Марс: путь к организации постоянно действующей базы человечества
В комментариях в СМИ по поводу подписанного 18 декабря 2025 г. Дональдом Трампом указа «Обеспечение американского превосходства в космосе» (Ensuring American Space Superiority – EASS) прозвучало замечание об отсутствии «конкретики» в отношении экспедиции на Марс. Мы попробовали изучить этот вопрос и предлагаем материал, который подготовила практикант АНО «КЭП», студентка Пятигорского государственного университета, Анна Гребенькова.
В опубликованном недавно докладе «A Science Strategy for the Human Exploration of Mars» приводятся современные планы пилотируемого освоения Марса, предусматривающие разные архитектурные подходы к последовательности экспедиций. Отчет был подготовлен Национальной академия наук США (The National Academy of Sciences) по заказу НАСА на основании исследования, проведенного совместно с Национальная академия медицины и Национальной инженерной академиями США.
Один из ключевых предложенных форматов – миссия типа «30-30-300», включающая три этапа: короткую пилотируемую экспедицию продолжительностью около 30 солов (солы – марсианские сутки, продолжительностью около 24 ч 40 мин), затем беспилотную доставку грузов и инфраструктуры, и, наконец, долговременную пилотируемую миссию продолжительностью около 300 солов. В этой схеме первые два этапа играют роль «устанавливающих» миссий – они проверяют технологии, собирают базовые данные и развертывают оборудование, необходимое для длительного пребывания. Заключительный этап – длительная экспедиция – выступает «исполняющей» миссией, в рамках которой экипаж в течение 300 солов выполняет основную научную программу, используя ранее доставленные ресурсы и установки. Такой формат позволяет сначала снизить риски при короткой экспедиции, затем основательно подготовить площадку и лишь после этого приступить к полноформатному исследованию Марса человеком.
Альтернативный подход – концепция «30-30-30», предполагающая три отдельные краткосрочные пилотируемые миссии (примерно по 30 солов каждая), но на разных участках поверхности Марса. В этом сценарии каждый полёт нацелен на новый район, что расширяет охват исследований. За три последовательных экспедиции можно посетить три контрастные локации и изучить разнообразные условия на Марсе. Такая стратегия ориентирована на географическую разнообразность исследований – она даёт возможность сравнительного анализа разных областей планеты в рамках одной программы. В отличие от схемы 30-30-300, при таком подходе отсутствует промежуточная грузовая фаза: каждая миссия автономно доставляет экипаж с необходимым минимумом оборудования, выполняет научные задачи в течение месяца и возвращается.
Таким образом, «30-30-30» – это скорее серия исследовательских набегов в ключевые научные регионы, тогда как «30-30-300» – постепенное развертывание долговременной экспедиционной базы на одном месте. Оба подхода дополняют друг друга: первый обеспечивает широту охвата, второй – глубину исследований на оптимально выбранной площадке.
При организации первых экспедиций важны геохронология и геология Марса – подробное изучение геологического строения и составление хронологической шкалы эволюции планеты. Сюда относится картирование пород и структур в зоне посадки, отбор образцов различных геологических единиц (магматических, осадочных, импактных) и определение их возраста методами радиометрии. Одной из целей этой деятельности является выяснение, как эволюционировала кора и поверхность Марса, например, когда происходили основные вулканические вспышки, тектонические сдвиги, сколько длится марсианский вулканизм, когда исчезла жидкая вода с поверхности. Геохронологические данные дадут фундамент для сопоставления событий марсианской истории с Землёй и другими планетами.
Климатическая эволюция и гидрология призваны исследовать циклы воды и углекислого газа на Марсе и понять, как они изменялись со временем. Сюда же входят измерения состояния атмосферы и подповерхностных льдов, мониторинг суточных и сезонных изменений (испарение и сублимация полярных шапок, движение воды в атмосфере), а также сбор данных о прошлом климате. Отдельно выделяется изучение водного баланса: сколько воды осталось в полярных льдах, грунтовом льде, минералах; происходят ли ныне циклы осадков типа инея или локального таяния. Реконструкция климата Марса позволит ответить, как планета из относительно тёплой и влажной в раннем периоде превратилась в холодную пустыню.
Огромную роль также сыграет выяснение внутренней структуры Марса: размеров и состава ядра, толщины и структуры мантии и коры, теплового потока из внутренних областей. Хотя миссия InSight уже дала первые прямые данные (сейсмические), пилотируемая экспедиция может разместить более совершенные геофизические приборы. Например, несколько сейсмометров и приёмников для георадара, установленных людьми на разных точках, создадут сейсмическую сеть для томографии недр. Измерение теплового потока (например, посредством глубокого бура с датчиками температуры) поможет понять, насколько Марс ещё геотермально активен. Знание внутреннего устройства критично для моделей формирования Марса, возникновения его магнитного динамо в прошлом и общего сравнения с Землёй по эволюции планетарных недр.
