Марс, далее везде.

В начале 60-х годов известный писатель-фантаст Артур Кларк в своей книге «Черты будущего», привел таблицу, в которой он спрогнозировал научно-технические достижения человечества до конца XXI века. В частности, он предсказывал посадку на Луну в 1970 году, а на Марс – в 1980 году. Но если с Луной вышло все как нельзя лучше, то Марс явно не уложился в прогноз, хотя проектов марсианской экспедиции было великое множество.

Вообще-то говоря, Марсу по части внимания со стороны писателей-фантастов повезло гораздо больше других планет. В этом смысле он даже опередил Луну. В принципе, в этом нет ничего удивительного. Уже в средние века во времена Галилея даже в небольшой телескоп можно было увидеть безводные и безжизненные лунные пространства, усеянные кратерами. Правда, Герберт Уэллс в начале ХХ века пытался населить нашу ближайшую соседку “селенитами”, живущими в недрах Луны, однако последователей у него не нашлось.

Марс же всегда привлекал внимание своим необычным красным цветом. Еще больший интерес вызвало сообщение, сделанное Джованни Скиапарелли, о марсианских “каналах”. Естественно, что каналы в общественном сознании были твердо связаны с наличием разумной жизни на “красной” планете. Как барометр общественного интереса стали появляться многочисленные фантастические романы о путешествиях на Марс. Причем “марсианская” тематика захватила даже далеких от фантастики писателей. Достаточно вспомнить «Аэлиту» Алексея Толстого и марсианские приключения капитана Картера, написанные родным “отцом” Тарзана Эдгаром Берроузом. Можно также упомянуть «Красную звезду» А. Богданова и «Звездоплавателей» Ж. Рони-старшего. Ну а писать на марсианскую тему писателям-фантастам, кажется, сам Бог велел. Пожалуй, самым заметным событием в мире научной фантастики стало появление романа Герберта Уэллса «Война миров». Радиопостановка по нему, поставленная в 1939 году в виде репортажа о нашествии «марсиан» на нью-йоркском радио, вызвала нешуточную панику среди слушателей.

Впрочем, рассказы о полетах на Марс и другие планеты Солнечной системы в первой половине ХХ века можно было встретить только в научно-фантастических романах. Общий уровень развития ракетной техники того времени не позволял рассуждать об этом сколь-нибудь серьезно. Впервые об этом по-настоящему заговорили после окончания второй мировой войны. И первым это сделал создатель фашистского «оружия возмездия» Вернер фон Браун. Будучи интернированным на полигоне Уайт-Сэндз вместе с 60 своими коллегами по Пенемюнде, он в 1947-1948 годах написал книгу о пилотируемой экспедиции на Марс. В 1950 году эта книга, содержащая математические выкладки, была опубликована в Западной Германии, а еще через 3 года – в США.

Согласно В. фон Брауну для проведения экспедиции к Марсу должна быть запущена флотилия из 10 кораблей со стартовой массой 4000 тонн каждый. Общий экипаж всей экспедиции – 70 человек. Из 10 кораблей семь предназначены только для выхода на орбиту Марса. Три корабля несут крылатые посадочные аппараты. Перелет к Марсу должен занять 8 месяцев.

Первый крылатый аппарат совершает горизонтальную посадку на ледяной полярной шапке Марса с использованием лыжных шасси. После чего экипаж совершает переход на гусеничном вездеходе с полюса на экватор, где строится посадочная полоса для встречи следующих двух планеров, которые приземляются уже с помощью колес. После посадки отвинчиваются треугольные крылья планеров, а их фюзеляжи переводятся в вертикальное положение для последующего старта. Для работы и жилья космонавты устанавливают сферический надувной модуль, в котором им придется провести 400 суток.

После старта с поверхности Марса взлетные корабли сближаются с оставшимися на орбите семью кораблями, после чего космонавты переходят в них через открытый космос. Стыковку Вернер фон Браун не предусматривал. Обратный перелет с выходом на околоземную орбиту также продолжался 8 месяцев.

Сборка всей этой флотилии должна была осуществляться на околоземной орбите, для чего по оценке автора потребовалось бы 950 грузовых трехступенчатых ракет. При этом каждая ракета при стартовой массе 7000 тонн, из которых 5583 тонны топлива, выводила на орбиту полезный груз массой всего лишь 40 тонн. С позиций сегодняшнего дня такая ракета кажется каким-то мастодонтом, способным перевозить лишь ничтожно малый груз. Для примера: ракета-носитель «Сатурн-5» при стартовой массе менее 3000 тонн поднимала 130 тонн полезного груза. Впрочем, надо сделать скидку на то, что Вернер фон Браун ориентировался на технические характеристики своего же детища – «Фау-2» и совершенно не учитывал возможности использования водорода и ядерных ракетных двигателей.

В целом же весь проект выглядел достаточно фантастическим, хотя многие детали были прописаны достаточно подробно, в том числе математические выкладки. Чуть позже, в 1954 году, роман фон Брауна был опубликован в журнале «Кольерс». В примечании автор предположил, что полет человека к Марсу состоится через сто лет, а может быть и позже. Кто знает, возможно, именно Вернер фон Браун окажется прав.

В 1956 году, когда давным-давно закончилась изоляция Вернера фон Брауна, и он в Редстоунском арсенале АВМА в Хантсвилле занимался созданием баллистических ракет «Редстоун» и «Юпитер» для Армии США, в печати вышла книга под названием «Исследование Марса». Ее авторами были фон Браун и Вилли Лей. Это еще раз показывает истинные пристрастия создателя «оружия возмездия» фашистской Германии. На сей раз, в качестве прогнозируемого срока называлось ближайшее десятилетие, причем желательным выглядело использование ядерных ракет. Но в книге авторы хотели показать реализуемость экспедиции к Марсу на базе технологии 50-х годов.

Самым существенным в варианте 1956 года было сокращение марсианской флотилии с 10 до двух кораблей, а экипажа – с 70 до 12 человек. Каждый корабль при старте с земной орбиты весит 1870 тонн. Один из кораблей несет крылатый посадочный аппарат массой 177 тонн. На другом находится сферический жилой отсек диаметром 8 метров. После выхода на марсианскую орбиту 9 из 12 космонавтов переходят в планер и совершают посадку со скоростью 190 км/час на лыжных шасси в экваториальной области. Все, что происходило на Марсе, полностью повторяло раннюю версию фон Брауна за исключением перехода с полюса на экватор. Для жилья космонавты должны были развернуть полусферическую надувную палатку диаметром 6 метров.

После года исследований взлетная ракета стартует с поверхности Марса. Орбитальный корабль забирает своих товарищей и стартует к Земле. Масса корабля после выхода на круговую околоземную орбиту высотой 90 тысяч километров составит 38,4 тонны. Экипаж марсианского корабля перевозится на орбитальную станцию с помощью транспортного корабля. Сам же марсианский корабль остается на этой орбите в качестве памятника первопроходчикам космоса.

Несмотря на сокращение в 5 раз состава экспедиции, количество грузовых и пилотируемых кораблей, необходимых для сборки на орбите марсианской экспедиции, уменьшилось всего лишь с 950 до 400. Вся сборка должна была продолжаться 7 месяцев, причем ракеты стартовали бы дважды в день.

И этот проект выглядел тоже достаточно фантастично. Но уже через год полетел первый спутник, через три – люди впервые увидели фотографию обратной стороны Луны. Начиналась космическая эра. События развивались стремительно, и многие верили в реальность космических полетов к Луне, Венере, Марсу и другим планетам Солнечной системы, причем в самые ближайшие годы. Вообще, первопроходцы космоса были романтиками в самом хорошем смысле этого слова. Как пример можно привести отчет, написанный в ноябре 1959 года в Лаборатории реактивного движения, перешедшей под юрисдикцию НАСА. В нем высказывалось предположение о возможности высадки человека на Луну в 1966-1967 годах, создание лунной базы и облет Марса – в начале 70-х годов, а проведение марсианской экспедиции – в середине 70-х годов. Причем за основу принималась схема Вернера фон Брауна, опубликовнная в 1956 году.

Начало космической эры и полетов в космос повлекли за собой буквально лавину проектов по освоению планет Солнечной системы. И зачастую их разрабатывали не государственные организации типа НАСА, а частные компании и отдельные энтузиасты. К последним относился Филип Боно, специалист по проектам космических аппаратов компании «Боинг». Он часто выступал с оригинальными проектами. Одним из первых стал проект марсианского корабля, доклад о котором был прочитан на собрании Американского Астронавтического Общества в Сиэтле 4-5 августа 1960 года. И хотя в нем отчетливо прослеживались идеи фон Брауна, все же он имел и свои особенности.

По проекту Ф. Боно марсианская экспедиция реализовывалась в однопусковом варианте. На старте марсианский корабль с ракетой-носителем весил 3770 тонн при общей длине 75 метров. Ракета-носитель представляет собой связку из шести боковых и одного центрального блока. На каждом блоке установлен один кислородно-водородный двигатель тягой 680 тонн. На первой стадии разгона работают все двигатели, но топливо (жидкий кислород и водород) поступают лишь из четырех боковых блоков. После израсходования топлива на высоте 60 км они отбрасываются. Работать продолжают три двигателя, но топливо поступает лишь из двух оставшихся боковых блоков. На заключительной стадии разгона с высоты 105 км остается центральный бак с единственным двигателем. Такая связка («кластер») напоминает схему первой ступени ракеты «Сатурн-1». Она напрямую выводила марсианский корабль на траекторию полета к «красной звезде» минуя выход на околоземную орбиту. По такой схеме запускались первые советские и американские «лунники».

Сам марсианский корабль представлял собой посадочный аппарат, к хвостовой части которого были пристыкованы жилой модуль и ракетный блок. Посадочный аппарат напоминал по форме ракетоплан «Дайна Сор», при этом он имел размах дельтовидных крыльев 28,5 метров при длине 37,5 метров. В носовой части планера установлен ядерный реактор для электроснабжения корабля. В процессе перелета экипаж из восьми человек находится в цилиндрическом жилом модуле диаметром 5,5 метров и длиной 13,5 метров. Посадочная ступень и жилой модуль соединены узким переходным туннелем. Ракетный блок, обеспечивающий выход на орбиту Марса и старт с нее, снабжен связкой двигателей от блока «Центавр» компании «Пратт&Уитни».

В качестве даты старта марсианской экспедиции Ф. Боно назвал 3 мая 1971 года. После 259 дней перелета весь экипаж переходит в посадочный аппарат. После разделения жилой модуль с помощью ракетного блока в автоматическом режиме выходит на орбиту Марса. А посадочный аппарат с подлета входит в атмосферу, планирует и совершает посадку на поверхность Марса, используя лыжное шасси. После посадки космонавты разворачивают 6-метровый надувной купол, который служит им жилым отсеком в течение 479 дней пребывания на поверхности Марса. Для перемещения и исследования отдаленных областей используется вездеход. В отличие от схемы фон Брауна у Боно посадочный аппарат стартует по самолетному, используя подъемную силу крыльев. После выхода на орбиту посадочный аппарат стыкуется с жилым модулем и с помощью ракетного блока переходит на траекторию полета к Земле. Перед подлетом от корабля отделяются жилой модуль и ядерный реактор, которые сгорают в атмосфере. Сам планер 24 января 1974 года совершает посадку в пустыне на лыжных шасси.

Стоит отметить, что и фон Брауна и у Ф. Боно при реализации марсианской экспедиции использовались только ЖРД. Причем лишь Боно предлагал в качестве топлива водород, как наиболее энергетически выгодный. Но очевидно, что использование ЖРД приводило к увеличению стартовой массы марсианского экспедиционного корабля. В этом смысле проект Ф. Боно был чересчур оптимистичен и не подкреплен расчетами.

Более продуманной оказалась первая работа по изучению проблем полета к Марсу, проведенная Исследовательским Центром НАСА имени Льюиса, чей доклад был представлен на ежегодном собрании Института аэрокосмических наук 23-25 января 1961 года в Нью-Йорке. В своей работе, начатой еще в ноябре 1957 года, сотрудники Центра рассмотрели возможность применения химических, ядерных и электрических (ионных) ракетных двигателей для межпланетных полетов. Для примера был выбран полет на Марс. Было показано, что энергетически более выгоден более медленный перелет по гомановым траекториям. При этом для старта с орбиты Земли желательно использовать ядерные ракетные двигатели, а при возвращении на Землю выгодно применять не ракетное, а аэроторможение в атмосфере. Для этих целей возвращаемый аппарат имел форму планера с треугольным крылом. В этом же отчете была показана необходимость наличия в жилом отсеке камеры радиационной защиты, служащей убежищем для экипажа в случае солнечных вспышек.

Надо сказать, что уже к тому времени было понятно, что ядерные ракетные двигатели как минимум в два раза по удельному импульсу превосходили химические двигатели. Если самый совершенный кислородно-водородный двигатель 60-х годов имел удельный импульс 430 секунд, то для ЯРД минимальная планка находилась на уровне 850-900 секунд. А чем больше удельный импульс двигателя разгонного блока, тем меньше стартовый вес марсианского комплекса на околоземной орбите при той же полезной нагрузке.

Первое серьезное исследование проблемы создания атомного двигателя для космического полета провели в 1944 году Станислав Улам и Фредерик Хоффман, в то время работавшие по Проекту «Манхэттэн». Проработки по созданию ЯРД начались в США еще в 1955 году под эгидой Комиссии по ядерной энергии. В мае 1961 года во время утверждения программы посадки корабля «Аполлон» на Луну было рекомендовано продолжить работы над ЯРД по программе «Ровер». К этому, кстати, призвал Президент США Джон Кеннеди в своей знаменитой речи 25 мая 1961 года. Был разработан проект «Нерва». НАСА совместно с Комиссией по атомной энергии заключили контракт с фирмами «Аэроджет» и «Вестингауз» на создание двигателя «Нерва» тягой 26 тонн. Отработка двигателя велась на опытных полноразмерных реакторах без сопла «Киви», первое испытание которого прошло в мае 1964 года. Прототип ЯРД был впервые испытан 24 февраля 1967 года на ядерном полигоне в штате Невада на установке «Феб1Б», что подтвердило его техническую реализуемость. Правда, до сих пор ни один ядерный ракетный двигатель не только не летал в космосе, но даже и не испытывался на огневом стенде. Во многом это объясняется отсутствием реальной потребности в ядерных двигателях, поскольку ни в одной стране работы по пилотируемой марсианской экспедиции даже не дошли до стадии эскизного проекта. Да и в Америке вместе с сокращением финансирования программы «Аполлон» в 1972 году были закрыты работы по ядерному двигателю «Нерва».

В начале 60-х годов опирались в основном на теоретические возможности ЯРД. В предыдущей главе уже рассказывалось о разворачивании работ по программе «Аполлон». Многие компании, участвовавшие в конкурсе за право создания лунных кораблей, справедливо полагали, что после освоения Луны естественным образом приступят к полетам к Марсу, Венере и другим планетам Солнечной системы. И нужно быть готовыми к этому. Потому-то и рождались в недрах различных компаний многочисленные предложения по межпланетным полетам. К ним относится и инженерная записка, составленная в 1961 году сотрудниками компании «Дуглас Эйркрафт» Робертом Лоу и Робертом Джервейсом. Я не буду останавливаться на этой записке, поскольку в ней не слишком хорошо продуманы многие детали полета к Марсу.

Гораздо интереснее рассказать о предложении, высказанном в докладе директора Отделения Научно-исследовательских работ в Центре космических полетов имени Маршалла НАСА Эрнста Штулингера и Джозефа Кинга на Конференции по электрическим двигателям Американского Ракетного Общества 14-16 марта 1962 года в Беркли. Сам Э. Штулингер, который вместе с фон Брауном создавал «Фау-2» для третьего рейха, начал заниматься электрическими двигателями с начала 50-х годов. Электрические ракетные двигатели позволяли увеличить удельный импульс как минимум до 1500 секунд, что сулило большие выгоды. Но у них есть один существенный недостаток – слишком малая тяга. Это приводит к большим затратам времени на разгон и торможение. Именно поэтому ЭРД практически не применяют для перелетов на околоземных орбитах кроме коррекций, а также для полетов к Луне. Ведь, например, полет КА на стационарную орбиту с помощью ЖРД занимает 6 часов, а при использовании ЭРД – 30 суток.

При полетах же к дальним планетам длительный разгон в сфере действия Земли с лихвой компенсируется дополнительной скоростью, приобретаемой за счет высокого удельного импульса при меньших затратах топлива. В результате, удельный вес полезной нагрузки возрастает, а суммарное время экспедиции снижается. Правда, электрические двигатели требуют для своей работы высокий уровень потребляемой электрической мощности. Ее могут обеспечить либо солнечные батареи с огромной площадью панелей, которая возрастает по мере удаления от Солнца, либо компактный ядерный реактор.

В проекте Э. Штулингера для выработки электроэнергии предлагалось использовать ядерный реактор с тепловой мощностью 115 Мегаватт. В ядерном реакторе нагревается рабочая жидкость до температуры 1450К (1180С), которая поступает на турбину. Турбина, в свою очередь, вращает генератор, вырабатывающий электрическую мощность 40 Мегаватт. Избыток тепла сбрасывается через плоские радиаторы общей площадью 4300 м2. Для создания тяги используютя два электрических (ионных) двигателя.

Космический корабль для полета к Марсу по Штулингеру представляет собой ромб в плане с максимальной длиной 150 метров. Основную площадь ромба составляют радиаторы для сброса избыточного тепла ядерного реактора, который расположен на одной из остроугольных вершин ромба. На противоположном конце расположен жилой модуль с камерой радиационной защиты длиной 1,9 метра, диаметром 2,8 метра и массой 50 тонн. Экипаж корабля – 3 человека. Общая стартовая масса корабля – 360 тонн.

В центре ромба установлены два ионных двигателя, вынесенных на штангах. Для их работы в качестве топлива используется цезий. Запас цезия на корабле составляет 120 тонн. В состав экспедиционного корабля также входит марсианский посадочный корабль массой 70 тонн. В процессе перелета для создания искусственной гравитации, составляющей 1/10 от земной, корабль вращается относительно центра масс со скоростью 1,3 оборота в минуту (8 град/с).

Для проведения марсианской экспедиции в начале 80-х годов Эрнст Штулингер предполагал запуск 5 кораблей. Причем три из них несут посадочные аппараты, а два – дополнительные 70 тонн цезия.

В течение первых 56 дней происходит разгон по спирали и выход на траекторию полета к Марсу, из них 20 дней приходятся на полет в радиационных поясах Земли. Этот период экипажи проводят в камере радиационной защиты. Сам перелет до сферы действия Марса длится 148 суток. Скручивание по спирали и выход на низкую марсианскую орбиту занимает три недели.

В течение 29 суток проводятся изучения поверхности Марса с целью выбора места посадки. Затем от одного из кораблей отделяется посадочный модуль без экипажа, который совершает посадку в автоматическом режиме. В случае успешной его посадки следом за ним стартует к Марсу пилотируемый посадочный корабль с экипажем из трех человек, который приземляется недалеко от беспилотного. Если бы первый грузовой корабль потерпел аварию, то второй также полетел бы без экипажа. В случае неисправности пилотируемого посадочного модуля космонавты переходят в кабину грузового корабля, стартуют с поверхности Марса и стыкуются со своим же экспедиционным кораблем. Оставшийся неиспользованным посадочный корабль (если не было аварии одного из кораблей) просто отбрасывается. Запасы цезия равномерно распределяются среди всех кораблей. Даже в случае неисправности четырех кораблей из пяти единственный экспедиционный корабль способен обеспечить обратный перелет всех 15 космонавтов.

Далее события происходят в обратном порядке:

• разгон и переход на траекторию полета к Земле – 18 суток;

• перелет по трассе Марс-Земля – 268 суток;

• полет в сфере действия Земли – 32 суток, из 10 суток внутри радиационных поясов.

В целом, схема полета и состав марсианского экспедиционного комплекса, предложенные Эрнстом Штулингером, оказались достаточно интересными и перспективными. У него нашлись последователи, в том числе и в нашей стране. Но об этом чуть позже.

