Почему нельзя осуществить космический полет на Марс за 500 суток
Среди прочих задач, которые придется решить человеку при подготовке экспедии на Марс, одной из главных является расчёт времени полета. Это очень существенно, так как необходимо создать такую автономную систему жизнеобеспечения, которая гарантировала бы успех всего труднейшего предприятия. Оговоримся сразу, что современная ракетно-космическая техника, использующая принципы реактивного движения сумела достичь только первой (7,9 км/с) и второй (11,2 км/с) космических скоростей, необходимых для выхода космического корабля на околоземную орбиту и полетов к другим планетам. Третья космическая скорость была достигнута американскими станциями "Пионер" не за счет силы тяги двигателей, а за счет ускорения в гравитационном поле планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна) при пролете мимо них. Вот и все наши успехи. Тем не менее второй космической скорости вполне достаточно для полета на Марс и возвращения обратно.
Земля и Марс вращаются вокруг Солнца с разными скоростями (30 км/с и 24 км/с- соответсвенно), поэтому Земля при движении по своей орбите всегда "догоняет" Марс. Когда планеты находятся по одну сторону относительно Солнца, и расстояние между их орбитами минимально, происходит противостояние. Такое положение Земли и Марса наступает примерно каждые 780 суток (т.е. 26 месяцев) смотри рисунок №1. В периоды противостояний лететь к Марсу наиболее выгодно, но в связи с тем, что орбита Марса сильно вытянута, а орбита Земли почти круговая, расстояние между ними колеблется от 55 до 100 млн. км. В других же случаях расстояние между планетами может достигать, если они находятся, например, в противоположных, наиболее удаленных от Солнца, точках орбиты-400 млн. км.
Для полета на Марс предполагается использовать время наибольшего сближения планет, так называемое Великое противостояние. Оно наступает раз в 15-17 лет, когда расстояние между Марсом и Землей минимально, примерно, 55-57 млн. км. В последних числах августа 2003 г. происходило противостояние, которое даже назвали Величайшим. Планеты находились именно в тех точках своих орбит, когда расстояние между ними являлось минимальным за последние 56 тыс. лет. Такое положение Земли относительно Марса было использовано, и к красной планете отправились несколько автоматических станций. Сделав необходимые оговорки, можно приступить к расчётам. Если разделить расстоние между планетами в период Bеликого противостояния на приращение скорости для достижения второй космической 3,3 км/с (11,2- 7,9 ), получим время полёта к Марсу- примерно 7 месяцев.
Однако, по прямой в космосе летать невозможно. Космический корабль увлекается силой инерции вращения Земли вокруг Солнца, и поэтому он летит по сильно вытянутой дуге от орбиты Земли к орбите Марса. Поскольку Земля "догоняет" Марс, вылетать нужно заранее, чтобы подлет к нему приходился на период противостояния. Смотри рисунок №2
Полёт в обратном направлении будет происходить по той же схеме, только заранее нужно улетать с Марса. Поскольку следущее противостояние произойдет на более значительном удалении планет друг от друга (около 70 млн. км), то и лететь нужно будет дольше ( примерно 9 месяцев).Смотри рисунок №3 Таким образом дорога туда и обратно займет 16 месяцев, что составляет около 500 суток, о которых так много говорят в последнее время.
Но улететь с Марса сразу, к сожалению, нельзя, потому что после Великого противостояния планет Земля стремительно "уходит" вперед за счет разности орбитальных скоростей, а через 3 месяца можно вообще говорить о "разбегании" планет (за счет быстрого изменения вектора орбитальной скорости у Земли). У космического корабля просто нет шансов попасть обратно на Землю. Можно даже рассчитать скорость, с которой нужно уходить с орбиты вокруг Марса, чтобы вернуться домой.Смотри рисунок №4
Приращение скорости, согласно полученному результату должно составить 18(!) км/с, что современным космическим кораблям не под силу. Поэтому необходимо ждать наступления слудующего противостояния планет (26 месяцев). В этот срок входит полет обратно к Земле (9 месяцев) и , увы, нахождение корабля на орбите вокруг Марса (17 месяцев).
Таким образом, общая продолжительность полета экспедиции на Марс займет (7+9+17)=33 месяца.Справедливости ради, нужно отметить, что реальный полет будет несколько отличаться от представленного выше, и у времени полёта, возможно, удастся "отвоевать" 2- 3 месяца. Но и тогда полет на Марс займет 2,5 года. Вот так!..
