Domestic bastings

With the basic concepts of the program of research of Mars in 1988 has acted Главкосмос in the brochure " the USSR in space. 2005 "
The program of research of Mars provided some stages.
Stage 1 (1991-1996):
- Working off of technics{technical equipment} of landing{planting} to a surface of Mars;
- Working off of methods and means of sampling of a ground;
- Reception of detailed images of a surface, global data on a chemical compound of a ground, on distribution of temperature and a moisture, capacity{power} of sedimentary formations{educations} and depths залегания radical breeds and криолитосферы;
- Magnetic and gravitational shooting, that is reception of all necessary data for scientifically proved choice of a place of landing{planting} of the future expedition{dispatch} and its{her} safety.
The scheme{plan} of mission: start of the artificial satellite of Mars with the greater{big} set of the scientific equipment consisting from optical, spectrometer, of weights-spectral, локационного and plasma complexes of devices.
In the chosen place there will be a branch of the lowered device to a small mars rover from the satellite. During descent{release} - branch аэростатного a probe with simultaneous отбросом пенетраторов.
The probe carries out flight in an atmosphere of Mars on height of 2-6 km within 6-10 days (sits down on a surface at night) on a line in the extent in some thousand kilometers.
The mars rover is equipped грунтозаборным by the device and a complex of devices for the analysis of a ground, the television chambers, allowing to examine a panorama of a surface, to check up correctness of a choice площадок for a capture of the most informative samples of martian breeds.
Stage 2 (1996-2005):
- Delivery of samples of martian breeds to the Earth for their detailed geochemical and biological research.
The scheme{plan} of mission: simultaneous start to Mars orbital and lowered devices. On the last there is a big mars rover which after the preliminary analysis of samples of a ground stores the selected tests in the container. The container is automatically overloaded in the take-off module which is delivered to an orbit of Mars where there is its{his} joining to an orbital space vehicle. Then the container is overloaded in a returnable rocket which goes to the Earth.
The mars rover in due course active existence till 5 years should have onboard a television complex and possess an opportunity of use of various methods of sampling: drilling on depth of several meters, sample of greater{big} boulders, returnable вибропенетратор.
Stage 3 (2005-2015):
Now the most settled script of piloted expedition{dispatch} to Mars provides flight under the орбитально-landing scheme{plan}, with a direct aerodynamic input{entrance} of the ship of returning with crew in an atmosphere of the Earth. The structure of a forwarding complex in this case includes:
- The martian orbital ship for maintenance of ability to live of crew from 4-6 person within one and a half-two years;
- The landing ship for delivery to a surface of Mars of crew from two-three person and the equipment which was ensuring the functioning his and ability to live within one month;
- The ship of returning to the Earth, an allowing input{entrance} in an atmosphere from a flying trajectory with the second (or a little bit greater) speed;
- The power and impellent installations providing all interplanetary and orbital dynamic operations.
The type of двигательно-power installation of an interplanetary martian complex and its{her} characteristics define{determine} cost of the project and потребную total weight of a complex.
Various variants were studied. Use of liquid rocket engines though they also are most fulfilled in a space-rocket practice of the USSR and the USA, will lead to significant total weight of a complex in an orbit of the Earth (up to 2000) and will put serious scientific and technical problems on deducing{removing} and assembly разгонных rocket blocks and to long storage of cryogenic components of fuel in an orbit of start.
Creation of the impellent installations using to an Energia of a nuclear reactor, would allow to lower considerably total weight of a martian complex in an orbit of start. It is the nuclear engine of the big draft (up to 1000) or nuclear electrojet impellent installation (up to 400-500). Certainly, development of the electro-nuclear rocket engine as its{her} use in the future can facilitate considerably creation of the transport interplanetary system promoting expansion of a field of activity of the person in space is most preferable.
In September, 1987, at a forum in Moscow, plans of the further researches of Mars in which development active participation was accepted by Institute of comic researches have been reported. The program it was planned to realize in some stages. The first was supposed to be begun in 1994 start of two devices, each of which would include in itself(himself) the orbital block for the remote researches, the lowered module carrying{bearing} onboard аэростатную station, a mars rover, small метеомаяки, probes-пенетраторы for research of physical and chemical properties of a ground. During flight from the orbital device the small subsatellite for precision траекторных measurements of system " orbital device-subsatellite " is separated. The detailed statement of this program was published by Y.Zajtsevym in December, 1988 when still there was a hope for normal flight of "Fobos-2".
The primary goal of the orbital device - survey and detailed shooting of a surface of a planet. The opportunity of returning of the finished shooting photographic materials from an orbit of Mars to the Earth was considered{examined} also.
The structure of the scientific equipment should include also onboard infra-red radiometer, длиннoвoлнoвoй a radar, scale-spectrometer, магнитометр and a plasma complex.
For аэростатного sounding it was supposed to use a balloon which makes flight only in the afternoon, and falls on a surface of a planet at night. It{he} should consist of two spheres connected among themselves - big bottom, representing the open plastic environment with martian "air", and small tight top of майларовой a film, filled by hydrogen or helium. Parameters of a design of the bottom sphere steal up so that it{he} got elevating force only in the daytime under action of a filling mix of gases heated up by solar beams it{him}. Use of this principle in a design of a balloon supposed to provide moving of a gondola with the scientific equipment on significant distances from a place of landing{planting} of the lowered device. Available data about dynamics{changes} of an atmosphere of Mars allow to count{reckon} possible{probable} trajectories of flight of a balloon and to choose most interesting of them.
Not less difficult technical problem - management of a mars rover if to consider complexity of realization of communication{connection} on distance in millions kilometers. The mars rover should, for example, to be able to bypass obstacles which twenty-thirty minutes ago yet was not on a way. Approximately as much it is required to time to a radio signal to overcome distance from Mars up to the Earth and back. The decision of a problem sees in making a mars rover system-expert{-auditeur}, having given to it{her} the certain "intellectual" abilities. In this case the Earth will define{determine} strategy of work, and the robot - tactics of its{her} carrying out.
Besides television system, it was supposed to equip a mars rover laser дальномерным with the device for a lining of a rate and management of movement.
The navigating equipment of a mars rover should provide the decision of two primary goals: an output{exit} in the set target areas and a coordinate binding of a route.
Binding of a point of landing{planting} and line of a mars rover to district it was planned to carry out independently: according to notation of a way, astronomical supervision (the Sun, stars), and also by means of the special system including a complex of means for rise of television chambers on height from several tens up to hundreds of meters above a surface of Mars. This system will allow to examine area in the size hundred on hundred meters, with the sanction it is better than one meter that will enable to carry out a precision binding of a site of a mars rover to the photoplan of a martian surface. It was planned to use three kinds of means of rise: аэростатные (cylinder), aerodynamic (kite) and ballistic. Last type of means is considered{examined} as reserve.
