космос. Например, к Венере.
За два года до начала основной экспедиции или весной 2016 года должен стартовать технический корабль, который прибудет к Марсу поздней осенью 2016 года, и до сентября 2018 года будет ожидать основную часть экспедиции.
Если в положенное окно старта с орбиты Марса по тем или иным причинам старт не может произойти, экипажу предстоит «зимовка» на орбите Марса. В качестве одной из мер безопасности будет подготовка к старту транспортного корабля-буксира. В это момент есть возможность сразу отправить транспортный корабль-буксир по симметричной траектории подобной той, что двумя годами раньше летела экспедиция. На рис.4 взаимное положение планет в начале экспедиции 1-1 примерно такое же, как и в конце 4-4. Спустя примерно 6 месяцев транспортный корабль достигнет орбиты Марса и экипаж получит техническую помощь. Дальнейшие действия экипажа уже зависят от конкретных энергетических возможностей буксира. В минимальном варианте им предстоит «зимовка» в течение еще 960 дней. На этот случай им потребуются запасы, которые должны быть на борту первого технического корабля как НЗ.
Однако возможет и более быстрое возвращение, если корабль «нырнет» примерно до орбиты Венеры и таким образом догонит Землю по быстрому варианту, описанному выше.. Однако все подобные варианты должны быть проработаны заранее.
Из симметрии конфигураций следует и такая возможность как отправка в момент времени 4-4 корабля снабжения для следующей экспедиции, он прибудет спустя примерно полгода к Марсу, как раз когда экспедиция уже вернется на Землю. Но есть и возможность отправить следующую экспедицию в апреле 2020 г. Получится, что одна экспедиция возвращается, а другая летит к Марсу. Где-то в середине пути корабли окажутся на минимальном расстоянии друг от друга. Гипотетически даже смогут пролететь один мимо другого. Пересечение оранжевой и синей кривой на рис.4. Хотя практически осуществить это будет сложно. Да и зачем? Разве, чтобы помигать друг другу лазером и символически передать вахту?
yaplakal.com