Юрий Зайцев, действительный академический советник Академии инженерных наук, для РИА Новости.
Часть I.
В том, что полет человека на Марс состоится, сомнений нет. Доподлинно известна и его продолжительность - по наиболее оптимальной траектории 350 суток туда, столько же обратно, плюс 20-30 суток пребывания космонавтов на марсианской поверхности. Но когда это случится, определенно сказать трудно.
Глава Департамента оборонно-промышленного комплекса Минпромэнерго Юрий Коптев считает: "лететь можно хоть завтра - технические возможности позволяют. Концепция такой экспедиции в нашей стране прорабатывается с 1960 г., и многое уже сделано", - подчеркивает он. Экс-президент РКК "Энергия" Николай Севастьянов полагает, что марсианский проект может быть реализован после 2025 г. в три этапа: отработка межпланетного экспедиционного комплекса в полете вокруг Луны, затем - пилотируемая экспедиция с облетом Марса и, наконец, пилотируемая миссия с посадкой экипажа на марсианскую поверхность.
Руководитель Роскосмоса Анатолий Перминов заявил: "полет на Марс мы планируем после 2035 г.". Точку, очевидно, поставит руководство страны: до конца года правительство должно утвердить "Программу развития космической отрасли до 2040 г.". Тем не менее, работы "в марсианском направлении" уже ведутся и выполняются они в рамках действующей Федеральной космической программы.
Надо заметить, что в последние годы "марсостремительные" настроения овладели многими странами. Американцы хотят начать полет на Марс, стартуя с Луны. По энергомассовым показателям это более затратный вариант: нужно сначала доставить элементы марсианского экспедиционного комплекса к Луне с мягкой посадкой на ее поверхность, собрать их там, а затем стартовать, преодолевая лунное тяготение. Российский вариант предусматривает старт к Марсу с околоземной орбиты. Сроки реализации обоих проектов совпадают - после 2035 г. Первый же европеец намерен прогуляться по Красной планете уже в 2024 г., что представляется маловероятным. Едва запустив в 2003 г. первого тайконавта, заявил о марсианских амбициях и Китай.
В 2005 г. российские специалисты подготовили проект "Пилотируемая экспедиция на Марс". Как считает один из разработчиков проекта, главный конструктор Центра Келдыша Виталий Семенов, работы по межпланетному экспедиционному комплексу выявили важное обстоятельство: сроки и затраты на реализацию марсианской миссии определяются, в основном, типом двигательной установки.
Удельная тяга, то есть отношение силы тяги к секундному расходу топлива, - важнейшая характеристика любого ракетного двигателя. Чем выше скорость истечения газов, тем большая реализуется тяга при одинаковом расходе топлива, соответственно, растет и экономичность двигателя. Несмотря на доведенную до совершенства технологию существующих химических ракетных двигателей, невысокий предел скорости истечения продуктов горения в них становится той стеной, которую нельзя пробить... Но можно «объехать».
Чем же предлагается заменить обычные ракетные двигатели? Например, нагреть до высокой температуры сверхлегкие газы (водород, гелий, метан) и заставить их течь через сопло в два - два с половиной раза более высокими, чем у химических ракетных двигателей, скоростями. Это можно сделать с помощью либо компактного ядерного реактора, либо нагревательного элемента, работающего от солнечных батарей. Ядерные ракетные двигатели для пилотируемых экспедиций на Марс активно разрабатывались и в СССР, и в США еще в 1960-1970 годы, однако работы были остановлены на фазе наземных испытаний.
Еще более экономичны и "быстры" плазменные и ионные электрореактивные двигатели. В них поток заряженных частиц разгоняется до высоких скоростей с помощью электромагнитного поля, почти как в ускорителе заряженных частиц. Определяющим их тягу параметром также оказывается мощность энергоустановки, создающей это поле и разгоняющей частицы.
Россия располагает уникальным опытом создания и эксплуатации реакторных энергоустановок в космосе. В период с 1970 по 1988 г. состоялись запуски в общей сложности 32 космических аппаратов с ядерными энергоустановками и термоэлектрическим преобразователем мощностью 3 и 5 кВт. Большинство этих аппаратов выполняло разведывательные функции и находилось в активированном состоянии на низких околоземных орбитах по нескольку месяцев. Для сравнения: единственный американский аппарат с атомным реактором SNAP 10А и термоэлектрическим преобразователем мощностью около 0,5 кВт был запущен США в 1965 г. Но он проработал только 43 дня, хотя до сих пор находится на орбите уже в качестве космического мусора. Затем работы по ядерной энергетике в космосе в Америке перешли в теоретическую плоскость и были возобновлены лишь в 2002 г.
Умеют в России делать и так называемые "стационарные плазменные двигатели" (СПД), имеющие на порядок большую удельную тягу, чем традиционные химические. Первые испытания в космосе СПД прошли в 1972 г. на российском метеорологическом спутнике "Метеор", а штатная эксплуатация серийных образов была начата в 1982 г. на геостационарных спутниках для коррекции их орбиты.
В настоящее время практически все страны, включая ведущие космические державы, активно используют на своих аппаратах российские электрореактивные двигатели разного типа. Мощность этих двигателей такова, что они могут корректировать орбиту как по долготе, так и по наклонению. Более того, способны обеспечивать межорбитальные перелеты по энергетически оптимальным многовитковым траекториям, например с низкой орбиты на геостационарную, а также служить средством межпланетной транспортировки.
В ходе подготовки проекта "Пилотируемая экспедиция на Марс" разработчики рассмотрели жидкостные ракетные двигатели на кислороде и водороде; ядерные ракетные двигатели с жидким водородом в качестве рабочего тела; ядерную (ЯЭУ) и солнечную (СЭУ) энергоустановки для питания электрореактивных двигателей. В качестве базовой выбрана СЭУ с тонкопленочными элементами на основе аморфного кремния.
В перспективе рассматривается и применение по мере готовности ЯЭУ. Основная проблема в их использовании - обеспечение ядерной и радиационной безопасности на всех этапах эксплуатации, включая аварийные ситуации, что требует проведения дальнейших исследований.
При этом как-то забывается, что, помимо создания самого межпланетного корабля и двигательных установок для осуществления дальнего космического перелета существуют еще множество других проблем, в том числе физиологического и психологического свойства, которые предстоит разрешить, прежде чем человек отправится в межпланетный полет. Но это уже тема отдельного разговора.
Часть II читайте здесь.
Мнение автора может не совпадать с позицией редакции
