РИС. 75Прогулки
Есть ли база на Марсе: как устроен проект поселения
На Марсе с высоты глаз 1,6 м горизонт находится в 3,3 км. Пройдите десять участков проекта базы и сравните в натуральную величину все аппараты, работавшие на поверхности.
На этом устройстве не получается показать 3D-модель. Шаги экскурсии ниже можно прочитать текстом.
1 / 18 База только на бумагеЭта база представляет концепцию по исследованиям NASA; она не построена. Вы стоите на выровненной площадке южнее жилого модуля, глаза на высоте 1,6 м. WASD или стрелки для ходьбы, Space для прыжка.
Тяните для поворота. Колесо или щипок меняют масштаб.
База, которую ещё никто не построил
Есть ли база на Марсе? Пока нет: здесь показан проект небольшой базы в натуральную величину, по которой можно пройти с высотой глаз стоящего человека 1,6 м. На изображениях будущих марсианских баз обычно есть купол, ровер и красное небо. Но они редко объясняют размеры сооружений, расстояния между ними и то, как ощущался бы путь от одного к другому.
Начнём с главного: этой базы не существует. Экипаж на Марс не высаживался, и NASA не выбрало окончательную конструкцию марсианского жилья. Опубликованы исследования. Mars Design Reference Architecture 5.0 (2009) описывает длительную миссию примерно с 500 днями на поверхности, предварительной доставкой грузов, производством кислорода из местного воздуха и герметичным ровером для дальних поездок. Исследование NASA Mars Surface Habitat 2023 года рассматривает отдельный жилой модуль с открытой машиной для пересечённой местности как альтернативу проживанию в крупном герметичном ровере. Основные элементы модели взяты из этих работ. Размеры, планировка и цвета выбраны для модели.
Числа на экране имеют другую основу. Гравитация, давление, температура, продолжительность суток, расстояние до горизонта и задержка радиосигнала опираются на данные NASA. Ниже разобраны расчёты каждого значения.
Зачем жилому модулю опоры и шлюз
Жилой модуль в модели круглый, шириной 8 м. Он стоит на шести опорах, а пол находится в 1,3 м над грунтом. Приподнятый пол связан со способом доставки в плане NASA 2009 года: модуль прилетает готовым на собственном посадочном аппарате, а не собирается на поверхности. Высота помогает и против пыли: марсианские частицы достаточно мелкие, чтобы переноситься ветром и скапливаться у всего, что стоит на грунте.
С юга выступает короткая труба. Это шлюз. Экипаж входит, закрывает внутреннюю дверь и откачивает воздух обратно в жилой модуль, прежде чем открыть внешний люк. Без этого при каждом выходе весь воздух шлюза уходил бы наружу. На планете, где весь пригодный для дыхания воздух нужно привезти или произвести, это существенно.
Герметичный ровер к востоку показывает другой способ выхода. На его задней стенке два скафандровых порта: кольца для наружного крепления скафандра. Человек из кабины входит в скафандр через спину, затем отсоединяется от машины. Пыльный скафандр остаётся снаружи. Порты включены в модель, поскольку решают ту же задачу, что шлюз, но с меньшими потерями воздуха.
Солнечные панели при слабом свете
В среднем Марс находится от Солнца примерно в 1,52 раза дальше Земли. Свет распределяется пропорционально квадрату расстояния, поэтому каждый квадратный метр получает меньше энергии. В справочнике NASA для среднего расстояния Марса приведено 586,2 Вт/м² против 1361 Вт/м² для Земли. Получаем 586,2 / 1361 = 0,43, или 43%.
В модели 15 панелей стоят в три ряда с наклоном к полуденному Солнцу. В этом вымышленном месте, на 22° севернее экватора, в полдень Солнце находится на юге. Ещё одна проблема: пыль. Она оседает на стекле и снижает мощность, пока ветер или экипаж не очистят панели. Марсианские аппараты с солнечным питанием годами теряли энергию таким образом.
Солнечная установка показана потому, что её удобно рассматривать и обходить. На деле опорная архитектура NASA 2009 года предпочитала для поверхности ядерное деление: реактор даёт стабильную мощность ночью и в пыльные бури, а кислородное производство требует много электричества. Реальная база могла бы использовать один источник или оба.
Что показал MOXIE на Perseverance
По справочнику NASA марсианский воздух по объёму на 95,1% состоит из углекислого газа. Кислорода лишь 0,16%. Дышать такой смесью нельзя, но сам углекислый газ содержит кислород. При расщеплении CO₂ получаются кислород и угарный газ.
NASA проверило это на Марсе прибором MOXIE, Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, доставленным на ровере Perseverance. NASA сравнивает его размеры с микроволновой печью. Прибор забирал марсианский воздух, сжимал и электрохимически отделял по одному атому кислорода от каждой молекулы CO₂. Между посадкой 2021 года и последним запуском 7 августа 2023 года он вырабатывал кислород 16 раз. NASA приводит такие результаты:
- Всего 122 г кислорода, примерно столько небольшая собака вдыхает за 10 часов.
- Максимум 12 г кислорода в час, вдвое больше исходной цели NASA для прибора.
- Чистота не ниже 98%.
- В 16-м, последнем запуске получено 9,8 г кислорода.
