Марсианские хроники: несостоявшееся будущее
- Ракета-носитель «Энергия» с транспортным контейнером и ракето-космический комплекс Н1
Если бы конструкторам космических аппаратов в те годы заявили, что в XXI век человечество вступит, так и не побывав на Красной планете, они бы подняли для того чтобы футуролога на хохот. Тому были обстоятельства. Освоение космоса шло с немыслимой скоростью — между полетом первого спутника и стартом Гагарина прошло всего четыре года, и вдобавок через восемь лет человек ступил на поверхность Луны.
Полеты около Почвы стали обыденными. Пора было отправляться дальше. Тем более, что технически все уже было готово. Мало кто не забывает, но за шесть месяцев до обширно распропагандированного полета с русским космическим челноком «Буран» выводившая его в космос ракета «Энергия» совершила еще один полет — ее грузом был 100-тонный космический аппарат «Полюс», прототип боевой лазерной станции «Скиф».
И уж совсем только единицам не как мы знаем, что кроме вывода на орбиту судов боевых лазеров и многоразового использования была у «Энергии» еще одна задача — она предназначалась для доставки на орбиту блоков огромного пилотируемого корабля. Его целью был Марс.
Межпланетная центрифуга
К проекту создания тяжелого пилотируемого межпланетного корабля для полетов к планетам Нашей системы конструкторы ОКБ-1 (сейчас — ракетно-космическая корпорация «Энергия») приступили еще в 1959-м, за два года до полета Гагарина. Базой проекта должна была стать лунная тяжелая ракета-носитель Н-1. Тяжелый межпланетный корабль (ТМК) массой 75 т, длиной 12 м и диаметром 6 м имел возможность взять на борт экипаж из трех человек.
Предполагалось, что ТМК сможет долететь до Марса и возвратиться на Землю за два-три года. Все это время снабжать экипаж пищей должен был хлорельный реактор — установка по производству зеленой водоросли хлореллы. Те, кто получал образование школе в 1980-х годах, возможно, еще не забывают рассказы и уроки биологии о питательности хлореллы и чудесных свойствах — в эру недостатка преподавателя говорили об опытах по изготовлению из нее колбасы.
Потому, что полет предполагался долгим, а никаких экспериментальных информации о долгосрочном влиянии невесомости на человека в начале 1960-х еще не было, на ТМК предполагалось создать неестественное гравитационное поле. Для этого в течении всего полета ТМК должен был вращаться около собственной оси.
Но позднее стало известно, что относительно маленькие размеры самой «центрифуги» приводили к происхождению так называемых кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно влияющих на организм. Исходя из этого было решено применять вращение только на отдельных маленьких участках полета. Первый марсианский корабль должен был выйти на пролетную траекторию мимо Марса, а после этого, применяя гравитационное поле Красной планеты, возвратиться на Землю.
Верхом на реакторе
Удачи отечественной ядерной энергетики, в особенности в области компактных энергетических установок для подводного флота, вынудили конструкторов пересмотреть проект. Разработка марсианского корабля с ядерным реактором и электрореактивными двигателями как источником энергии началась в первой половине 60-ых годов двадцатого века, а к 1965 году ОКБ-1 совместно с ФЭИ уже закончило проект ядерного электроракетного двигателя ЯЭРД-2200 мощностью 2200 кВт для межпланетного корабля с экипажем.
При экономичности и всей мощности, у ЭРД был значительный недочёт — малая тяга. Исходя из этого, дабы преодолеть силу земного притяжения, межпланетному кораблю было нужно бы набирать скорость, в течение нескольких месяцев летая по спирали около Почвы. Экипаж предполагалось доставить на корабль по окончании того, как он выйдет из земных радиационных поясов.
Масштаб задуманного тогда опыта до сих пор поражает воображение. Пара Н-1 должны были доставить на низкую орбиту 80-тонные блоки, из которых уже в космосе предстояло собрать межпланетный корабль массой 220−250 т (для сравнения: масса станции «Мир» достигает только 136 т).
Собрав скорость для полета в открытый космос, огромный корабль, управляемый экипажем из шести человек, при помощи ЯЭРД должен был долететь до Марса и обеспечить высадку на Красной планете посадочного комплекса. Это был целый поезд на крупногабаритном шасси, складывавшийся из пяти платформ: кабины экипажа с буровой установкой и манипулятором, двух платформ с возвращаемыми модулями, силовой ядерной энергоустановкой и платформы с разведывательным конвертопланом.
