Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Как уже говорилось, в проекте НАСА 1993 года для осуществления первой пилотируемой экспедиции на Марс с помощью четырех тяжелых ракет-носителей к Марсу запускались четыре корабля общей массой 378 тонн. Для их разгона к Марсу использовались ракетные ступени с ЯРД.

Для запуска марсианской экспедиции авторы доклада предлагали использовать ракеты-носители грузоподъемностью до 85 тонн, созданные на базе элементов МТКС «Спейс Шатлл». При этом для запуска первой экспедиции требуется запуск восьми таких ракет. При первых трех пусках обеспечивается выведение на околоземную орбиту трех разгонных блоков с ЯРД. Еще три ракеты выводят марсианские корабли, которые стыкуются каждый со своим разгонным блоком. Вес каждой такой сборки составляет около 175 тонн. После стыковки корабли разгоняются к Марсу. Следом за ними с Земли стартуют еще две ракеты, которые обеспечивают выведение на околоземную орбиту разгонного блока с ЯРД и марсианского посадочного корабля массой 63 тонны с экипажем. После сборки они также направляются к Марсу. Общая масса всех кораблей на трассе Земля-Марс составляет 303 тонны.

Уменьшение общей массы марсианского экспедиционного комплекса достигается за счет уменьшения диаметра с 10 до 7,5 метров пилотируемого посадочного модуля, грузовой посадочной ступени и аппарата для возвращения на Земля, входящего в состав марсианского орбитального корабля, широкого применения композиционных материалов, отказа от парашютной системы посадки на Марс, исключения излишней научной аппаратуры, уменьшения размера вездехода.

Общая длина корабля, конструкция которого является унифицированной и для пилотируемого посадочного модуля, и для грузового посадочного аппарата, и для марсианского орбитального корабля с аппаратом для возвращения на Землю составляет 12,75 метра. Каждый корабль имеет биконическую форму с аэродинамическим экраном. После посадки на Марс экипаж живет в надувном модуле типа «Трансхэб», проект которого рассматривался в качестве жилого модуля для Международной космической станции. Наличие надувного модуля «Трансхэб» в составе марсианской экспедиции позволяет сократить число запусков ракет-носителей, по крайней мере, на два. Кроме того, малый вес надувного модуля позволяет транспортировать по поверхности Марс, увеличивая тем самым возможный район исследования.

Другой попыткой улучшить проект НАСА 1993 года стало предложение сотрудников Исследовательского центра имени Льюиса (теперь Центр имени Джона Гленна) Леона Джеферта, Курта Хэкаи Томаса Керслейка, озвученной на Международном форуме по космическим технологиям и их применению, проходившем с 31 января по 4 февраля 1999 года в Аьбукерке, штат Нью-Мексико. Они предложили для полета к Марсу использовать солнечную электрореактивную двигательную установку, что, в общем-то перекликалось с предложениями НПО «Энергия». Вместо четырех тяжелых ракет-носителей грузоподъемностью 240 тонн по проекту 1993 году для организации первой марсианской экспедиции потребуется запуск восьми ракет-носителей грузоподъемностью до 85 тонн, созданных на базе элементов МТКС «Спейс Шатлл».

Для сборки на орбите солнечной электрореактивной двигательной установки массой 123 тонны требуется запуск пяти ракет-носителей. Сюда входят и три небольшие ступени с ЖРД для ухода корабля с околоземной орбиты. Для выработки электроэнергии служат 16 панелей солнечных батарей общим размахом 195 метров. Это электричество питает стационарные плазменные двигатели, известные как двигатели с анодным слоем или двигатели Холла. Кстати, наибольшего прогресса в создании именно этого типа электрореактивных двигателей достигла Россия. В качестве топлива используется криптон. Более эффективный ксенон слишком редкий элемент на Земле.

Поскольку разгон с помощью электрореактивных двигателей занимает очень много времени, а сам разгон у Земли проходит в радиационных поясах, на первой стадии СЭРДУ в без экипажа доставляет две ракетные ступени с грузовыми посадочными кораблями на высокоэллиптическую промежуточную орбиту. Общая масса этой сборки составляет 150 тонн, мощность, вырабатываемая солнечными батареями, на начало полета составляет 1100 кВт. СЭРДУ требуется от 6 до 12 месяцев, чтобы самостоятельно вывести космический аппарат на трассу перелета к Марсу. Поэтому авторы выбрали комбинированную схему. После достижения апогее в 40000 км ракетные ступени с грузовыми кораблями отделяются от СЭРДУ. В перигее производится включение ЖРД разгонных блоков, после грузовые корабли отправляются к Марсу, а СЭРДУ своим ходом возвращается на низкую орбиту для последующего использования. Перелет грузовых кораблей к Марсу длится 6 месяцев.

На второй стадии СЭРДУ проводит такую же операцию с пилотируемым кораблем и еще одним разгонным блоком. Общая масса сборки без СЭРДУ составляет 109 тонн. К этому времени за счет радиации и других космических факторов мощность, вырабатываемая солнечными батареями, снизилась до 850 кВт. Вся раскрутка в радиационных поясах с помощью СЭРДУ проходит без экипажа. Он подсаживается в корабль непосредственно перед стартом к Марсу в апогее переходной орбиты. Его доставку обеспечивает небольшой корабль-такси. Разгон к Марсу аналогичен разгону грузовых кораблей, а СЭРДУ также возвращается на низкую орбиту. Дальнейший полет проходит по схеме, описанной К. Джустеном, Р. Шефером и С. Хоффманом.

Завершая обзор проектов марсианских экспедиций, появлявшихся в разное время в США (конечно же, не всех), стоит упомянуть и о еще одном проекте, который разработали в 1999 году студенты Калифорнийского технологического института (Калтех) Кристофер Хирата, Джейн Гринхэм, Натан Брауни Дерек Шэннон, которых консультировал сотрудник Лаборатории реактивного движения (JPL) Джеймса Бёрка. Их работа явилась вкладом Калтеха в процесс планирования исследований НАСА, проводимый университетами США. Студенческий проект построен на идее прямого полета на Марс, предложенного Зубриным. При этом используется максимальное количество отработанных решений и технологий и минимальное количество новых, а также политически чувствительных технологий типа ядерной энергии. Кроме того, в основу проекта положены максимальная безопасность экипажа и максимальная научная отдача.

Для реализации марсианской экспедиции авторы предложили создать целое семейство тяжелых ракет носителей «Кахира», так на арабском языке называется Марс. Первая экспедиция, запланированная на 2014 год, требует запуска шести тяжелых трехступенчатых ракет-носителей Q3041 со стартовой массой 2500 тонн, каждая из которых способна вывести на траекторию полета к Марсу груз массой 55 тонн, а также одной двухступенчатой ракеты Q1310, способной вывести на околоземную орбиту груз массой 70 тонн. При последующих экспедициях уже будут использоваться ракеты Q1010 грузоподъемностью 40 тонн. Все ракеты используют существующие ЖРД и твердотопливные ускорители. Так ракета Q1310 отличается от Q1010 наличием трех твердотопливных ускорителей «Кастор 120» на первой ступени. Разгонная ступень, с помощью которой корабль отправляется к Марсу, унифицирована с третьей ступенью ракеты Q3041 и со вторыми ступенями ракет Q1310 и Q1010.