Гораздо более оригинальным оказался вид межпланетного корабля и его двигательной установки в проекте «Орион», начало работ по которому датируется 1958 годом. Здесь в качестве движителя предлагалось использовать взрывы небольших атомных бомб. Пожалуй, первый серьезный проект использования ядерных зарядов был предложен в 50-х годах компанией «Мартин». Согласно ее проекту в камеру сгорания диаметром 40 метров каждую секунду выстреливалось по одному небольшому ядерному заряду мощностью 0,1 кТ, который и подрывался в центре камеры. Взрыв испарял поступавшую туда же воду, пары которой, истекая через сопло, создавали тягу при удельном импульсе 1150 секунд. Такой двигатель, который получил название импульсного ядерного ракетного двигателя, предлагалось использовать для вывода спутников на околоземную орбиту. Причем сначала работали химические двигатели, которые разогнали бы ракеты до скорости 2,4 км/с, где на высоте 240 км уже включился бы ядерный двигатель. Примерно в это же время в Ливерморской лаборатории Комиссии по атомной энергии работали над аналогичным проектом под названием «Гелиос», но меньших размеров.

В 1955 году Станислав Улам и Корнелиус Эверетт предложили полностью устранить камеру сгорания. Вместо этого в направлении, противоположном движению, выстреливались ядерные заряды вместе с твердотопливными дисками. В результате взрыва диски испарялись, и образовывалось облако плазмы, которая создавало давление на мощную опорную плиту космического аппарата.

Именно такая схема импульсного ядерного двигателя была принята для проекта «Орион», работы по которому начала в 1958 году компания «Дженерал Атомикс». Основателем и руководителем компании был Фредерик де Хоффман, однако, движущей силой проекта стал Теодор Тэйлор, ветеран программы создания ядерного оружия в Лос Аламосе. Хоффман привлек к работам по проекту и физика-теоретика из Института прикладных исследований в Принстоне Фримэна Дайсона. Развивая идеи Улама, Тэйлор и Дайсон предложили объединить ядерный заряд вместе с твердым топливом в один модуль. В качестве топлива был предложен полиэтилен, который хорошо поглощает нейтроны, выделяющиеся при атомном взрыве. В результате была получена (пока только теоретически) высокая скорость истечения струи, большая тяга и высокий удельный импульс (от 10 000 до 1000 000 секунд). Кроме того, ими же была предложена система амортизаторов, связывающих корабль и опорную плиту, для гашения импульсных толчков от ядерных взрывов. В ноябре 1959 года был даже проведено испытание модели для проверки концепции.

Для дальнейшего развития проекта требовалось поддержка и финансирование со стороны государства. Поэтому в апреле 1958 года руководство компании «Дженерал Атомикс» обратилось за поддержкой в Управление Перспективных исследований Министерства обороны США (ARPA), которое согласилось ежегодно выделять на программу» названную «Орион», 1 миллион долларов в год.

Тэйлор и Дайсон были убеждены, что ракеты на химическом топливе, развиваемые НАСА, ограничены по своим возможностям и не способны обеспечить полеты за пределы Луны к другим планетам Солнечной системы. Они хотели создать межланетный корабль достаточно простой по устройству, просторный, а главное реализуемый. По мению Тэйлора крабль должен был бы стартовать с территории одного из ядерных полигонов в штате Невада. Сам корабль должен был быть похож на остроконечную пулю высотой в 16 этажей с опорной плитой диаметром 40 метров. Статовое сооружение представляло собой стартовый стол, установленный на восьми башнях-колоннах высотой каждая 75 метров. Стартовая масса корабля около 10000 тонн.

На начальной стадии подъема ежесекундно должны были выстреливаться ядерные заряды мощностью 0,1 кТ. По мере увеличения скорости полета частота выброса ядерных зарядов снижалась до одного в 10 секунд, а мощность каждого увеличивалась до 20 кТ. Удельный импульс двигателя должен был составить 2000 секунд. Для уменьшения радиоактивного загрязнения атмосферы корабль взлетал вертикально вплоть до выхода за пределы атмосферы.

По мнению авторов проекта при ежегодном финансировании на уровне 100 миллионов долларов вполне реальным были бы полеты к Марсу в 1965 году, а к Сатурну – в 1970 году. При этом масса полезной нагрузки исчислялась бы в тысячах тонн, а численность экипажа составила бы 150 человек.

Однако в 1959 году вошедшее в силу НАСА отобрало все гражданские космические проекты у ARPA, а остальные отошли к ВВС. К тому же НАСА ориентировалось исключительно на химические двигатели и безядерный космос. Проект «Орион» тоже перешел в руки ВВС, но с условием, что ему будет найдено военное применение. Таким образом, из корабля для мирного исследования планет «Орион» превращался в носителя ядерных зарядов для обстрела территории СССР.

В начале 60-х годов участники проекта «Орион» попытались заинтересовать своими идеями Центр космических полетов имени Маршалла. Они предложили создать верхнюю ступень ракеты «Сатурн-5» с импульсным ядерным двигателем. Вместе с кораблем ступень весила бы порядка 60 тонн, однако, удельный импульс двигателя составлял бы от 1800 до 2500 секунд. Диаметр опорной плиты ограничивался диаметром второй ступени ракеты-носителя (10 метров). Опорная плита соединялась с кораблем четырьмя телескопическими амортизаторами.

Для полета на Марс требовалось бы всего два пуска ракеты «Сатурн-5». При массе оборудования в 100 тонн, что составило бы 45 от массы всего комплекса, корабль с экипажем из восьми человек мог бы за 125 суток совершить облет Марса с возвращением на Землю.

Со временем даже директор Центра космических полетов имени Маршалла Вернер фон Браун стал сторонником проекта «Орион». Однако он оказался отвергнут не по техническим, а по политическим мотивам. В августе 1963 года СССР, США и Великобритания подписали международное соглашение о запрещении ядерных испытаний в космосе. Проекту «Орион» был нанесен сокрушительный удар. Любой импульсный ядерный двигатель был поставлен вне закона в соответствии с международным правом. В декабре 1964 года финансирование проекта «Орион» было прекращено.

С одной стороны, конечно, жаль, что такой многообешающий проект был закрыт. Но, с другой стороны, естественными были опасения его противников. А что, если при выведении корабля на околоземную орбиту произойдет авария. Тогда сотни, а, может быть, тысячи тонн ядерных зарядов рухнут на Землю. Произошла бы просто глобальная катастрофа. Да даже при штатной работе импульсного ядерного двигателя происходило бы радиационное загрязнение атмосферы. Да и в ближнем космосе произошло резкое увеличение количества продуктов распада, что привело к сбоям в работе различных околоземных спутников и к нарушению радиосвязи.

Тем не менее, сама идея не умерла, однако в нее внесли коррективы. Вместо ядерного взрыва можно использовать термоядерный взрыв, который не оставляет за собой следа тяжелых радиоактивных ионов. На этом построен проект Британского Межпланетного Общества «Дедал» («Daedalus»), разработанный в середине 70-годов. Его целью является посылка автоматического зонда к «бегущей» звезде Бернарда, у которой, как тогда полагали, имеется планетная система. В качестве двигательной установки служила своеобразная магнитная «камера сгорания» с экраном в виде параболы, куда с частотой 250 Гц выстреливались топливные заряды, представляющие собой гелий-3 в пластиковой оболочке. Мощные электронные лучи в фокусе параболы поджигали топливные заряды, инициируя термоядерный взрыв. Между прочим, на этом же принципе основана и идея управляемой термоядерной реакции, предложенная одним из создателей лазера Н. Г. Басовым. Только вместо электронных лучей для поджигания заряда он, естественно, предложил световые лучи нескольких лазеров, сфокусированных в одной точке.

В результате двухступенчатого разгона межзвездный зонд массой 450 тонн приобретал скорость, составляющую 12 от скорости света. Расстояние в 10 световых лет до звезды Бернарда зонд способен преодолеть за 50 лет. Поскольку включение импульсного термоядерного двигателя у Земли могло бы напрочь сдуть всю атмосферу, старт межзвездного зонда планировался от Юпитера. Сборка двухступенчатого аппарат «Дедал» стартовой массой 54000 тонн также должна была происходить на орбите Юпитера, а из его атмосферы добывался бы гелий-3 для производства топливных зарядов.

Сегодня такая экспедиция выглядит чистой фантастикой. Да и в середине XXI века он вряд ли сможет быть реализован. Разве что к концу XXI века или к началу XXII века человеческая цивилизация достигнет соответствующего технического уровня.

С проектом «Орион» я существенно уклонился от полетов к Марсу, но не от темы. Просто время для него еще не пришло. Но вернемся в начало 60-х годов. После того как была развернута программа «Аполлон» и заключены контракты на создание его основных частей с подрядчиками, НАСА предусмотрительно начало исследования по выбору облика пилотируемых экспедиций к Марсу и Венере. Ответственность за это была возложена на Центр космических полетов имени Маршалла. В марте 1962 года Центр имени Маршалла заключил контракты с компаниями «Дженерал Дайнэмикс», «Локхид» и отделением «Аэронутроник» автомобильного концерна «Форд мотор» на предмет изучения возможности создания межпланетного корабля, способного совершить облет Венеры и Марса, а также выйти на орбиту этих планет с последующим возвращением на Землю. Именно первые буквы назначения программы («A Study of Early Manned Interplanetary Expeditions») образовали ее название – EMPIRE («Империя»). Эта программа рассматривалась как первый шаг к созданию кораблей, которые смогли обеспечить высадку человека на планеты Солнечной системы. Причем в контрактах помимо исследования собственно концепции межпланетного корабля Центр космических полетов имени Маршалла выдвигал также дополнительные требования:

• обосновать необходимость создания ракеты-носителя «Нова», отвергнутой создателями программы «Аполлон», и ее грузоподъемность;

• подготовить «почву» для последующего развития ядерных ракетных двигателей, также не нашедших применения в программе «Аполлон».

Первая стадия изучения завершилась в январе 1963 года, когда представители всех трех компаний представили отчеты. Инженеры из «Аэронутроник» сосредоточились на облетном корабле. При этом в качестве траектории ими был выбран попутный облет Венеры, как до пролета Марса, так и после него. Стартовая масса корабля на околоземной орбите должна была составлять 170 тонн, что позволило бы вывести весь марсианский комплекс на опорную орбиту с помощью одного пуска гигантской ракеты-носителя «Нова» с грузоподъемностью 225 тонн. Для разгона с опорной орбиты используется ядерный ракетный двигатель типа «Нерва». Разгон проходит в два этапа. На первом этапе использованные топливные баки отбрасываются, а топливо продолжает поступать из неотделяемых баков, которые служат в качестве дополнительной радиационной защиты для жилого модуля с камерой радиационной защиты, расположенного между этими баками. После выхода на трассу перелета еще два жилых модуля выдвигаются на телескопических штангах, и с помощью вращения создается искусственная гравитация. Энергопитание корабля в ходе полета обеспечивается радиоизотопным генератором SNAP-8.

При пролете Марса с борта корабля в атмосферу планеты сбрасываются автоматические исследовательские зонды. Перед подлетом к Земле от экспедиционного корабля отделяется возвращаемый аппарат с экипажем. С помощью автономной двигательный установки аппарат с несущим корпусом переводится на попадающую траекторию с одновременным снижением скорости. А экспедиционный корабль, пролетев мимо Земли, выходит на гелиоцентрическую орбиту. В качестве расчетной даты старта специалисты «Аэронутроник» выбрали астрономическое окно между 19 июля и 16 августа 1970 года.

Специалисты «Дженерал Дайнэмикс» и «Локхид» в рамках первой стадии проекта EMPIRE рассматривали как пролетные, так и орбитальные космические корабли. Ведущим специалистом в «Дженерал Дайнэмикс» по проектированию межпланетных кораблей стал Краффт Эрике, еще один бывший коллега фон Брауна по Пенемюнде, один из участников разработки «Фау2». В 1945 году вместе с другими немецкими специалистами-ракетчиками он попал в США, а в 1953 году перешел в компанию «Дженерал Дайнэмикс». В конце 50-х годов К. Эрике увлекся изучением возможностей создания межпланетных кораблей для полетов к Венере и Марсу.

В представленном специалистами компании «Дженерал Дайнэмикс» отчете был рассмотрен полновесный марсианский экспедиционный комплекс за исключением марсианского посадочного корабля. Марсианская экспедиция, начало которой намечалось на 1975 год, состояла из трех кораблей модульной конструкции, один из которых был пилотируемым, а два – беспилотными. Беспилотные корабли представляют собой, по сути, склад запчастей для ремонта пилотируемого корабля в случае каких-либо отказов.

Каждый марсианский корабль состоит из следующих элементов.

Ступень М1 для разгона с околоземной орбиты и перевода корабля на трассу Земля-Марс, состоящая из шести топливных баков с жидким водородом разного диаметра (2 бака диаметром 18 метров, 2 бака диаметром 10 метров и 2 бака диаметром 7,5 метров) и 1-4 ядерных ракетных двигателей. Запас топлива на разгонной ступени составляет от 180 до 630 тонн.

Ступень М2 для торможения и выхода на орбиту Марса, состоящая из семи топливных баков диаметром 4,2 метра вокруг бака диаметром 6 метров и одного ЯРД. Запас топлива – от 110 до 330 тонн жидкого водорода.

Ступень М3 для ухода с орбиты Марса на трассу Марс-Земля аналогичная ступени М2, но с меньшим запасом топлива (от 60 до 120 тонн жидкого водорода).

Ступень М4 для замедления скорости перед подлетом к Земле с одним ядерным или химическим двигателем. При этом запас топлива для ЯРД составил бы от 5,3 до 9,7 тонны в одном баке диаметром 6 метров, а для ЖРД – от 7,5 до 15 тонн в двух баках.

Кабина экипажа вынесена далеко вперед, что позволяет уменьшить влияние радиации от работающих ЯРД, а также для создания искусственной гравитации. Для защиты от солнечных вспышек имеется камера радиационной защиты. Экипаж корабля состоит из восьми человек. В случае необходимости проведения ремонтных работ в открытом космосе на корабле имеются два космических такси, рассчитанных на одного космонавта. Для энергоснабжения используется радиоизотопный генератор SNAP-8, но могут быть применены и солнечные батареи. На всех кораблях, пилотируемых и беспилотных, есть спускаемый аппарат, напоминающий по форме командный модуль «Аполлона», для входа в атмосферу Земли и возвращения экипажа на родную планету.

При полете на орбите Марса предполагалось провести исследования как самой планеты, так и ее естественных спутников Фобоса и Деймоса с помощью автоматических аппаратов, включая забор грунта и доставку его на борт пилотируемого корабля. Хотя первая стадия проекта «Империя» не предусматривала высадку человека на поверхность Марса, все же специалисты «Дженерал Дайнэмикс» показали возможность включения в состав экспедиционного корабля марсианского посадочного модуля, рассчитанного на экипаж из двух человек и 7-дневное пребывание на поверхности планеты.

Для сборки такого экспедиционного корабля на околоземной орбите команда К. Эрике предполагала использовать лишь одну стыковку модулей, выведенных двумя пусками сверхмощной ракеты-носителя «Пост-Сатурн» с грузоподъемностью 450 тонн. В отчете компании «Дженерал Дайнэмикс» был предложен также график развития технологий для организации марсианской экспедиции в марте 1975 года.

Третьим из участников проекта «Империя» была компания «Локхид». В ее проекте также использовалась искусственная гравитация во время перелета, а возвращаемый аппарат походил на командный модуль «Аполлона». Правда, вместо радиоизотопного генератора для энергоснабжения предлагалась солнечная электродинамическая установка.

Чтобы «обкатать» новые идеи 6-7 июня 1963 года в Денвере прошел симпозиум Американского Астронавтического Общества, на котором присутствовали до 800 ученых и инженеров. Как и следовало ожидать, большинство его докладов было посвящено проблемам пилотируемого полета на Марс. В частности, Гарри Рапп из Бюро перспективных проектов Центра Маршалла, отметив огромную стартовую массу марсианских экспедиционных кораблей, предложил в целях уменьшения массы полезного груза отказаться от искусственной гравитации. В его докладе звучали и другие интересные предложения, например: использование аэроторможения в атмосфере Марса для выхода на его орбиту; полет по траектории с большим временем перелета, но минимальной энергетикой; использование одних и тех же двигателей для всех этапов полета (сбрасываются только баки).

В докладе сотрудников Центра пилотируемых кораблей Дэвида Хэммока и Брюса Джексона был представлен проект марсианского посадочного корабля. В целом, они предложили три схемы марсианской экспедиции. Согласно их проекту для реализации первого варианта с орбиты Земли должны быть запущены два корабля. Первым запускается беспилотный пролетный корабль, который через 200 суток должен достичь окрестностей Марса. Через 50-100 суток с околоземной орбиты стартует пилотируемый корабль. В ходе перелета искусственная гравитация поддерживается вращением корабля и одного из топливных баков разгонной ступени. Через 120 суток перелета от пилотируемого корабля отделяется капсула с экипажем, которая прямо с подлетной траектории входит в атмосферу Марса и осуществляет посадку на его поверхность. Через 40 дней в момент приближения к Марсу пролетного корабля космонавты в капсуле стартуют с поверхности планеты и осуществляют стыковку на пролетной траектории. Конечно, такая схема сулила существенную экономию массы полезной нагрузки, но риск был бы чрезвычайно велик. Достаточно небольшому сбою при старте взлетного корабля с Марса или при стыковке кораблей, и гибель экипажа была бы неизбежна.

Во втором варианте предлагалось использование аэродинамического торможения для выхода экспедиционного корабля на орбиту Марса. Для этой цели сам корабль имел форму треугольника в плане с чечевицеобразным профилем. В вершине треугольника размещался возвращаемый аппарат. На боковой плоской стороне корабля был установлен посадочный корабль. В процессе перелета с помощью телескопических штанг части корабля разносятся на некоторое расстояние для создания искусственной гравитации. Перед подлетом отдельные части корабля соединяются в единое целое. После торможения корабля в атмосфере Марса и выхода на низкую орбиту космонавты в посадочном корабле приземляются на поверхности планеты. Далее все проходит по классической схеме. Здесь также удается получить выигрыш в массе полезной нагрузки, который, однако, в значительной мере съедается за счет теплозащиты, которой необходимо закрыть большую часть экспедиционного корабля.

Третий вариант представлял собой полностью классическую схему, включающую двигатель и топливо для выхода на орбиту Марса. В остальном он напоминал второй вариант. По расчетам Хэммока и Джексона при использовании только химических двигателей марсианский экспедиционный корабль (третий вариант) вместе с разгонной ступенью на околоземной орбите весил бы 1125 тонн. При использовании ЯРД и аэродинамического торможения в атмосфере Марса марсианский экспедиционный комплекс весил бы 270 тонн. В случае замены ЯРД на ЖРД его вес возрос бы до 450 тонн. Столько бы весил корабль и в пролетном варианте с использованием химических двигателей.

Одним словом, проектов была масса. Поскольку с обликом лунной экспедиции НАСА определилось еще в 1962 году, то теперь только Марс представлял собой пространство для фантазии и творчества инженеров и ученых. Причем даже в НАСА статус изучения Марса все время повышался. Если в 1962-1963 годах ответственным за изучение проблем полета на Марс (проект «Империя») являлось бюро перспективных проектов Центра космических полетов имени Маршалла, то в 1963-1964 годах это дело возглавило уже бюро пилотируемых космических полетов штаб-квартиры НАСА. К проблеме полета на Марс подключились и другие центры НАСА. 12 июня 1964 года в Хантсвилле состоялось подведение промежуточных итогов изучения этой проблемы.

Один из докладов представила Лаборатория космических технологий компании TRW, контракт с которой был заключен Центром имени Эймса. По их оценке одной из главных проблем при реализации марсианской экспедиции является колоссальный ее вес на околоземной орбите. Так, например, при старте в 1975 году марсианский экспедиционный комплекс весил бы около 680 тонн. Для снижения этой массы специалисты Лаборатории космических технологий и Центра Эймса предлагали использовать более энергоемкие виды топлива, например, водород и фтор. Другим способом экономии массы топлива и, следовательно, массы полезного груза является использование аэроторможения при выходе на орбиту Марса и при возвращении на Землю. По подсчетам использование атмосферы Марса для торможения позволило бы в 6 раз снизить массу корабля.