Поезд в течение года (!) должен был путешествовать по Марсу. А позже, завершив запланированные работы, экипаж с образцами грунта и результатами исследований должен был возвратиться на орбитальный корабль и отправиться в обратное путешествие к Почва.
Позднее, действительно, стало известно, что воздух на Марсе «рыхлая», так что от идеи применять конвертопланы разработчикам проекта было нужно отказаться. А во второй половине 60-ых годов двадцатого века проект претерпел очередные трансформации: марсианский корабль превратился в удлиненную иглу с вынесенным для безопасности коническим радиатором и реактором съема тепла. Экипаж был сокращен до четырех человек.
Но всем этим грандиозным замыслам так и не суждено было осуществиться. Главному конструктору Королеву не удалось создать тяжелую ракету-носитель. Все четыре пробных пуска закончились трагедиями.
Космический трамвайчик
Взять деньги на марсианский корабль и в 1960-х было делом весьма сложным, а на данный момент это и вовсе невозможно. Однако последние десятилетия его разработка интенсивно велась, применяя так именуемые «разработки двойного назначения». Первым подобные фокусы начал проделывать Сергей Королев еще в середине 1950-х. Созданная им двухступенчатая межконтинентальная ракета Р-7 имела возможность доставить ядерный заряд в любую точку планеты.
Боевая ракета из Р-7 была плохой: открытая начальная позиция делала ее очень уязвимой, а время предстартовой подготовки достигало 12 часов, причем полная боевая готовность комплекса сохранялась не более восьми часов. Но добавление к Р-7 третьей ступени сделало вероятным запуск и первого спутника, и первого астронавта, и дальних экспедиций к Луне и вторым планетам. Исходя из этого армейские Р-7 простояли на вооружении всего восемь лет, а гражданские модификации, летающие сейчас, удачно стартовали с космодромов страны более 1670 раз, установив безотносительный всемирный рекорд.
С возникновением очередной созданной на деньги армейских ракеты-носителя «Энергия» закипели работы и по созданию марсианского корабля. Обновленный проект 1987 года предусматривал переход к двум свободным ядерным реакторам для увеличения надежности перелета, но, по сути, воображал собой вариант 1969 года.
Но из-за экологических неприятностей вывод реакторов в космос стал громадной проблемой, и во второй половине 80-ых годов двадцатого века российский марсианский проект получает современный вид: главным источником энергии вместо реактора становятся пленочные преобразователи энергии, напоминающие огромные паруса. Как утверждает ведущий конструктор РКК «Энергия» Леонид Горшков, большинство пути по организации первого пилотируемого полета на Марс уже пройдена.
Станция «Мир» налетала на орбите 13 лет, что многократно превышает все мыслимые сроки полетов к Марсу. Доктор, а по совместительству и астронавт Валерий Поляков совершил на орбите практически полтора года, отработав методику долгих пилотируемых полетов.
Возвратятся девять из десяти
«Что готово? — говорит Леонид Горшков. — Ракету «Энергия» сделали, автоматическую сборку на орбите сделали, фермы сделали, пленочные батареи удостоверились в надежности в космосе, совокупности жизнедеятельности и электроракетные двигатели отработали. Одна из главных неприятностей — надежность, возможность возвращения экипажа. на данный момент общество готово к показателю 0,9.
Первый полет, что мы планируем лишь на орбиту Марса, — не сложнее, чем экспедиция на орбитальную станцию. Неприятности начнутся при спуске на поверхность планеты».
С позиций участия человека в изучениях не имеет никакого значения, находится человек на орбите либо на поверхности планеты. А вот с Почвы управление исследовательским оборудованием на поверхности планеты нереально: запаздывание сигнала образовывает десятки мин..
Первыми к Марсу полетят автоматы. И вдобавок раньше модули должны отрабатываться в ближнем космосе. «Первый планируемый модуль легко поднимется на 1500 км и полетает над Почвой. Мы удостоверимся в надежности, как воздействует работа ЭРД на все элементы конструкции. Следующий модуль запустим в точку либрации — для предсказания солнечных бурь.