MOXIE был только демонстратором. NASA называет следующим шагом полномасштабную систему, которая также сможет сжижать и хранить кислород. По планам миссий большая его часть станет ракетным окислителем для аппарата, поднимающего экипаж с Марса. Кислородная установка модели обозначает именно такую крупную систему. Золотой ящик внутри напоминает MOXIE, а две белые сферы рядом служат резервуарами.
Ходьба и прыжки при 0,38 г
В справочнике NASA средняя гравитация на поверхности Марса равна 3,73 м/с² против 9,82 м/с² на Земле. Отношение 3,73 / 9,82 = 0,38: вес составляет 38% земного. Масса не меняется, поэтому для начала движения и остановки нужно то же усилие, что дома.
Кнопка прыжка задаёт скорость отрыва 2,0 м/с, соответствующую небольшому подскоку. При движении против гравитации g высота равна h = v² / 2g, а время в воздухе t = 2v / g:
- На Марсе: h = 2,0² / (2 × 3,73) = 4 / 7,46 = 0,54 м, а t = 2 × 2,0 / 3,73 = 1,07 с.
- На Земле: h = 4 / (2 × 9,82) = 0,20 м, а t = 4 / 9,82 = 0,41 с.
Высоты отличаются в 9,82 / 3,73 = 2,63 раза. Включите земную гравитацию и прыгните снова для сравнения. Слева вверху показаны высота и время последнего прыжка. Модель точно определяет вершину даже при пропуске её между кадрами. Есть важная оговорка: настоящий скафандр добавляет большую массу, и те же ноги придавали бы человеку в нём меньшую скорость. Здесь масса скафандра не учитывается.
Разреженный холодный воздух и чуть более длинные сутки
Метеомачта возле жилья обозначает станции погоды, которые доставляют марсианские аппараты. Показания находятся слева вверху.
- Давление. Справочник даёт 6,36 mb (6,36 гПа) на среднем радиусе с сезонным изменением от 4,0 до 8,7 mb. Земной уровень моря соответствует 1013 гПа, так что на Марсе около 0,6% этого значения. Без защиты жидкости тела начали бы кипеть при таком давлении, поэтому скафандры и герметичные помещения обязательны.
- Температура. В месте посадки Viking 1 воздух менялся примерно от −89 °C перед рассветом до −31 °C днём. Средняя температура планеты в справочнике около −59 °C. При перемещении ползунка времени модель использует простую суточную кривую между крайними значениями Viking 1.
- Длина суток. Марсианские солнечные сутки, сол, длятся 24,6597 часа, то есть 24 ч 39 мин 35 с. Операторы делят сол на 24 «марсианских часа». Каждый равен 24,6597 / 24 = 1,0275 земного часа, около 61,65 минуты. Именно эти часы использует индикатор.
Почему на закате небо синеет
На дневных фотографиях роверов марсианское небо имеет карамельный или ржавый оттенок. На закате область около Солнца синеет. Curiosity NASA снял это из Gale crater 15 апреля 2015 года, на 956-й сол.
Подпись NASA к снимку PIA19400 объясняет причину. Мелкие частицы марсианской пыли легче пропускают через атмосферу синий свет, чем более длинноволновый. Поэтому синяя часть солнечного света остаётся близко к направлению Солнца. Жёлтый и красный свет рассеиваются по всему небу. Днём небо заполняет ржавый цвет пыли; на закате свет проходит гораздо больше воздуха, и синяя область у Солнца выделяется сильнее.
Небо модели рисует небольшой шейдер по этому описанию. Основная часть купола имеет цвет пыли и светлеет у горизонта. Вокруг Солнца собирается свечение. Когда оно опускается, свечение меняется с бледно-жёлтого на синее, а противоположная часть неба темнеет до коричневого. Установите время около 17:50 и посмотрите на запад.
Как далеко находится горизонт
Марс меньше Земли, поэтому поверхность раньше уходит за кривизну. Для глаза на высоте h над сферой радиуса R расстояние до горизонта d = √(2Rh + h²). Возьмём средний объёмный радиус Марса по NASA, R = 3389,5 км, и h = 1,6 м:
- d = √(2 × 3 389 500 × 1,6 + 1,6²) = √10 846 402,56 = 3293 м, около 3,3 км.
- На Земле (R = 6371 км) с той же высоты видно примерно 4515 м, или 4,5 км.
- На Луне (R = 1737,4 км) расстояние около 2358 м.
Грунт модели представляет единую сетку, опускающуюся под плоскость на x² / 2R, поэтому горизонт лежит там, где предсказывает формула. Невысокие столовые возвышенности на расстоянии от 1 до 3 км поднимаются над ним.
Разговор с Землёй с задержкой
Радиоволны распространяются со скоростью света, 299 792,458 км/с. Справочник NASA даёт расстояние между Землёй и Марсом от 54,6 до 401,4 миллиона km. Деление расстояния на скорость света даёт одностороннюю задержку:
- Минимальное расстояние: 54 600 000 / 299 792,458 = 182 с, или 3,0 минуты.
- При среднем противостоянии (78,34 миллиона km): 261 с, или 4,4 минуты.
- Максимальное расстояние: 401 400 000 / 299 792,458 = 1339 с, или 22,3 минуты.