Выбор в пользу аэроторможения предъявлял соответствующие требования и к форме самого корабля. Так, экспедиционный корабль по проекту Лаборатории космических технологий и Центра Эймса напоминал по внешнему виду корабль «Аполлон», то есть коническая носовая часть и цилиндрическая центральная часть диаметром 7 метров, но с конической юбкой. Объем жилого отсека – 18 м3. В ходе перелета искусственная гравитация поддерживается вращением корабля и разгонной ступени, соединенных 150-метровым тросом. Вся внешняя поверхность экспедиционного корабля за исключением хвостовой части покрыта теплозащитой. Чтобы избежать выступающих частей, мешающих аэроторможению, марсианский посадочный аппарат массой 11250 кг также расположен внутри основного корабля, а точнее – в его хвостовой части. Возвращаемый аппарат для входа в атмосферу Земли и посадки является аппаратом с несущим корпусом в виде полуконуса. Весь экипаж экспедиционного корабля состоит из шести человек, из них двое совершают посадку на поверхность Марса.

Кроме того, в докладе было показано, что на стартовый вес экспедиции влияет продолжительность пребывания космонавтов на поверхности планеты (оптимальный срок – 10 суток). Снизить стартовую массу можно и за счет исключения из состава экипаж экспедиционного корабля камеры радиационной защиты. В этом случае роль радиационного экрана игр бы толстый слой теплозащиты. Еще один резерв массы – теплозащита возвращаемого аппарата. Простое снижение скорости за счет работы двигателей приводит к росту массы. Но этого можно избежать, если на обратном пути совершить еще и гравитационный маневр с облетом Венеры. Можно это сделать и по дороге к Марсу. Тогда выбирается траектория возврата с минимальной конечной скоростью. Кстати, эти же траектории позволяют попутно снизить общую продолжительность экспедиции на Марс с 3 до полутора лет.

В докладе, представленном компанией «Филко Аэронутроник», были рассмотрены результаты исследований, проведенных компанией с мая по ноябрь 1963 года по контракту с Центром пилотируемых кораблей. Фактически это был первый детальный проект марсианского посадочного корабля. Кроме того, компанией был предложен план создания марсианской экспедиции в течение 10 лет при стоимости 6,2 миллиарда долларов.

Взяв за основу плотность марсианской атмосферы в 10 от земной, специалисты компании предложили посадочный корабль в виде половинки конуса, снабженной двумя маленькими крылышками-стабилизаторами. Масса МПК должна была составлять от 29 до 33,5 тонн, его длина – 9 метров, а максимальная ширина по стабилизаторам – 10 метров. Заметим, кстати, что при реальной плотности марсианской атмосферы менее 1 от земной предложенные аэродинамические свойства МПК лишают его возможности тормозиться маневрировать в атмосфере. Но тогда об этом еще не знали.

Для наглядности в докладе был рассмотрен пуск к Марсу в период с 1971 по 1975 годы. Экспедиционный корабль повторял проект марсианского корабля с аэроторможением сотрудников Центра пилотируемых кораблей Д. Хэммока и Б. Джексона. МПК в процессе перелета также находится на спине экспедиционного корабля, но закрыт противометеоритным термоэкраном. После выхода на марсианскую орбиту высотой 550 км экипаж проводит выбор места посадки. Затем двое (капитан, он же геолог, и биолог) переходят в МПК, который отделяется от основного корабля и тормозится с помощью двигателя. После входа в атмосферу Марса и аэродинамического торможения на высоте 23-30 км раскрывается парашют. Перед посадкой парашют отстреливается, а корабль совершает мягкую посадку с помощью двигателей на четыре посадочные опоры. Жилой отсек для пребывания двух космонавтов на поверхности Марса в течение 10-40 суток расположен в нижней части МПК.

После проведения исследований космонавты стартуют с поверхности во взлетной ракете с помощью посадочного двигателя, причем пустые топливные баки, использованные при посадке, и жилой отсек остаются на Марсе. Выйдя на орбиту, космонавты стыкуются с экспедиционным кораблем. После перехода космонавтов в основной корабль МПК отбрасывается.

Как видно, исследования по проблемам полета на Марс привлекали многих. Сдерживало, правда, слабое знание физики планеты Марс и ее атмосферы. Но для решения этой проблемы НАСА предполагало регулярно запускать к «красной планете» автоматические станции типа «Маринер». А вот отсутствие должного финансирования не позволяло перейти от научно-исследовательских и проектно-изыскательских работ к опытно-конструкторским, во всяком случае, до завершения программы «Аполлон». Таким образом, из рассмотрения выпадало наиболее благоприятное в отношении энергетики стартовое «окно» в 1971 году. Следующее такое «окно» должно было появиться в 1988 году. Поэтому в исследованиях приходилось учитывать и возможность запуска в менее благоприятный период (1973-1985 годы). Характерным явился контракт, заключенный в июне 1963 года Центром имени Маршалла с компаниями «Дженерал Дайнэмикс» и «Дуглас Эйркрафт», названный UMPIRE вместо EMPIRE. Первая буква «U» означала неблагоприятный. В эти годы могли быть реализованы только длительные экспедиции, либо с промежуточным облетом Венеры. Кроме того, специалисты этих компаний в целях экономии веса предлагали отказаться от искусственной гравитации.

5 февраля 1965 года Гарри Рапп, руководитель бюро перспективных проектов Центра космических полетов имени Маршалла, представил итоговый отчет, который суммировал все работы по проблеме создания пилотируемых кораблей для облетов Марса и Венеры, включая проект «EMPIRE». Основной целью было изучение возможности создания межпланетных кораблей с использованием технологии «Аполлон» – «Сатурн» и с запуском во второй половине 70-х годов. Поскольку пилотируемые корабли всего лишь пролетали мимо планет, то их исследования проводились с помощью автоматических зондов, включая искусственные спутники планет, посадочные аппараты и аэростаты в атмосфере планет.

Межпланетный корабль, предназначенный для пролета Марса или Венеры, по мнению Г. Раппа должен будет состоять из следующих элементов (от хвоста к вершине):

• переходная ферма для стыковки корабля с разгонной ступенью, включающая стыковочный узел и два двигателя для сближения с этой ступенью;

• сферический жилой отсек с камерой радиационной защиты;

Небольшая центрифуга для поддержания состояния здоровья космонавтов в условиях невесомости (система искусственной гравитации с вращением всего аппарата отклонена, поскольку является слишком сложной и тяжелой);

• баки с запасами топлива для коррекции траектории;

• герметичный ангар для хранения в течение всего полета возвращаемого аппарата типа командного модуля «Аполлона»;

• ангар для хранения, обслуживания и ремонта автоматических планетных зондов;

• два радиоизотопных генератора, вынесенных на штангах;

• на вершине пролетного корабля расположен двигатель от лунной кабины, предназначенный для коррекции траектории.

Для сборки межпланетного пролетного требуется запуск шести ракет «Сатурн-5» и одной ракеты «Сатурн-1В». Первой ракетой «Сатурн-5» на орбиту высотой 485 км выводится сам корабль. При следующих четырех запусках на орбиту выводятся танкеры с жидким кислородом. Шестой ракетой «Сатурн-5» выводится разгонная ступень с запасом жидкого водорода (72 тонны), созданная на базе ступени S-IIB. Следом на корабле «Аполлон» стартуют три космонавта, которые стыкуются с разгонной ступенью. В течение 72 часов они должны обеспечить стыковку с танкерами и перекачку жидкого кислорода в баки разгонной ступени. В противном случае потери водорода от испарения будут слишком велики. Перед включением двигателей разгонной ступени вся связка весит около 105 тонн. После вывода корабля на межпланетную траекторию разгонная ступень отбрасывается.

Перед подлетом к Земле космонавты переходят в командный модуль «Аполлона». С помощью двигателей служебного модуля снижается скорость входа в атмосферу. Полная продолжительность полета – от 661 до 691 дней, в зависимости от используемого стартового окна. Что касается марсианской экспедиции с высадкой на поверхность планеты, то по мнению Г. Раппа, она могла бы состояться в первой половине 80-х годов.

В июне 1965 года аналогичный итоговый отчет представили специалисты компании «Дуглас Эйркрафт», написанного по результатам девятимесячной работы по контракту со штаб-квартирой НАСА. В нем были показаны различия «коротких» и «длинных» перелетов и их преимущества и недостатки. «Короткие» перелеты с общей продолжительностью порядка 600 суток и временем пребывания на Марсе до 30 суток характеризуются большими энергетическими затратами, а, следовательно, большими потребными запасами топлива. «Длинные» траектории значительно более выгодны в энергетическом отношении, однако общая продолжительность всей экспедиции возрастает до 1000 суток, а время пребывания на Марсе или около него – до 400 суток.

В качестве основных принципов, положенных в проект марсианской экспедиции были использование только химических двигателей и аэроторможения в атмосфере Марса. Рассчитывать в 70е годы на ядерные двигатели, по мнению специалистов «Дуглас Эйркрафт», было бы слишком рискованно. Итак, марсианский экспедиционный комплекс должен был состоять из разгонной ступени длиной 10 метров и диаметром 16,5 метров и марсианского космического корабля. На разгонной ступени в качестве топлива используются водород и фтор.

Марсианский космический корабль представляет собой усеченный конус длиной 12 метров и наибольшим диаметром 16, 5 метров. Он, в свою очередь, состоит из двигательной установки для выхода на орбиту Марса и схода с нее, возвращаемого аппарата и жилого модуля в виде тороидального двухэтажного отсека весом 40 тонн, предназначенного для размещения 10 человек. Двигательная установка корабля также использует в качестве топлива водород и фтор. Возвращаемый аппарат весом 7 тонн, рассчитанный на 10 человек, по форме напоминает командный модуль «Аполлона», но несколько больше: длина 4,2 метра против 3 метров у «Аполлона». Космонавты находятся в возвращаемом аппарате при работе двигательной установки, во время аэроторможения, а также во время солнечных вспышек. Создания искусственной гравитации для всего корабля не предусматривается. Однако корабль оснащен центрифугой с двумя кабинами для регулярного профилактического воздействия на космонавтов. Для выработки электроэнергии используются три 10-метровых рефлектора солнечной электродинамической установки.

В верхней части корабля расположен также конический марсианский посадочный аппарат массой 71 тонну, рассчитанный на пребывние на поверехности Марса 6 человек в течение 500 дней. Его ширина у основания 10,6 метра, а длина 15 метров. МПК состоит из посадочного модуля, включающего двигатель и посадочные опоры, теплового экрана, парашютов, тороидального жилого модуля объемом 195 м3 и взлетной ракеты с топливными баками. В состав МПК включены также два марсохода массой по 4 тонны для перемещения трех космонавтов по поверхности планеты на расстояние до 500 км в течение 1-2 недель.

Реализация программы пилотируемого полета на Марс по проекту компании «Дуглас» обеспечивается более мощными чем «Сатурн-5» ракетами-носителями. Их грузоподъемность должна составлять 1 миллион фунтов или 450 тонн, а диаметр полезного груза – 22 метра. При первом пуске такой гигантской ракеты на орбиту выводится весь марсианский корабль в сборке, а при втором пуске – полностью заправленная разгонная ступень. После их стыковки на орбите вся связка стартует к Марсу. Время полета по трассе Земля-Марс – 200 суток.

С помощью аэродинамического торможения в атмосфере Марса корабль переходит на эллиптическую орбиту. Затем уже с помощью двигательной установки формируется круговая орбита высотой 800 км.

После выбора района посадки шесть космонавтов переходят в МПК и приземляются на поверхности Марса, используя для этого парашюты и двигатели мягкой посадки. Обратный путь проходит по классической схеме.

Полная стоимость реализации программы в течение более чем 15 лет по расчетам компании «Дуглас Эйркрафт» составит 17,5 миллиардов долларов.

Вообще на середину 60-х годов приходится пик интереса к полетам на Марс. Помимо исследований инициированных НАСА были и самостоятельные работы. Так, руководитель отдела Лаборатория космических технологий компании TRW Роберт Сон, участвовавший в работах по контракту с Центром Эймса в 1963-1964 года, опубликовал в майском номере журнала «Астронавтикс&Аэронавтикс» еще один проект пилотируемого полета на Марс в возможно более ранние сроки. Это можно было сделать в четыре этапа. Первым этапом являлась бы реализация программы «Аполлон» с отработкой ракеты «Сатурн-5», корабля «Аполлон» и орбитальных методов сближения и стыковки.

На втором этапе предлагалось создать на базе программы «Аполлон» научно-исследовательскую лабораторию (AORL) с экипажем из трех человек, а также модификацию корабля «Аполлон» для совершения длительных полетов. Станция выводится на орбиту с помощью ракеты «Сатурн-5» вместе с основным блоком корабля «Аполлон», а размещается вместо лунной кабины в переходном отсеке. Срок – 1970 год.

На третьем этапе небольшая орбитальная станция AORL заменяется на станцию больших размеров MORL, которая станет прототипом полетного модуля межпланетного корабля. Станция выводится на орбиту с помощью ракеты «Сатурн-5». Экипаж станции MORL составит от 6 до 8 человек.

Четвертым этапом является сама марсианская экспедиция. Для ее осуществления необходим запуск 4-5 ракет «Сатурн-5» увеличенной грузоподъемности (до 200 тонн). В результате сборки на орбите создается межпланетный корабль, состоящий из основного блока корабля «Аполлон» на вершине, жилого модуля типа MORL в середине и разгонной ступени. В качестве топлива на всех ракетных блоках используется водород и фтор. Для экспедиции с посадкой на планету в состав экспедиционного корабля входят также двухместный посадочный корабль и ступень для ухода с марсианской орбиты. Выход на орбиту Марса предполагается с помощью аэродинамического торможения. Время пребывания на Марсе – 15 дней. В ходе перелета создается искусственная гравитация. При реализации пролетного варианта достаточно одного пуска ракеты «Сатурн-5» увеличенной грузоподъемности. По прогнозам Р. Сона пролет Марса мог бы состояться в 1975 и 1978 годах, а посадка на Марс – в 1982 году.

Не осталась в стороне от «марсианского поветрия» и компания «Норт Америкэн авиэйшн», бывшая головным разработчиком основного блока корабля «Аполлон». В том же 1965 году ими был предложен межпланетный корабль для облета Марса и Венеры, разработанный на базе корабля «Аполлон». Разгонная же ступень представляла собой ступень S-IIB, также разработанную в этой компании.

Впрочем, тема пилотируемого облета планет Солнечной системы постепенно себя исчерпала. Хотя он мог быть реализован при существующем уровне развития техники, но ведь простой облет ничего не давал нового науке по сравнению с автоматическими станциями типа «Маринер». Так зачем же тратить деньги? Правда, по инерции еще продолжали рождаться проекты пролетных кораблей, но время их ушло. Тот же Вернер фон Браун в ноябрьском номере журнала «Астронавтикс&Аэронавтикс» считал облет Венеры и Марса необходимым шагом на пути к высадке человека на Марс и созданию там постоянной базы.

Для решения этой задачи фон Браун предложил несколько увеличить грузоподъемность ракеты-носителя «Сатурн-5» (вариант «Сатурн MLV-3») со 100 тонн (без довыведения) до 155 тонн. Для запуска в 1978 году облетного корабля первым на околоземную орбиту выводятся сам космический корабль и топливные баки общей массой 124 тонны. Вторым пуском на орбиту выводится стандартный двигательный модуль с ядерным ракетным двигателем «Нерва-2».

Более сложной была бы организация экспедиции с высадкой человека на поверхность Марса, например, в 1982 году. Для сборки на орбите экспедиционного корабля общей массой 1180 тонн потребовалось бы уже 10 запусков ракеты «Сатурн MLV-3». Сам корабль включал бы, помимо полетного модуля и возвращаемого аппарата, марсианский посадочный корабль и 5 стандартных двигательных модулей с ЯРД «Нерва2» (три для старта с околоземной орбиту, один для выхода на орбиту Марса и еще один для ухода с нее). Экипаж экспедиции – 8 человек, четверо из которых проводят исследования на поверхности Марса в течение 20 дней. Стоит отметить, что такая схема экспедиционного комплекса, предложенная Вернером фон Брауном, нашла последователей. Но об этом чуть позже.

В то же время цифры стартовой массы экспедиционного комплекса просто пугали. Собрать такую махину в невесомости из модулей весом в полторы сотни тонн каждый, да еще в короткий срок, – задача, нерешенная по сей день. Ранее уже рассматривался вариант межпланетного корабля с, предложенный руководителем Лаборатории научно-исследовательских работ Центра космических полетов имени Маршалла Эрнстом Штулингером. За счет высокой удельной тяги ЭРД стартовая масса корабля существенно уменьшалась. Но, обладая высоким удельным импульсом, электрореактивные двигатели имели очень малую тягу, что приводило к большим затратам времени на разгон и торможение. Выступая в марте 1966 году в Балтиморе на очередной встрече, посвященной проблеме полета к Марсу, тот же Э. Штулингер предложил компромиссный вариант. Разгон с околоземной орбиты осуществлять с помощью ЯРД с большой тягой типа «Нерва2», а в дальнейшем использовать только электрореактивные двигатели. Это позволит в течение короткого времени пересечь радиационные пояса Земли, не подвергая большой опасности экипаж.

Для сборки такого корабля на околоземной орбите высотой 485 км потребовался бы запуск пяти ракет «Сатурн-5» с грузоподъемностью 155 тонн, то есть вдвое меньше чем при использовании одних ЯРД. Если же экспедиция будет состоять из четырех кораблей (для надежности), то потребуется 20 запусков вместо 40.

Марсианский экспедиционный корабль по Э. Штулингеру в варианте 1966 года состоит из центрального модуля с ядерным реактором мощностью 20 Мватт и электрическими ракетными двигателями, 153 тонн запасов топлива, марсианского посадочного корабля массой 57 тонн и космического «такси» для перелетов от одного экспедиционного корабля к другому. С двух сторон от центрального модуля выдвинуты телескопические штанги с размахов в 180 метров, к которым крепятся панели радиаторов для сброса в космос тепла от ядерного реактора. На каждом конце штанги закреплено по одной кабине для экипажа. Общая численность экипажа – 4 человека.

Для старта с околоземной орбиты служит разгонная ступень с четырьмя ядерными ракетными двигателями «Нерва-2». Длина ступени – 54 метра, диаметр каждого из четырех топливных баков – 10 метров, а стартовая масса ступени – 309 тонн, из которых 226 тонн жидкого водорода. Время разгона с околоземной орбиты – 30 минут. После окончания разгона корабль закручивается для создания искусственной гравитации, составляющей 20 от земной.

Через 145 суток полета при входе в сферу тяготения Марса включаются ЭРД, и экспедиционный корабль по спирали в течение 23 дней снижается до круговой орбиты ожидания высотой 1000 км. На этой орбите экипаж экспедиционного корабля с помощью МПК совершает чисто реактивную посадку на поверхность Марса, где проводит исследования в течение месяца. Сам марсианский посадочный корабль по форме напоминает конический командный модуль «Аполлона» с максимальным диаметром 10 метров.

После завершения исследования Марса экспедиционный корабль с помощью ЭРД в течение 17 дней по спирали разгоняется в сторону Земли. Обратный перелет длится 255 суток, причем часть траектории проходит внутри земной орбиты. При входе в сферу тяготения Земли опять включаются ЭРД, и корабль по спирали в течение 5 дней снижается до высоты 30000 км, откуда экипаж забирается транспортным кораблем.

По прогнозам Эрнста Штулингера полет такого корабля мог бы состояться в 1986 году, то есть через 20 лет после написания статьи. Считалось, что реализации такой сложной и дорогостоящей программы потребуется именно порядка 20 лет. Эта цифра фигурировала не только раньше, но и вплоть до настоящего времени. Поэтому на любой вопрос о сроках полета человека на Марс можно спокойно отвечать: через 20 лет.

В апреле 1966 года по просьбе председателя Консультативного комитета НАСА по науке и технике, нобелевского лауреата Чарльза Таунса заместитель директора НАСА по пилотируемым космическим полетам Джордж Мюллер организовал исследования по проблеме пилотируемого облета Марса. Работы проводились специально созданной объединенной рабочей группой в бюро пилотируемых космических полетов НАСА и закончились выпуском отчета в октябре того же года. Но группа не ограничилась только облетом, а представила объединенную программу с эволюционным развитием средств и методов исследования Марса, главным критерием которой были максимальная отдача при минимальной стоимости. Причем программа включала как полеты автоматических станций, так и пилотируемых кораблей.

В качестве первого шага было продолжение пилотируемых полетов с увеличением продолжительности пребывания человека в космосе. Фактически это было также целью проекта применения «Аполлона» (1968-1973 годы) или ААР (Apollo Applications Project). В качестве конечной задачи этого этапа ставилось доведение продолжительности пребывания человека в невесомости, сравнимое с временем полета на Марс. Параллельно должны осуществляться запуски к Марсу межпланетных станций «Маринер» (1969-1973 годы) и «Вояджер» (1973 год) – будущий «Викинг».