Range of movement of a mars rover should reach{achieve} hundreds kilometers. Speed it{him} will be defined{determined} with power, and it{she} will depend on a lay of land and the scientific program on a line of movement. As the power supply it was supposed to use either solar batteries, or isotope термоэлектрогенераторы.
The program of scientific researches for a mars rover was assumed very extensive, including вибропросвечивание deep bowels of a planet, with the purpose of finding-out of its{her} internal structure. The mars rover will allow to receive also a greater{big} series of panoramic pictures on a line of movement. With its{his} help it would be possible to carry out and gathering of samples of breeds from a surface of the big area which are being on depth in some meters. The fence of samples of a ground from deep layers of a planet is especially important from the point of view of its{his} subsequent biological analysis. Then the mars rover could serve as a radio beacon on the platform chosen by it{him} for "landing" of the future landing device equipped by a returnable rocket for delivery to the Earth of a martian ground. It will be established{installed} on a mars rover and метеокомплекс.
Studying метеоусловий on Mars - the important problem{task} of the first stage of the planned researches of a planet. With the same purpose creation of a network from ten small long-living (more than year) метеомаяков on a surface of Mars was planned. Their basic purpose{assignment; destination} - direct measurements of meteorological parameters for studying the general{common} circulation of an atmosphere and forecasting метеоусловий for current and the future missions. Advantages of such network - глобальность scope, an opportunity of dump of gauges in especially interesting areas (canyons, old channels of the rivers), inaccessible for research by other means.
Пенетраторы, besides studying physical and chemical properties of a ground of a planet, data about its{her} internal structure will allow to obtain. A little пенетраторов form a network of the stationary items{points} providing long seismic supervision.
Not smaller complexity differs and a following stage of the program of research of Mars. Its{his} overall objective - delivery to the Earth samples of a martian ground. Term of realization - one of the nearest, after 1994, astronomical "windows".
Opportunities of realization of interplanetary flight with the minimal expenses of an Energia and for minimal time (6-8 months) will repeat about each two years. Delivery of a ground from Mars was planned to performance in 1996 or 1998
Variant of realization of this stage of researches - start of two independent devices. One of them will make landing{planting} to a surface of Mars, another becomes its{his} satellite. The landing device should have onboard a take-off rocket and a small mars rover for gathering a ground on some removal{distance} from a place of landing{planting}. The mars rover is equipped with manipulators and грузозаборным the device which will allow to take samples about enough big depth.
The take-off rocket can deliver a ground to the orbital device, join it{him} then samples are overloaded in the special module of the second device returned to the Earth. At approach to our planet this module is intercepted by orbital station.
It would be expedient to execute the primary analysis of a martian ground onboard station. It would allow to solve a problem of the quarantine excluding infection of our planet by extraterrestrial organisms how such probability was small.
The following stage of the martian program planned work on a planet in 2000-2005 of large mars rovers with greater{big} time of active existence and range of movement over thousand kilometers. Then in 2010 it would be possible to realize the combined expedition{dispatch} with landing mars rovers and a fence of a ground from two-three places removed from each other on greater{big} distances. And at last, to 2015 necessary conditions for piloted expedition{dispatch} to Mars with landing cosmonauts to its{his} surface would be provided.
As a base complex for realization of the martian program it was planned to use automatic devices of new generation - so-called " высокоинтеллектуальные space robots ". The first practical experience of application of these devices became the project "Fobos".
Already at the first stages of creation of the new device its{his} developers meant prospects of researches of Mars, therefore they tried to provide the maximal continuity of a design and systems for performance of the complex program of experiments.
Starts of such devices it was planned to carry out by means of a highly reliable rocket "Proton".
Otherwise the program of researches of Mars looks{appears} if to use a new booster rocket of "Energia". In this case one start it would be possible to solve basically all the primary goals of the program. Tentative estimations show, in particular, that by one booster rocket of "Energia" three mars rovers - one heavy, with an opportunity of deep drilling, and two lungs, some cartridges with ten метеомаяками everyone and a plenty пенетраторов can be delivered to Mars at once. It will be possible to remove{take off} and weight restrictions in the decision of problems of delivery of a ground from Mars and return of a film with околомарсианской orbits. It would be possible to try to deliver simultaneously a ground and from the martian satellite a Fobos.
In a variant of use of a booster rocket of "Energia" the perspective martian program looks{appears} as follows.
The first stage (1994-1996)
Carrying out of global researches of a surface and atmosphere of Mars by means of a complex of heavy automatic devices and detailed studying of the most interesting sites of its{his} surface by methods of remote sounding from a board of base station on close to a circular polar orbit (height of 200-300 km).
Further - research of a surface by direct methods with use of mars rovers, chisel installation, пенетраторов; studying of an atmosphere by means of balloons, small meteorological probes and an internal structure of a planet methods сейсмо-and electromagnetic sounding. One of the main tasks of this stage of researches is search of the most interesting place for landing{planting} piloted expedition{dispatch} and reception of the information on an environment of Mars.
The second stage (2000-2005)
Problem{Task} of the second stage - natural working off of basic elements of piloted expedition{dispatch}. Detailed studying separate areas and delivery to the Earth samples of a martian ground was provided. Practically it will be dress rehearsal of piloted expedition{dispatch}, but without crew.
For the first time interplanetary flight was projected{designed} to make by means of nuclear electrojet impellent installation. Its{her} major feature - very high speed of the expiration of gas. Thus of a working body for the electrojet engine it is required at 15-20 less, than for liquid engines. It means, that the weight of useful loading of the ship can be increased.
The third stage (2005-2010)
Piloted expedition{dispatch} to Mars.
The new program has been stated by the Soviet responsible{crucial} persons{faces} during a colloquium by results of dramatic expedition{dispatch} " a Fobos 88-89 ", the October, 1989 organized in the end the National center of space researches of France.
The program on research of Mars under plans should be carried out in two stages. At the first stage which will be prolonged with 1994 on 2001, the advanced automatic devices first of all for more detailed studying this planet, and also for research of district with the purpose of preparation of landing of the person to Mars which is planned at the second stage of the program, but any more before 2020-2030 should be started.
