Проекты освоения Марса

Конгресс США, как известно, одобрил предложения президента Джорджа Буша о создании в ближайшие годы обитаемой станции на Луне и направлении в 2019 году космического корабля с астронавтами на Красную планету. Почему выбрана такая дата? Оказывается, столько времени, по расчетам специалистов НАСА, понадобится для подготовки экспедиции. А кроме того, старт решили приурочить к 50-летию первой высадки человека на Луну.

Давайте рассмотрим подробнее американский план исследования наших соседей по космосу. Лунная база будет использоваться как стартовый полигон для подготовки полета к Марсу. Освоение Луны может быть начато в 2001— 2004 годах. В период с 2004 по 2015 год здесь будет построена сама база, налажено производство кислорода, возведены заводы и оранжереи...

Параллельно, начиная с 2010 года, начнется доставка на Марс элементов снаряжения и питания. Высадка же самой экспедиции намечается на 2011—2018 годы с тем, чтобы за несколько лет развернуть базу, которая обеспечит продолжительное (до 600 суток) пребывание на Марсе ученых-исследователей.

Почему же именно Луна выбрана в качестве форпоста для достижения Красной планеты? Прежде всего, во многом схож рельеф этих небесных тел. Близки и условия обитания — находиться на поверхности обеих планет человек сможет только в скафандре. Это позволяет надеяться, что многие элементы конструкций, пройдя лунные испытания, будут затем с успехом применены в марсианских экспедициях.

Конечно, перед создателями пилотируемых кораблей «Луна — Марс» стоит еще множество проблем. Как, например, организовать нормальную жизнь экипажу при длительном полете? Ведь только одному космонавту потребуется за это время около тонны обезвоженных продуктов, почти столько же кислорода, более 1,5 тонны воды. А как обеспечить радиационную безопасность людей? Толстые экраны тяжелы и громоздки для корабля... Не до конца пока ясна и задача снижения вредного воздействия на человеческий организм длительной невесомости.

Вот почему, прежде чем конструкторы приступят к проектированию марсианских кораблей, будут развернуты научно-исследовательские работы. Определены семь основных направлений этих работ. Нужно создать надежную систему жизнеобеспечения, экономичные бортовые двигательные установки, систему аэродинамического торможения, ядерную энергоустановку для лунной базы, систему защиты космонавтов от неблагоприятных излучений, ядерный ракетный двигатель. А также определить возможности использования лунного и марсианского грунта для строительства баз.

Вся эта огромная работа началась. В ее программе важная роль отводится автоматическим аппаратам — орбитальным, спусковым, возвращаемым Луноходы и Марсоходы проведут новые всесторонние исследования «своих» планет, картографирование их поверхности, доставят на Землю образцы марсианского грунта. Они положат начало длительным наблюдениям на Марсе сейсмических и метеорологических явлений. И что особенно важно как полагают американские ученые, надо осуществить до пяти полетов с разведчиками-марсоходами, которые обследуют три выбранных района. Именно они разместят на планете навигационное оборудование, которое потребуется для точной посадки пилотируемого корабля.

Следующий этап — строительство базы на Луне Оно начнется с полетов беспилотных грузовых кораблей, которые доставят на выбранное место модуль для жилья, шлюзовую камеру, энергоустановку, луноходы, роботы Модуль зароют в лунный грунт для защиты от космических излучений.

И только после этого совершится пилотируемый полет с экипажем из четырех человек, которые пробудут на Луне целый месяц. В дальнейшем предстоит решить проблему 600-суточного пребывания человека на Луне. При этом лунный модуль будет использоваться как прообраз марсианского жилья.

Создание базы на Марсе — третий крупнейший этап. Вначале межпланетная кабина с экипажем пришвартуется к большой орбитальной станции «Фридом», где будет производиться сборка марсианских кораблей, их проверка, заправка топливом Отсюда они и буду стартовать к Красной планете.

С приближением межпланетного корабля к Марсу экипаж из четырехчеловек перейдет в спускаемый аппарат, который совершит по садку на поверхность планеты. А завершив экспедицию, исследователи стартуют с поверхности взлетном модуле на встречу со ев им базовым кораблем на около марсианской орбите.

