В настоящее время продолжается интенсивное изучение планеты Марс с использованием космических аппаратов и марсоходов. Однако недалеко то время, когда на планету будет высажена экспедиция землян. Проектные работы по десантированию такой экспедиции ведутся в ракетно-космической отрасли России с 60-х годов прошедшего столетия. В 2006 году эти работы были обобщены Российской академией космонавтики им. К.Э. Циолковского в книге «Пилотируемая экспедиция на Марс».
В 2005 году в ИМБП, РКК «Энергия», ЦНИИмаш и ЦПК им. Ю.А. Гагарина начались проработки варианта моделирования пилотируемого полёта на Марс в наземных условиях с использованием имеющихся в ИМБП экспериментальных установок.
Вскоре эти проработки приобрели реальные очертания и уже с 2008 года началась серия экспериментов с участием экипажей из шести человек:
- 14-суточный технологический эксперимент с 25.06.08 по 09.07.08;
- 105-суточный отработочный эксперимент с 31.03.09 по 14.07.09;
- 520-суточный (основной) эксперимент начался 03 июня 2010г. с планируемым временем завершения 04 ноября 2011г.
Цель 520-суточного эксперимента
Целью эксперимента является: изучение взаимодействия в контуре «человек – окружающая среда» и получение экспериментальных данных о состоянии здоровья и работоспособности человека, находящегося в условиях изоляции в герметично замкнутом пространстве ограниченного объема при моделировании основных отличий и ограничений, присущих марсианскому полету.
Основные задачи ЦУП в ходе выполнения 520-суточного эксперимента
1. Сбор и систематизация поступающей из ИМБП информации о ходе выполнения эксперимента.
2 Обеспечение руководства Роскосмоса, Руководства ЦНИИмаш, VIP-персон и представителей средств массовой информации во время их пребывания в ЦУП сведениями о задачах и ходе проведения 520-суточного эксперимента.
3. Отображение на коллективных и индивидуальных средствах ГЗУ корп. 22 ЦУП хода выполнения эксперимента на заранее выбранных участках.
4. Отображение на web-сайте и портале ЦУП задач и хода проведения 520-суточного эксперимента.
5. Запись поступающей из медико-технического комплекса ИМБП телеметрической информации в архив ТМИВК ЦУП в круглосуточном режиме и телевизионной информации в архив информационного портала ЦУП на выбранных участках.
6. Круглосуточный дистанционный контроль работоспособности канала связи ИМБП – ЦУП.
7. Круглосуточный дистанционный контроль работоспособности информационной системы ИМБП, которую спроектировал и ввел в эксплуатацию ЦУП.
Структура научных исследований,
проводимых во время 520-суточной изоляции
| Направления исследований | Количество проектов | Всего | ||
| Российские проекты | Иностранные проекты | |||
| ЕКА | Другие страны | |||
| Физиологические исследования | 17 | 3 | 6 | 26 |
| Психологические и психофизиологические исследования | 16 | 7 | 3 | 26 |
| Биохимические, иммунологические и биологические исследования | 24 | 3 | 7 | 34 |
| Микробиологические и санитарно-гигиенические исследования | 7 | 1 | - | 8 |
| Операционно-технологические эксперименты | 10 | 1 | - | 11 |
| Всего | 74 | 15 | 16 | 105 |
Баллистическая схема полета
Для обеспечения моделирования в ЦУП ЦНИИмаш были проведены проектные расчетыобщей баллистической схемы пилотируемого полета на Марс.
В расчетах были приняты следующие исходные данные:
1. Дата стартового окна – 2018 год, соответствует ближайшему великому противостоянию Марса и Земли.
2. Межпланетный экспедиционный комплекс (МЭК) стартует с околоземной монтажной орбиты со средней высотой 450 км и наклонением 51,6 градуса.
3. Общая продолжительность полёта экспедиции 2 года, полёт по орбите искусственного спутника Марса (ИСМ) в течение 30 суток с десантированием части экипажа на Марс. Исследования Марса проводятся, как дистанционно (с орбиты ИСМ), так и непосредственно на поверхности планеты.
4. Допустимое сближение МЭК с Солнцем на участках межпланетных перелетов не должно быть менее 0,57 астрономической единицы (85 млн. км).
5. Начальная масса МЭК на орбите ИСЗ – 500 тонн.
6. Количество членов экипажа – 6 человек, из них 3 человека принимают участие в десантировании на Марс.
7. Радиусы сфер действия притяжения планет приняты следующими:
- для сферы действия притяжения Земли – 2,6 млн. км;
- для сферы действия притяжения Марса – 1 млн. км.
Для совершения маневров на орбитах Земли и Марса и на траекториях перелета между планетами на межпланетном экспедиционном комплексе будут установлены электрореактивные двигательные установки малой тяги (ЭРДУ). Поэтому старт МЭК с орбит Земли и Марса превратится в операции «раскрутки», а перевод с перелетных межпланетных траекторий на орбиты планет – в операции «скрутки». Входящие в состав ЭРДУ электрореактивные двигатели относятся к классу так называемых ионных двигателей и используют аргон в качестве рабочего тела.
