Разбор «Марсианина»: техника
Продолжаем обзор реалистичного и фантастического в голливудском фильме Ридли Скотта «Марсианин». Вчера мы поговорили о вымышленном и реальном Марсе, науке и политике, а сегодня рассмотрим техническую сторону вопроса. Это самая благодатная тема для комментариев, поиска ляпов и неточностей, поскольку именно техника являлась главным фетишем Энди Вейера — автора книги.
Про скафандр «Марсианина» мы уже говорили.
Про их жилища еще надо сказать несколько слов. Они же касаются и космического корабля.
Существует представление, что на Марсе царит ужасная радиация, и если люди там окажутся, то им потребуется немедленно зарываться в грунт. Это представление основано на том, что атмосфера Марса разрежена и пропускает много космической радиации.
Однако исследование того же Curiosity показывают, что и в межпланетном пространстве радиация не так высока, чтобы существенно навредить экипажу космического корабля. По его данным, за время перелета Земля-Марс-Земля, в корабле современного типа, из-за накопленной дозы облучения у человека повысится риск онкологии на 5%. По стандартам NASA сейчас астронавта списывают, если он за время своей работы набирает 3%. Если в корабле нарастить толщину бортов на миллиметр алюминия, расположить топливо и запасы воды между обшивкой и жилыми отсеками и применить другие достаточно простые средства защиты, то можно лететь.
На Марсе же атмосфера сокращает радиоактивный фон примерно в два раза чем фон внутри межпланетного корабля современного типа. Поэтому для двух-трехмесячной экспедиции, какой является Ares-3, возведение легких надувных жилых конструкций с многослойной обшивкой из металлизированных слоев вполне оправдано. Такой надувной модуль сейчас изготовлен компанией Bigelow Aerospace по заказу NASA для МКС.
Есть другое противоречие, связанное с надувным домом Марка Уотни — в рабочем давлении. Сначала он упоминает, что там насыщенная кислородом атмосфера. Такое допустимо только если в жилище поддерживается пониженное давление 30–50% от земного, чтобы сэкономить на массе газов, которыми наполняется внутренняя среда. Учитывая это, маловероятно, что прорыв полатмосферы привели бы к таком катастрофическому взрыву, который уничтожил марсианскую базу.
Ремонт скафандра и корпуса базы при помощи скотча — это, кстати, одна из убедительных деталей. Silver tape активно используется на орбите, а для ремонта космической техники могут подойти и более примитивные средства.
Грубый ляп фильма в моменте когда марсианский ветер «играет» полиэтиленовой заплаткой. Даже если предположить, что такой ремонт позволит добиться полной герметичности, трепыхаться пленка будет только если уравнять давление на улице и в помещении. В реальности, заплатка выгнулась бы неподвижным пузырем наружу.
Немало художественных допущений сделано автором в вопросах связи. По сюжету, ветер сорвал направленную параболическую антенну, через которую осуществлялась связь с Землей, и первые недели о спасении Марка просто никто не знал, т.к. он не мог передать сигнал.
Здесь нелогичность в том, что киношное NASA полагалось на один единственный вид связи. В реальности, даже старенький марсоход Opportunity имеет три радиоантенны, двумя из которых он связывается с пролетающими каждый день спутниками, а третьей (в виде теннисной ракетки) шлет телеметрию напрямую на Землю. Подробности связи Марса с Земле можно узнать тут.
Забавно, что ради технической убедительности, создатели фильма разместили на крыше марсохода точную копию узконаправленной фазированной антенной решетки прямой связи с Землей марсохода Curiosity.
Т.е. если бы Марк ею воспользовался, то не было бы никакой необходимости гонять за тысячу километров к Mars Pathfinder.
Забывчивость героя книги и фильма о летающих спутниках над его головой — тоже упущение. Даже если бы он не смог собрать простенький радиопередатчик для связи со спутниками, то ничто не мешало бы ему вытоптать «I’m Ok» рядом с базой, ну или что-то другое, учитывая его чувство юмора.
Оптическая съемка со спутников, кстати, показана в фильме вполне убедительно. Никаких мифов с чтением газет на поверхности планеты. Разрешение показанных в фильме снимков примерно соответствует кадрам действующего спутника MRO и его камеры HiRise. Хотя, думаю, если NASA решится отправлять людей на Марс, то озаботится более мощным аппаратом, для повышения детализации снимков.
Зато работа оператора спутника в том же ЦУПе Хьюстона, из которого управляют пилотируемой миссией — это сказка, причем показанная только в фильме. В книге рассказывается про другой отдел. В реальности работа MRO контролируется из Института Аризоны, который ведет научную программу HiRise, а управляется спутник из ЦУП JPL в Пасадене Калифорния.
