Пылевые бури

Четвертый дракон, марсианская пылевая буря, самый старый из всех и уже потерял несколько зубов, особенно после того как выяснилось, что у ученых, изучающих атмосферу Марса, главных потенциальных приобретателей выгоды, нет коммерческой жилки, в отличие у других критиков миссий. Но некоторые по-прежнему его боятся. Более того, поскольку именно этот дракон является скорее преувеличением, чем иллюзией, стоит о нем поговорить.

О мощных пылевых бурях на Марсе впервые заподозрили благодаря телескопическим наблюдениям XIX века, и автоматизированные исследовательские космические программы, проводимые в Соединенных Штатах и Советском Союзе с 1960-х годов, подтвердили эту гипотезу. Орбита Марса вытянута. Во время лета в южном полушарии планета на 9 % ближе к Солнцу, чем в среднем за год, а во время зимы в южном полушарии, соответственно, на 9 % дальше от Солнца, чем в среднем за год. Такое сочетание ожидаемого летнего нагрева с дополнительным теплом, получаемым из-за сезонной близости к Солнцу, приводит к тому, что южное полушарие Марса подвержено экстремальным сезонным колебаниям температуры (а в северном полушарии, где все в противофазе, сезоны более умеренные). Во время сверххолодной южной зимы диоксид углерода из атмосферы в больших количествах осаждается на южной полярной шапке (которая состоит из водяного льда, покрытого слоем сухого льда) и поглощается антарктическим реголитом. Этот дополнительный слой замороженного и адсорбированного диоксида углерода затем вырывается обратно в атмосферу, когда в начале южного лета происходит сильный нагрев южных полярных областей. Это внезапное увеличение количества углекислого газа в атмосфере планеты настолько значительно, что атмосферное давление поднимается примерно на 12 % за несколько месяцев (годичное сезонное изменение давления почти в два раза больше), вызывая сильные ветра, которые подхватывают и переносят значительное количество пыли. Поэтому пылевые бури возникают в начале южного лета недалеко от южного полюса, а затем распространяются на север, иногда так далеко, что охватывают всю планету. Скорость ветра во время бурь достигает значения между 50 и 100 километров в час. Бури, которые повторяются периодически все южное лето, постепенно прекращаются с приходом южной осени. Как и в случае с погодой на Земле, тут действует фактор случайности: в некоторые годы бурь практически не бывает, а в другие они охватывают всю планету практически все южное лето. Однако в общем ясная погода в северном полушарии наступает весной, летом и осенью.

Вот и весь рассказ, и он устрашает. Действительно, в ноябре 1971 года, когда орбитальный аппарат США «Маринер-9» и советские зонды «Марс-2» и «Марс-3» достигли Марса, на нем бушевала глобальная пылевая буря. Четыре месяца поверхность планеты была полностью недоступна из-за пыли, и «Маринер-9» ничего не видел. Миссии «Маринер-9» это почти не повредило – аппарат просто ждал на орбите, когда погода наладится, и затем без затруднений приступил к фотографированию планеты. А вот советские спускаемые аппараты ждала другая судьба. Они были заранее запрограммированы на высадку рядом с 45° южной широты, туда они и направились, спускаясь на парашютах прямо в сердце водоворота. Оба были уничтожены.

Хотя спуск с парашютом в марсианскую пылевую бурю – явно плохая идея, все сильно меняется, если к началу пылевой бури вы уже будете на поверхности Марса. Толщина марсианской атмосферы составляет около 1 % от толщины земной атмосферы,[22] и, следовательно, динамическое давление, создаваемое марсианским ветром при скорости 100 километров в час, эквивалентно скорости ветра 10 километров в час (6 узлов) на Земле. Спускаемые аппараты миссий «Викинг-1» и «Викинг-2», а также роверы «Спирит» и «Оппортьюнити» долгие годы работали на поверхности (расчетный срок их жизни составлял 90 дней), и все они перенесли множество пылевых бурь за время своей работы. Несмотря на это никакого ущерба «Викингам», или роверам, или любому из их инструментов бури не нанесли. Кроме того, хотя пылевая буря ухудшает видимость поверхности с орбиты, локальная видимость на поверхности ухудшается незначительно. Пыль действительно уменьшает уровень освещенности, примерно как облака в пасмурный день на Земле, но для наблюдателя на поверхности Марса окружающая местность остается хорошо видна. Если речь идет о постройках, оснащенных солнечными батареями, снижение уровня освещенности из-за пылевых бурь может вызвать некоторые проблемы. Но, поскольку фотоэлектрические панели способны преобразовывать в электричество даже рассеянный пылью свет (непосредственное попадание солнечного света на панели не обязательно), потери энергии будут не очень значительными. Можно ожидать, что во время типичной сильной пылевой бури солнечные батареи будут вырабатывать примерно на 50 % меньше энергии. Таким образом, при условии что система питания обеспечивает достаточную мощность для минимального функционирования системы жизнеобеспечения на то время, пока длится буря, все должно быть в порядке. Конечно, если основную часть энергии производит либо ядерный реактор, либо радиоизотопный генератор или если большой запас энергии доступен в виде химического топлива, произведенного на Марсе (которое можно сжечь в двигателе внутреннего сгорания, чтобы включить генератор), эта проблема становится неактуальной.

Некоторые специалисты высказывали обеспокоенность тем, что пыль, поднятая во время бури, может осесть на солнечных батареях или других оптических поверхностях, таких как окна или инструменты. С этой проблем не столкнулись ни автоматические роверы, ни миссия «Викинг». Действительно, солнечные батареи «Спирита» и «Оппортьюнити» многократно очищались сильными ветрами. По-видимому, общее количество пыли, поднимаемой бурями, невелико. Для пилотируемой марсианской миссии это, конечно, не будет большой проблемой. Если солнечная панель покрылась пылью, есть простое решение: нужно послать на улицу кого-то с метлой!

Подводя итог, скажу, что пылевые бури представляют опасность только для легких объектов, которые подвержены действию аэродинамических сил (из-за большой парусности): например, воздушных шаров или спускаемых модулей с тормозными парашютами. Если посадочный модуль не использует парашют для посадки (его могут заменить высотные буйки), а спускаемому модулю «Марс Директ» парашют как раз не нужен, он пройдет через пылевую бурю так же легко, как самолет пролетает через облако. Конечно, большинство пилотов предпочло бы высаживаться на Марс в условиях полной видимости, и именно поэтому миссия «Марс Директ» предусматривает тормозной захват космического аппарата для его вывода на орбиту Марса перед посадкой. Если по прибытии хаба погода на месте посадки будет плохой, экипаж просто может дождаться окончания бури на орбите, как сделал «Маринер-9». Однако оказывается, что с 2016 до 2025 года траектории Земля – Марс для каждого года запуска могут быть выбраны так, чтобы корабли прибыли на Марс в течение сезона ясной погоды.

Пылевые бури не помешают нам добраться до Марса.