Сколько будет стоить отправить человека на Марс?

В последние недели мы стали свидетелями успеха первого полета корабля Virgin Galactic Ричарда Брэнсона и Blue Origin Джеффа Безоса. Цены на космические путешествия пока не всем доступны, но согласно распространяемым прейскурантам, острые ощущения от превышения высоты в 80 км и наслаждения невесомостью в течение нескольких минут будут стоить около 300 000 долларов: немыслимо еще несколько лет назад.

Растущий коммерческий интерес к космосу привлекает внимание не только к затратам на предстоящие полеты человека на околоземную орбиту или на Луну, но и к будущему путешествию с астронавтами на планету Марс. Мы не обсуждаем полезность или бесполезность человеческой миссии, а также потенциальные экономические и научные выгоды, которые принесла бы человеческая миссия на другую планету, а сосредотачиваемся только на экономическом аспекте путешествия. Однако для того, чтобы оценить стоимость доставки человека на Марс, полезно иметь некоторые сравнительные параметры.

Первая остановка - Луна

Луна находится на расстоянии 384 400 километров от Земли. Стоимость программы "Аполлон", которая в 1960-х годах доставила 12 человек на наш спутник, по разным подсчетам, составляет сегодня от 150 до 288 миллиардов долларов США, в зависимости от источников и учитываемых факторов. В среднем 48 миллиардов на каждую из шести лунных посадок.

Программа Артемида, целью которой является отправка первой женщины на Луну вместе с тремя другими астронавтами в период с 2024 по 2028 год, требует ресурсов в размере 86 миллиардов долларов США, из которых 28 миллиардов долларов США заложены в бюджет на 2021-2025 годы, как подробно описано в Плане НАСА "Артемида" от сентября 2020 года.

Существует множество статей расходов для достижения спутника Земли. К ним относятся, например: Капсула Orion, ракета SLS, система Exploration Ground System, новые скафандры для Луны и вся логистическая деятельность по управлению будущими миссиями на поверхности. Существуют также программы, в рамках которых НАСА финансирует частные технологии, такие как HLS и CLPS, а также программы по изучению новых технологий, таких как технологии, предназначенные для смягчения воздействия лунной пыли, технологии, поддерживающие экстремальные условия жизни, и электрические двигатели.

Доставка серьги на Луну в декабре 2021 года обойдется в 460 долларов с помощью DHL и сервиса MoonBox от Astrobotic, а если вы захотите отправить что-то более крупное, диаметром 2,5 сантиметра и толщиной всего 3 миллиметра, то стоимость возрастет до 1660 долларов, то есть около 240 000 долларов за килограмм. Для сравнения, стоимость перевозки 75-килограммового человека составит всего 17 миллионов долларов, но все не так просто, потому что требования к перевозке вещей и людей сильно отличаются, как в авиаперевозках грузов и людей на Земле: комфорт, питание, воздух, обратный путь и т.д.

Минимальное расстояние Марса от Земли составляет около 50 миллионов километров. Если сделать прогноз стоимости одного километра, взяв за основу среднюю стоимость высадки "Аполлона" на Луну, то потребуются инвестиции в размере 6900 миллиардов. Однако, и к счастью, стоимость километра крайне обманчива, поскольку нет прямой связи между инвестициями и расстоянием. Одна из причин заключается в том, что топливо не нужно расходовать на протяжении всего полета, как в случае с любым самолетом, а после достижения крейсерской скорости оно будет использоваться только для замедления и выхода на марсианскую орбиту.

Миссия на Марс с марсоходом Персеверанс и космическим аппаратом Ingenuity обошлась в 2,9 миллиарда долларов в текущей стоимости, что меньше, чем предыдущая миссия Curiosity, которая потребовала 3,2 миллиарда долларов, и зонды Викинг 1 и 2, которые вместе поглотили 7,1 миллиарда долларов. Очевидно, что эти инвестиции в роботизированные миссии значительно ниже, чем человеческие миссии 1960-х годов на Луну и предстоящие миссии Артемиды, даже если бы они достигли другой планеты.

Почему полет человека, стоит и будет стоить намного дороже?

В основном по двум причинам: потому что требуется гораздо большая гарантия безопасности и успеха миссии, чтобы защитить жизнь астронавтов не только от катастрофических событий, но и от космической радиации, и потому что требуется гораздо больше объектов и систем для поддержания самой жизни. Однако исторически сложилось так, что человеческим полетам в космос было легче привлечь средства в Конгрессе США, поскольку они символизируют дух исследования, укоренившийся в американской культуре. С учетом этого, сколько стоит доставка человечества на четвертую планету Солнечной системы?

Существует множество факторов, влияющих на расчеты межпланетных путешествий, и они могут как ускорить, так и замедлить начало программы, запланированной в настоящее время на середину 2030-х годов. Вот наиболее значимые из них.