При максимальном удалении вопрос и ответ занимают около 45 минут. Живой разговор невозможен: экипаж должен самостоятельно решать проблемы и отправлять сообщения скорее как письма. Ползунок расстояния между Землёй и Марсом пересчитывает задержку. Примерно каждые 780 дней, синодический период по NASA, то есть около 26 месяцев, Солнце проходит между планетами. Такое положение называют солнечным соединением. NASA на несколько недель прекращает отправлять команды марсианским аппаратам, в ноябре 2023 года на две недели, поскольку горячий заряженный солнечный газ может искажать радиосигналы.
Десять участков одной прогулки
База занимает десять участков одной выровненной равнины. У старта находятся жилой модуль на опорах, шлюз и первая солнечная батарея. На юге стоят разрез жилого модуля, помещение скафандров и теплица. На западе расположено энергетическое поле с малым реактором за земляным валом; на востоке кислородная установка, ледяная шахта, затем гараж роверов. Посадочная площадка находится на юго-востоке, обзорная точка с указателями и образцами пород на севере, длинное поле моделей аппаратов на юго-западе.
Откройте Участки, чтобы перейти к любому из них, Путеводитель, чтобы искать все 144 объекта по названию или типу, либо небольшую карту справа вверху. Щелчок увеличивает карту, следующий переносит в выбранное место. Каждый участок создаётся только при первом приближении, поэтому ещё не посещённые области не нагружают страницу.
Участки базы представляют концепции. Каждый опирается на реальное исследование NASA или ESA, эксперимент на Международной космической станции или земной испытательной площадке; источник указан в карточке. Поле аппаратов устроено иначе: это модели настоящих машин в реальных размерах, с датами и местами посадки по записям NASA и CNSA.
Внутри жилья: напечатанное здание в Houston
Разрез южнее двора размещён по мотивам NASA CHAPEA, Mars Dune Alpha, в Johnson Space Center в Houston. Это одноэтажное здание площадью 1700 квадратных футов, около 158 м², созданное 3D-печатью слоями из цементоподобного материала. С июня 2023 по июль 2024 года четверо добровольцев прожили в нём 378 дней в условиях имитации Марса, с задержками сообщений, ограниченными запасами и учебными выходами наружу.
NASA перечисляет четыре личных каюты, рабочие места, медпункт, общую жилую зону, кухню и участок выращивания пищи. Модель содержит те же типы помещений. Южная дверь ведёт в общую зону с круглым столом. Каюты находятся вдоль западной стены, кухня и кладовая на севере, спортзал и растения на востоке. Крыша убрана, чтобы комнаты освещало Солнце и можно было смотреть через стены.
Некоторые детали содержат важные для базы числа. Угловое убежище окружено водой и запасами, поскольку детектор Curiosity измерил среднюю дозу космических лучей на поверхности около 0,67 миллизиверта в день. Водоочиститель и поглотитель углекислого газа обозначают уже используемые на станции системы. Человек выдыхает около 1 кг углекислого газа в сутки, а базовые значения NASA для жизнеобеспечения дают 0,82 кг вдыхаемого кислорода.
Скафандровая и дорогой воздух
Внутри жилого модуля давление близко к земному на уровне моря, 1013 гПа. Снаружи в среднем 6,36 гПа. Каждый цикл заполнения и опустошения шлюза теряет воздух, если сначала не вернуть его насосом. Насос в скафандровой делает это до нескольких гектопаскалей, и наружу выходит лишь последний разреженный остаток. Поэтому шлюзы делают небольшими.
Другое решение: скафандровые порты. Скафандр висит на внешней стене, задний люк герметично соединён с кольцом. Человек входит через спину изнутри и отсоединяется. Не нужно опустошать камеру, а пыльный скафандр никогда не попадает внутрь. По той же причине такие порты используют исследования герметичных роверов NASA.
Пыль не менее важна, чем воздух. Она очень мелкая и липнет к ткани. Phoenix обнаружил в грунте примерно полпроцента перхлоратов. Они вредны человеку, поэтому в скафандровой есть щёточная станция, а грунт обрабатывают в герметичном перчаточном боксе жилого модуля.
Отключите Скафандр надет, чтобы увидеть действие внешней среды. При 6 гПа давление гораздо ниже точки кипения воды при температуре тела, и примерно через 15 секунд человек теряет сознание. Предупреждение ведёт к экспонату о пребывании в космосе без скафандра.
Выращивание пищи под красным и синим светом
Растения используют преимущественно красный и синий свет. Хлорофилл сильно поглощает красный диапазон примерно от 630 до 660 нанометров и синий около 450 нм, отражая большую часть зелёного. Поэтому лампы на станции в основном состоят из красных и синих светодиодов. Немного зелёного добавляют, чтобы листья выглядели привычно и экипажу было легче замечать проблемы.
В NASA Veggie на станции вырастили красный салат ромэн, который астронавты ели в августе 2015 года, и циннии, зацветшие в 2016 году. Позднее более крупный Advanced Plant Habitat выращивал редис и, в 2021 году, перец чили. На Земле German Aerospace Center с 2018 по 2023 год эксплуатировал EDEN ISS в Антарктиде, в 400 м от Neumayer III. За первый сезон теплица дала 268 кг пищи на 12,5 м². Освещённость поддерживали на уровне от 330 до 600 микромолей на квадратный метр в секунду, температуру 21 °C, углекислый газ около 1000 ppm.