Следующий этап – осуществление в 1975-1980 годах пилотируемых облетов Марса и Венеры. Полет с высадкой человека на поверхность красной полеты может быть осуществлен после 1980 года с применением ядерных ракетных двигателей. Кроме того, для вывода на околоземную орбиту отдельных частей марсианского экспедиционного комплекса потребуется повышение грузоподъемности ракеты-носителя «Сатурн-5».

Пролетный марсианский корабль состоит из жилого модуля объемом 75 м3, являющегося также модулем орбитальной станции, лабораторного модуля, на внешней поверхности которого установлены солнечные батареи площадью 120 м2 и остронаправленная антенна для связи с Землей диаметром 6 метров, корректирующей двигательной установки и возвращаемого аппарата, аналогичного командному модулю «Аполлона». Возвращаемый аппарат служит также в качестве радиационного убежища в случае солнечных вспышек. В ходе пролета с борта корабля сбрасываются на поверхность Марса автоматические станции, в том числе для забора проб грунта и доставки их на пролетный корабль.

Всего для запуска пролетного корабля требуется четыре улучшенных ракеты-носителя «Сатурн-5». Одна ракета выводит сам корабль, а три остальных – третью ступень с увеличенной заправкой MS-IVB. После сборки именно три ступени MS-IVB последовательно разгоняют марсианский комплекс до второй космической скорости. Перелет до Марса длится 130 суток, но на обратный полет затрачивается уже 537 суток. В ходе обратного перелета корабль достигает пояса астероидов. В целом, это был достаточно реалистичный проект. Его разработчики пытались вдохнуть жизнь в угасающую идею полетов с облетом планет. Их основным аргументов была необходимость исследования проб марсианского грунта на борту корабля во избежание загрязнения атмосферы Земли. Однако эта идея не нашла поддержки. Ведь, в сущности, всю работу выполняли автоматы. Человек требовался лишь для исследования образцов грунта в лаборатории. Но эту лабораторию можно было бы разместить и на борту околоземной орбитальной станции.

Все эти проекты полетов на Марс неплохо выглядели на бумаге. Но пока еще не была выполнена национальная задача десятилетия – высадка человека на Луну по программе «Аполлон». Поэтому нечего было и мечтать хоть о каком-нибудь финансировании марсианских проектов. Тем не менее, многие задумывались о том, что будет после «Аполлона». В это число входили и политики. В феврале 1967 года Консультативным комитетом по науке при Президенте США была подготовлена программа космических исследований после завершения программы «Аполлон». Эта программа должна была стать одним из кирпичиков предвыборной программы хозяина Белого дома Линдона Джонсона в 1968 году. В ней, в частности, подвергалась сомнению полезность и необходимость пилотируемого облета Марса. Гораздо больше пользы науке без риска загрязнения принесли бы исследование автоматами образцов грунта Марса непосредственно на его поверхности. Но, поскольку, такие автоматы слишком сложны, то предлагалось управлять ими с борта пилотируемого корабля, совершающего полет по околомарсианской орбите. И только затем можно было бы приступить к реализации экспедиции с посадкой человека на Марс.

В принципе, этот подход явился первым гвоздем в крышку гроба марсианской пилотируемой экспедиции. Ведь создание сложных автоматов для исследования Марса и любых других тел Солнечной системы есть вопрос лишь времени и денег. Причем денег, все равно, потребуется меньше, чем на пилотируемую экспедицию.

Но пока не было принято политического решения о разворачивании работ по Марсу, НАСА продолжало заключать с различными компаниями контракты на проведение проектно-поисковых работ по выбору облика марсианской экспедиции. В частности, в июле 1966 года Центр космических полетов имени Маршалла НАСА заключил контракт с компанией «Дженерал Электрик» на проведение в течение года работ по марсианскому кораблю с ядерным ракетным и ядерным электроракетным (ионным) двигателем. В принципе, это была дальнейшая разработка проекта Э. Штулингера.

Согласно проекту «Дженерал Электрик» корабль с экипажем из восьми человек должен состоять из 11 модулей. Основу энергетического модуля составляет ядерный реактор массой 3,6 тонны и экран радиационной защиты. Реактор способен вырабатывать электрическую энергию мощностью 3 киловатта. Сброс избыточного тепла происходит через коническо-цилиндрический радиатор.

Следом за радиатором идет модуль электрореактивной двигательной установки, состоящей из 126 ЭРД. Суммарная тяга всей ЭРДУ составляет всего лишь 7,6 кг, а вектор тяги направлен перпендикулярно осевой линии корабля. Четырнадцать баков диаметром по 1,5 метра содержат всего 45 тонн цезия, являющегося топливом для ЭРДУ.

Марсианский посадочный корабль, рассчитанный на пребывание четырех человек в течение 30 суток на поверхности Марса, напоминает МПК, предложенный компанией «Форд Аэронутроник» в проекте 1964 года. Это – треугольное тело с несущим корпусом длиной 17,4 метра, ширина между стабилизаторами – 8,5 метра и максимальной толщиной у основания – 5,7 метра. Высота МПК на поверхности Марса с четырьмя посадочными опорами составляет 26 метров. Масса МПК при сходе с орбиты составляет 96,5 тонн, а при посадке – 63,7 тонны. Посадочный корабль, помимо возвратной ракеты, содержит жилой отсек, шлюзовую камеру и марсоход массой 5 тонн для перемещения экипажа по поверхности Марса.

Полетный модуль вместе с возвращаемым аппаратом выдвигаются на штанге длиной 50 метров для удаления от реактора, а также для создания искусственной гравитации путем вращения относительно центра масс со скоростью 6 оборотов в минуту. Двухэтажный полетный модуль имеет форму цилиндра диаметром 10 метров и высотой 6 метров при массе 33 тонны. Внутренний объем модуля, рассчитанный на проживание в нем восьми членов экипажа, составляет 45 м3. Внутри полетного модуля находится также камера радиационной защиты.

На «крыше» полетного модуля крепится возвращаемый аппарат, который представляет собой тело с несущим корпусом массой 9,5 тонн, длиной 9 метров, шириной 5,3 метра и максимальной толщиной у основания 4 метра.

В отличие от проекта Э. Штулингера в предложениях «Дженерал Электрик» ЭЯРДУ имеет вспомогательный характер. Наличие электроракетных двигателей позволяет более гибко использовать стандартный экспедиционный корабль при разных датах пуска. В то же время операции по выводу на трассу перелета Земля-Марс, выходу на орбиту Марса и отлету с нее осуществляются при помощи двигателей с большой тягой: ЖРД илли ЯРД.

Ступень для разгона экспедиционного комплекса к Марсу состоит из двух модулей топливных баков и одного двигательного модуля. Один из топливных баков диаметром 10 метров и длиной 14 метров содержит 72,6 тонны жидкого водорода, а второй диаметром 10 метров и длиной 22 метра содержит 127 тонн того же топлива. В качестве двигателя для отлета с околоземной орбиты используется ЯРД «Нерва-2» тягой 112 тонн. Полная масса разгонной ступени составляет 325 тонн, а ее длина – 82 метра.

Ступень для вывода экспедиционного корабля на орбиту Марса при диаметре 10 метров и длине 6,5 метра весит 61,9 тонны и оснащена двумя химическими двигателями тягой по 6,8 тонны. В качестве топлива используются жидкий кислород и водород.

Ступень для отлета с марсианской орбиты при том же диаметре и длине 9 метров весит 24 тонны и также оснащена двумя кислородно-водродными двигателями тягой по 6,8 тонны.

Полная стартовая масса марсианского экспедиционного комплекса по проекту компании «Дженерал Электрик» на орбите Земли составляет 682 тонны при общей длине 181 метр. Масса корабля на трассе перелета Земля-Марс составляет 330 тонн, а на трассе Марс-Земля –103,4 тонны.

Для сборки на орбите марсианского экспедиционного комплекса потребуется запуск пяти улучшенных ракет-носителей «Сатурн-5» с грузоподъемностью 160 тонн. Сборка производится в течение 32 суток. В качестве даты старта в проекте было названо 17 мая 1986 года. Общее время экспедиции – 450 суток. По мнению специалистов компании «Дженерал Электрик» создание марсианского экспедиционного корабля обошлось примерно в 10 миллиардов долларов.

Хотя к середине 1967 года была окончательно похоронена идея пилотируемого облета планет Солнечной системы, 3 августа 1967 года Центр пилотируемых космических кораблей в Хьюстоне направил 28 компаниям просьбу о том, как бы они решили следующих пять задач (проблем) при создании межпланетного экспедиционного корабля, предназначенного для облета Марса и Венеры:

• конструкция полетного модуля и его применение в качестве основы для создания орбитальной станции с экипажем 6-12 человек;

• конструкция возвращаемого аппарат по типу командного модуля «Аполлона», но с увеличением численности экипажа до 6 человек;

• конструкция корректирующей двигательной установки;

• конструкция лабораторного модуля, включающего один автоматический аппарат для посадки на Марс, забора образцов грунта и доставки их на борт корабля для последующего исследования;

• общая схема экспедиционного корабля.

В качестве базовой была принята конфигурация, предложенная объединенной рабочей группой. Одной из компаний, приславших свои ответы, была «Дуглас Эйркрафт». Отвечая на первый вопрос, специалисты компании пришли к выводу, что невозможно оптимальным образом унифицировать конструкцию орбитальной станции и полетного модуля марсианского корабля. По их мнению полетный модуль, рассчитанный на пребывание в нем экипажа из четырех человек, должен быть двухэтажным цилиндром с высотой каждого этажа 2,1 метра и диаметром 6,5 метров, масса модуля – 7,65 тонны. К внешней стороне полетного модуля крепятся на штангах солнечные батареи.

Среди возможных конструкций возвращаемого аппарата специалисты компании «Дуглас Эйркрафт» предложили командный модуль «Аполлона», увеличенный в диаметре на 23 см и весящий 6,5 тонн.

В целом, масса четырех модулей межпланетного корабля (полетный модуль, возвращаемый аппарат, лабораторный модуль и корректирующая двигательная установка) должна составить 38,15 тонны. Причем эта масса практически не зависит от схемы экспедиции. Общая же масса межпланетного корабля, по мнению специалистов «Дуглас Эйркрафт», составит порядка 100 тонн, из которых оставшиеся 61,85 тонны придутся на зонды, метеоритную и радиационную защиту, систему жизнеобеспечения и запасные части.

Сборка марсианского пролетного комплекса начинается запуском с помощью двухступенчатой ракеты-носителя «Сатурн-5» полетного и лабораторного модулей. На вершине ракеты расположен командный модуль (возвращаемый аппарат) вместе с космонавтами. После выхода на орбиту командный модуль отделяется, а затем стыкуется с полетным модулем, куда переходят космонавты. После десятидневных проверок проводится стыковка корабля с первой ступенью разгонного блока, созданного на базе ступени S-IVB, также разработанной компанией «Дуглас Эйркрафт». Количество ступеней S-IVB зависит от конкретной энергетики, необходимой для полета к Марсу. При старте в 1975 году таких ступеней требуется две. Сборка на орбите всего комплекса длится пять дней.

После выхода на траекторию полета к Марсу или Венере дальнейшая программа полета типична для всех пролетных экспедиций, включая дистанционное исследование планеты, а также запуск к ней автоматических зондов.

Сам по себе проект был достаточно хорошо проработан. И в принципе его можно было бы взять за основу для дальнейшей разработки марсианского пролетного корабля. Почти аналогичный проект в сентябре 1967 года был предложен объединенной рабочей группой в штаб-квартире НАСА. Однако, как уже говорилось, идея пилотируемого облета планет доживала последние дни. К тому же, Соединенные Штаты Америки окончательно завязли во Вьетнаме, из-за чего уже в 1967 году дефицит бюджета США составлял 30 миллиардов долларов. Естественно, что в этих условиях пошли под нож все перспективные программы НАСА. В первую очередь это коснулось программы пилотируемого полета к Марсу. Были срезаны ассигнования даже на дальнейшее развитие программы «Аполлон», о чем уже говорилось в предыдущей главе. Как следствие, в ноябре 1967 года была расформирована объединенная рабочая группа по исследованиям планет.

Впрочем, сила инерции была еще достаточно велика. Еще продолжались предпроектные проработки по марсианскому экспедиционному комплексу. И самой серьезной была работа специалистов компании «Боинг» по контракту с Исследовательским центром имени Лэнгли, завершившаяся выпуском многотомного отчета в январе 1968 года. Их взгляд на облик пилотируемого марсианского корабля стал классическим и долгое время цитировался всеми, кто в той или иной степени интересовался полетом к Марсу. Проект базировался на максимальном использовании задела по программе «Сатурн» – «Аполлон». В то же время, его основу составляли разгонные ступени с ядерным ракетным двигателем «Нерва-2». Причем они использовались на всех этапах полета. Однако электрореактивные двигатели и аэроторможение в атмосфере Марса были отвергнуты по причине высокого технического риска. Общая длина марсианского экспедиционного комплекса после сборки на орбите Земли составляет 175 метров, из них 32,5 метра – длина самого корабля, а остальное приходится на космическую ракету.

Космическая ракета представляет собой связку из пяти стандартных ракетных модулей, чья конструкция заимствована от второй ступени S-II ракеты «Сатурн5». Каждый модуль диаметром 10 метров и длиной 48 метров содержит 175 тонн жидкого водорода и оснащен ядерным ракетным двигателем «Нерва» тягой 88,5 тонн. Диаметр сопла такого ЯРД – 4 метра. Первая ступень космической ракеты, состоящая из трех параллельно расположенных ракетных модулей, предназначена для разгона экспедиционного комплекса на траекторию полета к Марсу. Два других ракетных модуля предназначены для выхода на орбиту Марса и схода с нее для возвращения к Земле.

В верхней части марсианского космического корабля установлен отсек с автоматическими зондами и конический двухступенчатый марсианский посадочный модуль, чьи характеристики и внешний вид заимствованы из проекта компании «Норт Америкэн Рокуэлл», проводившей соответствующие исследования по контракту с Центром пилотируемых космических кораблей с октября 1966 по август 1967 года.

Далее следует переходной отсек со стыковочными узлами для причаливания корабля снабжения, созданного на базе командного модуля «Аполлона», автоматических аппаратов. Переходной отсек, в свою очередь, соединен с четырехпалубным полетным модулем. На первой палубе (ближе к хвосту) находится жилой отсек экипажа с шестью каютами, а также душ и медицинский отсек. На второй палубе расположены командный пост, кают-компания, служащая также столовой, хранилище запчастей и продовольствия, а также камбуз. На третьей палубе в основном содержатся запасы продовольствия, воды и запчастей. Здесь же находится и камера радиационной защиты, оборудованная средствами аварийного управления кораблем. На четвертой палубе оборудованы лаборатории по исследованиям в области электроники, биологии, геофизики, оптики, а также научно-информационный центр.

Последним элементом марсианского экспедиционного корабля является возвращаемый аппарат с абляционным тепловым экраном, парашютами и надувными мешками для посадки на воду.

Для сборки на околоземной орбите марсианского экспедиционного комплекса согласно проекту компании «Боинг» требовался запуск десяти усовершенствованных ракет, получивших обозначение «Сатурн V-25 (S)U». Каждая такая ракета-носитель из двух усовершенствованных кислородно-водородных ступеней MS-IC и MS-II и четырех твердотопливных ускорителей диаметром каждый по 4 метра. Высота ракеты на старте достигала 140 метров, а ее грузоподъемность составила бы 250 тонн.

При первом запуске ракеты «Сатурн V-25 (S)U» без ТТУ на орбиту сборки высотой 420 км выводится сам марсианский космический корабль, включая МПК, полетный модуль и возвращаемый аппарат. Следом за ним с помощью ракеты-носителя «Сатурн1В» выводится модифицированный корабль «Аполлон» с экипажем из шести человек, который стыкуется с полетным модулем. Основной задачей этого экипажа является сборка и испытания экспедиционного комплекса. При следующих двух пусках на орбиту выводятся ракетные модули, которые последовательно стыкуются с космическим кораблем. Пятый пуск является резервным. При пусках с шестого по восьмой выводятся на орбиту еще три ракетных модуля. После этого сборка завершена. Девятый пуск также является резервным, а при десятом пуске ним с помощью ракеты-носителя «Сатурн1В» выводится модифицированный корабль «Аполлон» с основным экипажем из шести человек, который заменяет экипаж испытателей-монтажников.

Как уже говорилось, разгон с орбиты Земли и вывод на траекторию полета к Марсу осуществляется с помощью ЯРД «Нерва» трех ракетных модулей первой ступени. После выработки топлива они отбрасываются. Кстати, трасса полета к Марсу, либо обратно, может включать попутный облет Венеры, что позволяет снизить общую продолжительность всей экспедиции с 900-1000 до 460-680 суток. В ходе перелета возможно проведение коррекций траектории с помощью химического двигателя, установленного на второй ступени космической ракеты помимо ЯРД. Сама вторая ступень служит для вывода космического корабля на высокую околомарсианскую орбиту, после чего отбрасывается. Корректирующий ЖРД третьей ступени обеспечивает выход корабля на круговую орбиту высотой 985 км. На этой орбите посадочный модуль с экипажем из трех человек отделяется от экспедиционного корабля, тормозится с помощью двигателя тягой 1,9 тонны, который затем отбрасывается.

Перед посадкой раскрываются посадочные устройства. Продолжительность пребывания космонавтов на поверхности Марса составляет до 30 суток, в течение которых они проводят исследования, в том числе сбор образцов марсианского грунта (до 400 кг). По окончании исследований вторая ступень посадочного модуля стартует с поверхности вместе с космонавтами. После выхода на заданную орбиту они стыкуются с экспедиционным кораблем и переходят в него, а взлетная ракета отбрасывается. Время пребывания на орбите Марса зависит от баллистической схемы экспедиции и может колебаться от 30 суток (с пролетом Венеры) до 400 суток (без облета Венеры). Вывод корабля на траекторию полета к Земле обеспечивает ракетный модуль с ЯРД третьей ступени, которая по выработке топлива также отбрасывается.

Перед подлетом к Земле космонавты переходят в спускаемый аппарат, а пустой корабль с помощью корректирующей двигательной установки направляется на пролетную траекторию с последующим выходом на гелиоцентрическую орбиту.

По оценкам специалистов компании «Боинг» стоимость всей программы полета на Марс составила порядка 29 миллиардов долларов. При этом первые орбитальные испытания полетного модуля и ракетных модулей с ЯРД должны начаться в 1976 году, испытания 6-местного спускаемого аппарата – в 1978 году, а сама марсианская экспедиция с посадкой на поверхность – в 1985-1986 годах.

Как уже говорилось ранее, НАСА параллельно заключило контракты с различными фирмами на проработку отдельных аспектов марсианской экспедиции. В их числе были выбор основных параметров и облика марсианского посадочного корабля. По заданию Центра пилотируемых космических кораблей с октября 1966 по август 1967 года эту работу вела компания «Норт Америкэн Рокуэлл» (бывшая «Норт Америкэн авиэйшн»), которая 12 января 1968 года представила заключительный отчет по этой проблеме.

В представлении специалистов компании МПК должен иметь форму конуса диаметром 9 метров аналогично командному модулю «Аполлона», который был также разработан в этой же компании. Самый легкий вариант МПК при массе 30 тонн мог бы обеспечить пребывание двух человек на поверхности Марса в течение 4 дней. При этом орбита ожидания должна быть низкой круговой.

Самый тяжелый вариант МПК массой 50 тонн рассчитан на пребывание на поверхности Марса экипажа из 4 человек в течение 30 суток. При орбита ожидания – эллиптическая. Если вместо эллиптической принять низкую круговую орбиту, то масса МПК уменьшится до 34 тонн. Если же орбиту ожидания оставить эллиптической, но уменьшить численность экипажа до двух человек, а время пребывания на поверхности до 4 дней, то масса МПК составит 40 тонн. Для схода МПК с орбиты используются семь твердотопливных двигателей, которые после отработки тормозного импульса сбрасываются.