At the first stage the strategy providing research of the Red planet within the limits of expedition{dispatch} "Марс-94" is developed{produced}. Then, during operation "Марс-Фобос-94", it was provided to make sampling of a ground of a Fobos, the satellite of Mars. It was simultaneously planned to carry out research of asteroids within the limits of expedition{dispatch} "Asteroids" ("ASTER"). Further, onboard a space vehicle "Марс-94" on a planet it was supposed to send a mars rover. This mobile robot should investigate{research} a planet in searches of a place for sampling a ground which it was planned to lead during expedition{dispatch} "Марс-2001". It was supposed, that all these expeditions{dispatches} will be carried out on the basis of a space vehicle "Fobos". Start will be made by means of a booster rocket "Proton".
Simultaneously scientific planned to study{investigate} other planets and bodies of Solar system. In particular, in 1966 was planned to carry out the first direct research of asteroids within the limits of expedition{dispatch} "Asteroids", and also to send in 2003 a space probe to Меркурию. Till now only one device - American "Маринером-10" - had been carried out in 1974 flight of the planet closest to the Sun.
During expedition{dispatch} "Марс-94" it was planned to carry out by means of a booster rocket "Proton" in October, 1994 start of two probes in weight on 6 т (on the basis of advanced device " Fobos ") which should leave into an orbit around of Mars in September, 1995 and remain on it{her} within a year (up to the end 1996). Three or four small independent stations, and also one or several large stations should be dumped{reset} From each of probes on a surface of a planet one balloon, two or three пенетратора.
France will carry out delivery of balloons, about ten scientific devices intended for installation onboard the Soviet orbital devices, and the retransmitter of data established{installed} on American " Mars обсервер " which should be started by means of a rocket "Титан-3" in September, 1992
Following stage of the program is expedition{dispatch} "Марс-Астероиды-96" before which there is a double problem{task}. On the one hand, it is a question of start of the interplanetary device which 1999 in the beginning will approach with a Fobos for sampling its{his} ground and then 2001, on the other hand, - about посылке the device in an asteroid belt{zone} will deliver them to the Earth in the beginning.
The space vehicle "Asteroid" which was planned to start 12/13/1996, should approach with Mars of 10/8/1997 that then to carry out consecutive flight of five asteroids: Fate (Fortuna) 9/17/1998, Harmony (Harraonia) 11/26/1998, Веста (Vesta) 6/14/1999, the Impudent person (Haldey) 10/12/1999 and Джува (Juewa) 7/22/1999 which is more significant, than not taken place ex-Soviet project "Веста". пенетраторов and dump of two was planned for it " a small body ".
Then expedition{dispatch} "Марс-98" has been planned. In the end 1998 was planned start of two devices which expedition{dispatch} should be prolonged four years and to come to the end by the end 2003 Each device should deliver to Mars the big mars rover in weight of 500 kg on which the scientific equipment in weight of 150 kg will be established{installed}, including пенетратор, intended for sampling a ground. The mars rover, duration of which active existence will make about one year, will have independent management that will allow it{him} to pass{take place} distance from 100 up to 150 km.
Key stage of the program is expedition{dispatch} "Марс-2001". In the beginning 2001 to Mars starts of two devices by four rockets "Proton" or were planned by one heavy rocket of "Energia" which is capable to deduce{remove} at once on a trajectory of flight to Mars useful loading in weight 28 т. One of devices will deliver a small mars rover which will select samples of breeds to a planet and will place them in the returned device intended for rise and joining in an orbit of Mars with the second device. This second device will deliver to the Earth in the end of a martian ground of 2005 1 kg.
The sizes and design of a mars rover are studied. Two variants are considered{examined}. The big mars rover in length of 2 m has 6 wheels in diameter 60 see Weight of a mars rover of 350 kg. Length of a small mars rover about 1 m, weight of 70 kg, weight of scientific devices of 15 kg. For hundred day it{he} will pass{take place} distance about 200 km. The mars rover has independent management, and will overcome obstacles irrespective of commands{teams} from the Earth.
The space flying device " Mars обсервер " should be started for two years prior to start of the Soviet interplanetary station and will carry{bear} onboard the broadcasting equipment intended for reception as it is possible a lot of the information from this station.
Martian expedition{dispatch} will proceed about two years. From 4-6 person will lead crew on Mars no more than two weeks.
Basis of a martian rocket complex as typical structure, the compartment or group of compartments where during flights there is a crew is. The compartment possesses all means of life-support, safety, management, communication{connection} and the control. The opportunity of repair of the basic systems and boards as a whole is provided.
Still recently a subject of general discussion of scientists and designers was a problem of creation of artificial gravitation. Last achievements of piloted astronautics allow to approve{confirm} enough definitely, that the person without harm for health can transfer{carry} conditions of weightlessness. It essentially simplifies piloted martian system.
The following part of a complex is a landing compartment which after branch from the core remaining in an orbit around of Mars, carries out landing{planting} in the planned area. At a sufficient stock of power of a martian complex landing{planting} can be carried out in an active mode, on working brake and landing engines. Saving weight of a space complex, landing{planting} can be carried out by planning, using an atmosphere of a planet, with inclusion if necessary engines of maneuver for maintenance of soft landing{planting} the module on a surface of a planet. Naturally, landing reference point will be in advance chosen point of landing{planting}. With this purpose at a preliminary stage due inspection of area by automatic space vehicles and emission on a surface of a planet of directing navigating means is provided.
The landing compartment is equipped with all necessary means of research of a planet. Work on selection of a ground and the analysis of an opportunity of selection of breeds from deep layers, including for search possible{probable} залегания waters is provided. For inspection of area of landing{planting} or objects of studying mars rovers will be used.
The block of returning of crew from a surface of Mars is a martian rocket with corresponding{meeting} impellent installation. The crew with materials of researches, having reached{achieved} an orbital compartment, is overloaded, отстыковывает the block of returning, and the orbital ship begins the way to the Earth, having included mid-flight engines. In nine months the ship reaches{achieves} sphere of gravitational action of the Earth, the crew and a cargo move to the lowered device, are separated from the orbital ship which, continuing movement on an elliptic orbit, becomes the satellite of the Sun. Brake engines of the lowered device reduce speed of its{his} movement, it{he} enters into an atmosphere, рикошетируя brakes and carries out program flight in an atmosphere. Having reached{achieved} the comprehensible speed, the lowered device throws out parachutes and lands.
Development of all piloted complex for flight to Mars today is a problem{task} only " engineering sweat ": essentially problem anything is not present. In the certain measure, all this is already tested and approved.
The main task is development of mid-flight engines of a martian rocket train. Engines - landing to Mars and take-off from Mars, brake, - problems do not give rise to engines of orientation and correction of a trajectory.
