Компьютерра - Журнал «Компьютерра» № 13 от 03 апреля 2007 года
Космических аппаратов с ЯРД еще не было, но работы над созданием таких двигателей велись в СССР и США. Как ясно из названия, в двигателях этого типа рабочее тело нагревается за счет энергии, вырабатываемой ядерным реактором. Эксперименты с ЯРД на Земле связаны с неминуемым радиационным заражением. Во многом именно поэтому работа здесь движется не слишком спешно. При эксплуатации двигателя в космосе экипаж и электроника корабля тоже должны быть защищены от вредного излучения реактора. США проводили наземные испытания двигателя NERVA, которые, несмотря на сырость технологий, продемонстрировали почти двукратное превосходство по удельному импульсу над лучшими ХРД. При этом тяга ядерных двигателей будет сравнимой с тягой ХРД, отчего ЯРД и рассматриваются как одна из альтернатив при проектировании межпланетной экспедиции.
Если отбросить совсем уж экзотичные в наши дни технологии, то для полета к Марсу нужен или ЯРД, или комплекс из сотен недорогих ЭРД. Последние гораздо проще и безопаснее в эксплуатации. За счет большого числа ЭРД этот вариант кажется еще и надежнее, поскольку нетрудно предусмотреть любое разумное количество резервных двигателей. С другой стороны, ЯРД сочетают в себе эффективность ХРД и малую массу комплекса ЭРД, а потому им прочат далекое будущее.
Видеть-то видели, но ничего похожего в действительности не существовало. Не только двигатели, а каждый блок ТМК нужно было придумать, спроектировать, испытать. Особое значение придавалось системе жизнеобеспечения (СОЖ), при создании которой нужно было учесть огромное количество разнообразных факторов. В 1967 году в СССР прошли самые ранние эксперименты по длительной (годичной) изоляции троих человек в небольшом наземном комплексе. Вся отечественная программа, связанная с орбитальными станциями, выросла на результатах того эксперимента и марсианской программе в целом.
В начале 60-х СССР ввязался в лунную гонку, и только когда стало ясно, что первыми на Луне будут американцы, возник проект «Аэлита». Согласно этому плану, полет на Марс длился 630 дней, тридцать из которых ТМК должен был находиться на орбите околомарсианской орбите (экспедиция на поверхности — пять дней). Специальная ракета Н-1, на которую рассчитывали еще с 1959-го, имела максимальную полезную нагрузку в 75 тонн, и для «Аэлиты» потребовалось бы два запуска. Два блока ТМК должны были в автоматическом режиме состыковаться на орбите, образовав 150-тонный комплекс. Дабы защититься от излучения, ядерный реактор мощностью 15 МВт отделялся от прочих систем и экипажа из четырех человек длинным коническим радиатором. После вывода на орбиту и стыковки комплекс покидал пределы радиационных поясов Земли [В целях экономии топлива пересечь радиационные пояса предполагается за несколько дней, что крайне вредно для экипажа. Из-за этого доставлять к стартовой орбите корабль и людей было решено порознь.], и к нему доставлялся экипаж. На Марс должен был сесть один аппарат [Знания об атмосфере Марса в то время были очень ненадежными, поэтому спуск считался самым рискованным этапом полета. Форм для спускаемого аппарата придумывалось множество, и даже в наше время этот вопрос не решен до конца], включающий в себя ракетную систему для возврата на орбиту. После завершения исследований, корабль возвращался к Земле. К сожалению, в 1974 году проектные работы над Н-1 были остановлены, после чего на много лет встала и вся марсианская программа.
В США тоже были свои проекты. Их главным отличием от советских была ставка на ядерный ракетный двигатель (ЯРД) NERVA (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application). Он изначально создавался как модульный, дабы можно было собирать двигатели разной мощности и решать разные задачи [У СССР в 80-м году тоже появился план полета к Марсу, основанный на применении ЯРД, но эта идея у нас не слишком популярна. Всеми разработками ЯРД в России ведает РНЦ «Курчатовский институт»]. В 60-х годах американцы подготовили проект экспедиции на Марс, которую рассчитывали начать 12 ноября 1981 года. Из соображений безопасности планировалось использовать два корабля с экипажами по шесть человек. После выхода на расчетную траекторию полета корабли должны были состыковаться и в таком виде прибыть в пункт назначения. По прибытии корабли по плану расстыковываются и проводят исследования независимо друг от друга. В первую фазу входили наблюдения с орбиты и управление автоматами, спущенными на поверхность. Только после этого предполагалось отправить вниз две группы по три человека. Время работы людей на Марсе — месяц. Еще через 80 дней, когда взаимное расположение планет станет благоприятным, экспедиция могла возвращаться. В случае нештатной ситуации на одном из кораблей другой мог принять всю дюжину исследователей. 14 августа 1983 года, после 640 суток полета, вездесущий шаттл должен был доставить астронавтов на Землю. Этот проект Америка не потянула так же, как СССР свои задумки.
