Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Последним элементом марсианского экспедиционного корабля является возвращаемый аппарат с абляционным тепловым экраном, парашютами и надувными мешками для посадки на воду.

Для сборки на околоземной орбите марсианского экспедиционного комплекса согласно проекту компании «Боинг» требовался запуск десяти усовершенствованных ракет, получивших обозначение «Сатурн V-25 (S)U». Каждая такая ракета-носитель из двух усовершенствованных кислородно-водородных ступеней MS-IC и MS-II и четырех твердотопливных ускорителей диаметром каждый по 4 метра. Высота ракеты на старте достигала 140 метров, а ее грузоподъемность составила бы 250 тонн.

При первом запуске ракеты «Сатурн V-25 (S)U» без ТТУ на орбиту сборки высотой 420 км выводится сам марсианский космический корабль, включая МПК, полетный модуль и возвращаемый аппарат. Следом за ним с помощью ракеты-носителя «Сатурн1В» выводится модифицированный корабль «Аполлон» с экипажем из шести человек, который стыкуется с полетным модулем. Основной задачей этого экипажа является сборка и испытания экспедиционного комплекса. При следующих двух пусках на орбиту выводятся ракетные модули, которые последовательно стыкуются с космическим кораблем. Пятый пуск является резервным. При пусках с шестого по восьмой выводятся на орбиту еще три ракетных модуля. После этого сборка завершена. Девятый пуск также является резервным, а при десятом пуске ним с помощью ракеты-носителя «Сатурн1В» выводится модифицированный корабль «Аполлон» с основным экипажем из шести человек, который заменяет экипаж испытателей-монтажников.

Как уже говорилось, разгон с орбиты Земли и вывод на траекторию полета к Марсу осуществляется с помощью ЯРД «Нерва» трех ракетных модулей первой ступени. После выработки топлива они отбрасываются. Кстати, трасса полета к Марсу, либо обратно, может включать попутный облет Венеры, что позволяет снизить общую продолжительность всей экспедиции с 900-1000 до 460-680 суток. В ходе перелета возможно проведение коррекций траектории с помощью химического двигателя, установленного на второй ступени космической ракеты помимо ЯРД. Сама вторая ступень служит для вывода космического корабля на высокую околомарсианскую орбиту, после чего отбрасывается. Корректирующий ЖРД третьей ступени обеспечивает выход корабля на круговую орбиту высотой 985 км. На этой орбите посадочный модуль с экипажем из трех человек отделяется от экспедиционного корабля, тормозится с помощью двигателя тягой 1,9 тонны, который затем отбрасывается.

Перед посадкой раскрываются посадочные устройства. Продолжительность пребывания космонавтов на поверхности Марса составляет до 30 суток, в течение которых они проводят исследования, в том числе сбор образцов марсианского грунта (до 400 кг). По окончании исследований вторая ступень посадочного модуля стартует с поверхности вместе с космонавтами. После выхода на заданную орбиту они стыкуются с экспедиционным кораблем и переходят в него, а взлетная ракета отбрасывается. Время пребывания на орбите Марса зависит от баллистической схемы экспедиции и может колебаться от 30 суток (с пролетом Венеры) до 400 суток (без облета Венеры). Вывод корабля на траекторию полета к Земле обеспечивает ракетный модуль с ЯРД третьей ступени, которая по выработке топлива также отбрасывается.

Перед подлетом к Земле космонавты переходят в спускаемый аппарат, а пустой корабль с помощью корректирующей двигательной установки направляется на пролетную траекторию с последующим выходом на гелиоцентрическую орбиту.

По оценкам специалистов компании «Боинг» стоимость всей программы полета на Марс составила порядка 29 миллиардов долларов. При этом первые орбитальные испытания полетного модуля и ракетных модулей с ЯРД должны начаться в 1976 году, испытания 6-местного спускаемого аппарата – в 1978 году, а сама марсианская экспедиция с посадкой на поверхность – в 1985-1986 годах.

Как уже говорилось ранее, НАСА параллельно заключило контракты с различными фирмами на проработку отдельных аспектов марсианской экспедиции. В их числе были выбор основных параметров и облика марсианского посадочного корабля. По заданию Центра пилотируемых космических кораблей с октября 1966 по август 1967 года эту работу вела компания «Норт Америкэн Рокуэлл» (бывшая «Норт Америкэн авиэйшн»), которая 12 января 1968 года представила заключительный отчет по этой проблеме.

В представлении специалистов компании МПК должен иметь форму конуса диаметром 9 метров аналогично командному модулю «Аполлона», который был также разработан в этой же компании. Самый легкий вариант МПК при массе 30 тонн мог бы обеспечить пребывание двух человек на поверхности Марса в течение 4 дней. При этом орбита ожидания должна быть низкой круговой.

Самый тяжелый вариант МПК массой 50 тонн рассчитан на пребывание на поверхности Марса экипажа из 4 человек в течение 30 суток. При орбита ожидания – эллиптическая. Если вместо эллиптической принять низкую круговую орбиту, то масса МПК уменьшится до 34 тонн. Если же орбиту ожидания оставить эллиптической, но уменьшить численность экипажа до двух человек, а время пребывания на поверхности до 4 дней, то масса МПК составит 40 тонн. Для схода МПК с орбиты используются семь твердотопливных двигателей, которые после отработки тормозного импульса сбрасываются.

Поскольку начальная форма МПК представляет собой конус, покрытый абляционной защитой, то и вход в атмосферу Марса проходит аналогично входу в земную атмосферу командного модуля корабля «Аполлон». При этом максимальные перегрузки достигают 7 g. При снижении скорости до 4,5М открывается тормозной парашют, который затем вводит в действие основной парашют, роль которого исполняет надувной шар. На высоте порядка 3 км надувной шар отстреливается, одновременно открываются сопла посадочных двигателей, работающих на метане и жидком кислороде, и шесть посадочных опор. Непосредственно перед посадкой МПК способен совершать горизонтальный маневр на расстояние до 6 км. Посадка производится на шесть опор в форме лыж.

На посадочной ступени расположены исследовательская лаборатория (она же – жилой отсек) и шлюзовая камера для выхода космонавтов на поверхность Марса. В системе электропитания МПК используются кислородно-водородные топливные элементы аналогично кораблю «Аполлон».

При старте взлетной ракеты с поверхности Марса посадочная ступень используется в качестве стартового стола. Взлетная ракета двухступенчатая. Первой ступенью являются восемь конических топливных баков, сбрасываемых после израсходования в них жидкого кислорода и метана. Далее берется топливо из двух внутренних баков. После выхода на орбиту производится стыковка с экспедиционным кораблем и переход в него экипажа МПК.