Со времен запуска первого искусственного спутника Земли (1957 г.) развитие космических технологий вышло на такой уровень, который позволяет не просто отправлять космические аппараты до дальних планет, но и производить посадку на их поверхности различных лабораторий, в том числе с возможностью самостоятельного передвижения.
В июле 1969 г. впервые человек ступил на поверхность внеземного космического тела — Луну. Первым искусственным устройством с возможностью перемещения по поверхности в 1970 году стал советский «Луноход 1». Лунный ровер с возможностью управления стал 1971 г. американский аппарат. Китай отправил свой луноход относительно недавно, в 2013 г. Весил он всего 140 килограмм и был куда меньше, чем американские лунные багги и советские тяжеловесы. Пошёл он чуть больше 100 метров за месяц, и застрял навсегда.
Первой, относительно удачной попыткой посадки искусственного устройства на Марс стал аппарат МАРС-3 в 1971 г. Он проработал всего несколько секунд, успев передать всего один неполный снимок поверхности.
После на поверхности Марса долгое время работали установки Viking-1 и 2 и, более современные, Curiosity и Opportunity. Благодаря всем этим миссиям собрано большое количество данных об устройстве планеты, составе атмосферы и т. п.
В связи с прогрессивными технологиями, актуальным остаются вопросы запуска космических (в том числе пилотируемых) аппаратов для исследования дальних планет. Одним из ограничений для осуществления таких миссий является большой вес не только аппаратуры на борту, но и огромный запас провизии на всех членов экипажа. При этом, если выращивать еду в условиях космического полета уже научились, то с производством воды дела обстоят несколько сложнее. В тоже время брать с собой огромные канистры воды для питья означает значительно увеличить габариты и массу корабля и, соответственно, двигателя и топлива для осуществления старта с Земли.
Однако, если удастся каким-то образом пополнить запасы «по пути» следования космического челнока, то многие эти проблемы станут несущественными. После исследования литературных источников и справочников выяснилось, что существует спутник Юпитера под названием Европа, оценочное количество воды на котором превышает все водные запасы на нашей планете.
Европа шестой спутник пятой планеты от солнца. Так же Европа относится к галилейским спутникам и занимает 4 место по величине среди всех спутников солнечной системы. Масса Европы меньше в 124 раза чем масса Земли. Радиус в 4 раза меньше. Соответственно и сила притяжения на поверхности в разы меньше земной. Поверхность Европы по земным меркам очень холодная — 150–190 °C ниже нуля.
Европа в значительной степени состоит из камня. Внешние слои спутника (толщиной предположительно 100 км) состоят из воды — частью в виде ледяной коры толщиной 10–30 км, а частью, как полагают, — в виде подповерхностного жидкого океана. Ниже лежат горные породы, а в центре, предположительно, находится небольшое металлическое ядро.
Низкие температуры на поверхности Европы не являются значительным препятствием для её исследования людьми (при наличии подогреваемых скафандров) и, тем более, роботизированными устройствами. Однако другой фактор может значительно отдалить время первой колонизации спутника. По актуальным оценкам ученых высокий радиационный фон может стать смертельно опасным уже на вторые сутки для человека и требует от инженеров-конструкторов более напряженной работы по созданию материалов для автоматических устройств. В тоже время результаты исследования космического излучения и новые данные, полученные специалистами НАСА, дают повод говорить о проблеме радиации в более позитивном тоне. Так, например, радиационный фон очень неравномерно распределен по поверхности спутника. Таким образом можно выбрать более подходящую зону посадки для работы исследовательских баз из автоматических станций. Кроме того, уже на глубине всего несколько сантиметров уровень фона значительно снижается, что позволяет говорить о возможном создании «подледной станции».
Для правильного функционирования базы на спутник должны быть доставлены минимум два модуля (рис. 1) — жилой и исследовательский, а также на месте развернуты два космодрома (основной и резервный). В жилом модуле члены экспедиции и работники станции будут отдыхать, принимать пищу, и связываться с родными и близкими, которые остались на Земле.
Рис. 1. Принципиальная схема базы на Европе
Исследовательский модуль будет предназначен сразу для двух задач — добыча и упаковка для дальнейшей перевозки на космодром замороженной воды, а также научные исследования по составу и радиационному фону этой воды. После подготовки кубов льда он будет доставляться на основной космодром. Для осуществления запуска может быть применен недавно разработанный компанией Honeybee Robotics паровой двигатель на водном топливе (рис. 2).
Данный двигатель позволяет использовать воду, в том числе в виде льда, для осуществления взлета и дальнейшего полета. Благодаря значительно меньшей силе притяжения на Европе, тяги такого двигателя будет вполне достаточно для подъема нескольких тонн груза (в данном случае льда). Обслуживание автономной ракеты на основе таких двигателей также будет дешевым и простым.
Рис. 2. Действующий прототип парового двигателя фирмы Honeybee Robotics
Запасной космодром необходим для внештатных ситуаций (повреждение основного космодрома или ракеты, срочная эвакуация людей и т. п.), и на нем также будут установлены пилотируемые ракеты.
После подъема груза на орбиту спутника и стыковки с пролетающим «лайнером» члены очередной миссии заберут кубы льда, а взамен поместят в освободившейся грузовой отсек запасы еды для работников станции на Европе. Далее, после отстыковки, устройство будет совершать мягкую посадку на основном космодроме. Таким образом может длительное время существовать станция по добыче и исследованию льда, воды на Европе.
Уже сейчас становится ясно, что при наличии необходимых технологий, данных научных исследований о других планетах и их спутниках можно разрабатывать различные проекты для исследования дальнего космоса.
Рис. 3. Предлагаемая схема осуществления доставки льда на пролетающие космические станции и обратным спуском с полезным грузом
Литература:
- NASA Radiation Maps of Jupiter’s Moon Europa: Key to Future Missions, 2018
- Кусков О. Л. Системы Юпитера и Сатурна: Формирование, состав и внутреннее строение крупных спутников / Отв. Ред. М. Я. Маров. — М.: Издательство ЛКИ, 2009. — 576 с.
- Бутузов Д. Н. Спутник Юпитера Европа: возможности существования жизни / Бутузов Д. Н., Ильяш В. В. // Материалы молодежного инновационного проекта «Школа экологических перспектив» научный редактор И. И. Косинова. Воронеж, 2012. — с. 25–29
- Чумаченко Е. Н. О некоторых проблемных вопросах, связанных с образованием хаотически расположенных особенностей рельефа на поверхности Европы / Чумаченко Е. Н., Назиров Р. Р. // Космические исследования, 2008. — с. 529–535
- Платов И. В. Сравнительный анализ миссий в систему Юпитера / Платов И. В., Симонов А. В., Гордиенко Е. С. // Вестник НПО им. С. А. Лавочкина. 2017. № 4 (38). С. 11–17.