В 1987 году успехи, связанные с ракетоносителем «Энергия», возродили идеи шестидесятых, а 1988 год принес резкую перемену курса в советской программе: было решено отказаться от реакторов в пользу пленочных солнечных батарей. Этот подход менее опасен, хотя огромные «поля» солнечных батарей и делают весь комплекс грандиозным по размерам. В наши дни российский проект полета на Марс рассчитан на общую длительность экспедиции около двух с половиной лет, из которых на Марсе группа из трех человек должна будет провести неделю. Прочие цифры: масса корабля — около 600 тонн, суммарная мощность солнечных батарей — 15 МВт, суммарная тяга четырехсот ЭРД — 300 Н, экипаж — шесть человек. Предполагается, что на поверхность спустятся два аппарата [Есть вариант и с одним спускаемым аппаратом. Он, конечно же, дешевле, однако не предполагает «разведки боем», которую мог бы провести автоматический грузовой модуль. С другой стороны, отпадает проблема посадки двух кораблей в одной точке поверхности], один из которых грузовой. Для сборки корабля на орбите потребуется 25 запусков «Протона». Стоимость десятилетней подготовки и осуществления экспедиции оценивается в 14 млрд. долларов. Важной особенностью российского проекта является многоразовость межпланетного комплекса. По задумке, после заправки и замены спускаемых аппаратов он сможет повторить полет. Кроме того, российский проект в настоящее время многократно выигрывает по стоимости у всех зарубежных, поскольку почти целиком основывается на опробованных технологиях [Однако это не означает, что все блоки корабля по отдельности существуют в готовом виде и используются. Имеющиеся в мире разработки могли бы послужить прототипами, но не более].
План покорения Марса Америкой, который у всех на слуху в последние годы, сохранил традиционную приверженность конструкторов США к ЯРД. Однако схема доставки взлетно-посадочного модуля к Красной планете отличается принципиально. Этот комплекс в автоматическом режиме должен прибыть к Марсу заранее, после чего от Земли отправится экипаж на одноразовом (в силу особенностей эксплуатации двигателя) межпланетном корабле. В настоящий момент у Соединенных Штатов нет четких представлений о деталях проекта, за исключением разработок пилотируемого корабля «Orion» [ См. «КТ» #653], который уже создается и, возможно, в 2014 году совершит свой первый полет к МКС. Несколькими годами позже доработанная версия должна отправиться к Луне, и уже на основе этого «Ориона» создадут корабль для полета к Марсу. Осуществление марсианских планов США отодвинуто аж на 2030 год. У Америки, как и у нас, много чего не хватает. Нет ядерного двигателя, очень опасного и экологически вредного в испытаниях, нет опыта длительного пребывания в космосе людей и опыта разработки соответствующих систем жизнеобеспечения. По оценкам NASA, с учетом лунного этапа затраты на реализацию всех планов только до 2020 года могут достигнуть 100 млрд. долларов.
Конечно, проекты России и США — в какой-то мере рекламные вывески. Но если относиться к ним серьезно, нельзя не сказать и о возможных проблемах, которые ставит предполагаемый полет к Марсу перед конструкторами и специалистами самых разных наук.
В первую очередь речь идет о безопасности экипажа, подвергающегося длительному воздействию фоновой радиации и кратковременному облучению потоками частиц, порожденных солнечными вспышками. Опыты на животных показали, что если выбраться из-под одеяла радиационных поясов Земли, неизбежны проблемы с памятью, низкая стрессоустойчивость, нарушение пространственного восприятия и пр [Вопрос о радиации задают американцам в контексте их полетов на Луну. Внятное объяснение того, как же NASA защитило своих астронавтов, получить трудно. А орбиты всех пилотируемых станций проходят сейчас внутри радиационных поясов, и космонавты защищены от излучений лишь немногим хуже нас с вами]. Чтобы укрыться от всплесков излучения, которые можно прогнозировать, экипаж должен использовать специальный защищенный отсек корабля, но на поверхности Марса такой возможности не будет. Более того, космические лучи, достигшие поверхности [У Марса нет радиационных поясов (см. статью «Красный вектор» в «КТ» #678)], после взаимодействия с грунтом вызывают повторное облучение. Радиационная защита космонавтов может изрядно утяжелить снаряжение экспедиции.
