Отправка даже одной экспедиции на Марс связана с огромными финансовыми затратами, которые, по некоторым оценкам, могут составить 100 млрд. долларов, и огромным риском для экипажа, поэтому подготовка к столь серьезному шагу должна быть не только всесторонней, но и требующей совместных усилий мирового сообщества. В настоящее время только две страны — США и Россия — способны самостоятельно создать межпланетный комплекс для высадки на Марсе человека. Хотя успех такого грандиозного проекта возможен только на основе международной кооперации, и в этой связи существуют различные варианты сотрудничества.
На сегодняшний момент известно, что из всех планет Солнечной системы Марс наиболее подобен Земле. Он сформировался приблизительно 4,5 млрд. лет назад. Ось вращения Марса наклонена к его орбитальной плоскости приблизительно на 23,9°, что сравнимо с наклоном земной оси, составляющим 23,4°, а потому там, как и на Земле, происходит смена сезонов. Хотя в отличие от Земли, которая движется почти по круговой орбите и где каждый сезон продолжается в течение 1/4 года, на Марсе, орбита которого имеет вытянутую форму (это ведет к различию почти в 42 млн. км между самым далеким и самым близким расстоянием его от Солнца, и чем он ближе к Светилу, тем быстрее движется по своей орбите), продолжительность каждого из четырех марсианских сезонов разнится в зависимости от его удаления от Солнца. А потому в марсианском северном полушарии зима коротка и относительно «умеренна», а лето длинное, но прохладное. В южном же наоборот — лето короткое и относительно теплое, а зима длинная и холодная. Марсианский день, называемый сол, составляет 24,66 часа, а его год — 669 сол.
Американские специалисты считают, что экспедиция должна провести на Марсе 500 дней, то есть общая ее продолжительность может составить почти три года. Сам же план получил впечатляющее название «1 000 дней». В российских же проектах, более осторожных в связи с огромным опытом работы на орбите, пребывание космонавтов на планете едва ли превысит несколько дней.
Согласно предлагаемому Россией плану марсианской пилотируемой экспедиции элементы корабля для сборки в единый комплекс должны быть прежде доставлены на околоземную орбиту (исходя из всех расчетов, вес МКК составит 600 т, и с Земли поднять такую махину не удастся). Затем этот комплекс с помощью двигательных установок должен выйти на межпланетную траекторию и в течение нескольких месяцев лететь к Марсу. На подлете к Красной планете комплекс затормозится и выйдет на околомарсианскую орбиту, потом от основной части комплекса отделится специальный посадочный корабль, в котором экипаж экспедиции (или его часть) спустится на поверхность Марса. А после выполнения работы экипаж на взлетном модуле, находящемся в составе посадочного корабля, возвратится на комплекс и экспедиция возьмет курс к Земле.
Выбор из возможных вариантов создания комплекса делается с учетом основных критериев: обеспечение безопасности экипажа, стоимость, исследовательские возможности экспедиции, перспективность уже разработанных технических решений применительно к другим проектам, а также обеспечение высокой вероятности благополучного возвращения экипажа на Землю. Особое внимание уделяется жилому модулю, включающему в себя радиационное убежище с каютами для членов экипажа, средства жизнеобеспечения, командный пост, аппаратуру управления полетом, солнечные батареи и шлюзовую камеру. Наиболее эффективным двигателем для использования на марсианском корабле, по мнению российских специалистов, является электрореактивный двигатель.
В американском проекте для уменьшения веса космического корабля используется идея Роберта Зубрина, предусматривающая производство топлива на Марсе непосредственно из местных ресурсов. Для этого на Красную планету необходимо доставить водород и ядерную силовую установку, которая обеспечивала бы электричеством и жилой комплекс, и завод по производству метана — его планируют получить из водорода, привезенного с Земли, и углекислого газа, взятого из марсианской атмосферы. Используя химическую реакцию Сабатье, из углекислого газа и водорода получают кислород и метан. Шесть тонн водорода, доставленного с Земли, позволят в течение 6—8 месяцев произвести 84 т жидкого кислорода и 24 т метана, последнего должно быть достаточно и для заправки модуля, предназначенного для возвращения космонавтов, и для обеспечения горючим марсохода, который останется работать на планете. Причем, по замыслу Роберта Зубрина, горючее должно быть готово еще до прилета землян на Марс. Таким образом, на Марс ежегодно придется посылать 2 корабля — один с космонавтами, другой — с комплексом для производства горючего для следующей экспедиции (их совместная стоимость — около 50 млрд. долларов).
Российские ученые считают эту идею в перспективе плодотворной, но убеждены, что в первой пилотируемой экспедиции ее использование преждевременно. Российские специалисты предлагают также не посылать на Марс заводы по производству химических элементов горючего, а напрямую использовать углекислый газ, взятый из марсианской атмосферы, в качестве окислителя порошкообразных металлов. Наиболее же перспективным горючим для двигателя, по их мнению, является магний, легко воспламеняющийся в среде из углекислого газа.
Что же касается времени отправки экспедиции, то день 14 января 2014 года предпочтителен потому, что если на пути к Марсу с кораблем возникнут технические проблемы, то он сможет вернуться на Землю, используя гравитационное поле Марса и Венеры. Хотя, если к моменту старта пилотируемой экспедиции плазменные двигатели достигнут необходимого уровня развития, то проблема аварийного возврата перестанет быть актуальной. Но в любом случае первая марсианская миссия стартует только тогда, когда все необходимое для ее осуществления будет находиться в полной готовности. Нам же остается только ждать.
По расчетам профессора астронавтики Д. Логански и его аспиранта М. Окуцу из университета Пурдью (Индиана, США), сделанным для современных двигателей, марсианский корабль должен покинуть Землю 14 января 2014 года. В следующий же раз столь благоприятная ситуация может сложиться как минимум через 10 лет.
Что касается долгосрочных планов «оживления» Марса, то они направлены на разработку концепции, которая позволила бы с помощью растений уменьшить в его атмосфере уровень углекислого газа и произвести необходимое количество кислорода. Для создания атмосферы на поверхности Красной планеты предлагается построить фабрики, производящие искусственные парниковые газы. Роберт Зубрин и Крис Маккей предполагают, что это должен быть перфлюорометан (CF4). В своей недавно изданной книге «Вступление в космос» Зубрин утверждает, что если производить и выпускать этот газ на Марсе с той же скоростью, с которой сегодня на Земле производятся подобные газы (приблизительно 1 000 т в час), то за несколько десятилетий средняя температура на всей Красной планете могла бы увеличиться на 10°C. Такое потепление вызвало бы появление большого количества углекислого газа, являющегося парниковым, который в дальнейшем мог бы обогревать эту планету. Еще теплее сделать ее могло бы и увеличившееся содержание в атмосфере водяного пара. Усилить же эти эффекты можно было бы в результате использования метаногенов и создающих аммиак бактерий, так как и метан, и аммиак также относятся к разряду парниковых газов. Общим результатом подобной программы могут явиться создание такой атмосферы на Марсе, которая будет приемлема с точки зрения давления и температуры, и появление на его поверхности жидкой воды в течение 50 лет от начала эксперимента. И хотя эта искусственно созданная атмосфера не может считаться подходящей для того, чтобы человек свободно дышал, она могла бы существенно поддержать зерновые культуры и дала бы возможность астронавтам прогуливаться по поверхности в кислородных масках. По крайней мере, до тех пор, пока не создадут ту атмосферу, которая будет полностью пригодна для дыхания.