И лишь позже — к Марсу».
Леонид Горшков уверен, что Российская Федерация сможет добраться до Марса уже в 2014—2015 годах, причем без помощи каких-либо других государств. Осуществление давешней грезы обойдется приблизительно в $14 млрд.
Об отправке на Марс пилотируемой миссии просматривайте на сайте особого проекта издания: «Отечественный Марс».
Ядерные ракеты
Не нужно путать ядерные электроракетные двигатели (ЯЭРД) фактически с ядерным ракетным двигателем (ЯРД). В первом случае реактор употребляется только как источник энергии для электроракетного двигателя (см. ниже), во втором — как яркая часть двигателя.
В ЯРД жидкий водород поступает в сопловую часть, охлаждает корпус реактора, тепловыделяющие сборки (ТВС), замедлитель, потом попадает вовнутрь ТВС, где нагревается до 3000 К и выбрасывается в сопло, ускоряясь до высоких скоростей. Недочётом ЯРД есть высокая радиоактивность реактивной струи, ограничивающая использование двигателя открытым космосом.
Уникальный действующий ЯРД — РД-0410 мощностью 196 МВт был изготовлен воронежским Конструкторским бюро химической автоматики (КБХА), обнинским Университетом энергии и физики и Курчатовским университетом ядерной энергии и испытан в конце 70-х годов на Семипалатинском полигоне. В космос ЯРД не выводились. Однако в 60−70-х годах СССР вывел на высокие орбиты 33 спутника с ядерными реакторами в качестве энергетических установок, 32 из которых благополучно летают по сегодняшний сутки.
Принцип работы электроракетного двигателя (ЭРД) несложен: легкоионизирующиеся газы либо плазма щелочных металлов под действием замечательных электромагнитных полей ионизируются и ускоряются до огромных скоростей, создавая реактивную тягу. При всей кажущейся простоте, подобные двигатели способна создавать лишь Российская Федерация. В частности, ЭРД на ксеноне употребляются на спутниках связи «Ямал».
Из-за чего мы не полетели на Луну
В последних числах Июня 1960 года вышло тайное распоряжение ЦК КПСС, в котором предписывалось ОКБ-1 выдать к 1962 году проект «изделия № 11А52», предназначенного, кроме решения армейских задач, для освоения и исследования человеком Луны. Обращение шла о «лунной» ракете Н-1. Эскизный проект предусматривал стартовую массу в 2200 т, наряду с этим масса нужного груза составляла 75 т. Военных это устраивало: ничего тяжелее, что возможно было вывести в космос, у них не было.
Согласно расчетам президента Академии наук Мстислава Келдыша, 75 т хватало и для лунной программы. Единственным, кто возразил ему, был бывший военпред ОКБ Королева, генерал Алексей Калашников. По его расчетам, грузоподъемность должна была составить не меньше 150 т. Королева аргументы генерала не убедили, но Калашников на всякий случай настоял на шифровке послу в Соединенных Штатах с одной фразой: «Какой нужный груз у «Сатурна-5» (американский лунный корабль. — Прим. «ПМ»)?».
Ответ, пришедший с задержкой, был еще более кратким: «Более 150». Но на переделку проекта у Королева уже не было времени. Не было у него, кстати, и двигателей.
Самые лучшие в мире двигатели первой ступени делало, да совершает на данный момент ОКБ-456 (сейчас НПО «Энергомаш») под управлением Валентина Глушко. У него был личный, отличающийся от королевского, взор как на ракетостроение в целом, так и на роль двигателя в ракетном проекте в частности. Чего лишь стоит фраза «да я к собственному двигателю забор привяжу — он на орбиту выйдет», кинутая им в споре с Королевым!
Собственного пика противоречия между главным конструктором ракет и главным конструктором двигателей достигли именно на лунном проекте. Королев был уверен, что нужно делать двигатели для ракеты на компонентах кислород-керосин, а Глушко утверждал, что в минимальные сроки, отводимые правительством, создать замечательный кислородно-керосиновый двигатель запрещено.
Он предлагал создать для лунной ракеты сверхмощный двигатель с тягой в 600 т на базе армейских разработок, применяющих ядовитое горючее — несимметричный диметилгидразин (гептил). Королев остался непреклонен и поручил разработку, в наказание строптивому Глушко, конструктору самолетных двигателей Николаю Кузнецову, что взялся за керосиновый 150-тонный двигатель. Сам Королев занялся Н-1.
