Коротко: автоматические аппараты летят до Марса примерно 6–9 месяцев. Точный срок зависит от трёх вещей: когда стартует ракета, по какой траектории идёт корабль и сколько топлива он может потратить на разгон. Люди к Марсу пока не летали. Для будущих экспедиций рассматривают перелёт такой же длительности, то есть несколько месяцев в одну сторону.
Почему нельзя просто лететь по прямой
Земля и Марс обращаются вокруг Солнца по разным орбитам и с разной скоростью. Земля делает оборот за год, Марс — примерно за 687 земных суток. Поэтому расстояние между планетами всё время меняется. В самом близком положении оно составляет около 55–60 миллионов километров. В самом далёком, когда планеты находятся по разные стороны от Солнца, — около 400 миллионов километров.
После старта корабль тоже оказывается на орбите вокруг Солнца. Гнаться за Марсом напрямую ему невыгодно. Инженеры рассчитывают траекторию так, чтобы аппарат по дуге пришёл в ту точку, где к этому моменту окажется планета. Пройденный путь при этом составляет сотни миллионов километров. Это заметно больше, чем расстояние между планетами в день запуска.
Окно запуска раз в 26 месяцев
Самый экономичный вариант — гомановская (переходная) траектория. Это половина эллипса, который касается орбиты Земли в момент старта и орбиты Марса в момент прибытия. Перелёт по идеальной гомановской траектории занимает около 8,5 месяца. Реальные траектории немного отличаются от идеальной, и миссии укладываются примерно в 6–9 месяцев.
Удобное взаимное расположение планет повторяется в среднем раз в 26 месяцев: синодический период Марса составляет около 780 суток. Поэтому в одно окно к Марсу часто стартуют сразу несколько миссий разных стран, а следующая возможность наступает только через два с лишним года.
Сколько летели известные аппараты
| Аппарат | Год запуска | Время в пути |
|---|---|---|
| «Маринер-4» (пролёт) | 1964 | около 7,5 месяца |
| «Маринер-6» (пролёт) | 1969 | около 5 месяцев |
| «Кьюриосити» (посадка) | 2011 | около 8,5 месяца |
| «Персеверанс» (посадка) | 2020 | около 6,5 месяца |
Аппарат, который только пролетает мимо планеты, может идти по более быстрой траектории: ему не нужно тормозить и выходить на орбиту. Орбитальным и посадочным миссиям приходится учитывать скорость на подлёте, поэтому для них выбирают траекторию, на которой меньше топлива уходит на торможение у Марса.
Что определяет срок полёта
- Дата старта. Чем ближе запуск к оптимальному окну, тем меньше топлива нужно для перелёта нужной длительности.
- Мощность ракеты и масса аппарата. Если разогнать корабль сильнее, путь сократится, но топлива понадобится больше.
- Задача миссии. Для пролёта, выхода на орбиту и посадки нужна разная скорость на подлёте.
- Тип двигателей. Межпланетные аппараты к Марсу разгоняют химическими ракетными двигателями. Другие схемы двигателей обсуждаются, но в пилотируемых межпланетных полётах пока не применялись.
А если полетят люди
Для экипажа длительность перелёта критична. Это месяцы в невесомости, космическое излучение и запасы воды, еды и кислорода на всё время пути. К тому же сразу вернуться нельзя: нужно ждать, пока планеты снова займут удобное положение. Поэтому в обсуждаемых проектах экспедиция вместе с перелётами туда и обратно и пребыванием на поверхности длится не месяцы, а годы.
Связь с Марсом тоже идёт с задержкой. Радиосигнал распространяется со скоростью света и проходит путь от Земли до Марса за время от примерно 3 до 22 минут, в зависимости от расстояния между планетами. Управлять марсоходом в реальном времени невозможно. Команды отправляют пакетами, а многие действия аппараты выполняют сами.
Итог
Полёт до Марса занимает в среднем от полугода до девяти месяцев. Стартовать выгодно только в окно, которое открывается примерно раз в 26 месяцев. Корабль летит не по прямой, а по дуге вокруг Солнца длиной в сотни миллионов километров.
Источники: справочные материалы NASA о миссиях «Маринер», «Кьюриосити» и «Персеверанс»; Большая российская энциклопедия, статья «Марс»; учебная литература по небесной механике (гомановская траектория).