В модельной теплице шесть грядок: стеллажи зелени, салат, циннии, перец, редис и карликовая пшеница. В конце стоит лоток марсианского грунта с указанием сначала вымыть перхлораты. Здесь у Марса есть преимущество: воздух почти целиком состоит из необходимого растениям углекислого газа, и теплица может брать его снаружи.
Сколько панелей нужно в пыльную бурю
Индикатор суммирует солнечный свет, собранный одной горизонтальной панелью за сол, с учётом сезона, широты и пыли. Расчёт состоит из понятных шагов:
- Свет над атмосферой. Расстояние Марса до Солнца меняется примерно от 1,38 до 1,67 земного. Поток равен 1361 Вт/м², делённым на квадрат этого отношения, и колеблется примерно между 715 и 490 Вт/м². Ползунок сезона перемещает Марс по орбите; перигелий приходится на Ls 251°.
- Высота Солнца. Для каждого момента сола модель находит высоту по широте места (22° N) и сезонному склонению и умножает поток на синус высоты для горизонтальной панели.
- Пыль. Прямой луч ослабляется множителем e^(−τ/μ), где τ обозначает оптическую толщину пыли, μ синус высоты Солнца. Часть света всё же доходит после рассеяния. В модели при очень густой пыли эта доля тоже падает. Последний шаг представляет допущение, выбранное так, чтобы очень густая пыль уменьшала суточный свет более чем в десять раз.
- Панель. Размер каждой 2,5 м × 1,5 м, площадь 3,75 м², а в электричество превращается 25% света, что также принято для модели.
При чистом воздухе (τ 0,5) и Ls 0° одна панель даёт около 2,6 кВт·ч за сол. База постоянно потребляет 5 кВт, то есть 5 × 24,66 = 123 кВт·ч на сол, поэтому нужно примерно 48 панелей. При τ 5 та же панель даёт около 0,67 кВт·ч, и нужно около 184. В бурю, подобную июню 2018 года с оценочным τ 10,8 у Opportunity, потребовалось бы более 400. Это первое задание и причина возвращения NASA к ядерному делению.
Ядерная энергия, когда Солнце не помогает
Проект NASA Kilopower с ноября 2017 по март 2018 года испытывал малый реактор KRUSTY, Kilopower Reactor Using Stirling Technology, на Nevada National Security Site. Уран-235 нагревал натриевые тепловые трубы, передававшие тепло двигателям Stirling для получения электричества. Испытания включали 28 часов работы на полной мощности. Продолжением стал проект NASA поверхностной ядерной энергетики с целью демонстрации установки класса 10 киловатт на Луне.
Реактору не мешают ночь и пыль. Его недостатки: масса, радиация и тепло. В модели он стоит за земляным валом на дальней стороне энергетического поля, с радиаторами для тепла, не используемого двигателями. Реальный реактор находился бы гораздо дальше: планы называют сотни метров или километр.
Curiosity и Perseverance уже используют другой вид ядерной энергии. Их многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор, ребристый цилиндр сзади, превращает тепло распада диоксида плутония примерно в 110 Вт в начале миссии, днём и ночью.
Кислород для дыхания и для ракет
MOXIE показал, что на Марсе можно машиной выделять кислород из воздуха. Для пересчёта на базу начнём с дыхания. NASA принимает 0,82 кг кислорода на человека в день. Четверым за сол (24,66 часа) нужно 4 × 0,82 × 24,66 / 24 = 3,37 кг.
При максимальной скорости 12 г в час один прибор размера MOXIE производит 12 × 24,66 = 296 г за сол. Деление 3,37 кг на 0,296 кг даёт 11,4. Значит, двенадцать приборов обеспечили бы дыхание четверых. Так устроено кислородное задание.
Дыхание занимает меньшую долю. В планах NASA основная масса кислорода попадает в баки взлётного аппарата, возвращающего экипаж на орбиту: кислород составляет большую часть массы ракетных компонентов топлива. Это тонны, не килограммы. Поэтому кислородная установка занимает целый контейнер, а на площадке к ракете тянется топливная линия.
Лёд под равнинами
Вода нужна для питья, радиационной защиты и как сырьё для кислорода и ракетного топлива. На Марсе её много, но она замёрзла. Радар SHARAD на NASA Mars Reconnaissance Orbiter нашёл под Utopia Planitia залежь льда с количеством воды примерно как в Lake Superior. Камера HiRISE того же орбитального аппарата обнаружила в средних широтах крутые склоны, где почти чистый лёд виден под тонкой пылью, местами на глубине одного-двух метров. Проект NASA Subsurface Water Ice Mapping объединил данные нескольких аппаратов в карты близкого к поверхности льда.
В ледовом участке модели есть бур, резервуар воды, электролизёр для разделения воды на водород и кислород, реактор Sabatier для получения метана и воды из углекислого газа и водорода, небольшой экскаватор и печь для грунта с водой в минералах. Обрыв моделирует один из ледяных уступов.