Для обеспечения работы ЭРДУ требуется значительная от 17 до 25 мегаватт выходная электрическая мощность энергоустановки, основу которой может составить солнечная батарея площадью около 120 000 кв. м (до 18 Мвт) или ядерный реактор (до 25 Мвт). Внешний вид конструкций МЭК, использующих эти источники электроэнергии, приведены ниже.
Общий вид МЭК с солнечной энергетической установкой
Межпланетный экспедиционный комплекс состоит из следующих основных частей:
- жилой модуль МЭК;
- складской модуль МЭК;
- медико-технологический отсек жилого модуля МЭК;
- взлетно-посадочный комплекс (ВПК);
- корабль возвращения к Земле (КВЗ);
- электрореактивная двигательная установка (ЭРДУ);
- энергетическая установка.
Общий вид МЭК с ядерной энергетической установкой
Характеристики оптимальной схемы полета, полученные в результате расчетов
| Полет в сфере действия Земли – старт с орбиты ИСЗ | |
| Старт с опорной орбиты искусственного спутника Земли | 10.10.2017 00:46:00 |
| Время раскрутки, сутки | 99.926 |
| Расход топлива, тонн | 34.888 |
| Перелет Земля-Марс | |
| Дата отлета со сферы действия Земли | 17.01.2018 23:00:00 |
| Время перелета Т, сутки | 216.083 |
| Моторное время t, сутки | 142.260 |
| Расход топлива, тонн | 49.669 |
| Полет в сфере действия Марса | |
| Дата выхода на сферу действия Марса | 22.08.2018 01:00:00 |
| Время скрутки, сутки | 38.216 |
| Расход топлива, тонн | 13.343 |
| Дата выхода на орбиту искусственного спутника Марса | 29.09.2018 06:11:00 |
| Орбитальная фаза полета, сутки | 29.883 |
| Дата схода с орбиты искусственного спутника Марса | 29.10.2018 03:39:00 |
| Время раскрутки, сутки | 37.014 |
| Расход топлива, тонн | 12.923 |
| Перелет Марс-Земля | |
| Дата отлета со сферы действия Марса | 5.12.2018 03:59:00 |
| Время перелета Т, сутки | 249 |
| Моторное время t, сутки | 159.9 |
| Расход топлива, тонн | 55.828 |
| Полет в сфере действия Земли – возвращение | |
| Дата выхода на сферу действия Земли | 11.08.2019 03:59:00 |
| Время скрутки, сутки | 59.948 |
| Расход топлива, тонн | 20.93 |
| Дата завершения полета | 10.10.2019 02:44:00 |
| Характеристики уточненной баллистической схемы | |
| Общее время экспедиции, сутки | 730.07 |
| Затраты рабочего тела, тонн | 187.581 |
| Начальная масса МПК на орбите ИСЗ | 385.1 |
| Минимальное расстояние от Солнца, а. е. | 0.570 |
Выделены семь характерных участков полета: старт с ОИСЗ («раскрутка» продолжительностью 100 суток), перелет Земля – Марс (продолжительностью 216 суток), торможение и переход на орбиту Марса («скрутка» продолжительностью 38 суток), полет по орбите Марса и десантирование на его поверхность (продолжительностью 30 суток), старт с орбиты Марса («раскрутка» продолжительностью 37 суток), перелет Марс – Земля (продолжительностью 249 суток), торможение и переход на орбиту Земли («скрутка» продолжительностью 60 суток).
Особенности полета:
1. Из 730 суток полета ЭРДУ работает 537 суток (моторное время) и расходует 187 тонн рабочего тела. На участках «скрутки» и «раскрутки» возле Земли и Марса ЭРДУ работают непрерывно.
2. На участке перелёта Марс – Земля на 509 сутках полёта максимальная задержка в распространении радиосигналов от МЭК до Земли будет составлять 740 секунд (12 мин 20 сек в одну сторону). График задержки в распространении радиосигналов на всем протяжении полёта МЭК приведен ниже. Если принять, что начиная с задержек в 5 – 10 секунд диалоговый режим переговоров значительно затруднен, то начиная с 94 – 102 суток и заканчивая 675 – 669 сутками полета общение космонавтов с Землей должно быть переведено на режим электронных сообщений.
3. На участке перелета Марс – Земля на 583 сутках полета произойдет сближение МЭК с Солнцем до расстояния 89 млн. км (для справки: средний радиус орбиты Венеры равен 108 млн. км, а средняя температура на её поверхности составляет +480 градусов по Цельсию). Следовательно, должна быть предусмотрена тепловая защита МЭК от перегрева.