The martian rocket train can be supplied by mid-flight impellent installation for dispersal till second space speed of a traditional kind, for example oxygen-hydrogen or oxygen-керосиновой. However chemical engines, possessing the big draft, demand enough greater{big} замесов fuel. By some calculations, the weight of a martian train with crew can reach{achieve} two thousand tons. Many start-up of rockets-carriers{-bearers} for "carrying out" of fragments of a space rocket on circumterraneous пбиту and their subsequent assembly Is required. At application of aerodynamic braking the lowered device the weight of a rocket train can be reduced by Mars more than twice.
At application of engines of the small draft based{founded; established} on power installations, developing{producing} the electric power which is heating up a working body, for example ксенон, up to temperature of the order 800╟С, and the expiration with the big speed, the rocket train can become easier - up to 500 т in a circumterraneous orbit. The prize in weight turns out due to high specific draft of such engine. A source of the electric power can be solar batteries or nuclear reactors. Engines of small draft work continuously during flight, monotonously adding speed of movement of a train.
The preference is given a variant based{founded; established} on use for interplanetary flight of the most economic type of the engine, existing in the nature, - electrojet. The electricity for it{him} will be given with solar batteries.
The martian ship consists of three basic parts: the inhabited block, the device for landing{planting} to a surface and a solar tow.
It is supposed, that the initial weight of a complex will make 350 т, including: the inhabited block - 80 т, the landing device - 60 т, the device of returning to the Earth - 10 т. A solar tow, on which two panels of solar batteries will fasten (everyone in the size 200х200) will have weight 40 т, and 160 more т fuel. The crew from four person will be on a surface of Mars of 7 day, and the general{common} duration of expedition{dispatch} will make 720 day.
It is already made a lot of suitable for preparation for the first interplanetary flight:
The rocket of the "Energia", capable to deduce{remove} into a circumterraneous orbit a part of the martian ship is created, the automatic system of joining for its{his} assembly is fulfilled, serious experience on long stay in space is got. There are no special problems with creation of the inhabited block of the ship: experience on creation of orbital stations and their systems in this sense is very important. Appreciable successes in creation of electrojet engines are reached{achieved}: already today their characteristics are comprehensible to the martian ship.
At orbital stations greater{big} work on working off of developed{unwrapped} uniform designs which will be used for film solar batteries of the ship is spent.
Finally, потребные power expenses for flight from the Earth to planets essentially increase with removal{distance} of an orbit of a planet of purpose{assignment; destination} from the center of the Earth. The aspiration to reduce power expenses or time of flight has led to use of flights by other planets with the purpose of the directed change of heliocentric speed of movement due to influence of a proflied planet on a spacecraft. It refers to пертурбационным as maneuver. It is possible to carry out the Earth-Венера-Меркурий with the power expenses close to what are necessary only for flight to Venus weeds. At the same time, direct flight to Меркурию will demand expenses for an increment of speed approximately three times more, than for flight to Venus.
Basically realization of flight to Mars does not depend on dates of realization of expedition{dispatch}, and depends only on speed, потребной for start from a circumterraneous orbit. However, if to consider only power expenses optimum there are "seasonal" dates of oppositions. Reduction of time of expedition{dispatch} is very essential to flight of a space vehicle with crew onboard. Necessary power expenses for such "accelerated" variants of flight it is more, than for the variants close to гомановским to flights (without taking into account gravitational fields of planets).
In process of increase in starting speed duration of expedition{dispatch} to Mars will be to decrease in the beginning, certainly, but not in such degree as we would wish it{this}. If to increase speed up to 15 km/s, time of flight will be reduced from 259 day till 79,1 day, but expectation on Mars a symmetric trajectory not only will not be reduced, but even becomes more long: from 454 day will increase till 775,5 day. As a result the general{common} prize on time will appear very insignificant.
At increase in starting speed up to 15,8 km/s we are expected with a surprise: in this case flight can occur{happen} on such trajectory owing to which time of the compelled{forced} expectation for Mars will appear equal to zero. Thus, the spacecraft will be compelled{forced} to come back at once to the Earth, and duration of all expedition{dispatch} would be reduced till 149,8 day - instead of 2 years and 8 months. However, while all this in the theory.
On expedition{dispatch} small time for which Mars and the Earth will not have time to miss strongly yet in space is allocated{removed}. Otherwise it{she} should wait for the whole two years that planets have appeared in the necessary points of orbits. Start can occur{happen} only in an estimated time - time of "season".
Special interest, from the point of view of improvement of characteristics of flight to Mars, schemes{plans} in which or before achievement of Mars, or after returning to the Earth flight about Venus is carried out, with the purpose of use of gravitational influence on formation of the subsequent trajectory represent. The total power expenses connected with the message to a space vehicle of characteristic speed, a ultimate goal necessary for achievement - Mars, in view of opposition of planets, can appear smaller if flight will be carried out by flight through Venus. In these cases flight can be reduced in the general{common} duration till 500 day, instead of 600 settlement in other combinations of trajectories of flight.
The increase in a payload and reduction of time of flight to Mars and planets can be received with application of the electric rocket engine. This engine has small draft, but a high specific impulse.

Original version of the text

Отечественные намётки

С основными концепциями программы исследования Марса в 1988 г. выступил Главкосмос в брошюре "СССР в космосе. 2005 г."
Программа исследования Марса предусматривала несколько этапов.
Этап 1 (1991-1996 гг.):
- отработка техники посадки на поверхность Марса;
- отработка методов и средств отбора образцов грунта;
- получение детальных изображений поверхности, глобальных данных по химическому составу грунта, по распределению температуры и влаги, мощности осадочных образований и глубины залегания коренных пород и криолитосферы;
- магнитная и гравитационная съемка, то есть получение всех необходимых данных для научно обоснованного выбора места посадки будущей экспедиции и ее безопасности.
Схема миссии: запуск искусственного спутника Марса с большим набором научной аппаратуры, состоящим из оптического, спектрометрического, масс-спектрального, локационного и плазменного комплексов приборов.
В выбранном месте произойдет отделение спускаемого аппарата с малым марсоходом от спутника. В процессе спуска - отделение аэростатного зонда с одновременным отбросом пенетраторов.
Зонд осуществляет полет в атмосфере Марса на высоту 2-6 км в течение 6-10 дней (ночью садится на поверхность) по трассе протяженностью в несколько тысяч километров.
Марсоход оборудован грунтозаборным устройством и комплексом приборов для анализа грунта, телевизионными камерами, позволяющими осмотреть панораму поверхности, проверить правильность выбора площадок для взятия наиболее информативных образцов марсианских пород.