Роверы, колёса и реальные скорости
Все марсоходы намеренно медленные. Движение планируют на Земле, бортовые камеры проверяют опасности, а колёса нужно беречь. Управление скоростью задаёт роверу базы один из максимумов для плоского твёрдого грунта:
| Ровер | Максимальная скорость | Время пересечения двора 40 м |
|---|---|---|
| Sojourner (1997) | около 1 см/с, 0,036 км/ч | около 67 минут |
| Spirit, Opportunity (2004) | около 5 см/с, 0,18 км/ч | около 13 минут |
| Curiosity (2012) | около 4 см/с, 0,144 км/ч | около 17 минут |
| Perseverance (2021) | 0,152 км/ч | около 16 минут |
| Zhurong (2021) | около 200 м в час, 0,2 км/ч | около 12 минут |
| Концепция ровера экипажа | 10 км/ч | около 14 секунд |
Встаньте рядом с ровером во дворе и нажмите R или Ехать. Затем выберите скорость Curiosity и посмотрите, далеко ли уедете за минуту.
В гараже стоят концепция ровера с портами, открытая машина для коротких поездок и два колеса. Алюминиевые колёса Curiosity диаметром 50 см и толщиной оболочки около 0,75 мм с 2013 года начали получать дыры и разрывы от острых камней. Теперь маршруты планируют с учётом их сохранности. NASA Glenn предложило шину из проволоки сплава с памятью формы: она огибает камни и восстанавливается.
Посадочные площадки и летящий гравий
При посадке на рыхлый грунт ракета разбрасывает почву и камни с большой скоростью. Apollo 12 сел на Луне в 163 м от Surveyor 3, и возвращённые детали Surveyor оказались повреждены струёй. Исследования NASA Plume Surface Interaction изучают именно это для Луны и Марса. Решение в модели: твёрдая площадка, насыпной вал для перехвата обломков и расстояние. Реальные планы отодвигают площадки примерно на километр от жилья; здесь она приближена до 190 м для пешей прогулки.
Посадочный аппарат условный: конус на опорах представляет множество исследований пилотируемых посадок. Он не повторяет корабль конкретной компании. Рядом стоит взлётный аппарат изучаемого NASA типа, заправляемый на поверхности местным кислородом.
Все аппараты, работавшие на Марсе
Поле показывает в натуральную величину каждый аппарат, который сел и передал данные, с поясняющей табличкой:
| Аппарат | Посадка (UTC) | Место | Последний контакт |
|---|---|---|---|
| Mars 3 (Советский Союз) | 2 декабря 1971 года | Ptolemaeus crater, 45° S | в тот же день, примерно через 20 секунд |
| Viking 1 (NASA) | 20 июля 1976 года | Chryse Planitia, 22,27° N | ноябрь 1982 года |
| Viking 2 (NASA) | 3 сентября 1976 года | Utopia Planitia, 47,67° N | апрель 1980 года |
| Mars Pathfinder и Sojourner (NASA) | 4 июля 1997 года | Ares Vallis, 19,33° N | сентябрь 1997 года |
| Spirit (NASA) | 4 января 2004 года | Gusev crater, 14,57° S | март 2010 года |
| Opportunity (NASA) | 25 января 2004 года | Meridiani Planum, 1,95° S | июнь 2018 года |
| Phoenix (NASA) | 25 мая 2008 года | Vastitas Borealis, 68,22° N | ноябрь 2008 года |
| Curiosity (NASA) | 6 августа 2012 года | Gale crater, 4,59° S | работает |
| InSight (NASA) | 26 ноября 2018 года | Elysium Planitia, 4,5° N | декабрь 2022 года |
| Perseverance и Ingenuity (NASA) | 18 февраля 2021 года | Jezero crater, 18,44° N | ровер работает; вертолёт до января 2024 года |
| Посадочный аппарат Tianwen-1 и Zhurong (CNSA) | 14 мая 2021 года (15 мая по времени Beijing) | Utopia Planitia, 25,1° N | ровер спит с мая 2022 года |
Mars 3 первым выполнил мягкую посадку, но замолчал менее чем через минуту. Поэтому Viking 1 обычно считают первым работавшим на поверхности. Размеры соответствуют опубликованным данным: Viking около 3 м по опорам, Curiosity и Perseverance длиной 3 м, InSight около 6 м по двум круглым батареям, Phoenix 5,5 м. Детали упрощены, а карточки рассказывают об открытиях.
Первые полёты Ingenuity
Масса Ingenuity 1,8 кг, два противоположно вращающихся ротора имеют диаметр 1,2 м. Первый управляемый полёт с двигателем на другой планете состоялся 19 апреля 2021 года: подъём на 3 м и зависание на 39,1 секунды. Задание раскладывает следующие маршруты по реальным расстояниям: полёт 3 на 50 м вперёд и обратно, полёт 4 на 133 м вперёд и обратно, полёт 5 на 129 м в один конец к Airfield B. Прогулка занимает несколько минут и даёт почувствовать, что значат «133 м» для аппарата массой 1,8 кг в атмосфере с плотностью 1% земной. До повреждения ротора в январе 2024 года он совершил 72 полёта.
Что видно с обзорной точки
Севернее двора расположены указатели и образцы поверхности, которую исследовали роверы.
- Gale crater имеет ширину 154 км. В центре находится Mount Sharp, гора слоистых пород высотой около 5 км. Curiosity поднимается по слоям. Слоистый блок на обзорной точке представляет такую породу.
