Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Для реализации марсианской экспедиции по проекту НАСА необходимо создание тяжелой ракеты-носителя грузоподъемностью 80 тонн, получившей название «Магнум». Ее основу составляет подвесной топливный бак шаттла с тремя ЖРД SSME и два возвращаемых жидкостных стартовых ускорителя, которые предполагается разработать взамен твердотопливных. Необычным же в ней является головной обтекатель, который предполагается использовать в качестве аэродинамического экрана (его еще назвали «санками») для вывода модулей на марсианскую орбиту и посадки на поверхность планеты.

Для разгона пилотируемого корабля к Марсу также используется солнечный буксир многоразового использования с ЭРД. Однако в отличии от проекта РКК «Энергия» сам буксир до Марса не долетает. Он обеспечивает в течение 9-12 месяцев перевод марсианского корабля с низкой на высокую эллиптическую околоземную орбиту, после чего возвращается обратно. Во избежание длительного нахождения экипажа в радиационных поясах он подсаживается в экспедиционный корабль уже на эллиптической орбите, куда его доставляет транспортный корабль. Для разгона к Марсу в перицентре орбиты включается ЖРД самого корабля. Основу солнечного буксира составляют веероподобные конструкции солнечных батарей максимальным размахом 185 метров, общей площадью 7100 м2 и выходной электрической мощностью 800 кВт.

По одной из схем, предложенной НАСА, при первом запуске в 2016 году к Марсу отправляются корабль для полета к Земле и ракетный блок для увода его от Марса. С помощью аэродинамического торможения они выходят на околомарсианскую эллиптическую орбиту ожидания с периодом равным одним марсианским суткам (сол). Одновременно комплекс в составе взлетной ракеты, установки для производства компонентов топлива, научной аппаратуры и ядерного источника питания садится на поверхность с подлетной траектории. Вторым пуском в 2018 году выводится к Марсу жилой модуль с экипажем, который с помощью аэродинамического торможения выходит на марсианскую орбиту, а затем совершает посадку на поверхность планеты. После проведения исследований и выработки необходимого количества топлива из местных ресурсов космонавты стартуют с поверхности и стыкуются с орбитальным кораблем. Далее этот корабль выводится с помощью ракетного блока с ЖРД на трассу перелета Марс-Земля. Также с помощью аэродинамического торможения корабль переводится с пролетной траектории на околоземную орбиту, откуда космонавтов забирает шаттл.

В качестве жилого модуля марсианской экспедиции НАСА предложило использовать надувной модуль типа «Трансхэб», проект которого одно время рассматривался для использования на МКС. В сложенном состоянии он весит всего лишь 11,8 тонны, и его можно вывести на орбиту в грузовом отсеке шаттла. После развертывания надувной модуль имеет высоту 12,2 метра, а диаметр – 8,2 метра. Такие размеры модуля позволяют без проблем сделать его трехэтажным и разместить на нем отдельные каюты для шести членов экипажа и даже большую кают-компанию с обеденным столом на 12 персон.

Как уже отмечалось, такой подход НАСА к реализации марсианской экспедиции достаточно перспективен, однако для первого пилотируемого полета на Марс в нем слишком много новых технологий, возможность использования которых еще требует подтверждения.

Кроме вышеупомянутых проектов с отдельным докладом выступил Виталий Семеновиз Исследовательского центра имени М. В. Келдыша. В нем был представлен проект марсианской экспедиции, проработка которого ведется в созданном под эгидой Минатома России Международном научно-техническом центре с участием специалистов Центра Льюиса НАСА, компании «Рокетдайн» и CNES. Работа в такой серьезной компании не могла не принести положительных результатов.

Поначалу за основу был взят проект марсианского комплекса с ЯРД, разработанный в конце 80-х годов совместно Курчатовским институтом и НИИТП (ныне Исследовательский центр имени М. В. Келдыша). В качестве ядерных ракетных двигателей предлагалось использовать связку из четырех РД0410 с суммарной тягой 80 тонн, отдельные элементы которого уже прошли испытания. Этот двигатель мог работать в двух режимах. Его можно было использовать и как ракетный двигатель с удельным импульсом 927 секунд, и как ядерную энергоустановку с тепловой мощностью 1200 МВт и электрической мощностью от 50 до 200 кВт. При такой вырабатываемой мощности необходимо было иметь радиаторы площадью 600 м2. Для защиты экипажа из 5 человек от излучения ядерного реактора сам корабль окружен баками с жидким водородом.

Марсианский экспедиционный комплекс по проекту Курчатовского института и Исследовательского центра имени М. В. Келдыша (НИИТП) от 1994 года состоит из двигательной установки – четыре ЯРД РД0410, радиатора для сброса тепла, шести баков с жидким водородом длиной по 36,5 метров (четыре бака диаметром 6 метров для разгона к Марсу и два бака диаметром по 5 метров для выхода на орбиту Марса и схода с нее), жилого модуля типа базового блока станции «Мир» длиной 33 метра и диаметром 5,5 метров с несколькими стыковочными узлами и радиационным убежищем, марсианского посадочного корабля длиной 13 метров и диаметром 3,8 метра, а также аппарата для возвращения на Землю, аналогичного по форме МПК. Стартовая масса комплекса составляет 800 тонн, из которых 400 тонн – топливо. Общая длина комплекса – 84 метра. Продолжительность всей экспедиции составляет 460 суток.

Однако для международного сообщества необходимость использования ядерных двигателей связано с возможностью радиационного загрязнения окружающей среды. Именно поэтому и в нашей стране, и за рубежом предпочитают пока для межпланетных перелетов использовать экологически чистые двигатели, например, солнечные энергодвигательные установки. В конечном итоге, в проекте Международного научно-технического центра специалисты остановились на том же. Через три года в январе 2001 года в Голландии состоялась защита аванпроекта марсианской экспедиции, состоящего из 13 томов.

Проектом предусматривается первый пилотируемый полет на Марс в 2014-2016 годах. При этом сначала к Марсу отправляется грузовой корабль массой 143 тонны, а через 9 месяцев после него – пилотируемый корабль массой 585 тонн с экипажем из 6 человек. Разгон грузового корабля производится с помощью электрореактивных двигателей (общая площадь солнечных батарей 60 тысяч квадратных метров), и время его полета до Марса составляет 474 суток. Во избежание воздействия радиационных поясов на космонавтов пилотируемый корабль разгоняется с помощью ЖРД, поэтому его перелет длится 191 сутки. В результате они прибывают к Марсу почти одновременно.