Этап 2 (1996-2005 гг.):
- доставка образцов марсианских пород на Землю для их детального геохимического и биологического исследования.
Схема миссии: одновременный запуск к Марсу орбитального и спускаемого аппаратов. На последнем находится большой марсоход, который после предварительного анализа образцов грунта складирует отобранные пробы в контейнер. Контейнер автоматически перегружается во взлетный модуль, который доставляется на орбиту Марса, где происходит его стыковка с орбитальным космическим аппаратом. Затем контейнер перегружается в возвратную ракету, которая и направляется к Земле.
Марсоход со временем активного существования до 5 лет должен иметь на борту телевизионный комплекс и обладать возможностью использования различных методов отбора проб: бурение на глубину нескольких метров, выборка из больших каменных глыб, возвратный вибропенетратор.
Этап 3 (2005-2015 гг.):
В настоящее время наиболее устоявшийся сценарий пилотируемой экспедиции на Марс предусматривает полет по орбитально-десантной схеме, с прямым аэродинамическим входом корабля возвращения с экипажем в атмосферу Земли. Состав экспедиционного комплекса в этом случае включает:
- марсианский орбитальный корабль для обеспечения жизнедеятельности экипажа из 4-6 человек в течение полутора-двух лет;
- посадочный корабль для доставки на поверхность Марса экипажа из двух-трех человек и оборудования, обеспечивающего его работу и жизнедеятельность в течение одного месяца;
- корабль возвращения на Землю, позволяющий вход в атмосферу с пролетной траектории со второй (или несколько большей) скоростью;
- энергетические и двигательные установки, обеспечивающие все межпланетные и орбитальные динамические операции.
Тип двигательно-энергетической установки межпланетного марсианского комплекса и ее технические характеристики определяют стоимость всего проекта и потребную суммарную массу комплекса.
Прорабатывались различные варианты. Использование жидкостных ракетных двигателей, хотя они и наиболее отработаны в ракетно-космической практике СССР и США, приведет к значительной суммарной массе комплекса на орбите Земли (до 2000 т) и поставит серьезные научно-технические проблемы по выведению и сборке разгонных ракетных блоков и длительному хранению криогенных компонентов топлива на орбите старта.
Создание двигательных установок, использующих энергию ядерного реактора, позволило бы значительно снизить суммарную массу марсианского комплекса на орбите старта. Это ядерный двигатель большой тяги (до 1000 т) или ядерная электрореактивная двигательная установка (до 400-500 т). Конечно, наиболее предпочтительна разработка электро-ядерного ракетного двигателя, тем более что ее использование в будущем может значительно облегчить создание транспортной межпланетной системы, способствующей расширению сферы деятельности человека в космосе.
В сентябре 1987 г., на форуме в Москве, были доложены планы дальнейших исследований Марса, в разработке которых активное участие принимал Институт комических исследований. Программу планировалось реализовать в несколько этапов. Первый предполагалось начать в 1994 г. запуском двух аппаратов, каждый из которых включал бы в себя орбитальный блок для дистанционных исследований, спускаемый модуль, несущий на борту аэростатную станцию, марсоход, малые метеомаяки, зонды-пенетраторы для исследования физико-химических свойств грунта. В ходе полета от орбитального аппарата отделяется небольшой субспутник для прецизионных траекторных измерений системы "орбитальный аппарат-субспутник". Подробное изложение этой программы публиковалось Ю.Зайцевым в декабре 1988 г., когда еще оставалась надежда на нормальный полет "Фобоса-2".
Основная задача орбитального аппарата - обзорная и детальная съемка поверхности планеты. Рассматривалась и возможность возвращения отснятых фотоматериалов с орбиты Марса на Землю.
В состав научной аппаратуры должны были входить также бортовой инфракрасный радиометр, длиннoвoлнoвoй радиолокатор, гамма-спектрометр, магнитометр и плазменный комплекс.
Для аэростатного зондирования предполагалось использовать аэростат, который совершает полет только днем, а ночью опускается на поверхность планеты. Он должен состоять из двух связанных между собой шаров - большого нижнего, представляющего собой открытую пластиковую оболочку с марсианским "воздухом", и малого герметичного верхнего из майларовой пленки, заполняемого водородом или гелием. Параметры конструкции нижнего шара подбираются таким образом, чтобы он приобретал подъемную силу только в светлое время суток под действием нагреваемой солнечными лучами заполняющей его смеси газов. Использованием этого принципа в конструкции аэростата предполагалось обеспечить перемещение гондолы с научной аппаратурой на значительные расстояния от места посадки спускаемого аппарата. Имеющиеся данные о динамике атмосферы Марса позволяют просчитать возможные траектории полета аэростата и выбрать наиболее интересные из них.
Не менее трудная техническая проблема - управление марсоходом, если принять во внимание сложность осуществления связи на расстоянии в миллионы километров. Марсоход должен, например, уметь обходить препятствия, которых двадцать-тридцать минут назад еще не было на пути. Примерно столько же времени понадобится радиосигналу, чтобы преодолеть расстояние от Марса до Земли и обратно. Решение проблемы видится в том, чтобы сделать марсоход системой-экспертом, придав ей определенные "интеллектуальные" способности. В этом случае Земля будет определять стратегию работы, а сам робот - тактику ее проведения.
Помимо телевизионной системы, марсоход предполагалось оснастить лазерным дальномерным устройством для прокладки курса и управления движением.
Навигационное оборудование марсохода должно обеспечить решение двух основных задач: выход в заданные целевые районы и координатную привязку маршрута.
Привязку точки посадки и трассы марсохода к местности планировалось осуществить независимо: по данным счисления пути, астрономических наблюдений (Солнце, звезды), а также с помощью специальной системы, включающей в себя комплекс средств для подъема телевизионных камер на высоту от нескольких десятков до сотен метров над поверхностью Марса. Эта система позволит осматривать район размером сто на сто метров, с разрешением лучше одного метра, что даст возможность осуществить высокоточную привязку местоположения марсохода к фотоплану марсианской поверхности. Планировалось использовать три вида средств подъема: аэростатные (баллон), аэродинамические (воздушный змей) и баллистические. Последний тип средств рассматривается как резервный.
Дальность передвижения марсохода должна достигать сотен километров. Скорость его определит энергетика, а зависеть она будет от рельефа местности и научной программы на трассе движения. В качестве источника питания предполагалось использовать либо солнечные батареи, либо изотопные термоэлектрогенераторы.