Поскольку начальная форма МПК представляет собой конус, покрытый абляционной защитой, то и вход в атмосферу Марса проходит аналогично входу в земную атмосферу командного модуля корабля «Аполлон». При этом максимальные перегрузки достигают 7 g. При снижении скорости до 4,5М открывается тормозной парашют, который затем вводит в действие основной парашют, роль которого исполняет надувной шар. На высоте порядка 3 км надувной шар отстреливается, одновременно открываются сопла посадочных двигателей, работающих на метане и жидком кислороде, и шесть посадочных опор. Непосредственно перед посадкой МПК способен совершать горизонтальный маневр на расстояние до 6 км. Посадка производится на шесть опор в форме лыж.

На посадочной ступени расположены исследовательская лаборатория (она же – жилой отсек) и шлюзовая камера для выхода космонавтов на поверхность Марса. В системе электропитания МПК используются кислородно-водородные топливные элементы аналогично кораблю «Аполлон».

При старте взлетной ракеты с поверхности Марса посадочная ступень используется в качестве стартового стола. Взлетная ракета двухступенчатая. Первой ступенью являются восемь конических топливных баков, сбрасываемых после израсходования в них жидкого кислорода и метана. Далее берется топливо из двух внутренних баков. После выхода на орбиту производится стыковка с экспедиционным кораблем и переход в него экипажа МПК.

По мнению специалистов компания «Норт Америкэн Рокуэлл» при начале работ в 1971 году высадку человека на Марс можно было бы осуществить в 1982 году.

В принципе, на этом можно было бы поставить точку в американской программе пилотируемого полета на Марс. Однако приход к власти в конце 1968 года республиканской администрации и нового Президента США Ричарда Никсона поначалу породил призрачные надежды у НАСА. Основой для таких надежд послужило формирование новым хозяином Белого дома Объединенной программы пилотируемых космических полетов на период с 1970 по 1980 год. Более того, для этих целей Р. Никсон сформировал специальную Целевую космическую группу во главе с вице-президентом Спиро Агню. НАСА, воспользовавшись случаем, представило в Целевую космическую группу материалы, основанные на результатах работы Объединенной рабочей группы по планетам в 1966 году.

Согласно предложениям НАСА в 1970-1971 годах должны состояться шесть лунных экспедиций, в 1972 году – запуск первой орбитальной станции «Скайлэб» и еще две лунные экспедиции, в 1973 году – орбитальная станция «Уоркшоп 2» и три расширенных лунных экспедиции, в 1974 году – первый полет пилотируемого космического буксира, способного обеспечить доставку на Луну экспедиции продолжительностью до 28 дней, в 1975 году – первый полет модуля космической станции, рассчитанной на полет 12 человек в течение 3 лет, и многоразового транспортного корабля, в 1976 году – полет модуля космической станции на окололунной орбите, в 1977 году – первый полет межорбитального буксира с ЯРД «Нерва», способного перевозить грузы с низкой орбиты на геосинхронную или окололунную орбиту, в 1978 году – начало строительства лунной базы. Вершиной этой программы был полет человека на Марс в 1980 году или вскоре после него.

Забавно, но эти предложения существенно превышали возможности НАСА и самих Соединенных Штатов Америки. Более того, они коренным образом расходились с реальными планами НАСА, в том числе по лунным экспедициям. Уже прошли через Конгресс бюджетные сокращения, а в НАСА все еще находились неисправимые мечтатели. И самым неисправимым из них оказался Вернер фон Браун. Марс был его «голубой мечтой». Именно он детализировал предложения НАСА в Объединенную программу пилотируемых космических полетов, озвученные 4 августа 1969 года. Главным в них была подготовка и проведение пилотируемой марсианской экспедиции, начиная с 1981 года.

За основу фон Брауном был взят проект марсианского посадочного корабля компании «Норт Америкэн Рокуэлл» и проект марсианского экспедиционного комплекса, предложенного компанией «Боинг». Основным отличием было использование многоразовых буксиров с ЯРД «Нерва2» тягой 90 тонн и удельным импульсом 825 секунд, которые после разгона корабля к Марсу тормозились и возвращались обратно на околоземную орбиту для повторного использования. Для надежности экспедиции к Марсу стартовали сразу два корабля. Если один из кораблей выходит из строя, то все 12 членов экспедиции могут возвратиться на другом корабле. Масса каждого марсианского корабля при старте составляет 725 тонн, из которых 75 – топливо.

Еще одним отличием проекта Вернера фон Брауна является отсутствие прямого возвращения космонавтов на Землю. Во избежание загрязнения Земли марсианскими микроорганизмами корабли выходят на околоземную орбиту и стыкуются с орбитальной станцией, где космонавты и доставленные образца пород проходят исследование. Конечная масса марсианского корабля на околоземной орбите составляет 72 тонны, то есть 1/10 от начальной массы.

Несмотря на героические усилия руководства НАСА, связанные с попыткой расширить пребывание человека в космосе, интерес к пилотируемой космической программе падал. Особенно это стало заметно после первых шагов Нейла Армстронга и Эдвина Олдрина по Луне. Однако снижение финансирование началось еще раньше. Если в 1967 году бюджет НАСА составлял 6 миллиардов долларов, то в 1969 году он был урезан до 4 миллиардов. Почти вдвое сократилось и количество сотрудников НАСА. Во многом это было связано с расширяющейся войной в Индокитае. Впрочем, если бы Советский Союз опередил США с пилотируемым облетом Луны или с доставкой на Землю автоматами образцов лунного грунта, возможно, мы бы сейчас рассуждали о посадке человека на Марс как о деле свершившимся. Но в результате НАСА пришлось бороться за место под Солнцем, отбиваясь от многочисленных критиков, упрекавших руководство НАСА в непомерных затратах на свои программы и отрыве от реальных нужд государства.

Учитывая, что новую республиканскую администрацию и самого Ричарда Никсона мало интересовали космические проблемы, вполне естественным кажется сворачивание не только программы «Аполлон», но и ААР («Пост-Аполлон»). Что уж говорить о полете человека на Марс с огромными потребными затратами, когда все больше денег уходило на войну во Вьетнаме. Следствием этого явилась переориентация НАСА в конце 1970 года, которое возглавил ставленник Р. Никсона Томас Пейн на создание многоразового транспортного корабля. Правда, поначалу в понятие многоразовых транспортных систем входили и межорбитальные буксиры с ядерной двигательной установкой. Такие буксиры могли бы обеспечить колонизацию Луны при относительно небольших по сравнению с программой «Аполлон» затратах. Их же можно было использовать и для запуска марсианского экспедиционного комплекса, что уже предлагал Вернер фон Браун. Причем сами буксиры с ЯРД должны были выводиться на орбиту с помощью многоразового корабля «Спейс Шаттл», который должен был заменить систему «Сатурн» – «Аполлон».

В течение 1969-1970 годов специалисты компаний «Макдоннел Дуглас», «Локхид» и «Норт Америкэн Рокуэлл» по контракту с Центром имени Маршалла вели исследования по выбору облика многоразового транспортного корабля с ядерной двигательной установкой. Сам корабль или межорбитальный буксир выводился на орбиту с помощью двухступенчатой ракеты-носителя «Сатурн-5» (INT-21), а его последующая дозаправка обеспечивалась крылатыми многоразовыми кораблями. Его основным назначением была перевозка грузов с низкой орбиты на геостационарную, а также к Луне. Связку из таких буксиров можно использовать для полета к Марсу.

В качестве примера специалистами компании «Макдоннел Дуглас» был рассмотрен полет марсианского экспедиционного комплекса в 1988 году с попутным облетом Венеры. Общая продолжительность такой экспедиции составила бы 560 суток, а время пребывания в окрестностях Марса – 30 суток. Основу космической ракеты должны были составлять четыре многоразовых буксира с ЯРД, вмещающих 549 тонн топлива (жидкого водорода). При этом каждый из буксиров к моменту старта марсианской экспедиции уже совершил бы несколько полетов, доставляя грузы на геостационарную или лунную орбиту. Тем самым была бы подтверждена их надежность. Конфигурация космического корабля была заимствована из проекта компании «Боинг» 1969 года. Масса самого корабля – 119,6 тонны (122,5 тонны у «Боинга»).

Первые модуля ракетных модуля с ЯРД поднимают апогей марсианского корабля доя 19000 км, после чего отделяются и снижаются до начальной круговой орбиты высотой 400 км. Третий ракетный модуль выводит корабль на траекторию полета к Марсу. Он же используется на первом этапе торможения у Марса, после чего отделяется и, пролетая мимо Марса, выходит на гелиоцентрическую орбиту. Это – единственный, безвозвратно теряемый модуль. Четвертый ракетный модуль обеспечивает выведение корабля на эллиптическую околомарсианскую орбиту 400 км на 17600 км с периодом обращения 13,5 часов. Выбор эллиптической орбиты ожидания снижает потребные запасы топлива в ракетном модуле, но увеличивает необходимые запасы топлива в посадочном модуле.

После 30 дней пребывания у Марса четвертый ракетный модуль обеспечивает старт корабля к Земле. Он же при последнем включении выводит корабль на сильно вытянутую околоземную орбиту (400 км на 60000км) с периодом обращения 24 часа. На этой орбите с кораблем стыкуется межорбитальный буксир, который доставляет его на низкую круговую орбиту. Таким образом, из четырех ракетных модулей с ЯРД три могут быть повторно использованы в последующем.

Такая концепция марсианской экспедиции была бы приемлема, если бы за основу была принята максимальная программа НАСА, включающая регулярные полеты к Луне для строительства лунной базы. Без этого многоразовые буксиры с ЯРД просто превращались в одноразовые. Но, как уже говорилось, в США шло планомерное сокращение ассигнований на космос. Правда, в НАСА еще оставались неисправимые оптимисты, надеявшиеся, что следующей целью после Луны станет Марс, причем работы по марсианской пилотируемой экспедиции начнутся сразу после окончания лунной программы. Их надежды привели даже к созданию в декабре 1969 года Группы по выработке требований к пилотируемой межпланетной экспедиции, куда вошли представители штаб-квартиры и всех Центров НАСА.

В феврале 1971 года эта группа, руководимая Моррисом Дженкинсом, подвела итоги своей работы. В качестве реперной точки была взята дата старта марсианской экспедиции в 1987-1988 годах. Причем старту должен предшествовать 11-летний период создания и испытаний элементов комплекса.

Следует отметить, что при сборке марсианского экспедиционного комплекса должны были использоваться полностью многоразовые транспортные корабли «Земля-орбита». Но, если выводить модули экспедиционного корабля выводить в грузовом отсеке шаттла, понадобится 30 модулей. Это был явный перебор. Поэтому было предложено крылатую вторую ступень заменить на модуль массой 270 тонн и диаметром 7,2 метра, который, используя те же кислородно-водородные химические двигатели что и на первой ступени, самостоятельно выходит на орбиту. Эти модули после дозаправки их жидким кислородом и водородом используются как ступени космической ракеты марсианского экспедиционного комплекса.

В целом, состав марсианского корабля напоминает классическую схему, предложенную компанией «Боинг». В верхней части корабля находится ангар для автоматических зондов общей массой 14 массой и марсианского посадочного корабля массой 50 тонн. Полетный модуль массой 50 тонн также имеет четыре палубы. На верхней палубе размещается командный пост. На второй палубе – две спальных каюты, рассчитанные на одного космонавта каждая, склад для хранения продовольствия, камбуз и система жизнеобеспечения. На третьей палубе – одна одноместная каюта, прачечная, биолаборатория и система жизнеобеспечения. На четвертой палубе – еще две каюты, камбуз, туалет и резервный командный пост. Высота каждого этажа 2,2 метра. Полезная площадь этой «квартиры» 115 м2. Верхние две палубы могут быть герметично изолированы от нижних двух. Четвертая палуба имеет усиленную защиту и служит убежищем в случае вспышек на Солнце. Сквозь все четыре палубы проходит сквозной туннель, который ведет с одной стороны в ангар полезного груза, а с другой – к энергетическому модулю. На первой и третьей палубах от туннеля имеются выходы на боковую поверхность полетного модуля, оканчивающихся стыковочными узлами. Экипаж марсианского корабля состоит из 5 человек.

Следующий далее энергетический модуль длиной 20 метров и массой 15 тонн оснащен двумя солнечными батареями. За энергетическим модулем последовательно идут три ракетных модуля с ЖРД. Завершает все это строение, а точнее, с нее начинается, первая ступень космической ракеты, состоящая из трех параллельно соединенных ракетных модулей.

Общая масса топлива всех шести ракетных модулей при старте с околоземной орбиты составляет 1,35 миллиона тонн. Для заправки марсианского комплекса таким количеством топлива потребуется 64 пуска шаттлов, что тоже, конечно, перебор.

Старт с околоземной орбиты и разгон к Марсу происходит в несколько стадий. На начальной стадии включаются двигатели двух «боковушек», которые переводят марсианский комплекс на вытянутую эллиптическую орбиту после чего отделяются. Затем центральный модуль первой ступени еще больше повышает апогей эллиптической орбиты. Однако отделяется он после второго включения в апогее, необходимого для поворота плоскости орбиты. Эти модули с помощью межорбитальных буксиров возвращаются на низкую круговую орбиту для последующего использования их после дозаправки.

Вывод марсианского экспедиционного корабля на трассу Земля-Марс осуществляется с помощью четвертого ракетного модуля, который уже не спасается. После окончании разгона полностью раскрываются солнечные батареи, а корабль закручивается со скоростью два оборота в минуту для создания в полетнгом модуле эквивалента лунной тяжести (1/6 g). Перелет к Марсу длится полгода.

Коррекции траектории осуществляются с помощью двигательной установки пятого ракетного модуля. Он же выводит корабль на вытянутую околомарсианскую орбиту (320 на 16000 км), после чего отделяется. После 15-дневного изучения поверхности Марса и выбора места посадки три космонавта – пилот-геолог, врач и биолог – переходят в МПК и совершают посадку на поверхность Марса. На борту экспедиционного корабля остаются командир экспедиции и бортинженер. В качестве марсианского посадочного корабля группа Мориса Дженкинса выбрала проект, описанный в отчете компании «Норт Америкэн Рокуэлл» в 1968 году.

Продолжительность пребывания космонавтов на Марсе составляет 45 суток. Для исследования удаленных районов они используют два небольших негерметичных вездехода по типу лунного «Ровера». Максимальная скорость марсохода 16 км/час. После окончания исследований и сбора образцов марсианского грунта космонавты стартуют с поверхности и стыкуются с орбитальным кораблем. Прежде чем воссоединиться с основным экипажем они проходят небольшой карантин.

С помощью шестого ракетного модуля корабль переводится на трассу Марс-Земля. Перелет до Земли длится 330 суток, в течение которых осуществляется гравитационный маневр вблизи Венеры, что позволяет сократить общую продолжительность марсианской экспедиции. Все тот же шестой модуль обеспечивает вывод корабля на вытянутую околоземную орбиту. Межорбитальный буксир доставляет полетный модуль на низкую орбиту, откуда космонавтов может забрать шаттл. Последний из ракетных модулей также может использован для последующих полетов.

Этот отчет не получил широкого распространения, поскольку к этому моменту стало ясно, что администрация Р. Никсона не поддерживает марсианские устремления НАСА. Центр тяжести перемещался на создание многоразового космического корабля «Спейс Шаттл». Более того, было исключено финансирование по проекту «Нерва» на 1972 год, то есть работы по созданию ядерного ракетного двигателя в США фактически прекратились. Такой поворот дел привел к резкому снижению интереса в США к марсианской пилотируемой экспедиции. По сути дела до 1981 года в американской печати не появилось ни одного проекта пилотируемого полета на Марс.

В СССР проектирование ЯРД началось со второй половины 50-х годов. Этими работами занимались КБ главных конструкторов А. М. Люльки (ОКБ165), С. А. Лавочкина (ОКБ301), В. М. Мясищева (ОКБ23), М. М. Бондарюка (ОКБ670), В. П. Глушко (ОКБ456) совместно с рядом научно-исследовательских институтов – НИИТП (бывший НИИ1), ЦИАМ, Институтом атомной энергии, ВНИИТМ. Причем, если С. А. Лавочкин прорабатывал применение атомного двигателя для своей крылатой атомной ракеты (КАР) «375», а В. М. Мясищев – для стратегических бомбардировщиков М30 и М60, то коллективы, возглавляемые В. П. Глушко, М. М. Бондарюком и А. М. Люлькой, разрабатывали именно атомные двигатели для самолетов, баллистических и крылатых ракет. Проблема использования ядерных двигателей для полетов в космос тогда еще не ставилась.

Теоретически ядерный ракетный двигатель с твердофазным реактором позволяет получить в 2-4 раза больший удельный импульс чем при использовании ЖРД. Вполне естественно, что в 50-х годах именно за счет применения ядерной энергетики предполагалось совершить прорыв во многих областях техники. Но если применение ядерных реакторов в чистом виде в качестве силовой установки для подводных лодок и надводных кораблей себя оправдало, то при попытках использовать ядерный двигатель в авиации и ракетной технике встретились серьезные проблемы, не решенные до конца и по сей день. Однако в конце 50-х годов технические проблемы еще не давили на создателей ракетно-космической техники. Потому-то С. П. Королев при первых проработках тяжелых ракет предполагал использовать ядерные двигатели на верхних ступенях. Более того. В соответствии с Постановлением ЦК и Совета Министров СССР № 711-339 от 30 июня 1958 года коллективы ОКБ-670 (М. М. Бондарюк) и ОКБ456 (В. П. Глушко) получили задание на предварительные работы по созданию ядерного реактивного двигателя для перспективных космических ракет и МБР.

Согласно тому же Постановлению в ОКБ1 проводились научно-исследовательские работы по изучению возможностей создания баллистических ракет и ракет-носителей с ядерными двигателями. В частности, в 1959 году были разработаны проекты одноступенчатой МБР со стартовой массой 87 тонн и ядерным двигателем тягой 140 тонн (ОКБ456), а также МБР со стартовой массой 100 тонн и ядерным двигателем тягой 150-170 тонн (ОКБ670). В проекте же ядерно-химической ракеты ЯХР2 на второй ступени должен был устанавливаться ядерный ракетный двигатель тягой 140-170 тонн при удельном импульсе не менее 430 секунд, причем работать он начинал перед отделением «боковушек». В качестве рабочего тела для ЯРД предлагалось использовать либо чистый аммиак (ОКБ456), либо его смесь со спиртом (ОКБ670).

В июне 1960 года Постановлением ЦК КПСС и Совмина СССР технические требования были изменены, и ОКБ-670 была поручена разработка эскизного проекта атомного ракетного двигателя (АРД) с тягой 300-400 тонн, использующего в качестве рабочего тела жидкий водород. В 1960-1961 годах проведенные исследования дали положительные результаты, положенные в основу эскизного проекта двигателя АРД-200 (шифр «021») для ракеты-носителя Н-1. Проект был выпущен и передан в ОКБ-1 в конце 1961 года. Летом 1962 года в Госкомитете по использованию атомной энергии состоялась защита эскизного проекта атомного РД. Он получил положительную оценку. Было решено продолжать работы по АРД, но уже с тягой 30-40 тонн (двигатель получил наименование АРД-3), поскольку именно на такую тягу проектировался американский ЯРД «Нерва».

Однако к этому моменту С. П. Королев сделал выбор в пользу применения жидкостных ракетных двигателей на всех ступенях ракеты Н1. Это было связано с высоким техническим риском и связанным с этим длительным циклом отработки ЯРД, что могло бы существенно задержать создание Н1. Хотя в перспективе С. П. Королев по-прежнему рассматривал возможность применения ЯРД на верхних ступенях ракет.

Тогда же начались работы по теме РД022, связанные с созданием бортового источника электропитания на базе ядерного реактора (тема БЭС5), а также электроядерных двигательных установок для космических аппаратов, в том числе плазменного и ядерного электроракетного двигателя. Эти работы были подкреплены Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 25 сентября 1958 года и 23 июня 1960 года. Более того, ОКБ1 выдало техническое задание ОКБ670 на разработку электроракетного ядерного двигателя, получившего название ЭЯРД-6.