Вернемся к марсоходу «Марсианина».
На данный момент все колесные транспортные средства, которые бывали на Луне и Марсе имели жесткие каркасные колеса. Насколько целесообразно использование надувных баллонов на Марсе еще вопрос открытый. Понятно, что роботизированные марсоходы неспособны провести шиномонтаж подкачать спустившую шину, поэтому другого выхода нет, но жесткая конструкция не всегда оправдывает себя.
С другой стороны, алюминий гораздо более стоек к ежесуточным перепадам температур, вакууму и солнечному ультрафиолету. Даже если предположить, что будет разработан вариант марсианской резины, более вероятно, что колеса будут иметь не надувную, а каркасную структуру, которая не боится проколов и утечек газа.
Обитаемый отсек будущих пилотируемых марсоходов скорее всего будет отличаться от показанного в фильме. У «Марсианина» марсоход — это пикап-внедорожник. В реальности на Марсе был бы более оправдан дом или лаборатория на колесах. Менее приспособленная к штурму бездорожья и более — к неторопливому осторожному перемещению от одного исследуемого участка к другому.
«Дом на колесах» лучше подошел бы для обогрева при помощи РИТЭГа. Малый объем киношного марсохода моментально превратился в сауну, когда туда внесли бы устройство, ведь температура на лопатках радиатора достигает 200 градусов Цельсия.
Еще были вопросы про радиацию от РИТЭГа: как долго смог бы протянуть астронавт сидевший на соседнем сиденье? В принципе от генератора на Плутонии-238 сильно фонить не должно. По крайней мере люди с ними работают без свинцовых халатов.
Для экранирования нейтронного и гамма-излучения достаточно 2,5 мм свинца, поэтому, обычно, хватает просто корпуса РИТЭГа, а в фильме Марк завернул его еще в многослойную экранно-вакуумную теплоизоляцию (это привело бы к перегреву генератора, но сейчас же мы обсуждаем вопрос радиации). Короче, теоретически, реально, но накопленная доза все равно прибавилась бы.
Моторесурс марсоходов в сотни километров без ТО и обслуживания — исключительно на совести автора. Реально сейчас роботы-марсоходы в сумме едва преодолели отметку в 55 км за 12 лет. С другой стороны, астронавты Apollo 17 за два дня накатали 35 км, так, что может быть…
Завершим обзор марсохода забавной деталью. Если присмотреться к колесам, то увидим, что их дизайн позаимствован у реальных аппаратов.
При этом в реальности эти спиральные пластины на колесах Spirit и Opportunity имеют практическое значение — выступают в роли рессор. Для «Марсианина» же это просто модные диски.
Спускаемый зонд 1997-го года Mars Pathfinder настоящая кинозвезда — он успел сняться аж в двух фильмах, но подобно Шону Бину ему пришлось в обоих случаях умереть — отдать детали чтобы обеспечить связью потерявшихся людей.
Правда в «Красной планете» его местонахождение было реконструировано с куда большей детализацией.
В «Марсианине» мы видим абсолютно другую местность, куда более подходящую для преодоления колесными транспортными средствами.
Конечно мы не знаем какой будет местность лет через 30, может неизвестное изменение климата пригонит песчаные завалы. Но спустя 10 лет после посадки эта каменистая равнина не сильно изменила своего облика.
Разумеется космический аппарат 1996-го года не имеет технологических разъемов, совместимых с интерфейсами 2040-х.
Очень позорый ляп был допущен создателями фильма, когда они решили отправить гуманитарную помощь на Марс. Авторы как-то не подумали, что грузовой корабль, приспособленный к стыковке на околоземной орбите, и капсула для мягкой посадки на Марсе будут отличаться.
Поэтому когда в кино показывают драматический момент разрушения ракеты над мысом Канаверал, не переживайте. Даже если бы ракета справилась с задачей, эта капсула бы разрушилась в небе Марса, т.к. она совершенно не приспособлена для посадки. В лучшем случае Марку Уотни пришлось бы собирать банки с тушенкой по марсианской пустыне площадью в сотни квадратных километров.
В реальности спасательный зонд с провиантом выглядел бы как-то вот так:
Хотя орбитальный модуль в фильме вполне аутентичен и напоминает Cygnus от компании Orbital Science.
Если говорить о взлетной марсианской ракете, то тут более-менее убедительно. Скорее всего ракета будет именно на гидразиновом либо твердом топливе, т.к. они более подходят для длительного хранения. Ранее высказывались идеи производства топлива на месте: кислород и метан в теории можно получить из марсианской атмосферы, но их накопление и хранение в сжиженном состоянии будет слишком сложной и энергоемкой задачей, невыполнимой автоматизированными средствами.
