НАСА разрабатывает технологии доставки полезных грузов на Марс

Программа НАСА «С Луны на Марс» (Moon to Mars) ставит амбициозные цели по отправке первых пилотируемых миссий на Марс к концу 2030-х годов. Для реализации этого плана агентство активно разрабатывает передовые технологии, включая системы движения, методы утилизации отходов, регенерации воды, обеспечения безопасности экипажа и автономности ресурсов. Одним из ключевых направлений является создание компактных и эффективных электрических двигательных установок для малых космических аппаратов, что позволит снизить стоимость исследовательских миссий не только к Марсу, но и в другие уголки Солнечной системы.

На 56-й конференции по науке о Луне и планетах (LPSC 2025) группа исследователей НАСА представила новую инициативу — Commercial Hall Propulsion for Mars Payload Services (CHAMPS). Этот проект, разработанный специалистами Габриэлем Бенавидесом, Стивеном Олесоном и Аленом Хаятом, направлен на использование миниатюрных электростатических двигателей Холла (Hall Effect Thrusters, HET) с магнитным экранированием. Эти двигатели работают на солнечной энергии и используют инертный газ (например, ксенон) для создания тяги, что делает их идеальными для малых космических аппаратов массой до 500 кг.

Исследование опирается на предыдущие разработки, такие как Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3) и Small, Innovative Missions for PLanetary Exploration (SIMPLEx), а также на текущие проекты в рамках программы Artemis. В частности, двигательные системы HET будут задействованы в выводе первых модулей лунной станции Gateway — Power and Propulsion Element (PPE) и Habitation and Logistics Outpost (HALO) — на окололунную орбиту. Однако для малых аппаратов существующие технологии пока недостаточно оптимизированы, что привело к запуску программы Small Spacecraft Electric Propulsion (SSEP) в 2017 году.

Одним из ключевых достижений в этой области стала разработка двигателя H71M, способного обеспечить тягу для космического аппарата массой 450 кг. НАСА активно сотрудничает с коммерческими партнерами, включая Northrop Grumman, для адаптации этой технологии. В рамках проекта CHAMPS предлагается использовать коммерческую версию H71M — систему NGHT-1X — для миссий к Марсу.

Одной из главных проблем для малых миссий является высокая стоимость запуска и зависимость от графика основной полезной нагрузки. CHAMPS предлагает решение: запуск в качестве вторичной полезной нагрузки в рамках программы Commercial Lunar Payload Services (CLPS), которая предусматривает регулярные доставки грузов на Луну. После выхода на траекторию к Луне аппарат сможет использовать гравитационный маневр для разгона, а затем, используя двигатели малой тяги, отправиться к Марсу.

Миссия CHAMPS рассчитана на два года и включает несколько этапов:

• Трехмесячный маневр для выхода на траекторию к Марсу.

• Четырехмесячный крейсерский полет.

• Семимесячный маневр для выхода на орбиту Марса.

Достигнув Марса, на первом этапе аппарат выйдет на низкую орбиту (15 км над поверхностью), что позволит ему проводить детальные наблюдения за атмосферой и поверхностью планеты. Через два года он поднимется на ареосинхронную орбиту (17 км), что обеспечит непрерывный мониторинг атмосферы и поддержку наземных миссий в качестве ретранслятора данных.

Научные задачи CHAMPS включают:

• Изучение структуры атмосферы (температура, давление, распределение аэрозолей, водяной пар, озон).

• Мониторинг пылевых бурь и облаков водяного льда.

• Исследование взаимодействия марсианской плазмы с солнечным излучением.

Эти данные помогут ученым лучше понять климатические процессы на Марсе, включая перенос летучих веществ, реакцию атмосферы на солнечное нагревание и влияние космической погоды.

Проект CHAMPS соответствует стратегии NASA по созданию регулярных, недорогих миссий в рамках Mars Exploration Program (MEP), что позволит оперативно реагировать на новые научные открытия и расширить участие исследовательских групп в изучении Красной планеты. Таким образом, инициатива сочетает в себе инновационные технологии, коммерческое партнерство и научные приоритеты, прокладывая путь для будущих миссий на Марс и дальше.