О космолетах

— Некоторые задачи действительно пока отложены. Требуется освоить полученный материал и подготовиться к новому шагу вперед. В других направлениях, наоборот, произошла концентрация усилий и продвижение вперед имеет место постоянно. Прогресс теперь направлен не на внешне эффектные технические достижения, а на углубление возможностей космической техники, повышение ее эффективности. Так что никаких шагов назад. Другое дело — темпы продвижения вперед, на поверхностный взгляд, они теперь не столь приметны. Но если всерьез посмотреть, например, на наши «Салют-6», «Прогресс», «Союз Т», на американские «Вояджер» и «Спейс Шаттл», то это вполне отчетливые шаги вперед.

— Однако для тех, кто мечтал, что человек, проникший в космическое пространство и достигший Луны, непременно вслед за тем отправится на Марс, наступила полоса разочарований. Можем мы их чем-нибудь обнадежить?

— Я не думаю, что полет на Марс будет осуществлен ранее чем через десять-пятнадцать лет. Хотя вообще-то о сроках говорить здесь почти не имеет смысла. И дело совсем не в том, способна ли на это сегодня техника. Пока она не способна, но если в полете на Марс возникнет необходимость, подготовка к такому полету займет, быть может, менее десяти лет.

— Я знаком с множеством примеров посрамления скептиков, не верящих в перспективу решения тех или иных технических задач. Тем не менее беру на себя смелость высказать вновь сугубо скептическое суждение: в ближайшие двадцать-тридцать лет человек на Марс не полетит. Потому что такая экспедиция не будет оправдана. И потому что ее будет очень трудно осуществить. Марс будет исследоваться все более сложными и хитрыми автоматами.

— Не согласен. Создать корабль для полета на Марс вполне под силу современной технике. Другое дело, что сегодня действительно не видно той цели, которая сделала бы полет на Марс необходимым.

— А какую цель вы считаете достойной?

— Если бы автоматические аппараты достоверно обнаружили на этой планете признаки жизни, но не смогли бы доставить на Землю пригодные для исследований образцы живых или растительных организмов, основания для отправки туда ученых стали бы серьезными. Известно, что генетический код всего живого на Земле в принципе построен одинаково. Если бы при наличии на Марсе жизни удалось выявить ее генетический код и сравнить с земным, в основном была бы решена задача о происхождении жизни на Земле. Окажутся коды разными — подтвердится гипотеза о самозарождении жизни. Будут они одинаковыми — торжество окажется за гипотезой «посева». Возможность решения этой краеугольной задачи оправдала бы те огромные затраты, которые действительно необходимы для организации марсианской эспедиции.

— Как известно, ни советские «Марсы», ни два американских «Викинга» не обнаружили признаков жизни ни на поверхности планеты, ни в ее окрестностях. Не означает ли это, что и на автоматы в ближайшие годы надежд нет?

— Это означает лишь то, что эти аппараты жизни на Марсе пока не нашли.

— В начале семидесятых годов в мировой литературе довольно шумно обсуждались проекты космических систем для полета на Марс. Считалось, что такой полет состоится в середине или в конце восьмидесятых годов. Помнится, стоимость одного из проектов оценивалась в 42,5 миллиарда долларов, причем предполагалось, что корабль с экипажем в шесть человек будет собран на околоземной орбите из шести блоков с ядерными двигателями, работающими на водороде.

— Помню этот проект. Мне он сразу показался не очень надежным и не вполне обоснованным. Авторы этого проекта, кажется, тоже не очень-то верили в него.

— Вы считаете проблему энергетики для марсианской экспедиции разрешимой?

— Вполне. Только не с ядерными и тем более не с обычными ракетными, а с электрическими двигателями.

Чтобы достичь Марса, скорость старта с околоземной орбиты должна быть ненамного больше, чем для полета к Луне, — около четырех километров в секунду (для Луны — чуть более трех).

Для торможения с целью перехода на околомарсианскую орбиту нужен импульс скорости около двух километров в секунду, для посадки — с учетом наличия сильно разреженной атмосферы — еще около двух, для старта к Земле — пять-шесть километров в секунду. Кроме того, придется неоднократно включать двигатели для коррекции траектории полета туда и обратно.