Как мы знаем из теории космонавтики, полеты на Марс могут осуществляться по различным траекториям, в зависимости от срока экспедиции Сейчас рассматривается вариант 500-суточного полета с пребыванием экипажа на планете в течение 30 суток и 1000-суточ-ный полет с жизнью на Марсе до 600 суток Последний вариант, понятно, станет возможным лишь при возведении там надежного жилого помещения, оборудование для которого будет предварительно доставлено автоматами. По мере расширения баз на Луне и Марсе планируется организовать производство необходимых веществ из местного сырья, в первую очередь кислорода, воды, ракетного топлива Это резко снизит массу грузов, доставляемых с Земли, соответственно и стоимость исследований.

Такова марсианская программа ученых США Есть, конечно, конкретные планы исследований Красной планеты и в нашей стране.

Отечественная программа «Марс» также рассчитана на десятилетия и включает три крупных этапа, начиная с углубленной разведки Марса с помощью автоматики Надо сказать, что они во многом схожи с американскими в силу близости развития космической техники в обеих странах и, конечно, общности теории межпланетных перелетов Поэтому, чтобы не повторяться, давайте остановимся на некоторых интересных особенностях нашей «марсианской» техники.

Перелет к Марсу и доставка к нему посадочных аппаратов будут у нас осуществляться с помощью межпланетных станций 3-го поколения Собственно, они уже созданы, а их первые образцы — Космические аппараты «Фобос-1» и «Фобос-2» — прошли летноконструкторские испытания. Новые станции оснастят поворотными платформами, которые хорошо зарекомендовали себя на станциях «Вега» при встрече с кометой Галлея. На этих платформах разместятся приборы фототелевизионной и научной аппаратуры. Их «глазами» ученые надеются лучше разглядеть загадочные марсианские облака и «каналы», спутники планеты. В создании этих приборов, кстати, участвуют специалисты из ряда европейских стран. Аэростатные зонды для нашей программы создаются в содружестве с французскими конструкторами и инженерами Баллон, наполненный гелием, вместе с гондолой, прикрепленной к баллону фалом и несущей научную аппаратуру, будет дрейфовать в небе Марса. При похолодании в атмосфере подъемная сила аэростата уменьшится, и гондола опустится на поверхность. Когда же лучи солнца подогреют газ, зонд вновь поднимется. Эти полеты позволят прояснить динамику процессов в сильно разреженной углекислой атмосфере Красной планеты.

Особое место в программе «Марс» займут МАСы (малые автономные станции) — малогабаритные зонды-разведчики. Обладая массой всего в несколько килограммов, что потребует совсем немного энергии для их электропитания, они, «приземляясь» на марсианскую поверхность с помощью несложной системы посадки, будут собирать данные одновременно со многих точек. Это — температура и давление в окружающей среде, скорость ветра, сейсмичность планеты и газовый состав атмосферы, характеристики грунта и т. д.

Ну и, конечно, нельзя забыть о марсоходах. Да, тех самых, чьи шасси уже прошли первый этап натурных испытаний на Камчатке, на полигонах с вулканической поверхностью Кстати, вместе с нашими специалистами в них приняли участие учены® Планетного общества США.

Масса отечественного марсохода составит всего 74 кг, первый же советский луноход был массивнее на порядок. Но возможности этого «малыша» достаточно велики, а главное — он станет прообразом полноразмерного марсохода массой 400—500 кг.

Как же ученые и конструкторы предполагают посадить марсоход на поверхность планеты. После того как сработает парашютная система, окончательно погасить скорость столь важного груза будет «поручено» системе надувных баллонов-амортизаторов. Этот способ, кстати, еще четверть века назад был успешно применен нами на Луне.

В целом же создаваемый марсоход будет намного отличаться от своего лунного собрата. У него совершенно иное шасси: шестиколесный движитель со всеми ведущими колесами и шарнирно-сочлененной рамой. Колеса — диаметром 350 мм, коническоцилиндрической формы с грунтозацепами — удлинены настолько, что попарно соединяются друг с другом почти без промежутка. Таким образом, практически исчезли понятие клиренса и возможность посадки на днище. Помимо колесного, предусмотрен и шагающий режим, при котором происходит поочередный вынос пар колес. Это позволяет преодолевать подъемы с сыпучим грунтом. А шарнирно-сочлененная рама увеличивает высоту преодолеваемого эскарпа — препятствие в виде отвесной стены — в два и более раз по сравнению с жесткой рамой.