- Jezero crater, шириной 45 км, когда-то содержал озеро с питающей рекой, оставившей веерообразную дельту. Там работает Perseverance.
- Черника представляет серые шарики оксида железа гематита, найденные Opportunity в Meridiani Planum. Они возникли в воде, просачивавшейся сквозь породу. Встаньте на участок, чтобы решить задание.
- Тёмные дюны базальтового песка каждый год немного смещаются. Пыльные вихри тёплого восходящего воздуха бродят по равнине; Spirit снял многие в Gusev crater.
- Olympus Mons имеет ширину около 600 км и высоту 22 км. База вымышленно помещена в 330 км к западу от вершины, а щит нарисован простым конусом без краевых обрывов. За 330 км поверхность опускается на d² / 2R = 330² / (2 × 3389,5) = 16 км, так что вершина была бы лишь на 1° выше горизонта. Ближний склон в 120 км виден выше, около 2°, и закрывает её. На востоке видна длинная низкая гряда, но не вершина.
Phobos, Deimos и вечерняя звезда
У Марса два небольших спутника. Phobos размером 27 × 22 × 18 км обращается всего в 6000 км над поверхностью за 7 часов 39 минут, быстрее вращения Марса. Поэтому он восходит на западе и заходит на востоке, пересекая небо примерно за четыре часа, дважды за сол. С поверхности его видимая ширина примерно втрое меньше Луны с Земли. Deimos шириной около 12 км находится значительно дальше и похож на яркую звезду. Ползунок времени позволяет следить за обоими.
Для Марса Земля является внутренней планетой, как для нас Венера. Она не удаляется от Солнца более чем примерно на 47° и видна как синяя вечерняя или утренняя звезда. Модель определяет положение по расстоянию между Землёй и Марсом: при 172 миллионах km угловое удаление около 41°, достаточно для видимости пару часов после заката. Сегодняшнее расстояние использует реальное текущее положение планет, рассчитанное по приближённым орбитальным элементам NASA JPL. Curiosity снял Землю и Луну из Gale crater 31 января 2014 года.
Чем модель отличается от настоящей базы
- Планировка и все размеры базы придуманы для модели. У NASA есть исследования, но нет окончательного проекта.
- Объекты сближены для ходьбы между ними. В реальных планах площадка и реактор находятся в сотнях метров или километре от жилья.
- Разрез жилья следует списку помещений CHAPEA от NASA, а не его плану этажа.
- Широта (22° N), положение в 330 км западнее Olympus Mons и окружение вымышлены.
- Выработка использует эффективность панелей 25% и упрощённую модель пыли. Реальная мощность зависит также от наклона, температуры и пыли на стекле.
- Температура плавно меняется между крайними значениями Viking 1. В действительности важны сезон, место и пыль.
- Аппараты показаны в натуральную величину, но упрощены и собраны вместе, хотя настоящие разбросаны по планете.
- Прыжки не учитывают массу скафандра.
Вопросы
Кто-нибудь построил базу на Марсе?
Нет. Люди ещё не бывали на Марсе, и жилой модуль туда не отправляли. NASA публикует архитектурные исследования и концепции и проводит годовую аналоговую миссию CHAPEA в напечатанном здании площадью 1700 квадратных футов (около 158 м²) в Johnson Space Center в Houston. Оно находится на Земле.
Сколько кислорода произвёл MOXIE?
122 г за 16 запусков с 2021 по 2023 год. Максимум составил 12 г в час при чистоте не ниже 98%. Это гораздо меньше потребности экипажа, поэтому NASA называет следующим шагом полномасштабную систему.
Зачем базе производить кислород, а не привозить его?
Главным образом для возвращения. Ракете для подъёма экипажа нужно много кислорода как компонента топлива. NASA планирует производить его на поверхности, а не доставлять с Земли. Часть может использоваться для дыхания.
Можно ненадолго вдохнуть марсианский воздух?
Нет. В нём 95% углекислого газа, всего 0,16% кислорода, а давление около 0,6% земного на уровне моря. Без герметичного скафандра человек теряет сознание за считаные секунды.
Как высоко можно прыгнуть на Марсе?
При одинаковом отталкивании примерно в 2,6 раза выше, чем на Земле. В модели отрыв при 2,0 м/с даёт 0,54 м на Марсе и 0,20 м на Земле. Тяжёлый скафандр уменьшит обе высоты.
Почему марсианский закат синий?
Мелкая пыль немного легче пропускает синий свет и рассеивает его близко к направлению Солнца. На закате, когда свет проходит больше всего воздуха, синее свечение вокруг Солнца становится заметным.
Сколько идёт сообщение на Землю?
От 3,0 до 22,3 минуты в одну сторону в зависимости от положения планет. Во время солнечного соединения примерно каждые 26 месяцев NASA около двух недель не отправляет команды марсианским аппаратам.
Какой аппарат первым сел на Марс?
Советский Mars 3 выполнил первую мягкую посадку 2 декабря 1971 года, но перестал передавать примерно через 20 секунд. Viking 1, севший 20 июля 1976 года, первым работал на поверхности и продолжал более шести лет.
С какой скоростью едут марсоходы?