Более неудачной ракеты у главного конструктора не было. Из-за малой тяги кузнецовского двигателя, их было нужно ставить лишь на первой ступени 30 штук. Глушко кроме того написал в правительство: «Это не ракета, а склад двигателей». С позиций управления весьма тяжело вынудить такое количество двигателей трудиться синхронно, и все 4 испытательных полета закончились неудачей именно на этапе работы первой ступени.
Кстати, Глушко все-таки создал собственный супердвигатель РД-270, что развил тягу кроме того больше планируемой — 640 т. Но лунный корабль ему тогда сделать не дали. С провалом программы Н-1, все межпланетные пилотируемые проекты были заморожены — не было замечательного носителя.
В первой половине 70-ых годов XX века по иронии судьбы главным конструктором ОКБ-1, переименованного в НПО «Энергия», делается Валентин Глушко. У него появился шанс забрать заочный реванш у Королева: начинается разработка неповторимой ракеты-носителя «Энергия». При значительно более скромных размерах (58,7 против 105,3 м у Н-1), новая ракета должна была выводить на орбиту 100-тонную нагрузку.
Не было неприятностей и с двигателем: «Энергомаш» создал рекордный двигатель РД-170 мощностью в 800 т. Наконец-то для марсианских программ показался подходящий носитель.
На чем ездить по Марсу
- Неповторимое бесклиренсное марсианское шасси
Америка и Россия — необычные государства. Лишь тут возможно встретить людей экзотической профессии — конструкторов неземного транспорта, и лишь тут существуют фантастические испытательные полигоны — марсодромы. Главред «Популярной механики» побывал на русском марсодроме, расположенном в химкинском Научно-исследовательском центре им.
Бабакина, где создавались все советские планетоходы, и поболтал с главным экспертом Гарри Роговским о проблемах посадки на Марс.
Для луноходов, масса которых достигала 725 кг, существовал единственный метод прилунения — мягкая посадка, которая подразумевает скорость понижения 1−2 м/с. Добиться этого возможно лишь при помощи реактивных двигателей — никакие крылья либо парашюты на Луне не трудятся. Как, но, и на Марсе, где плотность воздуха соответствует земной на высоте 30 км.
Огромные парашюты возможно применять разве что для начального гашения скорости.
За прошедшие десятилетия разработка планетоходов очень сильно продвинулась если сравнивать с легендарными луноходами, и современные марсоходы смогут решать те же задачи при весе, на порядок меньшем. самая перспективной считается посадка автоматических исследовательских экспедиций на Марс при помощи огромных надувных шаров. Схематично совокупность выглядит как два надувных мяча, стянутых между собой по периметру.
Между ними зажат планетоход либо станция. По окончании того как сфера прекратит прыгать по поверхности, связывающие конструкции разрываются и надувные шары разлетаются в стороны. Конструкция современных посадочных аппаратов такова, что при их раскрытии станции и марсоходы постоянно встают «на ноги», независимо от начального положения. Все это многократно отрабатывалось на Земле.
Существуют два соперничающих варианта шасси — классическое луноходное, на легких пружинных железных колесах, и бесклиренсное, на конических неповторимых колесах. Преимущество первого варианта — необычная компактность при транспортировке. Второй вариант имеет фантастическую проходимость (отсутствие клиренса подразумевает, что такая конструкция просто не может сесть на брюхо), но значительно громадную массу.
По большому счету отечественные марсоходы значительно массивнее американских — 60−100 против 10 кг. Но и радиус действия у них различный: Pathfinder трудится не потом 11 м от базисной станции, отечественные же смогут преодолеть не менее 50 км.
Шасси современных отечественных марсоходов без особенных переделок смогут подойти и для пилотируемой экспедиции. К примеру, на шасси луноходов строились автомобили для несостоявшейся советской экспедиции на Луну. Но сесть на Марс в огромных надувных шаров пилотируемой экспедиции не удастся: масса посадочного модуля с экипажем намного превышает пороговые 100 кг.
Многотонный спускаемый аппарат предполагает прекрасно отработанную еще на Луне совокупность мягкой посадки.