В соответствии с тем же Постановлением от 25 сентября 1958 года ОКБ670 под руководством М. М. Бондарюка в содружестве с ведущими организациями страны, такими как ОКБ-52, КБ-1 ГКРЭ, ФЭИ, ОКБ-12, Сухумский ФТИ, ИЛ ВАР и другими была разработана уникальная ядерная энергоустановка БЭС-5 для ИСЗ космической системы морской разведки и целеуказания системы УСА. Основу ядерной энергетической установки БЭС-5, получившей название «Бук», составил атомный реактор БР-5А с жидко-металлическим (калиево-натриевым) теплоносителем мощностью 5 кВт. Первый запуск спутника УСА с ядерной энергоустановкой на борту состоялся 27 декабря 1967 года («Космос-198»). Всего был запущен 31 спутник системы морской разведки и целеуказания с ЯЭУ «Бук». В течение 70-80-х годов в НПО «Красная звезда» была создана более совершенная ядерная энергоустановка ТЭУ5 с термоэмиссионным реактором-преобразователем электрической мощностью 5 кВт, которая получила название «Топаз1». Для ее отработки в НПО «Южное» в Днепропетровске был создан экспериментальный аппарат «Плазма-А». Всего было осуществлено два запуска этого аппарат с ЯЭУ «Топаз-1»: 2 февраля 1987 года («Космос-1818») и 10 июля 1987 года («Космос-1876»).

Все это я написал только для того, чтобы подчеркнуть, что в СССР с конца 50-х годов закладывалась серьезная база для применения атомной энергии при освоении космического пространства. Естественно, что рождались и проекты пилотируемых полетов к планетам Солнечной системы с использованием атомной энергии. В первую очередь стоит отметить предложения в проект Постановления ЦК КПСС и Совета Министров СССР, выдвинутые С. П. Королевым в 1960 году. В них помимо создания тяжелых ракет-носителей НI и НII с ЯРД на верхних ступенях предлагалась целая программа освоения планет Солнечной системы, включающая создание межпланетных кораблей с экипажем 2-3 человека для облета Марса и Венеры, а также для посадки на Венеру и Марс.

Чуть позже эти предложения были уточнены, были даже названы сроки:

• создать межпланетный корабль с экипажем 2-3 человека для облета Луны с возможностью непродолжительного нахождения около Луны с последующим возвращением на Землю (объект КЛ). Срок создания объекта КЛ – 1961-1964 годы;

• создать межпланетный корабль с экипажем 2-3 человека для полета к Марсу и Венере с облетом этих с последующим возвращением на Землю (объект КМВ). Срок создания объекта КМВ – 1962-1965 годы.

При этом предполагалось использовать для разгона межпланетных кораблей до второй космической скорости ЯРД и электрореактивные двигатели малой тяги. Надо сказать, что для подобных предложений у С. П. Королева были определенные основания. С 1959 года в отделе М. К. Тихонравова две группы проектантов вели проработки вариантов марсианской экспедиции. Группа под руководством Глеба Юрьевича Максимова предлагала вариант тяжелого межпланетного корабля ТМК для облета Марса и Венеры. Ракета Н1 должна была выводить на круговую орбиту корабль с кислородно-керосиновым разгонным блоком, который затем переходил на пролетную траекторию мимо Марса, потом, используя гравитационное поле Марса, приближался к Земле, а спускаемый аппарат возвращался на Землю. ТМК имел массу 75 тонн, длину 12 метров, диаметр гермоотсека 6 метров, экипаж 3 человека, общее время полета 2-3 года. Был предусмотрен приборный отсек, который также служил в качестве радиационного убежища во время солнечных вспышек. Кроме того, ТМК включал рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический, агрегатный отсеки, спускаемый аппарат и корректирующую двигательную установку (КДУ). После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей и начинался многомесячный безостановочный полет. Полет осуществлялся с вращением ТМК вокруг своей оси для обеспечения искусственной силы тяжести. Кстати, ТМК послужил основой для выбора характеристик перспективной ракеты-носителя Н1. Позже, когда в ОКБ-1 приступили к реальному планированию экспедиции, разработки группы Максимова легли в основу проекта «МАВР», предусматривавшего полет к Марсу с промежуточным облетом Венеры.

Проект группы К. П. Феоктистова поначалу базировался на сложной многопусковой схеме со сборкой ТМК на околоземной орбите и последующим разгоном корабля к Марсу. По расчетам специалистов для проведения марсианской экспедиции необходимо было при 20-25 пусках собрать (состыковать) на низкой околоземной орбите из отдельных блоков марсианский пилотируемый комплекс стартовой массой 1630 тонн. После экспедиции продолжительностью 2,5 года (непосредственная посадка на Марс, пребывание на поверхности и обратный полет) к Земле возвращается лишь часть корабля массой всего 15 тонн.

Цифры явно на грани фантастики. Поэтому в 1960 году этой же группой был предложен проект экспедиции на Марс на космическом корабле с электрореактивными двигателями и ядерным реактором как источником энергии. Корабль массой 75 тонн собирался на околоземной орбите из модулей, выводимых ракетой-носителем Н1, и затем с помощью ЭРД стартовал в сторону Марса с экипажем из 6 человек, трое из которых вместе с оборудованием совершали посадку на поверхность Марса, для чего предусматривалось пять аппаратов сегментально-конической формы. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 тонн.

Посадочный комплекс представлял собой поезд на крупногабаритных колесных шасси, который состоял из пяти платформ: платформы с кабиной экипажа с манипулятором и буровой установкой, платформы с конвертопланом для разведочных полетов над Марсом, двух платформ с ракетами (одна запасная) для возвращения экипажа с поверхности Марса на корабль, находящийся на орбите, платформы с силовой ядерной энергоустановкой. Поезд в течение одного года должен был двигаться по поверхности Марса, проводить исследования его поверхности и передавать информацию на орбитальный корабль для ретрансляции ее на Землю. После окончания работ экипаж с образцами грунта и другими результатами исследований возвращался на орбитальный корабль и затем стартовал к Земле. К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги ЭРД (всего 7,5 кг) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение... нескольких месяцев.

Серьезной проблемой, препятствовавшей широкому использованию ЭРД, являлось то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, для ТМК требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36000 м2. Конечно, о столь крупногабаритной конструкции тогда не могло быть и речи. Для электропитания ЭРД марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии.

Этот вариант ТМК состоял из ядерного реактора мощностью 7Мвт, ЭРД с удельным импульсом 10000 секунд, удлиненного конического бака с рабочим телом для ДУ и огромного радиатора-испарителя в форме длинного цилиндра.

Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ЯЭУ служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений ТМК от инфракрасного излучения радиатора – тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки ТМК включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом. Большие по сравнению с проектом группы Г. Ю. Максимова запасы по массе позволяли разместить на ТМК требуемое количество приборов и систем. Полная продолжительность экспедиции составляла три года, из которых общее время работы ЭРД – около года.

При проектировании ТМК большое внимание уделялось созданию системы обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) экипажа с замкнутым циклом. Наличие такой СОЖ позволило бы резко сократить потребные запасы кислорода и продовольствия, необходимые для обеспечения экипажа. Для отработки прототипа замкнутой СОЖ на Земле ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем (ИМБП) и заводом «Звезда», разрабатывающим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека ТМК – наземный экспериментальный комплекс (НЭК), в котором испытатели Г. Мановцев, В. Улыбышев и А. Божко провели целый год.

Одной из проблем, так и не разрешенных участниками проекта, было практически полное отсутствие знаний о длительном воздействии невесомости на организм человека. Чтобы уйти от проблемы, был предложен вариант ТМК с искусственной тяжестью, создаваемой вращением отдельных блоков вокруг оси. Однако сравнительно небольшие размеры “центрифуги” приводили к возникновению кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно воздействующих на организм. Путевку в жизнь получила идея использовать вращение не на всем протяжении полета, а лишь на отдельных его участках, да и то кратковременно.

Менее напряженный в “весовом” отношении вариант группы К. П. Феоктистова казался более перспективным, и работы по нему значительно продвинулись, вылившись в целое направление по разработке ЭРД и ЯЭУ. Так, в частности, в состав эскизного проекта по Н1, выпущенного в 1962 году, вошли «Материалы по ЯЭРД для тяжелых межпланетных кораблей». А с 1965 году в ОКБ1 был разработан эскизный проект ядерного электроракетного двигателя ЯЭРД2200 для межпланетного корабля с экипажем. Двигатель ЯЭРД2200 имел двухблочную схему из двух независимых блоков с ЯЭУ и ЭРДУ, каждый из которых развивал электрическую мощность 2200 Вт. Суммарная тяга ЯЭРД составляла 8,3 кг, а удельный импульс электроплазменных двигателей – 5500 секунд. Однако к середине 60-х годов почти все силы ОКБ1 были брошены на реализацию приоритетной широкомасштабной программы высадки на Луну Н1Л3, что стало тормозить разработку ТМК.

Несмотря на то, что работы по ТМК были задвинуты на второй план, сразу несколько организаций в 60-х годах продолжали работы по ядерному ракетному двигателю. О работах ОКБ670 под руководством М. М. Бондарюка уже говорилось. Специалистами НИИ1, научным руководителем которого был М. В. Келдыш, в 1967 году был разработан технический проект ядерного реактора ИР100 мощностью 100 кВт. Параллельно в недрах министерства среднего машиностроения силами специалистов курчатовского института атомной энергии, обнинского института физики и энергии и других разрабатывался «петлевой» реактор ИВГ. Ракетную часть ЯРД, получившего название РД0410, разработало воронежское КБХА. Его проектными характеристиками предусматривались тяга на уровне 3,6 тонн, удельный импульс – 925 секунд, тепловая мощность реактора – 196 МВт, максимальная температура водорода, проходящего через реактор, – 3100 К, количество включений – 10.

Ракетная часть двигателя РД0410 испытывалась в НИИХимммаш под Загорском, а для испытаний реактора на Семипалатинском ядерном полигоне были построены две специальные шахты. В 1976 году был проведен первый энергетический пуск реактора ИВГ1. Там же испытывался и реактор ИР100. Испытания, проведенные в период с 1978 по 1981 годы, подтвердили проектные характеристики реакторов. Однако в полной сборке ядерный ракетный двигатель ни в нашей стране, ни в США никогда не испытывался.

После того, как С. П. Королев в начале 60-х годов отдал предпочтение ЯРД, разрабатываемому М. М. Бондарюком (ОКБ670), В. П. Глушко увлекся созданием газофазного ядерного ракетного двигателя. Его отличие от классического твердофазного реактора заключается в создании высокотемпературной урановой плазмы, удерживаемой с помощью внешнего магнитного поля. Водород, проходя через такой реактор, нагревается до температуры 9000 К, при этом удельный импульс двигателя достигает 2000 секунд. Это почти вдвое превышает удельный импульс твердофазного ЯРД, но ниже чем у электроракетных двигателей. Правда, в отличии от последних, у ядерного ракетного двигателя с газофазным реактором может быть достигнута вполне приличная мощность. Специалистами КБ «Энергомаш» (бывшее ОКБ456) совместно с НИИТП (бывший НИИ1) и ФЭИ был разработан проект трансформируемой ядерно-энергетической двигательной установки РД600, которая могла работать в двух режимах:

• двигательном (газофазном) тягой 17 тонн при удельном импульсе 2000 секунд – на разгонном и тормозном участках траектории;

• энергетическом (твердофазном) с электрической мощностью 200 кВт для обеспечения внутренних нужд КА без расхода рабочего тела. Режим обеспечивается замкнутым газотурбинным контуром, преобразованием тепловой энергии в электрическую с помощью МГД-генератора и сбросом избыточного тепла через холодильник-излучатель.

Работы по ЯРД с газофазным реактором велись в течение 1963-1974 годов. После начала разработки в КБ «Энергомаш» ЖРД РД170 для ракеты-носителя «Энергия» все работы по ядерно-ракетной тематике в этой организации были практически свернуты. До натурных исследовательских экспериментов дело так и не дошло, поскольку не было решено слишком вопросов по газофазному реактору.

К началу 1969 было очевидно, что лунное состязание вчистую проиграно. В то же время НАСА уже рассматривала честолюбивые планы пилотируемой экспедиции на Марс. Советским ответом был проект «Аэлита». И В. П. Мишин, и В. Н. Челомей, и М. К. Янгель, конкурируя между собой, представили проекты марсианских экспедиций.

28 мая 1969 года В. П. Мишин, возглавивший ЦКБЭМ после смерти С. П. Королева, подписал аванпроект ракетно-космической системы Н1М, в котором рассматривались пути модернизации базового носителя для существенного расширения его возможностей, а также проекты создания новых кораблей для полета к Луне и планетам.

Одним из наиболее удачных стал проект марсианского экспедиционного комплекса (МЭК), подготовленный группой К. П. Феоктистова, имевший следующие отличительные черты: продолжительность полета на Марс и обратно корабля с экипажем из шести человек – 630 суток; пребывание на орбите искусственного спутника Марса (ИСМ) 30 суток; пребывание на Марсе посадочного отсека с экипажем из трех человек – 5 суток. МЭК общей массой 299 тонн включал межпланетный орбитальный корабль массой 60 тонн, в котором размещался экипаж из 6 человек и основные бортовые системы; марсианский посадочный корабль массой 50 тонн для посадки на поверхность Марса; возвращаемый аппарат массой 8,6 тонны для спуска экипажа на Землю; энергетическую двигательную установку из реактора ЯЭРД ЯЭ1М мощностью до 5000 кВт с электрореактивными двигателями с суммарной тягой 9,5 кг и удельном импульсе до 8000 секунд. В качестве вспомогательных двигателей корабля должны были обычные ЖРД.

МЭК предполагалось создать путем стыковки на орбите Земли двух беспилотных блоков массой по 150 тонн, выводимых в космос носителями Н1М, причем общая длина корабля достигала 128 метров. Первый блок – марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), второй – комплекс ЯЭРДУ. После стыковки блоков под действием тяги ЭРД, который в качестве рабочего тела использовал расплавленный литий или цезий, предполагался длительный разгон корабля по постепенно раскручивающейся спирали. После выхода МЭК из радиационных поясов Земли следовало осуществить подсадку экипажа с использованием кораблей типа 7КЛ1, оснащенных средствами сближения и стыковки на высокой околоземной орбите и запускаемых на траекторию полета с помощью ракеты-носителя «Протон» с разгонным блоком Д.

Блок ЯЭРДУ представлял собой два “запараллеленных” реактора большой мощности, расположенных в крайней точке комплекса и экранированных от других систем теневой защитой и коническим баком с рабочим телом ЭРД (расплавленный литий). Между теневой защитой и баком по кольцу были расположены электроплазменные движители, выхлопные струи которых, бьющие под небольшим углом к образующей конуса бака, также служили своеобразным радиационным экраном от излучения реакторов. Далее следует телескопический раздвижной двухсекционный радиатор-излучатель энергоустановки, в передней части которого имеется агрегат для стыковки с другим блоком, включающим МОК и МПК. Здесь же расположены теневой экран для тепловой защиты обитаемых отсеков комплекса. За ним возвращаемый аппарат МОК, который должен был входить в атмосферу Земли со скоростью, превышающей вторую космическую. Экипаж после длительного полета в невесомости мог плохо переносить перегрузки, а потому разработчики предусматривали выбор рациональных форм СА с повышенным аэродинамическим качеством (0,45). Рассматривались типичная “союзовская” “фара” увеличенного размера (диаметр – 4,35 метра, высота – 3,15 метра), чечевица диаметром 6 метров или клиновидное аэродинамическое тело. Далее шли отсеки комплекса МОК. Они имели вертикальное построение в семь этажей: приборно-агрегатный, рабочий, лабораторный, биотехнический, жилой, салон и отсек двигателей ориентации.

Предполагалось, что после окончания активного участка разгона «Земля – Марс» ЭРД выключаются, энергетическая установка переходит в режим “холостого хода” и комплекс в течение 150 суток совершает пассивный полет. Затем начинается второй активный участок полета к Марсу – торможение перед входом в сферу действия Красной планеты (61 сутки), полет по скручивающейся спирали для выхода на орбиту ИСМ (24 суток), в результате чего МЭК оказывается на околомарсианской орбите.

Во время 30-суточного пребывания на орбите ИСМ от комплекса отделяется МПК с тремя космонавтами, который совершает мягкую посадку на поверхность Марса.

МПК имел раскрываемый аэродинамический экран, снаружи которого крепился сбрасываемый навесной отсек для стыковки на орбите ИСЗ и торможения и схода МПК с орбиты ИСМ. МПК был оснащен посадочной ступенью с ЖРД, цилиндрическим жилым отсеком, соединенным с кабиной космонавтов посредством люка-лаза, а также двухступенчатой взлетной частью МПК со сферической кабиной. На всех ступенях в качестве топлива использовались пентаборан и перекись водорода с удельным импульсом 380 секунд.

Выполнив исследования в течение 5 суток, с Марса стартует взлетная часть МПК, которая выходит на орбиту, осуществляет взаимный поиск, сближение и стыковку с МОК. Космонавты переходят в жилые отсеки орбитального комплекса, а ненужный уже посадочный корабль отбрасывается. Двигатели МОК включаются на режим разгона, который продолжается 17 суток в сфере действия Марса и еще 66 – вне его пределов. После длительного пассивного участка, когда траектория комплекса проходит на максимально близком расстоянии от Солнца (между Венерой и Меркурием), следует 17-суточный активный участок возврата. Фактически это коррекция траектории с целью уменьшения длительности полета путем увеличения скорости. Далее снова идет пассивный участок, а за трое суток до полета к Земле ЯЭРДУ включается вновь, уменьшая скорость комплекса. При входе в сферу действия Земли от МЭК отделяется спускаемый аппарат, а сам корабль переводится на пролетную траекторию. Общая продолжительность экспедиции составила бы 630 суток.

В том же аванпроекте Н1М рассматривался вариант межпланетного экспедиционного комплекса с использованием ядерных ракетных двигателей РО31, разрабатываемых в тот момент в КБ Химавтоматики (бывшее ОКБ154) под руководством А. Д. Конопатова, возглавившего коллектив после гибели С. А. Косберга в 1965 году. Этот двигатель, работающий на водороде, при тяге 40 тонн имел удельный импульс 910 секунд. В этом случае МЭК, имеющий форму карандаша длиной около 200 метров, помимо марсианского орбитального и посадочного кораблей состоял из трех ступеней, каждая из которых была оснащена ЯРД. На первой ступени стояло 6 ЯРД, на второй – 2 и на третьей один ядерный двигатель РО31. Для сборки комплекса на орбите необходим был запуск пяти тяжелых ракет-носителей Н2. Общая продолжительность экспедиции составила бы около 1000 суток.

Тогда же, потеряв надежду участвовать в лунной гонке, В. Н. Челомей решил стать первым на Марсе. В соответствии с приказом министра общего машиностроения С. А. Афанасьева от 30 июня 1969 года в рамках темы «Аэлита» в ЦКБМ началась разработка проекта ракеты-носителя УР700М и марсианского корабля МК700.

Предварительные проработки показали, что масса марсианского экспедиционного комплекса на орбите Земли должна составлять по меньшей мере 900-1000 тонн, а еще лучше 1200-1400 тонн. Использование ракеты УР700 затянет время сборки, поскольку потребуется 10 запусков такой огромной ракеты. Поэтому были рассмотрены несколько вариантов гигантских ракет-носителей. При этом В. Н. Челомей использовал тот же модульный принцип что и на УР700. На УР700М (она же УР900) грузоподъемностью 240 тонн первые две ступени образовывали связку уже не из 9, а из 15 блоков, на каждом из которых должен был стоять двигатель РД270 тягой 640 тонн на АТ и НДМГ разработки КБ «Энергомаш» под руководством В. П. Глушко. При создании этого двигателя для экономии времени решили вместо создания единого турбонасосного агрегата использовать два меньшей мощности. Для самовоспламеняющихся компонентов, каковыми являются АТ и НДМГ, требуется их абсолютно синхронная подача в камеру сгорания. Однако все 29 попыток запуска двигателя при огневых испытаниях закончились взрывом. Оставшийся экземпляр этого двигателя и по сей день хранится в музее предприятия. На четвертой ступени предполагалось использовать ядерный ракетный двигатель РД0410.

Значительно более тяжелый вариант УР700М при стартовой массе 16000 тонн имел грузоподъемность уже 750 тонн. Чаще всего именно этот вариант ракеты-носителя называли УР900. Для сборки марсианского корабля достаточно было уже запустить две такие ракеты. Компоновка ракеты УР700М в целом напоминала компоновку УР700, однако при этом В. Н. Челомей отошел от любимого гептила. Взрыв на старте такой ракеты с токсичными компонентами топлива привел бы к гибели целые регионы нашей страны. Поэтому для первой и второй ступеней были выбраны кислород и керосин, а для третьей ступени – кислород и водород. Каждый из блоков первой ступени имеет диаметр 9 метров и оснащен восемью двигателями тягой по 600 тонн разработки КБ «Энергомаш» (кислородно-керосиновый вариант РД270). Центральный блок второй ступени при диаметре 12,5 метров оснащен 12 кислородно-керосиновыми двигателями тягой по 600 тонн. Третья ступень установлена на второй ступени и имеет такой же диаметр (12,5 метров). На третьей ступени установлены шесть кислородно-водородных двигателей типа НК35 с тягой в пустоте по 220 тонн.