Медленно. Curiosity на плоском твёрдом грунте достигает около 4 см в секунду, Perseverance 0,152 км/ч. Sojourner двигался примерно 1 см в секунду. Большую часть времени они стоят, фотографируют и планируют следующий шаг.
Может база работать от Солнца во время бури?
Только с очень большим полем панелей и крупными батареями. По модели базе на 5 кВт нужно около 48 панелей при чистом воздухе и 184 при оптической толщине 5. Во время бури 2018 года с оценочным τ 10,8 Opportunity потерял питание и больше не проснулся. Поэтому NASA изучает ядерные реакторы для поверхности.
Где на Марсе вода?
В основном в замёрзшем состоянии. Есть полярные шапки и подземный лёд в средних широтах, иногда всего на метр-два ниже поверхности. Радар нашёл в Utopia Planitia запас воды, сравнимый с Lake Superior, а Phoenix соскоблил лёд в нескольких сантиметрах под почвой возле 68° N.
Видна ли Земля с Марса?
Да, яркой синей точкой вечером или утром, не далее примерно 47° от Солнца. Curiosity снял Землю и Луну из Gale crater в 2014 году. В экспонате выберите среднее расстояние, время после заката и поищите точку.
Насколько велик Ingenuity?
Масса 1,8 кг, высота около 49 см, два ротора диаметром 1,2 м. С апреля 2021 по январь 2024 года он совершил 72 полёта.
Почему марсианское жильё печатают?
Печать стен из местного материала уменьшила бы перевозку стройматериалов с Земли. NASA напечатало CHAPEA в Houston для проверки жизни экипажа в таком здании, но оно находится на Земле и использует земные материалы.
Термины
- Сол: марсианские солнечные сутки, 24 ч 39 мин 35 с.
- ISRU: использование ресурсов на месте назначения, например получение кислорода из марсианского воздуха.
- MOXIE: Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment, испытательный кислородный прибор на Perseverance.
- Шлюз: камера между герметичным помещением и внешней средой, освобождаемая от воздуха перед открытием внешней двери.
- Скафандровый порт: кольцо на стенке машины для крепления скафандра и входа в него изнутри.
- Герметичный ровер: машина с пригодным для дыхания воздухом в кабине, управляемая без скафандра.
- Солнечное соединение: положение Солнца между Землёй и Марсом, мешающее надёжной радиосвязи.
- hPa: гектопаскаль, единица давления, равная миллибару.
- Оптическая толщина (τ): мера ослабления солнечного света пылью над головой; прямой свет уменьшается как e^(−τ).
- Ls: солнечная долгота, угол марсианского сезона. Ls 0° соответствует северной весне; перигелий при Ls 251°.
- Гидропоника: выращивание растений с корнями в питательной воде вместо грунта.
- Перхлорат: содержащая хлор и кислород соль марсианского грунта, вредная людям и растениям в больших количествах.
- Kilopower: проект малого ядерного реактора NASA, испытанного как KRUSTY в 2017 и 2018 годах.
- MMRTG: многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор, плутониевый источник энергии Curiosity и Perseverance.
- Реакция Sabatier: CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O, получение метанового топлива из углекислого газа и водорода.
Источники
- NASA NSSDCA, Mars Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html (checked 17 October 2026)
- NASA NSSDCA, Earth Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html (checked 17 October 2026)
- NASA NSSDCA, Moon Fact Sheet. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html (checked 17 October 2026)
- NASA, NASA's Oxygen-Generating Experiment MOXIE Completes Mars Mission (6 September 2023). https://www.nasa.gov/missions/mars-2020-perseverance/perseverance-rover/nasas-oxygen-generating-experiment-moxie-completes-mars-mission/ (checked 17 October 2026)
- NASA Science, Sunset in Mars' Gale Crater (PIA19400). https://science.nasa.gov/photojournal/sunset-in-mars-gale-crater/ (checked 17 October 2026)
- NASA, Mars Design Reference Architecture 5.0, Executive Summary (2008). https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2015/09/373669main_2008-12-04_mars_dra5_executive_summary-presentation.pdf (checked 17 October 2026)
- NASA NTRS, Mars Surface Habitat Concept Design (2023). https://ntrs.nasa.gov/citations/20230013240 (checked 17 October 2026)
- NASA, CHAPEA. https://www.nasa.gov/humans-in-space/chapea/ (checked 17 October 2026)
- NASA, NASA's Mars Fleet Will Still Conduct Science While Lying Low (2023). https://www.nasa.gov/solar-system/planets/mars/nasas-mars-fleet-will-still-conduct-science-while-lying-low/ (checked 17 October 2026)
- NASA, NASA's Mars Fleet Lies Low With Sun Between Earth and Red Planet (2021). https://www.nasa.gov/solar-system/nasas-mars-fleet-lies-low-with-sun-between-earth-and-red-planet/ (checked 17 October 2026)
- NASA NSSDCA, spacecraft catalogue entries for Mars 3, Viking 1 and 2 landers, Mars Pathfinder, Spirit, Opportunity, Phoenix, Curiosity, InSight and Perseverance. https://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/spacecraft/display.action?id=1975-075C (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Mars Science Laboratory: Curiosity Rover. https://science.nasa.gov/mission/msl-curiosity/ (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Mars 2020: Perseverance Rover. https://science.nasa.gov/mission/mars-2020-perseverance/ (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Ingenuity Mars Helicopter. https://science.nasa.gov/mission/mars-2020-perseverance/ingenuity-mars-helicopter/ (checked 18 October 2026)
