В рамках программы Moon to Mars NASA планирует отправить первые пилотируемые миссии на Марс к концу следующего десятилетия. Для реализации этой амбициозной цели агентство разрабатывает передовые технологии в рамках многочисленных программ. Среди них — усовершенствованные двигательные установки, которые сократят время перелёта к Марсу, уменьшив воздействие микрогравитации и космической радиации на экипаж. Также рассматриваются технологии утилизации отходов, регенерации воды, обеспечения здоровья и безопасности астронавтов, а также создания самодостаточных систем жизнеобеспечения.
NASA активно развивает ключевые технологии для недорогих исследовательских миссий к Марсу и другим объектам Солнечной системы. Особое внимание уделяется электрореактивным двигательным установкам мощностью менее киловатта, предназначенным для малых космических аппаратов массой до 500 кг. В докладе, представленном на 56-й Лунной и планетарной научной конференции (LPSC 2025), группа исследователей NASA предложила новую инициативу — Commercial Hall Propulsion for Mars Payload Services (CHAMPS).
Исследование было проведено учеными NASA Габриэлем Ф. Бенавидесом, Стивеном Р. Олесоном и Аленом С.Дж. Хаятом. Бенавидес является инженером по электрореактивным двигателям в NASA Glenn Research Center (GRC), Ален С.Дж. Хаят — научный сотрудник Центра космических полётов NASA Годдард, а Стивен Р. Олссон работает руководителем группы разработки компактных ядерных реакторов в Лос-Аламосской национальной лаборатории и лидер инженерной группы Compass в NASA GRC.
Технологический пробел
Исследование основано на предыдущих работах, таких как Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3) и программа Small, Innovative Missions for PLanetary Exploration (SIMPLEx). Эти проекты подтвердили важность маломощных холловских двигателей с магнитным экранированием, которые используют солнечную энергию для ионизации инертного газа (например, ксенона) и создают тягу за счёт магнитных полей.
В рамках программы Artemis такие системы обеспечат доставку первых модулей лунной станции Gateway — Power and Propulsion Element (PPE) и Habitation and Logistics Outpost (HALO) — на окололунную гало-орбиту (NRHO). Запуск запланирован на 2027 год с помощью ракеты Falcon Heavy.
Для устранения технологического пробела в 2017 году NASA запустило проект Small Spacecraft Electric Propulsion (SSEP), направленный на миниатюризацию электрореактивных двигательных установок. Пример такой системы — NASA-H71M, в которой топлива в 140 кг достаточно для транспортировки полезной нагрузки до 450 кг.
Концепция миссии CHAMPS
Олссон и команда Compass предложили использовать коммерческую версию H71M — систему NGHT-1X от Northrop Grumman — для миссий к Марсу. Ключевые особенности:
- Запуск в качестве вторичной полезной нагрузки с миссиями CLPS к Луне.
- Гравитационный манёвр у Луны для выхода на временную гало-орбиту (NRHO) и ожидания оптимального положения Земли и Марса.
- Трёхмесячный маневр с малой тягой, четырёхмесячный пассивный полёт и ещё семимесячный маневр.
- Выход на орбиту Марса высотой 15 км с полным покрытием экваториальной зоны каждые 5 сол.
- Исследование Деймоса и переход на ареосинхронную орбиту (17 км) для ретрансляции данных.
Научные инструменты и задачи
Миссия CHAMPS будет оснащена:
- Видимым/УФ-имиджером (аналог MARCI).
- Тепловым ИК-радиометром (подобный Mars Climate Sounder).
- Ближним ИК-спектрометром (аналог Argus).
Основные научные цели:
- Изучение трёхмерной структуры атмосферы (давление, температура, аэрозоли, водяной пар, озон).
- Мониторинг пылевых бурь и ледяных облаков.
- Анализ магнитного поля и плазменных условий вокруг Марса.
Эти исследования помогут ответить на ключевые вопросы о климате Марса, включая взаимодействие поверхности и атмосферы, влияние солнечной активности и динамику атмосферных процессов.