Программа научных исследований для марсохода предполагалась очень обширной, включая вибропросвечивание глубинных недр планеты, с целью выяснения ее внутреннего строения. Марсоход позволит также получить большую серию панорамных снимков по трассе движения. С его помощью можно было бы осуществить и сбор образцов пород с поверхности большой площади, находящейся на глубине в несколько метров. Забор образцов грунта из глубинных слоев планеты особенно важен с точки зрения его последующего биологического анализа. Затем марсоход мог бы служить радиомаяком на выбранной им площадке для "приземления" будущего посадочного аппарата, оборудованного возвратной ракетой для доставки на Землю марсианского грунта. Будет установлен на марсоходе и метеокомплекс.
Изучение метеоусловий на Марсе - важная задача первого этапа запланированных исследований планеты. С этой же целью намечалось создание сети из десяти малых долгоживущих (более года) метеомаяков на поверхности Марса. Основное их назначение - прямые измерения метеорологических параметров для изучения общей циркуляции атмосферы и прогнозирования метеоусловий для текущей и будущих миссий. Преимущества такой сети - глобальность охвата, возможность сброса датчиков в особо интересные районы (каньоны, старые русла рек), малодоступные для исследования другими средствами.
Пенетраторы, помимо изучения физико-химических свойств грунта планеты, позволят получить данные о ее внутреннем строении. Несколько пенетраторов образуют сеть стационарных пунктов, обеспечивающих длительные сейсмические наблюдения.
Не меньшей сложностью отличается и следующий этап программы исследования Марса. Его главная цель - доставка на Землю образцов марсианского грунта. Срок реализации - одно из ближайших, после 1994 г., астрономических "окон".
Возможности осуществления межпланетного перелета с минимальными затратами энергии и за минимальное время (6-8 месяцев) будут повторяться примерно каждые два года. Доставка грунта с Марса планировалась к выполнению в 1996 или 1998 г.
Вариант реализации этого этапа исследований - запуск двух автономных аппаратов. Один из них совершит посадку на поверхность Марса, другой станет его спутником. Посадочный аппарат должен был иметь на борту взлетную ракету и небольшой марсоход для сбора грунта на некотором удалении от места посадки. Марсоход оборудуется манипуляторами и грузозаборным устройством, которое позволит взять образцы с достаточно большой глубины.
Взлетная ракета может доставить грунт к орбитальному аппарату, состыковаться с ним, после чего образцы перегружаются в специальный, возвращаемый к Земле модуль второго аппарата. При подлете к нашей планете этот модуль перехватывается орбитальной станцией.
Было бы целесообразно выполнить первичный анализ марсианского грунта на борту станции. Это позволило бы решить проблему карантина, исключающего заражение нашей планеты внеземными организмами, как бы ни мала была такая вероятность.
Следующим этапом марсианской программы планировалась работа на планете в 2000-2005 гг. крупных марсоходов с большим временем активного существования и дальностью передвижения свыше тысячи километров. Затем в 2010 г. можно было бы реализовать комбинированную экспедицию с высадкой марсоходов и забором грунта из двух-трех мест, удаленных друг от друга на большие расстояния. И наконец, к 2015 г. были бы обеспечены необходимые условия для пилотируемой экспедиции на Марс с высадкой космонавтов на его поверхность.
В качестве базового комплекса для осуществления марсианской программы планировалось использовать автоматические аппараты нового поколения - так называемые "высокоинтеллектуальные космические роботы". Первым практическим опытом применения этих аппаратов стал проект "Фобос".
Уже на первых стадиях создания нового аппарата его разработчики имели в виду перспективы исследований Марса, поэтому они старались обеспечить максимальную преемственность конструкции и систем для выполнения комплексной программы экспериментов.
Запуски таких аппаратов планировалось осуществить с помощью высоконадежной ракеты "Протон".
Иначе выглядит программа исследований Марса, если использовать новую ракету-носитель "Энергия". В этом случае одним стартом можно было бы решить в принципе все основные задачи программы. Предварительные оценки показывают, в частности, что одной ракетой-носителем "Энергия" могут быть доставлены на Марс сразу три марсохода - один тяжелый, с возможностью глубокого бурения, и два легких, несколько кассет с десятью метеомаяками каждая и большое количество пенетраторов. Удастся снять и весовые ограничения в решении проблем доставки грунта с Марса и возврата фотопленки с околомарсианской орбиты. Можно было бы попытаться одновременно доставить грунт и с марсианского спутника Фобос.
В варианте использования ракеты-носителя "Энергия" перспективная марсианская программа выглядит следующим образом.
Первый этап (1994-1996 гг.)
Проведение глобальных исследований поверхности и атмосферы Марса с помощью комплекса тяжелых автоматических аппаратов и детальное изучение наиболее интересных участков его поверхности методами дистанционного зондирования с борта базовой станции на близкой к круговой полярной орбите (высота 200-300 км).
Далее - исследование поверхности прямыми методами с использованием марсоходов, буровой установки, пенетраторов; изучение атмосферы с помощью аэростатов, малых метеорологических зондов и внутреннего строения планеты методами сейсмо- и электромагнитного зондирования. Одной из главных задач этого этапа исследований является поиск наиболее интересного места для посадки пилотируемой экспедиции и получение информации о природных условиях Марса.
Второй этап (2000-2005 гг.)
Задача второго этапа - натурная отработка основных элементов пилотируемой экспедиции. Предусматривалось детальное изучение отдельных районов и доставка на Землю образцов марсианского грунта. Практически это будет генеральная репетиция пилотируемой экспедиции, но без экипажа.
Впервые межпланетный перелет проектировалось совершить с помощью ядерной электрореактивной двигательной установки. Важнейшая ее особенность - очень высокая скорость истечения газа. При этом рабочего тела для электрореактивного двигателя требуется в 15-20 меньше, чем для жидкостных двигателей. Это значит, что может быть увеличена масса полезной нагрузки корабля.
Третий этап (2005-2010 гг.)
Пилотируемая экспедиция на Марс.
Новая программа была изложена советскими ответственными лицами в ходе коллоквиума по результатам драматичной экспедиции "Фобос 88-89 гг.", организованного в конце октября 1989 г. Национальным центром космических исследований Франции.
Программа по исследованию Марса по планам должна осуществляться в два этапа. На первом этапе, который продлится с 1994 по 2001 г., должны были быть запущены усовершенствованные автоматические аппараты прежде всего для более подробного изучения этой планеты, а также для исследования местности с целью подготовки высадки человека на Марс, которая запланирована на втором этапе программы, но уже не ранее 2020-2030 годов.
