«Марсианин», воспевающий человеческий разум и адаптационные способности, говорит также о важности универсальных знаний: в критической ситуации чрезмерная специализация может оказаться вредной и даже опасной. В этом смысле фильм отличается от «Миссии на Марс» (Брайан де Пальма, 2000) и «Красной планеты» (Энтони Хоффман, 2000), повествующих о неудаче первых высадок людей на Марсе. В противовес их открытым финалам (картина Брайана де Пальмы завершается загадочным контактом с инопланетянами, картина Хоффмана — неконтролируемой мутацией, вызванной нарушениями условий среды) «Марсианин» делает упор на научности и реалистичности происходящего. Тем не менее реализм всех перипетий — это именно то, в чем позволительно усомниться…
Миссия «Арес-III»
Начнем с корабля «Гермес», доставляющего астронавтов на Марс в 2035 году. Первое наблюдение: он велик — гораздо больше «Аполлонов», на которых люди летали на Луну. Он выглядит даже шикарным: чего стоит огромное колесо, как в «Космической одиссее 2001 года», где создается искусственная гравитация[41]. Создание тяготения во время полугодового полета на Марс представляет интерес, но если без этого не обойтись, то это должна быть скорее гантель, а не колесо, — она лучше управляется и не такая дорогая. Так или иначе, общая длина «Гермеса» достигает 200 м, если учитывать заданный колесом масштаб.
Кроме того, корабль оснащен очень большими солнечными батареями, похожими на те, что стоят на МКС. На первый взгляд, это вполне логично, так как световой поток от Солнца уменьшается с расстоянием: до Марса доходит только 43 % света, если принять земную «дозу» за 100 %. Но было бы гораздо эффективнее предусмотреть на корабле небольшой ядерный реактор, менее массивный, но дающий столько же электроэнергии. Тем более что потребность корабля в энергии очень велика, ведь ему нужна постоянная тяга: обычных химических двигателей хватает для того, чтобы стартовать с Земли, но срок их службы не превышает нескольких минут. Если на «Гермесе» работает двигательная установка (мы несколько раз видим синий выброс из его сопла), то ее тяга вряд ли сильна. Такое возможно при электрической установке[42], принцип действия которой основан на разгоне ионизированных атомов. В романе Энди Вейера уточняется, что итоговое ускорение очень слабо — всего 2 мм/с2, но его достаточно для постоянной коррекции траектории и прибытия на Марс быстрее, чем обычным способом. Постоянная работа двигателя обеспечивает кораблю спасительную маневренность, когда экипаж решает вернуться на Марс за Марком Уотни.
Характер миссии «Арес III» напрямую восходит к сценарию «Прямо на Марс», предложенному аэрокосмическим инженером Робертом Зубриным и утвержденному НАСА для своей марсианской программы. Согласно ему, для такой экспедиции потребуется три корабля. Первый — главный, необходимый для того, чтобы долететь до Марса. Два других — это возвращаемый модуль (ERV) и марсианский спускаемый модуль (MAV). ERV останется на марсианской орбите и, как следует из его названия, послужит для возвращения астронавтов на Землю. MAV опустится на поверхность, а потом, после завершения миссии, доставит астронавтов на ERV.
Ключевое значение имеет MAV: он слишком тяжел, чтобы опуститься на Марс с полными топливными баками, поэтому опускается туда автономно, с пустыми баками, и вырабатывает топливо на основе местных ресурсов до прибытия астронавтов. Маленький робот собирает воду из марсианского реголита (считается, что в нем содержится 40–80 г воды на 1 кг породы в зависимости от региона[43], не считая полюсов) и забирает из атмосферы углекислый газ. Электролиз воды дает молекулярные кислород и водород. Кислород накапливается, водород вступает в реакцию с углекислым газом, дающую метан и воду. Эта реакция — процесс Сабатье — происходит при высокой температуре, близкой к 330 °C, в присутствии катализатора на основе рутения и алюминия[44]. Необходимое для этого тепло без труда предоставляется радиоизотопным генератором[45]. Получаемый метан, будущее горючее, накапливается, а вода подвергается повторному электролизу. Предусмотрено, конечно, и развертывание на поверхности Марса станции, предшествующее прибытию астронавтов. Это может быть, например, надувное жилище, как в фильме: оно легкое и при этом обеспечивает эффективную защиту от враждебных марсианских условий.