Важно определить механизмы, управляющие атмосферой Марса, в том числе происхождение и развитие крупных пылевых бурь, делающих марсианский климат столь переменчивым. Задача предполагает непрерывный мониторинг погоды: измерение давления, температурных профилей, ветра, пылевой нагрузки. Особый акцент предстоит сделать на глобальных пылевых бурях, которые периодически охватывают всю планету: что служит триггером их возникновения, как они распространяются и затухают. Понимание атмосферы также включает изучение современной динамики CO2 (сезонное образование и испарение полярных шапок), поиски следов метана и прочих газов. Эти данные важны не только для науки о климате, но и для обеспечения безопасности будущих миссий (предсказание погоды, радиосвязь через пыль и т.д.).
Перед использованием местных ресурсов необходимо провести оценку того, какие ресурсы на Марсе могут быть использованы для поддержания долговременного присутствия человека. В первую очередь речь идёт о воде (ледниках, грунтовых льдах) и диоксиде углерода в атмосфере, из которого можно получать ракетное топливо (кислород, метан) или другие полезные вещества. Научная задача – охарактеризовать доступность и качество этих ресурсов: например, определение объёма водяного льда в породах на глубине до нескольких метров, испытание технологии плавки льда и очистки воды, экспериментальная генерация кислорода из атмосферы (как в опыте MOXIE на ровере Perseverance). Также возможно изучение реголита как строительного материала (производство кирпичей или 3D-печать из марсианского грунта). Выполнение этой задачи напрямую связано с инженерными экспериментами в ходе миссии, закладывающей основу для автономной марсианской базы в будущем. Эти научные задачи определяют программу работы экипажа на поверхности. Они тесно взаимосвязаны: например, поиск жизни связан и с гидрологией, и с геохимией пород; климатические исследования важны для понимания эволюции обитаемости; использование ресурсов является условием осуществления длительных научных миссий. Наличие соответствующих приборов у космонавтов позволит вести работу по всем направлениям, максимально раскрывая научный потенциал присутствия человека на Марсе.
Сильные стороны стратегий
Любая стратегия освоения Марса представляет собой компромисс между широтой научной программы и ограничениями реальной миссии.
Высокая научная отдача. При удачном стечении обстоятельств миссий сможет решить все ключевые научные цели в пределах единой 100-километровой зоны исследований. Благодаря длительному присутствию экипажа (300 солов) на тщательно выбранной площадке, можно собрать обширный объём разноплановых данных – геологических, атмосферных, астробиологических – что обеспечит беспрецедентное понимание Марса. Кроме того, непосредственное участие человека ускоряет исследовательский процесс: учёные-космонавты могут оперативно перенастраивать программу работ по месту, что повышает гибкость и продуктивность экспедиции по сравнению с автоматическими миссиями.
Тщательная подготовка и сниженные риски. Модель с предварительной краткосрочной миссией и грузовым этапом даёт возможность оснастить базу всем необходимым и проверить критические системы до прибытия основного экипажа. 30-дневный пилотируемая миссия-«разведка» позволяет убедиться в безопасности посадочной площадки, протестировать жизненно важные системы (жизнеобеспечение, энергоснабжение, связь) в реальных условиях Марса и даже начать сбор первых образцов. Последующий беспилотный полёт доставляет тяжёлое оборудование (например, буровую вышку, жилые модули, роверы). Такая поэтапность значительно снижает нагрузку на основной экспедиционный корабль и увеличивает шансы успешного выполнения научной программы: астронавты прибывают на уже частично обустроенную площадку с развернутой инфраструктурой. Это повышает уровень безопасности и даёт больше времени непосредственно на исследования, а не на хозяйственно-технические работы.
Уникальная возможность пилотируемых миссий – не только изучать Марс на месте, но и возвращать ценные образцы обратно на Землю практически с каждой экспедицией. Отчёт рекомендует, чтобы каждая пилотируемая миссия доставляла на Землю собранные образцы для последующего анализа в земных лабораториях.
Стратегия научного освоения Марса с участием человека, сформулированная в докладе «A Science Strategy for the Human Exploration of Mars», предлагает сбалансированный подход: сочетание долговременных экспедиций на тщательно выбранном участке с проведением там максимума исследований и краткосрочных целенаправленных миссий в разные регионы для расширения охвата. Центральное место в этой стратегии занимают поиск жизни (прошлой и настоящей), изучение истории воды и климата Марса, раскрытие тайн геологической эволюции и внутреннего строения планеты, а также отработка технологий, необходимых для устойчивого присутствия человека.
Предложенная архитектура «30-30-300» с устанавливающими и исполняющей миссиями позволяет пошагово приблизиться к сложнейшим научным задачам, минимизируя риски. Одновременно концепция «30-30-30» демонстрирует, как вариативность мест может дополнить глубину стационарных исследований. В итоге, пилотируемая миссия на Марс перестаёт быть экспедицией ради экспедиции. Она становится мощным научным проектом, где каждый астронавт фактически работает как исследователь в полевом лагере на другой планете. Успешная реализация описанной стратегии обещает не только ответить на фундаментальные вопросы о Марсе – был ли он когда-либо обитаем, как он сформировался и эволюционировал, что ждёт его климат в будущем, – но и заложить основу для следующего шага человечества в космосе: освоения Марса на постоянной основе. Такое сочетание научных и практических целей отражает новый этап космических программ, где наука и исследования становятся сердцем пилотируемых полётов.