График задержки распространения радиосигналов при полете по траектории «Земля-Марс-Земля»
Комплекс моделирования полета в ИМБП
Для проведения эксперимента по моделированию полета в ИМБП подготовлен и прошел всестороннюю проверку медико-технический комплекс (МТК).
Медико-технический комплекс ГНЦ РФ – ИМБП РАН предназначен для моделирования условий жизни и деятельности экипажа, максимально приближенных к условиям реальных космических объектов, обеспечению проведения эксперимента, моделирующего космический полет, в том числе межпланетный, длительностью не менее 500 суток с экипажем численностью 4-6 человек.
Комплекс состоит из нескольких экспериментальных установок (ЭУ), включающих:
1. Модуль ЭУ-50.
Модуль ЭУ-50 общим объемом 50 м³ предназначен для имитации посадочного марсианского модуля с расчетом пребывания в нем 3 членов экипажа в течение 2-3 месяцев и включает в себя:
- жилой отсек, включая 3 спальных места и рабочую зону;
- кухню;
- санузел;
- два переходных шлюза с люками для перехода в модуль ЭУ-150 и в шлюзовую камеру имитатора марсианской поверхности;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
2. Модуль ЭУ-100.
Модуль ЭУ-100 общим объемом 100 м³ предназначен для проведения медицинских и психологических экспериментов и включает в себя:
- жилой отсек, включая 2 спальных места и рабочую зону;
- кухню-столовую;
- санузел;
- рабочие места с размещенной на них медицинской аппаратурой;
- переходной шлюз с люками, соединенный с модулем ЭУ-150;
- герметичную дверь в торце модуля и аварийный люк в противоположном торце модуля;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
3. Модуль ЭУ-150
Модуль ЭУ-150 общим объемом 150 м³ предназначен для размещения и обитания 6 членов экипажа и включает в себя:
- 6 индивидуальных кают;
- кают-компанию для отдыха и общих сборов;
- кухню;
- санузел;
- главный пульт управления;
- три переходных шлюза с люками - торцевой для перехода в модуль ЭУ-50, торцевой для перехода в модуль ЭУ-100 и боковой для перехода в модуль ЭУ-250;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
4. Модуль ЭУ-250
Модуль ЭУ-250 общим объемом 250 м³ предназначен для хранения продовольственных запасов, размещения экспериментальной оранжереи, одноразовой посуды, одежды и пр., включает в себя:
- холодильную камеру для хранения пищевых продуктов;
- хранилище со стеллажами для хранения продовольственных запасов, не требующих особых условий хранения, и одноразовой посуды и одежды;
- помещение экспериментальной оранжереи;
- тренажерный зал;
- шлюзовую камеру для удаления отходов;
- три герметичных двери – одна для соединения модуля со шлюзовым переходом в модуль ЭУ-150, две герметичных двери с металлическими лестницами в торцах модуля для предстартовой загрузки продовольствием и эвакуации экипажа;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
5. Модуль «Имитатор марсианской поверхности» (ИМП).
Модуль ИМП общим объемом 1200 м³ предназначен для имитации марсианской поверхности и включает в себя:
- имитатор марсианской поверхности представляющий негерметичный отсек, предназначенный для пребывания экипажа в скафандрах, изолирующих от внешней среды;
- герметичные лестницу и кессон, отделяющий модуль ИМП от модуля ЭУ-50 и имеющий кладовую для хранения скафандров, гардероб и переходной шлюз.
| Внешний вид медико-технического комплекса ИМБП
В медико-техническом комплексе ИМБП установлена система видеонаблюдения, имеющая 45 ТВ-камер внутреннего и внешнего наблюдения. ЦУП имеет доступ к любой из этих камер. Кроме этого, в ходе эксперимента по заказу ЦУПа в кают-компании жилого модуля медико-технического комплекса устанавливается видеотелефон для двухстороннего обмена информацией экипажа и посетителями главного зала ЦУПа, из которого велось управление полётом орбитального пилотируемого комплекса «Мир». Имеется техническая возможность ведения переговоров экипажей медико-технического комплекса и Международной космической станции между собой.
|
|
Комплекс моделирования полета в ЦУП ЦНИИмаш
Во время проведения эксперимента ЦУП постоянно взаимодействует с ИМБП, принимает и обрабатывает поступающую из модулей медико-технического комплекса ИМБП информацию и отображает на своих технических средствах как полет межпланетного экспедиционного комплекса, так и работу экипажа в МТК ИМБП. ЦУП разработал модели всех участков полета МЭК на основе баллистических расчетов траектории и варианта конструкции МЭК с энергетической установкой на солнечной батарее. Результаты моделирования выдаются на индивидуальные и коллективные средства отображения и внешним абонентам, имеющим доступ к информации комплекса моделирования. Разработанные модели позволили создать компьютерные фильмы о пилотируемом полете на Марс и комплексе моделирования в ИМБП.
|
|
При подготовке материалов для сайта использованы материалы ЦУП ЦНИИмаш, ИМБП, РКК «Энергия», |