Долететь до Марса и застрелиться
Среди околокосмических людей ходит легенда о советском астронавте, что должен был долететь до Марса, рапортовать о выполненной задаче очередному съезду КПСС и застрелиться — на обратную дорогу не хватало кислорода и еды. В Звездном городе «Популярная механика» отыскала прототип этого персонажа и забрала у него интервью. Вот рассказ вице-президентa Российской академии космонавтики им.
К.Э. Циолковского Михаила Бурдаева.
«Дело в том, что, когда вы выходите за определенный уровень энергетики, возможно лететь куда угодно, дело только во времени. Чем его больше, тем дальше летишь. Исходя из этого, в то время, когда стало ясно, что на громадную экспедицию не достаточно ресурсов, зашел разговор о полете на Марс на лунном «Альянсе».
Вы в первоначальный раз о таком слышите?
Щит тепловой защиты, начиная с первых и заканчивая современными «Альянсами», имеет толщину около 10 см, но ни при одной посадке не сгорало больше 2−3 см. Спрашивается, для чего таковой толстый щит? А чтобы погасить вторую космическую скорость, которая нужна лишь для полета к Луне. Второй показатель лунного корабля — продолжительное время на «Альянсах» стоял блок «Заря 3БМ», в котором было два коротковолновых радиопередатчика (один на 2, а второй на 10 Вт).
Чтобы гарантированно связаться с орбиты с Почвой, хватает 2 Вт. А 10-ваттная станция нужна была для передач от Луны. Снять же его было проблематично: передатчик был выполнен неразъемным. Возможно и дальше продолжать. Так что, поверьте, «Альянс» — лунный корабль. На Луну возможно кататься хоть ежедневно: она близко.
А вот на Марс окна появляются раз в 15,5 лет. Окна — это размещение планет, в то время, когда энергетика перелета минимальна. И для для того чтобы перелета хватает скорости в 6 км/с, до которой разгонялся «Альянс». Существовали отработанные проекты и других блоков: разгонный 9К и 11К — танкер снабжения.
Из этих блоков состыковывалась связка, горючее перекачивалось, отбрасывались лишние блоки, и корабль улетал. Запаса горючего на борту лунной связки «Альянс» хватало для развития скорости 6 км/с, возвращения и облёта Марса обратно.
Потом. По статистике отечественных полетов, в день на одного астронавта на корабле «Альянс» уходит 9−12 кг расходных материалов. На орбитальных станциях за счет совокупностей регенерации эта норма снижена до 7−9 кг. Но в случае если лететь на «Альянсе», необходимо брать первую норму: в том месте нет таких совокупностей. Дабы уйти в полет на 2 года, необходимо по 13 т расходных материалов на человека.
Это первая неприятность.
Вторая неприятность — космическая навигация. Корабль фактически независим, на Марсе никто не окажет помощь. Дабы реализовать такую идею, на борту обязан находиться опытный баллистик-навигатор, что бы досконально разбирался в небесной механике, динамике полета космического корабля и мог бы совершенно верно просчитать команды на возвращение и суметь привести корабль с Марса обратно. «Альянс» в лунном варианте имел возможность забрать 3 человека.
Исходя из этого в случае если нужна постоянная работа, то экипаж должен быть не меньше троих, в случае если сеансовая — двое, в противном случае и один. Марсианские окна разрешали оставаться на орбите Красной планеты 140−150 дней и затем стартовать обратно. Исходя из этого для экономии возможно было отправлять одного из астронавтов: они прекрасно отобраны и подготовлены, и их надежность очень высока.
Я был единственным, кто профессионально разбирался в навигации и космической баллистике.
На следующем заседании я продемонстрировал все эти выкладки и заявил: «Вот расчеты, вот оценки, еще один блок к «Альянсу» — и я один улетаю на Марс». Меня задают вопросы: «А если не возвратишься? Что будешь делать?» Я ответил: «Если не смогу возвратиться, выполню программу изучений и застрелюсь».
Эта фраза стала известной журналистам и отправилась гулять по миру, не смотря на то, что заседание было закрытым. Это был рискованный, но не авантюристический проект — я планировал вернуться. Все было шепетильно просчитано.
Воображаете, что бы было, если бы коммунистический корабль ушел на Марс и возвратился».
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№2, декабрь 2002).
<
h4>