В связи с большой отдаленностью Марса от Земли — радиосигнал туда идет 11 минут — разработаны автономный и полуавтономный методы вождения марсохода. На борт машины передается общая программа, а уж обнаружение и объезд препятствий она совершает по собственному «воображению». Ну и, наконец, изотопный генератор будет использоваться не только для обогрева. как на луноходе, но и для выработки электроэнергии.

В мае же 1992 года планируются испытания нашего марсохода в американской пустыне Мохаве.

Впервые со своей концепцией варианта двигателей для марсианского корабля сотрудники советского НИИ тепловых процессов А. Коротеев, В. Семенов, В. Акимов и М. Ватель выступили осенью 1990 года на 41-м конгрессе Международной астронавтическои федерации, проходившей в Дрездене.

Отдельные узлы марсианского корабля выводятся на околоземную орбиту с помощью жидкостных реактивных двигателей (ЖРД). Затем на высоте 350—490 хм пилотируемый орбитальный корабль, ядерные двигательные установки. радиационные экраны, посадочные пилотируемые модули и другие части конструкции соединяются воедино монтажными фермами.

Конструкция с помощью жидкостного реактивного буксира переводится на опорную круговую орбиту высотой 800 км (это расстояние считается безопасным в случае аварии ядерного реактора], и лишь затем включаются маршевые ядерные двигатели.

Какими именно они будут» Пока названы три варианта. Первый— энергодвигательная установка на основе ЯРД—ядерного реактивного двигателя.

Источником энергии в каждой установке (а их для надежности несколько) служит двухрежимный газоохлаждаемый реактор. Рабочим телом для него будет жидкий водород. Проходя через реактор, он нагреется до 2800 К (а по некоторым данным, далее до 3100 К) и станет истекать через дюзы со скоростью 9 км/с (у ЖРД этот показатель вдвое ниже). Суммарная тяга связки может достигнуть 20 тонн, а общее время работы двигателей — порядка пяти часов, что намного продолжительнее действия сегодняшних ракетных двигателей.

Столь солидная тяга позволит придать 600-тонному комплексу достаточное ускорение, чтобы на весь маршрут Земля — Марс — Земля с посадкой на Красной планете было затрачено не более 460 суток.

Основную трудность реализации такого проекта разработчики видят в конструировании и постройке двухрежимных ядерных установок, которых пока еще никто не делал. Великоват и потребный запас рабочего тела — 490 тонн, что ограничивает вес полезной нагрузки.

Поэтому существует и второй вариант: в ход будет пущен электродвигательный симбиоз — ЖРД плюс ЯЭУ (ядерная энергетическая установка). При такой комбинации режим большой тяги (правда, в течение всего 12 минут) создается ЖРД, а на межпланетной трассе включится менее мощная ядерная энергетическая установка, питающая электрореактивиые двигатели малой тяги.

Эти двигатели будут работать уже 245 суток. Правда, тяга их не очень велика, из-за чего экспедиция продлится не менее 615 суток.

Наконец, третий, возможно, наиболее перспективный вариант состоит в использовании на пути к Марсу энергодвигательного комплекса средней мощности.

Высокотемпературные ядерные реакторы на быстрых нейтронах, работающие на нитрите урана, будут вырабатывать тепло, которое затем на основе газотурбинного цикла с использованием гелия в качестве рабочего тела будет превращено в электроэнергию. Мощности 50 МВт окажется достаточно, чтобы связка электрореактивных двигателей придала пилотируемому комплексу массой 550 тонн ускорение 10.

Таким образом, при суммарном времени работы двигателей 129 суток можно будет достигнуть Марса, сесть на его поверхность, пробыть там неделю, взлететь и вернуться на Землю всего за 320 дней и ночей.

Помня о принципиальной возможности создания ЯРД, американские специалисты начали было разработку проекта «Нерва», но в 1973 году приостановили его из-за конструктивных трудностей и значительных финансовых расходов.