Первым пуском ракеты УР700М на орбиту выводится сам корабль МК700. В его верхней части располагается возвращаемый аппарат по типу ВА ТКС, но с увеличенным до 5 метров диаметром основания. Далее следует жилой модуль диаметром 10 метров и длиной 15 метров. На его поверхности крепятся панели солнечных батарей, размах которых достигает 20 метров. Солнечные батареи являются вспомогательным источником электроэнергии в случае отказа ядерной энергетической установки. Вслед за жилым модулем расположен основной модуль длиной 45 метров, который содержит марсианский посадочный аппарат, исследовательские зонды и ракетную ступень с ЯРД. Эта ракетная ступень с ЯРД массой 450 тонн служит для выхода на орбиту Марса и старта к Земле. На остальную часть корабль отводится масса в 250 тонн.

Вторым пуском УР700М на орбиту Земли выводится ракетная ступень с ЯРД, обеспечивающая после стыковки двух модулей разгон экспедиционного корабля к Марсу. Масса ракетной ступени составляет примерно 700 тонн, ее диаметр – 12,5 метров, а длина – 75 метров.

Досрочно в апреле 1970 года был выпущен проект МК700, а следом, в октябре, и проект доработанной ракеты УР700М. Однако уже при разработке предложений по этой программе стало ясно, что эффект воздействия полета первого человека на Марс на общественное мнение будет непропорционально мал по сравнению с материальными затратами, положенными в основу полета. По различным оценкам марсианская пилотируемая программа обошлась бы Советскому Союзу в 30-40 миллиардов рублей, что почти на порядок превышало затраты на советскую лунную программу Н1Л3. Естественно, что такие расходы нашей стране оказались просто не по карману. Поэтому проект дальнейшего развития не получил.

Пытаясь все же спасти свой проект, В. Н. Челомей предложил в 1974 году экспедицию с простым облетом Марса. Для этой цели достаточно было бы одного пуска ракеты-носителя УР700М грузоподъемностью 250 тонн. При этом разгонный блок был бы оснащен ЯРД РД0410. Экипаж, состоящий из двух космонавтов должен был провести в невесомости 730 суток. Для его возвращения на Землю предлагалось использовать возвращаемый аппарат от ТКС. Однако этот проект всерьез и не рассматривался.

В момент работ по теме «Аэлита» в отечественной космонавтике создалась сложная ситуация. Стало очевидно, что “лунная программа” с ее первоначальным престижно-пропагандистским напором провалилась. Поэтому в начале 70-х официально было заявлено о создании орбитальных станций, одной из целей которых было выяснение возможности длительно летать в космосе без искусственной тяжести. По мнению многих отечественных специалистов, работа по станциям могла идти в рамках проекта ТМК. Необходимо было постепенно отработать ракету Н-1, что позволяло создать тяжелую орбитальную станцию как этап ТМК, а затем совершить одну из грандиознейших и впечатляющих экспедиций XX века. В этом случае наша космонавтика шла бы “своим путем”, не вступая в изнуряющую “лунную” гонку.

Накопив опыт, можно было бы приступить к реализации непосредственно “лунной” или “марсианской” программы.

Решение было принято, хотя задача облета Марса на тот период была не менее престижна. Да и осуществить ее было проще, чем высадку на Луну. Однако полное прекращение работ по одному из ключевых элементов обеих программ – ракете Н-1 – поставило крест на полетах и к Луне, и к Марсу.

После закрытия работ по лунной программе и ракете Н1 в ЦКБЭМ фактически прекратились работы и по ТМК. Правда, после выхода в свет Постановлений от 8 июня 1971 года и 15 июня 1976 года были активизированы работы по созданию энергодвигательного блока с термоэмиссионной ядерной энергетической установкой 11Б97, развивающей электрическую мощность до 550 кВт. Масса такой ЯЭУ составляла 10-14 тонн.

Именно ЯЭУ 11Б97 послужила основой ядерного межорбитального буксира, проект которого был разработан НПО «Энергия» в 1978 году как составная часть многоразовой космической системы «Буран». Развивая эту тему, в 1982 году были выпущены технические предложения по ядерному межорбитальному буксиру «Геркулес» полезной электрической мощностью 550 Вт. Электроракетные двигатели буксира развивали тягу 2,5 кг при удельном импульсе 3000-4000 секунд. Основной задачей межорбитального буксира «Геркулес» была транспортировка грузов массой до 100 тонн, выводимых ракетой-носителем «Энергия», на геостационарную орбиту.

Только в 1986 году, когда создание многоразовой космической системы «Буран» выходило на финишную прямую, в НПО «Энергия» был рассмотрен еще один проект экспедиции на Марс, который во многом использовал технические решения 1969 года.

Основными отличиями были введение двух реакторов вместо одного для надежности, использование принципов построения систем, отработанных на орбитальных станциях. Этот проект отличала реальность технических решений и повышенный уровень безопасности экипажа. Форма марсианского посадочного корабля была изменена с фарообразной на «несущий корпус». Оригинальное использование двух реакторов мощностью по 7,5 МВт позволяло экипажу вернуться на Землю при возникновении нештатных ситуаций на любом участке межпланетной траектории.

Но 1986 год – это год Чернобыля, и предложение вывести на орбиту аж два ядерных реактора – мини-Чернобыля встретило бы возражение на всех уровнях. Поэтому при рассмотрении в 1989 году следующего проекта марсианской экспедиции было предложено вместо ядерного реактора использовать экологически чистую систему с применением пленочных солнечных батарей на линейных разворачиваемых фермах, отработанных на станциях «Салют-7» и «Мир». Особенность данного проекта заключалась в том, что предлагалась программа исследований Марса с последовательным наращиванием средств, начиная от автоматов и кончая пилотируемой экспедицией. Экспедицию на Марс планировалось провести в три этапа:

• первый – отработка принципов марсианского экспедиционного комплекса на модели комплекса, собираемой на станции «Мир» с помощью кораблей «Прогресс». Эта модель направлялась к Марсу с научно-исследовательской аппаратурой массой до 1,3 тонны;

• второй – генеральная репетиция пилотируемой экспедиции, в ходе которой солнечный буксир доставлял на поверхность Марса два посадочных аппарата вместо одного, причем на одном из них полностью отрабатывалась схема посадки и возвращения экипажа, а на втором, с несколькими марсоходами (масса около 20 тонн), проводилось детальное исследование поверхности Марса;

• третий – пилотируемая экспедиция на Марс.

Основу марсианского экспедиционного комплекса должен составлять солнечный буксир с использованием самого экономичного двигателя – электрореактивного, электричество для которого дадут пленочные солнечные батареи. Марсианский корабль состоит из трех основных частей: жилого блока (орбитального модуля), аппарата для посадки на поверхность и солнечного буксира. Предполагается, что первоначальная масса комплекса составит 350 тонн, в том числе, жилого блока – 80 тонн, посадочного аппарата – 60 тонн, аппарата для возвращения на Землю – 10 тонн. Солнечный буксир, на котором крепятся две панели солнечных батарей общей площадью 80000 м2, будет иметь массу 40 тонн, а топливо – 160 тонн. Каждая из панелей будет иметь размер 200*200 метров. Мощность, вырабатываемая солнечными батареями у Земли составит 7,6 МВт, а у Марс – 3,5 МВт.

Экипаж корабля состоит из 4 человек, из них двое будут находиться на поверхности Марса в течение 7 дней. Общая продолжительность экспедиции составит 720 суток.

Сборка комплекса на околоземной орбите производится с помощью четырех пусков ракеты-носителя «Энергия» или двух пусков ракеты «Вулкан». В отличие от предыдущих проектов предполагалось, что марсианский корабль, возвратившись из окрестностей Марса на околоземную орбиту, может долгое время работать как орбитальная станция, предназначенная для проведения технологических экспериментов, требующих больших энергетических мощностей.

В связи со сложной экономической ситуацией в стране о полете человека к Марсу в ближайшем будущем говорить не приходится. Тем не менее, проработки в этом направлении ведутся, но об этом чуть позже.

Как уже говорилось, в США после завершения программы «Аполлон» резко снизился интерес марсианской пилотируемой экспедиции. Все усилия были направлены на создание многоразового космического корабля «Спейс Шаттл». Только после первого старта шаттла 12 апреля 1981 года начали появляться публикации, описывающие возможные проекты полета человека на Марс. При этом непременным условием строительства на орбите марсианского экспедиционного корабля были использование многоразового корабля «Спейс Шаттл», а также тяжелых носителей, созданных на его основе. Пожалуй, первой такой публикацией после долгого перерыва стала статья «Пилотируемый полет на Марс в 1995 году» Боба Паркинсона, появившаяся в журнале Британского межпланетного общества (JBIS) в октябре 1981 года. По его оценке использование шаттла снизило бы стоимость марсианской экспедиции до 4 миллиардов долларов. При этом к 1990 году должны быть созданы следующие транспортные средства:

• тяжелая ракета-носитель с использованием элементов шаттла;

• межорбитальный буксир;

• 130-тонная ступень на базе S-IVB для доставки тяжелых полезных нагрузок на геостационарную орбиту;

• автономный модуль «Спейслэб».

Марсианский корабль состоит фактически из трех аппаратов. Первый корабль состоит, в свою очередь, из тяжелой ракетной ступени, двух межорбитальных буксиров, служебного модуля с остронаправленной антенной, двух зондов для исследования Венеры и обитаемого модуля типа «Спейслэб». Второй корабль состоит из тяжелой ракетной ступени, двух межорбитальных буксиров, служебного модуля, обитаемого модуля типа «Спейслэб», стыковочного модуля с четырьмя стыковочными узлами и солнечных батарей. Третий корабль состоит из тяжелой ракетной ступени, межорбитального буксира с кабиной экипажа, складского модуля со спутником-ретранслятором, шестью пенетраторами и четырьмя аппаратами для посадки на Марс и возвращения с него, а также марсианского посадочного модуля. Экипаж корабля – 5 человек.

Для сборки всех трех кораблей марсианского экспедиционного комплекса требуется два месяца и восемь пусков шаттла и тяжелых ракет. Старт с околоземной орбиты 8 ноября 1994 года. После вывода кораблей на межпланетную траекторию тяжелые ракетные ступени отделяются и возвращаются на околоземную орбиту для последующего их использования. Оставшиеся части кораблей стыкуются и в таком состоянии совершают перелет к Марсу. Перед подлетом к Марсу они расстыковываются и поодиночке каждый с помощью межорбитального буксира 10 июня 1995 года выходят на марсианскую орбиту. После торможения они опять стыкуются. Затем три космонавта переходят в марсианский посадочный модуль конической формы и совершают посадку на поверхность планеты. Параллельно четыре автоматических зонда приземляются в различных районах планеты, собирают образцы грунта, которые доставляют для исследований на марсианский орбитальный корабль.

После 20 дней пребывания на поверхности Марса, в ходе которого космонавты передвигаются с помощью небольшого негерметичного марсохода, они стартуют и выходят на низкую орбиту. Однако сам МПК не стыкуется с орбитальным кораблем. От экспедиционного корабля отделяется межорбитальный буксир, пилотируемый космонавтом. Вот он то и забирает трех космонавтов, а также зонды с образцами марсианского грунта. После доставки космонавтов на основной корабль два космонавта на том же межорбитальном буксире совершают 10-дневную экскурсию на Фобос.

По завершении 45-дневного пребывания в окрестностях Марса корабли расстыковываются, а посадочный модуль, складской модуль и межорбитальные буксиры с израсходованным топливом отбрасываются. Оба корабля выводятся на траекторию полета к Земле с помощью оставшихся нетронутыми межорбитальных буксиров. После выхода на трассу перелета корабли опять стыкуются и в таком состоянии 8 декабря 1995 года совершают облет Венеры, сбросив в ее атмосферу исследовательский зонд. Гравитационный маневр у Венеры позволяет сократить время экспедиции на 6 месяцев. Оставшееся в межорбитальных буксирах топливо позволяет кораблю выйти 16 мая 1996 года на высокую околоземную орбиту.

Схе6ма экспедиции достаточно необычная, однако большое количество стыковок и расстыковок, в том числе на перелетной траектории, существенно понижает надежность.

В том же 1981 году появилось еще два проекта пилотируемой экспедиции к Марсу. Оба они были представлены на первой конференции по Марсу, проходившей с 29 апреля по 2 мая 1981 года в Боулдере (штат Колорадо). Правда, первое из них, изложенное Фредом Зингером, касалось пилотируемого полета не на сам Марс, а на его спутники Фобос и Деймос. С технической точки зрения полет на естественные спутники Марса гораздо проще чем на Марс, ведь при столь малой гравитации спутников процесс посадки на их поверхность и старта с нее превращается в «причаливание» и «отплытие». Такая экспедиция по мнению Ф. Зингера обошлась бы в 10 миллиардов долларов.

В принципе, вся экспедиция сводится к размещению на Деймосе 6-8 водителей марсоходов, которые в количестве 10-20 штук в течение 2-6 месяцев исследуют поверхность «красной» планеты. Фактически получается повторение «Лунохода», но в удаленном варианте, причем удалены как марсоходы, так и их водители. А ведь сидеть в Крыму под Симферополем и сидеть на Деймосе – это, как говорят в Одессе, – две большие разницы. А уж при современном уровне развития вычислительной техники такое предложение и вовсе выглядит абсурдным.

Но сделаем скидку на то время. Естественно, что при таком подходе ни один космонавт не высаживается на Марс, однако два космонавта совершают полет на другой спутник Марса Фобос.

Стартовая корабля на околоземной орбите составляет порядка 300 тонн. В состав корабля входят жилой модуль, лабораторный модуль, 10-20 марсоходов, большое количество пенетраторов, несколько автоматических спутников Марса и двухместный аппарат для полета на Фобос и обратно. Для разгона и торможения используется солнечная электродвигательная установка, а для маневров – химические двигатели. Первоначальная раскрутка у Земли происходит в беспилотном режиме. Через несколько недель космонавты в жилом модуле с помощью ЖРД «догоняют» СЭРДУ и пристыковываются к ней. Дальше полет идет по классической для электродвигательных установок схеме. Перед отлетом от Марса отбрасывается все ненужное, включая лабораторный модуль и двухместный аппарат для полета на Фобос. После входа в сферу притяжения Земли СЭРДУ выводит корабль на высокую орбиту. Далее космонавты в жилом модуле с помощью ЖРД снижаются до орбиты, где их забирает шаттл.

По мнению Ф. Зингера такой полет мог бы состояться в 1990-1991 годах. Причем в этом году имелась бы возможность за счет облета Венеры сократить продолжительность экспедиции.

В другом докладе, представленном на той же конференции президентом фонда Всемирного космоса Робертом Стейхлом, рассмотрена марсианская экспедиция с упором на солнечные паруса и аэродинамический захват. Он представил рассредоточенной экспедиции, согласно которому 14 автоматических грузовых кораблей с солнечными парусами доставляют следующие грузы к Марсу:

• два марсианских посадочных аппарата;

• баки с топливом для посадочной ступени;

• два корабля для полета к Земле, дублирующих марсианскую орбитальную станцию;

• стыковочный модуль для временной марсианской орбитальной станции;

• два спускаемых аппарата для спуска в земной атмосфере и посадки на Землю;

• запасы топлива и продовольствия для обратного перелета к Земле.

Солнечные паруса представляют собой квадраты из тонкой пленки, покрытой тонким слоем алюминия, со стороной квадрата 2 км. Каждый такой парус способен доставить к Марсу с околоземной орбиты груз массой 32 тонны. Первоначально солнечный парус в сложенном состоянии выводится шаттлом на низкую орбиту. Затем с помощью разгонного блока «Центавр» он доставляется на орбиту высотой 2000 км. Здесь парус разворачивается, после чего начинается раскрутка по спирали. Через 720 дней разгона аппарат разгоняется до второй космической скорости. Перелет до окрестностей Марса длится 500 суток, а скрутка по спирали до высоты 3000 км – еще 340 суток. Общее время полета к Марсу составляет 4,2 года.

Естественно, что пребывание человека в невесомости столь длительное время неприемлемо. Поэтому сам экипаж экспедиции из 8 человек стартует с околоземной орбиты на двух кораблях уже после доставки грузов на марсианскую орбиту. Каждый корабль выводится на трассу полета к Марсу с помощью ракетной ступени массой 244 тонны, состоящей из двух баков с жидким водородом, шести баков с жидким кислородом и оснащенной двумя двигателями типа SSME. Основу собственно космического корабля массой 62,8 тонны составляют два блока «Спейслэб», соединенных между собой туннелем. Снаружи установлены четыре солнечных батареи. Для коррекции траектории служит двигательная установка на химическом топливе.

Самое интересное, что тот корабль, на котором космонавты летят к Марсу на околомарсианскую орбиту не выходит. Он становится искусственным спутником Солнца после пролета Марса. Незадолго до подлета космонавты переходят в небольшой (9,9 тонны) аппарат в виде двойного конуса, который, отделившись от основного корабля, совершает аэродинамическое торможение в атмосфере Марса, после чего выходит на его орбиту. После ряда маневров оба аппарата с космонавтами выходят на орбиту высотой 3000 км, где их ожидают грузы, доставленные солнечными парусами. В течение 14 дней (таков ресурс каждого аппарата) космонавты обязаны собрать все грузы.

Из доставленных ранее модулей космонавты собирают марсианскую орбитальную станцию шириной 40 метров. Такой размах требуется для создания вращением искусственной тяжести, равной марсианской и составляющей 1/3 от земной. Это делается для адаптации космонавтов к марсианскому тяготению после длительного перелета. В ходе 6-месячного полета по орбите космонавты заправляют топливом из баков марсианские посадочные корабли. Затем по два космонавта в каждом корабле совершают посадку на поверхность Марса, где проводят исследования в течение месяца. После 18 месяцев пребывания на орбите корабли возвращения к Земле, образующие станцию, расстыковываются и стартуют к Земле. Вход в атмосферу Земли и посадку на ее поверхность космонавты совершают в конусообразном аппарате, который обеспечивал аэродинамическое торможение у Марса. Основная же экспедиционных кораблей, пролетев мимо Земли, выходит на гелиоцентрическую орбиту.

С одной стороны эта схема марсианской экспедиции достаточно хорошо обоснована и технически реализуема. Но с другой стороны большое количество динамических операций и тонких мест делает эту схему ненадежной.

Хотя первая конференция по Марсу состоялась еще в 1981 году, но ее доклады были опубликованы лишь в 1984 году, когда там же в июле 1984 года состоялась уже вторая аналогичная конференция. В докладе, представленном на конференции братьями Солом и Бенджамином Эйдельманами, была рассмотрена экспедиция на Фобос, который мог бы стать промежуточным или базовым портом для исследования Марса, поскольку он лучше всего для этого подходит. Кроме того, на Фобосе можно было бы организовать производство ракетного топлива (жидкий кислород и водород). Этот промежуточный «космодром» мог бы обслуживать следующие типы кораблей:

• большие космические корабли или лайнеры, способные перевозить большое количество пассажиров и грузов, например, доставка воды на Луну или околоземную орбиту с Фобоса дешевле чем с Земли;

• многоразовые грузопассажирские корабли для полетов между Марсом и Фобосом;

• аппараты для обслуживания искусственных спутников Марса и полетов к Деймосу;

• пилотируемые корабли для полетов к астероидам и кометам.

Сам же Фобос мог бы также служить в обсерватории для размещения больших телескопов в самых различных диапазонах электромагнитного спектра. В связке с телескопами, размещенными на Луне или околоземной орбите, они могли бы образовывать интерферометры со сверхбольшой базой. Такой инструмент позволил бы обнаруживать планеты у других звезд.

Прошедшие в Боулдере две конференции по Марсу свидетельствовали о повторном пробуждении интереса к пилотируемому полету на Марс. Повернулось лицом к межпланетным пилотируемым полетам даже Планетарное общество во главе с его президентом, известным астрофизиком Карлом Саганом. Хотя оно-то должно было бы всегда заниматься этими проблемами. Под его эгидой сотрудниками Отдела космических наук Международной корпорации научных применений Аланом Фридландером, Стивеном Хоффманом и Джоном Найхоффом было проведено концептуальное изучение возможности создания межпланетного корабля для полета в 2001 году к Луне, Марсу и астероидам. Сообщение о нем было сделано в сентябре 1984 года на симпозиуме, проведенном Планетарным обществом.

