В рамках програми Moon to Mars NASA планує відправити перші пілотовані місії на Марс до кінця наступного десятиліття. Для реалізації цієї амбітної мети агентство розробляє передові технології в рамках численних програм. Серед них — вдосконалені рухові установки, які скорочують час польоту до Марсу, зменшуючи вплив мікрогравітації та космічної радіації на екіпаж. Також розглядаються технології утилізації відходів, регенерації води, забезпечення здоров'я та безпеки астронавтів, а також створення самодостатніх систем життєзабезпечення.
NASA активно розвиває ключові технології для недорогих дослідницьких місій до Марсу та інших об'єктів Сонячної системи. Особливу увагу приділяється електрореактивним рушійним установкам потужністю менше кіловата, призначеним для малих космічних апаратів масою до 500 кг. У доповіді, представленій на 56-й Місячній та планетарній науковій конференції (LPSC 2025), група дослідників NASA запропонувала нову ініціативу — Commercial Hall Propulsion for Mars Payload Services (CHAMPS).
Дослідження провели вчені NASA Габріель Ф. Бенавідес, Стівен Р. Олесон та Ален С.Дж. Хаят. Бенавідес є інженером з електрореактивних двигунів у NASA Glenn Research Center (GRC), Ален С.Дж. Хаят — науковий співробітник Центру космічних польотів NASA Годдард, а Стівен Р. Олссон працює керівником групи розробки компактних ядерних реакторів у Лос-Аламоській національній лабораторії та лідером інженерної групи Compass у NASA GRC.
Технологічний прогалина
Дослідження базується на попередніх роботах, таких як Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3) та програма Small, Innovative Missions for PLanetary Exploration (SIMPLEx). Ці проекти підтвердили важливість малопотужних холлівських двигунів з магнітним екрануванням, які використовують сонячну енергію для іонізації інертного газу (наприклад, ксенону) та створюють тягу за рахунок магнітних полів.
В рамках програми Artemis такі системи забезпечать доставку перших модулів місячної станції Gateway — Power and Propulsion Element (PPE) та Habitation and Logistics Outpost (HALO) — на навколомісячну гало-орбіту (NRHO). Запуск запланований на 2027 рік за допомогою ракети Falcon Heavy.
Для усунення технологічного розриву у 2017 році NASA запустило проект Small Spacecraft Electric Propulsion (SSEP), спрямований на мініатюризацію електрореактивних рушійних установок. Приклад такої системи — NASA-H71M, у якій 140 кг палива достатньо для транспортування корисного навантаження до 450 кг.
Концепція місії CHAMPS
Олссон і команда Compass запропонували використовувати комерційну версію H71M — систему NGHT-1X від Northrop Grumman — для місій до Марсу. Ключові особливості:
- Запуск у якості вторинного корисного навантаження з місіями CLPS до Місяця.
- Гравітаційний маневр біля Місяця для виходу на тимчасову гало-орбіту (NRHO) та очікування оптимального положення Землі та Марсу.
- Тримісячний маневр з малою тягою, чотиримісячний пасивний політ та ще семимісячний маневр.
- Вихід на орбіту Марсу висотою 15 км з повним покриттям екваторіальної зони кожні 5 сол.
- Дослідження Деймоса та перехід на ареосинхронну орбіту (17 км) для ретрансляції даних.
Наукові інструменти та завдання
Місія CHAMPS буде оснащена:
- Видимим/УФ-іміджером (аналог MARCI).
- Тепловим ІЧ-радіометром (подібний до Mars Climate Sounder).
- Ближнім ІЧ-спектрометром (аналог Argus).
Основні наукові цілі:
- Вивчення тривимірної структури атмосфери (тиск, температура, аерозолі, водяна пара, озон).
- Моніторинг пилових бур та крижаних хмар.
- Аналіз магнітного поля та плазмових умов навколо Марсу.
Ці дослідження допоможуть відповісти на ключові питання про клімат Марсу, включаючи взаємодію поверхні та атмосфери, вплив сонячної активності та динаміку атмосферних процесів.