- NASA Science, NASA's Opportunity Rover Mission on Mars Comes to End (2019). https://science.nasa.gov/missions/mer/nasas-opportunity-rover-mission-on-mars-comes-to-end (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Opportunity Hunkers Down During Dust Storm (2018). https://www.jpl.nasa.gov/news/opportunity-hunkers-down-during-dust-storm (checked 18 October 2026)
- CNSA, Tianwen-1 mission marks 1st year on Mars (2022). https://www.cnsa.gov.cn/english/n6465652/n6465653/c6840321/content.html (checked 18 October 2026)
- Li, C. et al., Layered subsurface in Utopia Basin of Mars revealed by Zhurong rover radar, Nature 610 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05147-5 (checked 18 October 2026)
- NASA, Kilopower. https://www.nasa.gov/directorates/stmd/tech-demo-missions-program/kilopower-hmqzw/ (checked 18 October 2026)
- NASA NTRS, Kilopower Reactor Using Stirling Technology (KRUSTY) Nuclear Ground Test Results and Lessons Learned (2018). https://ntrs.nasa.gov/citations/20180007389 (checked 18 October 2026)
- NASA, Fission Surface Power. https://www.nasa.gov/directorates/stmd/fission-surface-power (checked 18 October 2026)
- NASA, Growing Plants in Space. https://www.nasa.gov/exploration-research-and-technology/growing-plants-in-space/ (checked 18 October 2026)
- NASA, Chile Peppers Start Spicing Up the Space Station (2021). https://www.nasa.gov/missions/station/iss-research/chile-peppers-start-spicing-up-the-space-station/ (checked 18 October 2026)
- Zabel, P. et al., Biomass Production of the EDEN ISS Space Greenhouse in Antarctica During the 2018 Experiment Phase, Frontiers in Plant Science 11 (2020). https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00656 (checked 18 October 2026)
- ESA, Melissa. https://www.esa.int/Enabling_Support/Space_Engineering_Technology/Melissa (checked 18 October 2026)
- Hecht, M. H. et al., Detection of Perchlorate and the Soluble Chemistry of Martian Soil at the Phoenix Lander Site, Science 325 (2009). https://doi.org/10.1126/science.1172339 (checked 18 October 2026)
- SwRI, SwRI scientists publish first radiation measurements from the surface of Mars (2013). https://www.swri.org/newsroom/press-releases/swri-scientists-publish-first-radiation-measurements-the-surface-of-mars (checked 18 October 2026)
- NASA NTRS, Life Support Baseline Values and Assumptions Document. https://ntrs.nasa.gov/citations/20180001338 (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Mars Ice Deposit Holds as Much Water as Lake Superior (2016). https://www.jpl.nasa.gov/news/mars-ice-deposit-holds-as-much-water-as-lake-superior/ (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Steep Slopes on Mars Reveal Structure of Buried Ice (2018). https://www.jpl.nasa.gov/news/steep-slopes-on-mars-reveal-structure-of-buried-ice/ (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, NASA's Treasure Map for Water Ice on Mars (2019). https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-treasure-map-for-water-ice-on-mars/ (checked 18 October 2026)
- NASA, Pressurized Rover. https://www.nasa.gov/moonbase/pressurized-rover/ (checked 18 October 2026)
- NASA, Plume Surface Interaction (PSI). https://www.nasa.gov/general/plume-surface-interaction-psi/ (checked 18 October 2026)
- NASA Technology Transfer, Superelastic Tire (LEW-TOPS-99). https://technology.nasa.gov/patent/LEW-TOPS-99 (checked 18 October 2026)
- The Planetary Society, Curiosity wheel damage: The problem and solutions (2014). https://www.planetary.org/articles/08190630-curiosity-wheel-damage (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Radioisotope Power Systems. https://science.nasa.gov/planetary-science/programs/radioisotope-power-systems/ (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Phobos and Deimos. https://science.nasa.gov/mars/moons/phobos/ (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Curiosity Rover Sees Earth and Moon From Mars (2014). https://www.jpl.nasa.gov/news/curiosity-rover-sees-earth-and-moon-from-mars/ (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Opportunity Rover Finds Strong Evidence Meridiani Planum Was Wet (2004). https://www.jpl.nasa.gov/news/opportunity-rover-finds-strong-evidence-meridiani-planum-was-wet/ (checked 18 October 2026)
- NASA JPL, Dust Devil on Mars, Spirit Sol 543 (PIA07253). https://www.jpl.nasa.gov/images/pia07253-dust-devil-on-mars-spirit-sol-543/ (checked 18 October 2026)
- NASA Science, Mars Facts. https://science.nasa.gov/mars/facts/ (checked 18 October 2026)
- E. M. Standish, Keplerian Elements for Approximate Positions of the Major Planets, NASA JPL Solar System Dynamics. https://ssd.jpl.nasa.gov/planets/approx_pos.html (checked 18 October 2026)
Текст и симуляция: CC BY-NC-SA 4.0, если не указано иное.