На первом этапе вырабатывается стратегия, предусматривающая исследование Красной планеты в рамках экспедиции "Марс-94". Затем, в ходе операции "Марс-Фобос-94", предусматривалось произвести отбор образцов грунта Фобоса, спутника Марса. Одновременно планировалось проводить исследование астероидов в рамках экспедиции "Астероиды" ("ASTER"). Далее, на борту космического аппарата "Марс-94" на планету предполагалось отправить марсоход. Этот подвижный робот должен исследовать планету в поисках места для отбора образцов грунта, который планировалось провести в ходе экспедиции "Марс-2001". Предполагалось, что все эти экспедиции будут осуществлены на базе космического аппарата "Фобос". Запуск будет произведен с помощью ракеты-носителя "Протон".
Одновременно ученые планировали изучать другие планеты и тела Солнечной системы. В частности, в 1966 г. намечалось провести первое непосредственное исследование астероидов в рамках экспедиции "Астероиды", а также отправить в 2003 г. космический зонд к Меркурию. До настоящего времени только одним аппаратом - американским "Маринером-10" - был осуществлен в 1974 г. пролет самой близкой к Солнцу планеты.
В ходе экспедиции "Марс-94" планировалось осуществить с помощью ракеты-носителя "Протон" в октябре 1994 г. запуск двух зондов массой по 6 т (на базе усовершенствованного аппарата "Фобос"), которые должны были выйти на орбиту вокруг Марса в сентябре 1995 г. и оставаться на ней в течение года (до конца 1996 г.). С каждого из зондов должны были быть сброшены на поверхность планеты один аэростат, два или три пенетратора, три или четыре малые автономные станции, а также одна или несколько крупных станций.
Франция осуществит доставку аэростатов, около десяти научных приборов, предназначенных для установки на борту советских орбитальных аппаратов, и ретранслятора данных, устанавливаемого на американском "Марс обсервер", который должен был быть запущен с помощью ракеты "Титан-3" в сентябре 1992 г.
Следующим этапом программы является экспедиция "Марс-Астероиды-96", перед которой стоит двойная задача. С одной стороны, речь идет о запуске межпланетного аппарата, который в начале 1999 г. сблизится с Фобосом для отбора образцов его грунта и затем доставит их на Землю в начале 2001 г., с другой стороны, - о посылке аппарата в астероидный пояс.
Космический аппарат "Астероид", который намечалось запустить 13.12.1996 г., должен был сблизиться с Марсом 8.10.1997 г., чтобы затем осуществить последовательный облет пяти астероидов: Фортуна (Fortuna) 17.09.1998 г., Гармония (Harraonia) 26.11.1998 г., Веста (Vesta) 14.06.1999 г., Халдей (Haldey) 12.10.1999 г. и Джува (Juewa) 22.07.1999 г., который является более значительным, чем несостоявшийся франко-советский проект "Веста". Планировался сброс двух пенетраторов и на это "малое тело".
Затем была запланирована экспедиция "Марс-98". В конце 1998 г. планировался запуск двух аппаратов, экспедиция которых должна была продлиться четыре года и завершиться к концу 2003 г. Каждый аппарат должен доставить на Марс большой марсоход массой 500 кг, на котором будет установлена научная аппаратура массой 150 кг, включая пенетратор, предназначенный для отбора образцов грунта. Марсоход, продолжительность активного существования которого составит около одного года, будет иметь автономное управление, что позволит ему пройти расстояние от 100 до 150 км.
Ключевым этапом программы является экспедиция "Марс-2001". В начале 2001 г. к Марсу планировались запуски двух аппаратов четырьмя ракетами "Протон" или одной тяжелой ракетой "Энергия", которая способна сразу вывести на траекторию полета к Марсу полезную нагрузку массой 28 т. Один из аппаратов доставит на планету малый марсоход, который отберет образцы пород и поместит их в возвращаемый аппарат, предназначенный для взлета и стыковки на орбите Марса со вторым аппаратом. Этот второй аппарат доставит на Землю в конце 2005 г. 1 кг марсианского грунта.
Размеры и конструкция марсохода прорабатываются. Рассматриваются два варианта. Большой марсоход длиной 2 м имеет 6 колес диаметром 60 см. Масса марсохода 350 кг. Длина малого марсохода около 1 м, масса 70 кг, масса научных приборов 15 кг. За сто суток он пройдет расстояние около 200 км. Марсоход имеет автономное управление, и будет преодолевать препятствия независимо от команд с Земли.
Космический летательный аппарат "Марс обсервер" должен быть запущен за два года до запуска советской межпланетной станции и будет нести на борту радиотрансляционную аппаратуру, предназначенную для получения как можно большего количества информации от этой станции.
Марсианская экспедиция будет продолжаться около двух лет. Экипаж из 4-6 человек проведет на Марсе не более двух недель.
Основой марсианского ракетного комплекса, как типовой структуры, является отсек или группа отсеков, где во время полетов находится экипаж. Отсек обладает всеми средствами жизнеобеспечения, безопасности, управления, связи и контроля. Предусматривается возможность ремонта основных систем и борта в целом.
Еще недавно предметом всеобщего обсуждения ученых и конструкторов была проблема создания искусственной гравитации. Последние достижения пилотируемой космонавтики позволяют утверждать достаточно определенно, что человек без вреда для здоровья может перенести условия невесомости. Это существенно упрощает пилотируемую марсианскую систему.
Следующая часть комплекса - это посадочный отсек, который после отделения от основного, остающегося на орбите вокруг Марса, осуществляет посадку в запланированном районе. При достаточном запасе энергетики марсианского комплекса посадка может осуществляться в активном режиме, на работающих тормозных и посадочных двигателях. Экономя массу космического комплекса, посадка может осуществляться планированием, используя атмосферу планеты, с включением при необходимости двигателей маневра для обеспечения мягкой посадки модуля на поверхность планеты. Естественно, посадочным ориентиром будет заранее выбранная точка посадки. С этой целью на предварительном этапе предусматривается должное обследование района автоматическими космическими аппаратами и выброс на поверхность планеты направляющих навигационных средств.
Посадочный отсек оснащается всеми необходимыми средствами исследования планеты. Предусматривается работа по отбору грунта и анализу возможности отбора пород из глубинных пластов, в том числе для поиска возможного залегания воды. Для обследования района посадки или объектов изучения будут использоваться марсоходы.