Пыльная буря
Фильм начинается с драматической сцены, послужившей причиной всего дальнейшего: астронавтам приходится взлетать на MAV в разгар марсианского урагана, не дожидаясь, пока ветер опрокинет модуль. Экстренная ситуация вынуждает их оставить на поверхности планеты одного из членов экипажа, жертву несчастного случая.
Достоверна ли эта сцена? На Марсе действительно регулярно свирепствуют ураганы, это из-за поднимаемых ими мельчайших частиц почвы марсианское небо приобретает характерный оранжевый оттенок. Бывают и пылевые тайфуны (dust devils) — это явление впервые удалось понаблюдать напрямую в 1997 году благодаря марсоходу «Патфайндер». Несколько раз эти завихрения фотографировались орбитальным зондом Mars Reconnaissance Orbiter, вращающимся вокруг Красной планеты с марта 2006 года[46].
Но может ли марсианская буря натворить таких бед, как в фильме? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо прежде всего уяснить, что на Марсе очень слабое атмосферное давление. Оно аналогично земному на высоте 38 км, то есть в 160 раз слабее давления на уровне земного моря. При таком давлении, средней температуре -60 °C и насыщенности углекислым газом плотность марсианской атмосферы примерно в 60 раз ниже земной[47]. Кстати, давление, оказываемое на предмет движущейся жидкостью, пропорционально произведению плотности жидкости на квадрат скорости ее движения. При марсианской плотности атмосферы давление ветра, дующего с некоей скоростью, в 60 раз ниже земного эквивалента. В этих условиях порыв ветра ощущался бы астронавтами как легкий бриз. Какой же должна быть тогда скорость ветра, способного опрокинуть корабль?
В фильме предоставлена ключевая для ответа на этот вопрос информация: миссию необходимо прервать, когда сила ветра, которой подвергается MAV, достигает 7500 ньютонов. Эта сила равна произведению давления ветра и площади, которая его испытывает. Размеры MAV можно прикинуть, сопоставляя его с ростом действующих лиц: в высоту модуль составляет примерно 20 м, его диаметр — где-то 10 м; площадь, испытывающая напор ветра, равна, следовательно, 200 м2. Чтобы напор ветра на эту площадь достиг предела безопасности, он должен дуть со скоростью 70 м/с, что несколько превосходит скорость реальных марсианских ветров, составляющую 30–50 м/с.
В бурю MAV накренится на угол, определяемый как частное от деления силы ветра на вес модуля. Зная, что максимальный допустимый крен составляет 12,3°, можно рассчитать вес MAV: порядка 34 400 ньютонов. При марсианской гравитации, равной 38 % земной, это соответствует массе 9,3 т. Это представляется недостаточным, учитывая приведенные выше размеры MAV, при которых модуль должен бы иметь массу не менее 200 т. Недостаточна она и при сравнении с 15 т лунного посадочного модуля (LEM), на котором спускались на Луну и покидали ее американские астронавты. Оценочная масса MAV для миссии «Прямо на Марс» близка скорее к 40 т. Короче говоря, ураган в фильме вряд ли мог бы опрокинуть MAV, как там показано.
Под песком?
Итак, марсианская буря не так разрушительна, как земная, при одинаковой скорости ветра. Ветер на Красной планете может поднимать только мелкую пыль с диаметром частиц 50-100 микрон. В фильме же мы видим летящие уже в начале урагана стрелы кремнезема и гальку! Для астронавтов это должно было бы представлять страшную опасность: могли разбиться их шлемы.
Столь же маловероятно, чтобы Марк Уотни отыскал погребенный под песком зонд «Патфайндер» и начал доставать его содержимое[48]. При малой силе марсианского ветра предметы заметаются песком очень медленно. Чтобы «Патфайндер», находящийся на Марсе только с июля 1997 года, так сильно замело, на него должна была бы наползти целая дюна. На Земле такое случается, но вряд ли это могло произойти на Марсе. Зато слабый марсианский ветерок был полезен для марсохода «Оппортьюнити», чьи солнечные батареи, покрывавшиеся в ходе миссии песком, неоднократно вполне эффективно «очищались» ветром.