9 марта 2021 года Китай и Россия подписали Меморандум о взаимопонимании для совместной работы над космическими программами. Некоторые эксперты по геополитике утверждают, что в ближайшей перспективе ничего конкретного не предвидится, но Джон Вольфрам в своей статье в журнале The Space Review утверждает, что одна только угроза увидеть на марсианской земле кого-то еще, кроме американского астронавта, может повысить приоритет, а значит и инвестиции, в путешествие человека на красную планету, подобно космической гонке в 1960-х годах.

Все системы жизнеобеспечения для пребывания на другой планете являются статьями расходов, относящимися к миссии. Поэтому существует несколько возможных подходов к тому, как долго астронавты должны оставаться на марсианской поверхности. Разработанная НАСА в 2009 году эталонная архитектура дизайна 5.0 предполагала пребывание на орбите до 500 дней из общего количества около 900 дней миссии (2,5 года), что требует обширной инфраструктуры для поддержки исследований, науки и жизнеобеспечения. Однако совсем недавно НАСА рассматривает вариант путешествия с максимальным пребыванием в течение 30-45 дней из общего времени полета около 650 дней (почти два года). Частная компания SpaceX, в "ДНК" которой заложена цель достичь марсианского грунта, придерживается совершенно иной точки зрения: проект посадки направлен на колонизацию, то есть путешествие без возврата, которое принесет значительные преимущества с точки зрения стоимости миссии.

Успех или неуспех проекта Lunar Gateway и базового лагеря Артемида на южном полюсе Луны может привести к повышению технической эффективности и снижению эксплуатационных расходов на содержание внеземного форпоста. На самом деле, многие утверждают, что для снижения рисков и инвестиций, связанных с присутствием человека на Марсе, необходимо, а не только желательно, изучить опыт Луны, которая находится гораздо ближе и на которой легче экспериментировать. Использование этого опыта приведет к переносу даты запуска миссии на Марс, увеличению инвестиций в долгосрочные миссии к нашему спутнику, но вероятной экономии на межпланетных путешествиях.

При расчете стоимости человеческой миссии необходимо также учитывать инвестиции или, по крайней мере, их часть в роботизированные миссии, направленные на сбор информации, необходимой для посадки: картирование ресурсов, доступных на месте, безопасность зоны спуска, научная ценность места и т.д. На Марсе было осуществлено 28 роботизированных миссий (из 55 попыток), и многие находятся в процессе реализации, начиная с Zhurong, Perseverance и Ingenuity, заканчивая миссией Hope и предстоящими EXOMars. Но сколько еще роботизированных миссий потребуется для того, чтобы подготовить место прибытия, оснастив его инфраструктурой, в первую очередь, жильем и модулями энергообеспечения?

Фактическая возможность использования ресурсов на месте может существенно повлиять на стоимость. В частности, добыча и переработка местных материалов с целью получения кислорода, метана и воды для жизни на месте, внекорабельной деятельности и подъема с марсианского грунта значительно уменьшит массу, которую необходимо доставить с Земли, и, следовательно, инвестиции.

Технологические разработки, которые значительно продвинутся по уровню TRL в течение следующих пяти лет, окажут значительное влияние на снижение транспортных расходов, времени в пути и сложности систем жизнеобеспечения. То, насколько быстро будут повышены уровни TRL (Уровни готовности технологии), во многом зависит от частных инвестиций и вливания капитала из венчурных фондов, как это произошло в случае ускорения развития Starship в последние месяцы благодаря недавнему увеличению капитала компанией SpaceX.

Синергия государственного и частного секторов, которая приносит свои плоды в Соединенных Штатах и между национальными космическими агентствами, может ускорить передачу технологий и снизить затраты на разработку, которые в противном случае были бы излишними при изолированном подходе к инвестициям, без обмена знаниями.

В свете этих составляющих, которые не поддаются точной оценке, нельзя ли сделать расчеты? В последние годы деятели и агентства высказали свое мнение, и мы можем подытожить его следующим образом:

• Илон Маск в статье 2017 года заявил, что затраты составили бы 10 миллиардов долларов на человека при общем объеме инвестиций от 100 до 200 миллиардов. В прошлом году он заявил, что благодаря достижениям Starship, SuperHeavy и действующей марсианской базе стоимость может упасть до 300000 долларов за каждого колониста, отправленного на красную планету.
• Другие американские исследования выдвинули гипотезу об инвестициях в размере от 220 до 400 миллиардов, чтобы доставить человечество на Марс между 2035 и 2060 годами.

Эти цифры соответствуют масштабам программы "Аполлон", хотя путешествие на Марс будет более сложным с точки зрения продолжительности миссии, рисков и проблем для выживания астронавтов. Таким образом, это инвестиционные оценки социальной, научной и технологической отдачи, которую будет трудно достичь только с помощью роботизированных миссий.