Блок возвращения экипажа с поверхности Марса - это марсианская ракета с соответствующей двигательной установкой. Экипаж с материалами исследований, достигнув орбитального отсека, перегружается, отстыковывает блок возвращения, и орбитальный корабль начинает свой путь к Земле, включив маршевые двигатели. Через девять месяцев корабль достигает сферы гравитационного действия Земли, экипаж и груз перемещаются в спускаемый аппарат, отделяются от орбитального корабля, который, продолжая движение по эллиптической орбите, станет спутником Солнца. Тормозные двигатели спускаемого аппарата снижают скорость его движения, он входит в атмосферу, рикошетируя тормозит и осуществляет программный полет в атмосфере. Достигнув приемлемой скорости, спускаемый аппарат выбрасывает парашюты и приземляется.
Разработка всего пилотируемого комплекса для полета к Марсу сегодня - это задача только "инженерного пота": принципиально проблемного ничего нет. В определенной мере, все это уже опробовано и апробировано.
Главной задачей является разработка маршевых двигателей марсианского ракетного поезда. Двигатели - посадочные на Марс и взлетные с Марса, тормозные, двигатели ориентации и коррекции траектории - проблем не рождают.
Марсианский ракетный поезд может быть снабжен маршевой двигательной установкой для разгона до второй космической скорости традиционного вида, например кислородно-водородной или кислородно-керосиновой. Однако химические двигатели, обладая большой тягой, требуют достаточно больших замесов топлива. По некоторым расчетам, масса марсианского поезда с экипажем может достичь двух тысяч тонн. Потребуется много пусков ракет-носителей для "выноса" фрагментов космической ракеты на околоземную пбиту и последующей их сборки. При применении аэродинамического торможения спускаемого аппарата на Марс масса ракетного поезда может быть уменьшена более чем в два раза.
При применении двигателей малой тяги, основанных на энергетических установках, вырабатывающих электроэнергию, нагревающую рабочее тело, например ксенон, до температуры порядка 800╟С, и истечении с большой скоростью, ракетный поезд может стать легче - до 500 т на околоземной орбите. Выигрыш в массе получается за счет высокой удельной тяги такого двигателя. Источником электроэнергии могут быть солнечные батареи или атомные реакторы. Двигатели малой тяги работают непрерывно в процессе полета, монотонно прибавляя скорость движения поезда.
Предпочтение отдается варианту, основанному на использовании для межпланетного перелета самого экономичного типа двигателя, существующего в природе, - электрореактивного. Электричество для него дадут солнечные батареи.
Марсианский корабль состоит из трех основных частей: жилого блока, аппарата для посадки на поверхность и солнечного буксира.
Предполагается, что первоначальная масса комплекса составит 350 т, в том числе: жилого блока - 80 т, посадочного аппарата - 60 т, аппарата возвращения на Землю - 10 т. Солнечный буксир, на котором будут крепиться две панели солнечных батарей (каждая размером 200х200 м) будет иметь массу 40 т, и еще 160 т топлива. Экипаж из четырех человек будет находиться на поверхности Марса 7 суток, а общая продолжительность экспедиции составит 720 суток.
Уже сделано много пригодного для подготовки к первому межпланетному полету:
создана ракета "Энергия", способная вывести на околоземную орбиту часть марсианского корабля, отработана автоматическая система стыковки для его сборки, приобретен серьезный опыт по длительному пребыванию в космосе. Нет особых проблем с созданием жилого блока корабля: опыт по созданию орбитальных станций и их систем в этом смысле очень важен. Достигнуты заметные успехи в создании электрореактивных двигателей: уже сегодня их характеристики приемлемы для марсианского корабля.
На орбитальных станциях проводится большая работа по отработке разворачиваемых форменных конструкций, которые будут использованы для пленочных солнечных батарей корабля.
В конечном счете, потребные энергетические затраты для перелета от Земли к планетам существенно увеличиваются с удалением орбиты планеты назначения от центра Земли. Стремление уменьшить энергетические затраты или время полета привело к использованию пролетов мимо других планет с целью направленного изменения гелиоцентрической скорости движения за счет воздействия пролетаемой планеты на космический корабль. Это называется пертурбационным маневром. Можно осуществить полет Земля-Венера-Меркурий с энергетическими затратами, близкими по значению к тем, которые необходимы только для полета к Венере. В то же время, непосредственный полет к Меркурию потребует затрат на приращение скорости примерно в три раза больше, чем для полета к Венере.
В принципе реализация полета на Марс не зависит от дат осуществления экспедиции, а зависит только от скорости, потребной для старта с околоземной орбиты. Однако, если принимать во внимание только энергетические затраты, то оптимальными оказываются "сезонные" даты противостояний. Сокращение времени экспедиции очень существенно для полета космического аппарата с экипажем на борту. Необходимые энергетические затраты для таких "ускоренных" вариантов полета больше, чем для вариантов, близких к гомановским перелетам (без учета гравитационных полей планет).
По мере увеличения стартовой скорости продолжительность экспедиции на Марс будет, конечно, вначале уменьшаться, но не в такой степени, как мы этого желали бы. Если увеличить скорость до 15 км/с, время полета сократится с 259 суток до 79,1 суток, но ожидание на Марсе симметрической траектории не только не сократится, но даже станет более продолжительным: с 454 суток увеличится до 775,5 суток. В результате общий выигрыш по времени окажется очень незначительным.
При увеличении стартовой скорости до 15,8 км/с нас ожидает сюрприз: в этом случае полет может происходить по такой траектории, благодаря которой время вынужденного ожидания на Марсе окажется равным нулю. При этом, космический корабль вынужден будет сразу возвращаться на Землю, а продолжительность всей экспедиции сократилась бы до 149,8 суток - вместо 2 лет и 8 месяцев. Правда, пока все это в теории.
На экспедицию отводится небольшое время, за которое Марс и Земля еще не успеют сильно разойтись в пространстве. В противном случае ей придется ждать целых два года, чтобы планеты оказались в нужных точках орбит. Старт может происходить только в расчетное время - время "сезона".
Особый интерес, с точки зрения улучшения характеристик полета к Марсу, представляют схемы, в которых либо до достижения Марса, либо по возвращении к Земле осуществляется пролет около Венеры, с целью использования гравитационного влияния на формирование последующей траектории. Суммарные энергетические затраты, связанные с сообщением космическому аппарату характеристической скорости, необходимой для достижения конечной цели - Марса, с учетом противостояния планет, могут оказаться меньшими, если полет будет осуществляться пролетом через Венеру. В этих случаях полет может быть сокращен в общей продолжительности до 500 суток, вместо 600 расчетных в других сочетаниях траекторий полета.
Увеличение полезного груза и сокращение времени полета к Марсу и планетам можно получить с применением электрического ракетного двигателя. Этот двигатель имеет малую тягу, но высокий удельный импульс.