«Сердце» марсианского корабля

Общий вид марсианского межпланетного экспедиционного комплекса с солнечными батареями и ЭРД.
Предоставлено РКК «Энергия»

Если «душой» космического корабля является его экипаж, то «сердцем» – двигательная установка. Практически на всех летательных аппаратах, когда-либо работавших в околоземном и окололунном пространстве, это традиционно были жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Их преимущество – относительная простота и экологичность (когда речь идет об использовании в них в качестве топлива различных сочетаний кислорода, водорода и керосина).

Однако дальность полета до Красной планеты и обратно предъявляет уже повышенные требования к эффективности двигательных установок космических «ковчегов». В настоящее время определены два типа двигателей, которые наиболее вероятно «довезут» людей до Марса. Один из них спроектирован в России, другой создается в США.

В основу российского подхода к созданию «сердца» межпланетного корабля были положены три условия, которым оно должно соответствовать. Первое – надежность, связанная с длительностью полета (до 2 с половиной лет) и удаленностью от Земли, составляющей около 370 млн. километров. Второе – экологичность и безопасность для экипажа, который будет «обречен» на несколько лет соседства с двигательной установкой. Третье – технологии, использованные при ее разработке, должны найти максимальное применение для земных нужд.

Исходя из этих требований российские конструкторы спроектировали для межпланетного корабля электрореактивные двигатели (ЭРД). Суть их работы проста: рабочее тело, или, образно говоря, «топливо» (для полета на Марс его потребуется 280 тонн) в виде газа ксенон «обрабатывается» электромагнитным полем, после чего заряженные газовые частицы вырываются из сопла двигателя, толкая его вперед. Тяга, которая при этом развивается, небольшая, поэтому для марсианского комплекса потребуется около 400 «мини-сердец». Но зато при этом обеспечивается абсолютная надежность всей двигательной установки – выход из строя нескольких двигателей практически никак не скажется на ее работе. При этом ЭРД в 20 раз экономичнее обычного ЖРД.

Ранее предполагалось заряжать частицы при помощи ядерного реактора, однако в 1988 году от этой идеи отказались.

«Успехи в развитии пленочных фотопреобразователей, а также в создании ферменных конструкций позволили нам полностью перейти на солнечные батареи в качестве источника питания. Их площадь на марсианском корабле составит 120 тысяч квадратных метров», – пояснил в беседе с корреспондентом «НГ» заместитель генерального конструктора Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» Николай Брюханов. Возможно, на решение конструкторов повлиял и «синдром Чернобыля» – они убрали источник радиации от экипажа.

«Таким образом, из существующих ракетных двигателей электрореактивные по совокупности факторов являются самыми надежными, и экспедиция к Марсу на их «связке» не опаснее полета на околоземную орбиту», – подчеркнул один из ведущих проектантов РКК профессор Леонид Горшков. Среди главных аргументов в пользу батарей и то, что технологии, использованные при их создании, значительно приближают момент появления по-настоящему эффективных солнечных электростанций – источника энергии будущего.

Что касается американских специалистов, то они пока отдают предпочтение ядерному ракетному двигателю (ЯРД). Принцип его работы почти как у «классического» ЖРД. Топливо, например жидкий водород, разогревается ядерным реактором и затем с огромной скоростью вылетает в виде газовой струи из сопла. Его преимущество перед ЖРД – в два раз большая экономичность, а перед ЭРД – значительно большая тяга. С ЯРД полет до Марса и обратно может продлиться заметно меньше, чем 2,5 года, а российский комплекс с ЭРД только вокруг Земли будет «раскручиваться» в течение 4 месяцев, набирая необходимую скорость для полета к Красной планете. Но при этом у ядерной двигательной установки есть свои минусы.

Во-первых, это – сильнейший источник радиации рядом с экипажем, а по надежности – значительно уступает ЭРД. В случае ее повреждения в силу внутренних или внешних (например, удар метеорита) причин обитатели комплекса окажутся рядом со смертельной опасностью. Во-вторых, она выбрасывает из сопла мощнейшую ядерную струю, что в отличие от ЭРД делает практически невозможным ее отработку и испытание в земных условиях.

Тем не менее в 2002 году NASA выдвинуло программу под названием «Инициатива в области создания ядерных систем», которая предусматривает создание ракетных двигателей на ядерном топливе. На реализацию данной программы был выделен 1 млрд. долларов сроком на 5 лет. Сейчас данная инициатива с возросшей почти в два раза финансовой подпиткой развивается в рамках проекта «Прометей».

Интересно, что и в вопросе разработки ЯРД четко прослеживается крепнущая связь между NASA (американским аэрокосмическим агентством) и Пентагоном. Выступая в апреле 2002 г. на 18-м Национальном космическом симпозиуме в Колорадо Спрингс, глава NASA Шон О’Киф подчеркнул, что развитие ядерных ракетных двигателей неразрывно связано с решением военных задач США.

Итак, надежность и экологичность против мощи и скорости. Какая из концепций победит? Видимо, окончательную точку в этом споре поставит создание эффективных систем защиты от длительного воздействия факторов межпланетного полета, включая космическую радиацию. В случае успешного решения этой проблемы, над чем сейчас работает Институт медико-биологических проблем (ИМБП) в Москве, выбор ЭРД представляется наиболее разумным.