А вот корабль, в котором люди поднимаются с Марса, какой-то странный. Его зачем-то сделали плоским. Такая форма более подошла бы для посадки, а не для взлета — тормозить в верхних слоях атмосферы. Тогда и бронированный шит пригодился бы, только на дне, а не носу. Даже на земных ракетах применяют довольно легкие обтекатели, поэтому приваривать канализационный люк на нос марсианского корабля нет практического смысла. Если только для балласта.
Насчет полета «в кабриолете» сложно сказать. С одной стороны, плотность атмосферы Марса у поверхности уже как на высоте 35 км над Землей, поэтому атмосфера не является серьезным препятствием. С другой — при старте с Земли, ракетные обтекатели отстреливаются на высоте 80–100 км, т.е. где-то эквивалентно высотам 50–70 км Марса. Поэтому идея лететь с открытой форточкой весьма рисковая.
Точно также маловероятно, что на ракете, главная задача которой докинуть экипаж до орбиты, будет набор скафандров для выхода в открытый космос.
Сейчас скафандры для полета в корабле сильно отличаются от тех в которых выходят в открытый космос.
Задача «внутренних» скафандров — обеспечить выживаемость пилота в течение нескольких минут в случае разгерметизации корабля. Скафандры для внекорабельной деятельности тяжелее и сложнее в несколько раз — это практически автономные космические корабли для работы в течение часов.
В дальних экспедициях возможно использование и скафандра «два в одном» для экономии массы и места. Такие были на лунных экипажах. Разница между «помещением» и «улицей» была только в «шапке» и «галошах» которые надевались перед выходом на поверхность.
Скафандры «Марсианина» противоречат обоим логикам. Марку проще было лететь в том же, который использовался на Марсе, как его экипаж, собственно, и сделал.
Но тогда не получился бы прием «Железный человек», с выпусканием газов из внутреннего объема скафандра. Это вовсе профанация, которую ввел режиссер для повышения драматизма момента. В книге Марк Уотни послушал командира и отказался от идеи превратиться в забавный неуправляемый реактивный волчок.
И, наконец, осмотрим перелетный корабль.
Концепция, которая описана в книге и показана в фильме, в целом наиболее оптимальна и, скорее всего, что-то подобное и полетит к Марсу. Межпланетный корабль, действительно, будет похож на космическую станцию, и, действительно, наиболее оправдано использование электроракетных ионных или плазменных двигателей, хотя, скорее, будет VASIMR или аналоги. Только использование вращающегося отсека маловероятно.
Что странно смотрится в фильме — это источник питания корабля. Внимание зрителя привлекают большие солнечные батареи, очевидно срисованные с МКС. В то же время, в районе двигательного отсека виднеются радиаторы более характерные для ядерного реактора. Правда для реактора их размер потребуется раз в десять больше.
Судя по всему, предполагается, что от батарей питается жилой отсек, а от реактора — двигатели. Но для реальной космонавтики такое деление нехарактерно. Один источник питания — это более рационально: ядерный реактор способен обеспечить питанием и жилые отсеки и двигатели, а вот батареи не смогут питать двигатель, т.е. полноценного дублирования для повышения надежности не получается. Например, никому не приходило в голову поставить на спутник или марсоход РИТЭГ, вместе с солнечными батареями. На Луноходе был радиоизотопный источник энергии, но он работал только на обогрев.
Правда в концепции Транспортно-энергетического модуля от Роскосмоса, видны и солнечные батареи и реактор, но тут сразу заметна вспомогательная роль батарей.
Еще одна особенность перелетного корабля из фильма, до глубины души взволновала разработчиков нового российского пилотируемого корабля ПТК НП («Федерация»). Их мысль выражена вопросом: «Почему так много места?».
В разработке российского межпланетного корабля они привыкли пользоваться каждым свободным кубическим сантиметром пространства, а тут хоть в волейбол играй.
Впрочем на МКС просторнее, но голых стен и там придется поискать.
Тренажерный зал на корабле «Гермес» тоже позабавил космонавтов. В реальности на орбите пользуются всего одним, зато многофункциональным силовым тренажером.
Стыковка грузового корабля вручную, не такая уж фантастика. По крайней мере один прецедент был, когда экипаж Шаттла вручную ловил спутник Intelsat VI.
Сейчас на американском сегменте МКС для тех же целей используют манипулятор. Автономная стыковка кораблей есть только на российском сегменте.
В завершение обзора, хотелось бы сказать, что несмотря на все вышеперечисленные неточности, фантазии и «режиссерские находки», «Марсианин» является на сегодня, пожалуй, лучшей иллюстрацией обозримого будущего космонавтики, в научно-техническом плане.