В результате сумма всех потребных скоростей составляет без учета выведения на околоземную орбиту не менее 13–15 километров в секунду (для полета на Луну — около восьми).

С учетом массы конструкции корабля, объема оборудования с многократно резервированными системами, необходимых запасов расходуемых ресурсов системы обеспечения жизнедеятельности (на шесть человек только пищи, воды, кислорода, соответствующего оборудования, по некоторым подсчетам, понадобится около 40 тонн, не считая резервов), массы энергостанции большой мощности, приняв массу возвращающегося на Землю аппарата с экипажем и материалами научных исследований порядка 10 тонн, получается, что при использовании жидкостных ракетных двигателей на кислородно-водородном топливе начальная масса марсианского корабля на околоземной орбите составит порядка 1000–1500 тонн.

Разумеется, корабль с такой массой невозможно, да и нецелесообразно, выводить на орбиту одной ракетой. Корабль придется собирать на орбите. Однако для этого потребуется немалое количество ракет-носителей: 50–75 подобных «Протону», с помощью которой выводится на орбиту станция «Салют», или 8—12 ракет типа «Сатурн-5». Поэтому придется создать куда более мощные носители с полезным грузом, скажем, до 500 тонн (масса на старте порядка 15 тысяч тонн) и свести дело к двум-трем стыковкам.

В принципе на околоземной орбите можно состыковать любое количество объектов, хотя в данном случае на всю процедуру потребовалось бы много времени. И это невыгодно с точки зрения хранения низкокипящих компонентов ракетного топлива — жидкого кислорода и жидкого водорода. По этой же причине этот вид топлива вообще непрактичен для столь продолжительного полета, каковым является экспедиция на Марс.

Невыгодны обычные ракетные двигатели и с точки зрения невозможности резервирования ракетных ступеней, то есть, по существу, возможности обеспечить высокую надежность всего комплекса.

Мы уже упоминали ядерные ракетные двигатели, они для полета на Марс рассматриваются очень часто. У таких двигателей нет камеры сгорания, реактивная струя получается при разгоне газа (водорода), нагреваемого в тепловыделяющих элементах ядерного реактора.

Теоретически такой двигатель вдвое эффективнее жидкостного двигателя на водороде и кислороде, и с ним начальный вес марсианского корабля может быть существенно снижен. Хотя эффект от энергетических преимуществ двигателя будет заметно меньше из-за весовых затрат на радиационную защиту. А практически? К сожалению, пока неизвестно, поскольку эксплуатируемых ядерных двигателей пока не существует.

Конечно, и с ядерными двигателями останутся те же проблемы: хранение запасов криогенной жидкости и невозможность резервирования ракетных ступеней. К ним добавляется проблема обеспечения безопасности экипажа в связи с присутствием мощного ядерного реактора. Не говоря уже об угрозе радиоактивного заражения поверхности Земли или окружающего пространства (да и Марса нежелательно) в связи с возможностью аварии.

Применение электрореактивных — ионных или плазменных — двигателей будет, возможно, единственным практическим решением проблемы перелета между околоземной и околомарсианской орбитами (для посадки и взлета с планеты придется использовать жидкостные ракетные двигатели на обычном высококипящем топливе).

В электрореактивных двигателях можно получить скорость истечения струи (а она и определяет эффективность двигателя и соответственно расход рабочего тела на ускорение корабля) в 10–20 раз выше, чем у самых лучших жидкостных ракетных двигателей. Скорость истечения в электрореактивных двигателях получается за счет разгона ионов или плазмы в электростатическом или в электромагнитном поле. Однако тяга у таких двигателей невелика и для получения даже минимально приемлемых ускорений (порядка 10־4 — 10־5 единицы) на борту корабля придется иметь мощнейшую электростанцию на базе ядерного реактора или солнечных батарей. При этом время набора скорости кораблем будет порядка нескольких месяцев. Но как раз ресурс электрических двигателей может быть очень большим, а расход рабочего тела получается малым.