Телеробототехника: увеличение площадей исследования

По соображениям безопасности, в то время как два члена экипажа (ученый и механик) будут находиться на выезде, двое других останутся на базе в обитаемом модуле. Таким образом, если экипаж в ровере попадет в беду, люди с базы смогут отправиться на помощь в резервном автомобиле (например, в одном из открытых роверов). В общем, на базе всегда будет не менее двух человек, а в перерывах между выездами (от одного до десяти дней каждый) – все четверо. На базе всегда есть чем заняться: это и анализ собранных образцов, и проведение различных научных и инженерных экспериментов, и участие в строительстве и техническом обслуживании оборудования. Тем не менее, поскольку главная задача первых полетов на Марс – исследование, астронавтам придется тратить какое-то время на разведку Марса. Этим они смогут заниматься, если миссию снабдят несколькими телероботами – устройствами удаленного присутствия.

Марсианские телероботы будут небольшими колесными или гусеничными передвижными устройствами, оснащенными телекамерами, микроскопами и другими научными инструментами, а также манипуляторами и радио. Управляемые с марсианской базы либо посредством коротковолнового радиоканала, либо через ареосинхронный спутник связи, эти телероботы при необходимости будут быстро приводиться в движение, так как временная задержка радиосигнала при использовании связи на Марсе окажется незначительной (время задержки сигнала от Земли до Марса и обратно достигает 40 минут, что сегодня сильно снижает эффективность работы устройства телеприсутствия). Разворачивать телероботов смогут экипажи роверов, что позволит астронавтам, остающимся на базе, подробнее исследовать участки поверхности, которые выездные команды нашли интересными, но не успели изучить самостоятельно. Телероботов также будут посылать в те места, которые слишком малы или опасны для людей, например в пещеры или узкие трещины.

Впрочем, некоторых телероботов можно будет запускать и прямо с базы, поднимая их на воздушных шарах, а затем высаживая за тысячи километров. (Воздушный шар на Марсе, по расчетам, способен пролететь 2000 километров за один день.) Траекторию полета, конечно же, задать не получится, но с учетом заранее нанесенных на карту миссиями вроде «Марс Эриал Платформ» направления и скорости ветра путь шара окажется вполне предсказуемым. Во время полета можно использовать камеры телеробота, чтобы в режиме реального времени отправлять на базу снимки – это позволит выбрать лучшее время и место для посадки системы. Оказавшись на поверхности планеты, телеробот может либо отпустить воздушный шар и тем самым связать себя с выбранной локацией на всю жизнь, либо, если ветра слабые, попытаться закрепить его якорные оттяжки в горной породе. В последнем случае после исследования выбранной области в течение нескольких часов телеробот сможет прикрепить себя к шару, сняться с якоря и отправиться на изучение какого-нибудь еще места.

В принципе, еще более выигрышным вариантом будут телероботы, способные самостоятельно летать везде, где понадобится. Один из методов сделать такое – использовать концепцию, известную как газовый прыгун.[24] В этой конструкции применяется набор солнечных панелей, которые запускают небольшой насос, втягивающий из атмосферы Марса углекислый газ и сжижающий его, а затем запасающий его в баке при давлении примерно в 10 бар. Как только набрано необходимое количество газа, солнечная энергия перенаправляется на включение резистивных нагревателей, чтобы разогреть содержащийся внутри стального сосуда слой материала с высокой теплоемкостью до температуры примерно 800 °C. Затем газовый прыгун отправляется в рейс: он заливает жидкий диоксид углерода в высокотемпературный сосуд, где тот снова принимает газообразную форму и под давлением выбрасывается из сопла, создавая ракетную тягу.

Рис. 6.1. Прототип газового прыгуна во время летных испытаний в «Пионер Астронотикс» в июле 2005 года

В «Пионер Астронотикс» мы разработали и запустили несколько таких газовых прыгунов, используя гранулы оксида магния как огнеупорное вещество, – и в виде крылатых ракетопланов, и в виде баллистических ракет, способных вертикально взлетать и садиться. Если взять огнеупорное вещество с более высокой производительностью, например гранулы бериллия или жидкий литий, то в условиях марсианской атмосферы баллистические газовые прыгуны смогут совершать прыжки длиной в 20 километров, в то время как крылатый летательный аппарат будет способен преодолеть 150 километров за один рейс. Лучше всего сделать его похожим на что-то вроде английского истребителя «Харрьер», способного взлетать и садиться вертикально, а также преодолевать большие расстояния благодаря наличию крыльев. После каждого приземления газовый прыгун выпускает небольшой ровер с дистанционным управлением, который занимается разведкой места в течение нескольких недель, пока газовый прыгун восполняет запасы углекислого газа из атмосферы. Затем, когда баки будут повторно заправлены, а двигатель разогреется до нужной температуры, ровер сам погрузится в летательный аппарат, чтобы отправиться на новое место для дальнейшего исследования.

Ни скалы, ни каньоны, ни даже небольшие горы не будут препятствием на пути летающих телероботов. Развернутые и управляемые без задержки сигнала с первой базы людей на Марсе, они сделают обширные регионы планеты доступными для научных исследований.

Телеробот, работающий в отдаленном районе, – это лучшая альтернатива личному присутствию на месте. Но лучшая альтернатива – тем не менее альтернатива, она не сравнится с основным предусмотренным способом исследования. Чтобы по-настоящему изучить Марс, нам придется отправить людей в разные районы планеты. Как это сделать? Отчасти цель может быть достигнута, если мы станем отправлять каждую очередную миссию «Марс Директ» к новому месту посадки, тем самым открывая для исследования новые участки планеты. Да, в краткосрочной перспективе нам необходимо обеспечить значительный охват исследований, но в долгосрочной перспективе такая стратегия окажется неэффективной, так как она не позволяет следующим миссиям использовать то, что оставили предыдущие. В какой-то момент после нескольких первых исследовательских миссий нужно будет сосредоточиться на каком-то одном месте и высаживать туда все дальнейшие миссии, чтобы создать большую базу. Ее ресурсов должно хватать для содержания гораздо более крупных команд астронавтов, а также для того, чтобы обеспечивать работу пилотируемых реактивных летательных аппаратов, которые предоставят этим исследователям поистине глобальный охват Красной планеты. Разработку и использование такой базы мы рассмотрим в следующей главе.