Согласно их проекту для сборки на околоземной орбите высотой 370 км межпланетного корабля массой 120,6 тонны потребуется запуск 18 многоразовых кораблей «Спейс Шаттл». Сам корабль с экипажем из 4 человек состоит из трех составных частей. Основным из них является межпланетный аппарат с двумя панелями солнечных батарей включает в свой состав также модуль материально-технического обеспечения, модуль управления, стыковочный модуль со шлюзовой камерой и устройством перемещения космонавта в открытом пространстве MMU, лабораторный и жилой модули. Масса его при отлете от Земли составляет 38,5 тонн, из которых 18,7 тонны являются расходными материалами. Лабораторный и жилой модули создаются на базе модуля «Спейслэб». Во время перелета два жилых модуля располагаются на концах штанги, которая вращает их со скоростью 3 оборота в минуту для создания искусственной силы тяжести.

Марсианский орбитальный аппарат массой 19,5 тонн включает две панели СБ, стыковочный модуль также со шлюзовой камерой и устройством перемещения космонавта в открытом пространстве MMU, жилой модуль, остронаправленную антенну диаметром 5 метров и ракетную ступень массой 10,3 тонны для отлета с марсианской орбиты.

Третьим элементом экспедиционного корабля является марсианский посадочный аппарат массой 54 тонны. Его отличительной особенностью является наличие огромного аэродинамического зонтика диаметром 54 метра для торможения в атмосфере Марса. Марсианский орбитальный и посадочный аппараты вместе называются марсианским исследовательским аппаратом.

Обратно к Земле экипаж возвращается в корабле массой 43 тонны, напоминающем межпланетный аппарат, но вместо марсианского посадочного корабля в голове расположен спускаемый аппарат с аэродинамическим зонтиком меньшего диаметра (13,3 метра). Масса спускаемого аппарата с аэродинамическим экраном – 4432 кг.

Вся марсианская экспедиция проходит по следующей схеме. 5 июня 2003 года к Марсу стартует беспилотный возвращаемый корабль. Его разгон последовательно обеспечивают три многоразовых межорбитальных буксира, работающих на кислороде и водороде. 15 июня 2003 года стартует сам экипаж на экспедиционном корабле. Поскольку он в три раза тяжелее возвращаемого корабля, то для его разгона требуется уже 7 межорбитальных буксиров. Перед подлетом к Марсу 24 декабря 2003 года космонавты переходят в марсианский исследовательский аппарат, который совершив аэродинамическое торможение в атмосфере Марса, выходит на орбиту высотой 1000 км. Оставшаяся часть экспедиционного корабля пролетает мимом планеты и выходит на гелиоцентрическую орбиту. Затем трое из четырех членов экипажа совершают посадку на поверхность Марса.

Примерно через месяц, 23 января 2004 года космонавты стартуют с поверхности, забрав с собой до 400 кг образцов марсианского грунта. Состыковавшись с марсианским орбитальным аппаратом, космонавты стартуют с марсианской орбиты и стыкуются с возвращаемым кораблем, который в это время пролетает мимо Марса. 5 июня 2006 года космонавты возвращаются на Землю. Технически такой проект, который обошелся бы в 38,5 миллиардов долларов, вполне по силам США на современном уровне развития техники, однако расчет на стыковку аппаратов на пролетной траектории грозит гибелью космонавтов в случае малейшей задержки.

В октябре того же года на 35-ом Конгрессе Международной Астронавтической Федерации (МАФ) в Лозанне выступил «ветеран» марсианских проектов Гарри Рапп, известный своими предложениями еще с начала 60-х годов. Тогда он работал в Центре Маршалла, на сей раз представлял Технический университет Мюнхена. По его мнению в 60-х Марс казался ближе, чем в 80-х. Тогда была создана тяжелая ракета-носитель «Сатурн5», а перспективы создания ЯРД и ЯЭДУ были «за углом». В то же время у 80-х есть свои преимущества:

• наличие многоразовой транспортной космической системы «Спейс Шаттл»;

• наличие лабораторно-жилых модулей «Спейслэб»;

• опыт длительных космических полетов;

• информация об условиях на поверхности Марса, полученная от автоматических станций «Викинг».

Рапп предложил проект марсианской экспедиции стоимостью 15 миллиардов долларов, основанный на доступных технологиях, что перекликается со статьей Паркинсона. По его расчетам для сборки марсианского экспедиционного комплекса на орбите массой 2000 тонн потребуется 5 пусков шаттла и 35 запусков тяжелых ракет, созданных из элементов МТКК «Спейс Шаттл». При этом разгонная ступень состоит из подвесных топливных баков шаттла и нескольких ЖРД SSME. Экипаж из четырех космонавтов путешествует в двойном модуле «Спейслэб». В качестве источника энергоснабжения служит радиоизотопный генератор. Корабль несет два блюдцеобразных марсианских посадочных аппарата, по форме напоминающих посадочный аппарат «Викинга». Внутри одного из них находится 6-колесная цилиндрическая передвижная лаборатория «Molab» массой 45 тонн, рассчитанная на экипаж из двух человек. Этот посадочный аппарат садится первым вблизи экватора. Затем рядом с ним приземляются два космонавта в аппарате, напоминающем лунную кабину «Аполлона». Они предпринимают 390-дневный поход длиной 25000 км в сторону южного полюса, проводя по дороге эксперименты и исследования. Космонавты, оставшиеся на орбите проводят исследования Фобоса и Деймоса. Для входа в атмосферу Земли Рапп предложил спускаемый тира командного модуля «Аполлона», но несколько больших размеров.

Вся экспедиция рассчитана на три года: с 1996 по 1999 годы.

Всевозрастающий интерес к пилотируемому полету на Марс не могли не привлечь внимание НАСА к этой теме. В июне 1985 года в Хантсвилле, в Центре космических полетов имени Маршалла прошел симпозиум, посвященный проблеме полета на Марс. С большим докладом выступил представитель Центра НАСА имени Джонсона Барни Робертс. Этот доклад явился результатом совместной работы НАСА и Национальной лаборатории в Лос Аламосе, занимающейся ядерными исследованиями. В то же время это была попытка опередить СССР, которые по сообщению ЦРУ собирались осуществить пилотируемую экспедицию на Марс в конце 90-х годов. Чтобы сохранить престиж, достаточно было бы просто облететь Марс без посадки на его поверхность. Хотя еще в конце 60 годов американцы отказались от облета Марса как от не имеющего серьезной научной ценности проекта. Здесь опять проявился рецидив космической гонки без оглядки на научную необходимость.

Этот проект базируется на уже разработанной многоразовой транспортной космической системе «Спейс Шаттл» и проектировавшихся в 80е годы элементах модульной орбитальной станции и пилотируемой межорбитальном буксире OTV. В процессе сборки шаттлы доставляют на орбиту два топливных бака массой по 10,5 тонн каждый и полетный модуль массой 16,3 тонны, представляющий собой жилой модуль орбитальной станции. Полетный модуль стыкуется с командным модулем массой 5,5 тонн и двумя межорбитальными буксирами OTV массой по 5,2 тонны каждый. Затем с Земли стартует тяжелая ракета-носитель, которая доставляет на орбиту 200 тонн топлива (жидкий водород и кислород). Это топливо перекачивается в топливные баки и межорбитальные буксиры. После старта с орбиты топливные баки не отбрасываются, а служат в качестве противометеорного экрана. Корабль должен пролететь мимо Марса на расстоянии 160 морских миль (292 км) со скоростью 8км/с. При подлете к Земле Б. Робертс предложил с помощью двигательной установки снизить скорость с 16,5 км/с до 10,5 км/с.

Развивая идеи, изложенные на второй конференции по Марсу Центр научной политики, расположенный в том же Боулдере, по заказу Лаборатории реактивного движения в апреле 1986 года опубликовал «Концепцию развития марсианской исследовательской станции». Основной идеей концепции было создание условий для долговременного пребывания человека на «красной» планете. Это, в свою очередь, влекло за собой необходимость использования марсианских ресурсов, в том числе для производства кислорода и ракетного топлива. Такая постановка дела снизила бы массу доставляемых с Земли грузов, а, соответственно, и марсианских кораблей в несколько раз.

Для развертывания и обслуживания постоянной базы на Марсе потребуется создание новых транспортных средств. Во-первых, это – тяжелая ракета-носитель грузоподъемностью 75 тонн, созданная с использованием элементов многоразовой системы «Спейс Шаттл». При сборке первого марсианского экспедиционного корабля потребуется запуск 20 шаттлов и 24 тяжелых ракет.

Во-вторых, двухступенчатый марсианский посадочный корабль в пилотируемом и грузовом вариантах, использующий парашюты при снижении и ракетные двигатели при посадке на поверхность Марса. Каждый МПК представляет собой удлиненный конус высотой 20 метров и массой 28 тонн. Однако для старта его с поверхности Марса требуется 150 тонн топлива, которое предполагается произвести «по месту жительства». Во время перелета МПК служит в качестве радиационного убежища.

Автоматический грузовой посадочный корабль способен доставить на поверхность Марса 18 тонн груза. Их посадка производится в телеоператорном режиме на удалении 2 км от основной базы, откуда их доставляют на вездеходах. После разгрузки грузовые корабли приспосабливают по жилище для персонала марсианской базы.

В-третьих, это межпланетный корабль массой 220 тонн, который собирается на низкой орбите с максимальным использованием элементов орбитальной станции. Основные элементы корабля, включая два цилиндрических герметичных модуля длиной по 14 метров и пристыкованный многоразовый корабль, размещены на ферме длиной 40 метров. Хотя в таком корабле есть все необходимое для полета к Марсу, перед стартом с околоземной орбиты три одинаковых корабля стыкуются между собой, образуя трехконечную звезду. Такая конструкция собраного межпланетного комплекса позволяет создать вращением вокруг центральной оси искусственную силу тяжести в 0,38 от земной.

Для разгона межпланетного комплекса к Марсу служит ракетная ступень оснащенная двумя двигателями от шаттла SSME. Эта же ступень разгоняет к Марсу и связку из четырех грузовых кораблей. Этап полета к марсу длится 6 месяцев, а обратный путь занимает от 20 до 30 месяцев. Каждый экипаж проводит на Марсе до 2 лет. Первый экипаж покидает Землю в 2007 году, а возвращается в 2012 году. Второй экипаж – в 2009 и 2014 годах соответственно.

Смена экипажей производится следующим образом. После выхода на марсианскую орбиту сменный экипаж в трех марсианских посадочных кораблях совершает посадку вблизи базы. Отработавшие свою смену экипажи в дозаправленных местным топливом МПК стартуют с поверхности Марса и стыкуются с экспедиционным кораблем. После этого экспедиционный корабль разгоняется к Земле. Перед полетом к Земле экспедиционный корабль разделяется на составные части – межпланетные корабли. После аэродинамического торможения в атмосфере Земли межпланетные корабли выходят на низкую орбиту, где стыкуются с орбитальной станцией. Экипаж орбитальной в течение нескольких месяцев восстанавливает межпланетные корабли для последующих экспедиций на Марс.

Схема создания постоянно действующей марсианской базы достаточно интересная, но у нее есть одно уязвимое место – производство ракетного топлива непосредственно на Марсе. Очевидно, что должно пройти достаточное время для полетов автоматических станций и пилотируемых кораблей прежде, чем можно было бы приступить к производству ракетного топлива на другой планете. Необходимо время и для поиска на Марсе залежей соответствующих минералов, и для экспериментов по извлечению из этих минералов кислорода и водорода, и для налаживания массового их производства.

К этому же периоду, то есть к 1986 году, относится и сообщение Национальной Комиссии по космосу «Осваивая границы космоса». Эта комиссия, образованная в 1985 году по указу Президента США Рональда Рейгана, должна была рассмотреть перспективы развития науки и техники для исследования космоса в течение последующих 50 лет. Ее возглавил бывший директор НАСА Томас Пейн. Эта комиссия наметила основные вехи в освоении космического пространства.

1992 год – орбитальная космическая станция;

1998 год – постоянно базирующийся в космосе межорбитальный буксир;

1998 год – космодром на околоземной орбите;

1999 год – новый грузовой многоразовый космический корабль;

2000 год – новый пассажирский многоразовый космический корабль;

2003 год – обитаемая база на Луне;

2004 год – орбитальная космическая станция с переменной гравитацией;

2007 год – межпланетный корабль и первая экспедиция на Марс;

2011 год – производство топлива на Луне и первый лунный космодром;

2015 год – флотилия из нескольких марсианских экспедиционных кораблей;

2016 год – полномасштабное лунное производство;

2026 год – обитаемая база на Марсе.

По мнению членов Национальной Комиссии по космосу для реализации такой программу требуется ежегодное финансирование в размере чуть менее 1 от валового национального продукта.

Как видно из приведенного выше сообщения в качестве конечной цели в ближайшие 50 лет все-таки рассматривается именно Марс. Как бы развивая эту идею, Керри Нок и Алан Фридландер выступили в октябре 1986 года на 37-ом Конгрессе Международной федерации астронавтики в Инсбруке с докладом «Элементы марсианский транспортной системы», разработанным совместно с Лабораторией реактивного движения и Международной корпорацией по применению достижений науки. Основная идея доклада заключена в описании транспортной системы по линии Земля-Марс для обеспечения в 2035 году постоянно действующей обитаемой базы на поверхности Марса с экипажем из 20 человек.

Марсианская база состоит из четырех жилых цилиндрических модулей массой по 17,1 тонны, созданных на основе модулей орбитальной станции, пяти ядерных реакторов мощностью по 25 кВт, трех герметичных вездеходов массой по 9,1 тонны и шести негерметичных вездеходов по типу лунного «Ровера», одиннадцати автоматических (телеуправляемых) марсоходов, трех небольших беспилотных самолетов, двух подъемных кранов и двух трейлеров грузоподъемностью 2 тонны. Для проведения научных исследований в составе базы имеются также два лабораторных модуля массой по 13,6 тонны, пять метеорологических станций и несколько буровых установок. Кроме научных исследований экипаж базы с помощью доставленного оборудования организовывает производство различных материалов и компонентов ракетного топлива из местных ресурсов. Для самообеспечения кислородом и продуктами питания в составе базы имеется три оранжереи. Всего же для создания постоянной базы необходимо доставить с Земли на поверхность Марса 447 тонн грузов.

Регулярное обеспечение постоянной базы на Марсе требует создания шести новых типов транспортных средств:

• танкер для перевозки жидкого водорода с низкой орбиты в точку либрации L1;

• танкер для перевозки жидкого кислорода с поверхности Луны в точку либрации L1;

• грузопассажирский аппарат, базирующийся на Фобосе;

• многоразовый аппарат для перелетов между Марсом и Фобосом;

• межпланетный корабль для регулярных полетов по трассе Земля-Марс-Земля;

• небольшие пилотируемые буксиры, предназначенные для перевозки грузов и пассажиров между кораблями, базирующимися в точке либрации L1.

Межпланетный корабль совершает регулярные путешествия между точкой L1 и марсианской орбитой, дозаправляясь со спутника Марса Фобоса. Для создания искусственной силы тяжести в течение всего полета, длящегося более 900 суток, две кабины экипажа выносятся на концы ферменной конструкции длиной 450 метров и сообщаются между собой с помощью лифта с герметизированными кабинами. В состав корабля также входит ядерный реактор мощностью 300 кВт, два модуля-оранжереи, являющихся частью системы жизнеобеспечения с замкнутым циклом, двигательная установка с электрическими магнитоплазменнодинамическими двигателями и топливные баки. Общая масса такого корабля достигает 460 тонн.

В целом, разговоры о постоянной базе на Марсе, конечно же, интересны. Однако перспективы ее создания весьма далеки от сегодняшнего дня. Да и вообще, заводить о ней разговор можно лишь после начала пилотируемых полетов к планетам. Пока же все ограничивается лишь выступлениями на различных конференциях и статьями в научно-популярных журналах. Одним из таких докладов явилось сообщение, представленное Международной корпорацией по применению достижений науки в бюро исследований штаб-квартиры НАСА в ноябре 1987 года. В докладе предложено три этапа освоения Марса:

1990-е годы – полеты автоматических станций, включая глобальное картографирование и возврат грунта. В этот же период создаются мощные ракеты-носители, высокоэнергетические разгонные блоки крупномасштабные аэродинамические тормоза. На околоземной орбитальной станции проводятся исследования в области влияния невесомости на человека в течение длительного периода времени.

2000-е годы – пилотируемые экспедиции на Марс с временем пребывания на его поверхности от 10 до 20 суток. В этот период проводятся серьезные исследования Марса и выбираются потенциальные места для строительства марсианской базы.

После 2010 года – постоянно действующая обитаемая база на Марсе.

В докладе Международной корпорации по применению достижений науки делается акцент на кратковременных пилотируемых экспедициях. Для снижения стартовой массы марсианского корабля предлагается использовать большой аэродинамический экран диаметром 24,4 метра. Он позволяет выйти на орбиту Марса без каких-либо затрат топлива. В чаше этого экрана расположены четыре жилых модуля, вмещающих шесть членов экипажа. Здесь же находится аппарат для возвращения на Землю, также обладающий собственным аэродинамическим экраном диаметром 11,4 метра. В системе энергоснабжения корабля используются солнечные батареи.

На первом этапе марсианской экспедиции семь тяжелых ракет-носителей грузоподъемностью 91 тонна выводят на околоземную орбиту грузовой корабль, межорбитальный буксир, топливо и грузы. Сборка буксира с грузовым кораблем весит 59 тонн при длине 30,5 метров. В грузовом корабле массой 23,9 тонны находятся марсианский посадочный аппарат, научные приборы и топливо для обратного полета к Земле. 9 июня 2003 года с помощью межорбитального буксира грузовой корабль выводится на траекторию полета к Марсу, после чего буксир отделяется и с помощью аэродинамического торможения возвращается на низкую орбиту для восстановления и последующего использования. Грузовой корабль также с аэродинамического торможения 29 декабря 2003 года выходит на орбиту Марса.

Второй этап начинается спустя год после первого. На этом восемь мощных ракет-носителей выводят на орбиту элементы пилотируемого корабля и запасы топлива для межорбитального буксира. Выведение корабля на траекторию полета к Марсу обеспечивается двухступенчатым разгонным блоком, состоящим из дозаправленного старого межорбитального буксира и нового, выведенного на орбиту одновременно с кораблем. Оба буксира после разгона возвращаются на околоземную орбиту, а корабль совершает доразгон с помощью своей двигательной установка. Старт корабля планируется на 21 ноября 2004 года, а прибытие к Марсу – 3 июля 2005 года.

Третий этап начинается стыковкой пилотируемого корабля с грузовым на марсианской орбите. Три космонавта переходят в МПК и совершают посадку на поверхность Марса. В это время оставшиеся на орбитальном корабле космонавты отстреливают ставший ненужным аэродинамический экран и перекачивают топливо из грузового корабля. После завершения исследований и возвращения космонавтов с Марса корабль 2 августа 2005 года стартует к Земле.

Четвертый этап начинается за несколько до подлета к Земле 15 января 2006 года. Космонавты переходят в возвращаемый аппарат и отделяются от экспедиционного корабля. Возвращаемый аппарат с помощью аэродинамического экрана выходит на околоземную орбиту, откуда его межорбитальный буксир доставляет на орбитальную станцию.

Многочисленные проекты пилотируемых экспедиций на Марс представлялись как чисто национальное предприятие. Более того, зачастую они являлись частью космической гонки между СССР и США. Но марсианская экспедиция по сложности на порядок превосходила все предыдущие космические программы, да и времена «холодной» войны уходили в прошлое. Поэтому весьма символичным было появление в ноябре 1987 года «Марсианской декларации», опубликованной Планетным обществом. Она содержала призыв к организации совместной советско-американской пилотируемой экспедиции на Марс. Она могла бы послужить моделью для сотрудничества великих держав в решении различных проблем на Земле. Надо сказать, что руководители СССР и США на словах поддержали эту идею, но дальше слов дело не пошло. Уж слишком дорогое это удовольствие.

Но даже ни к чему не обязывающие высказывания политиков вдохновили ученых и инженеров в разных странах на новые идеи, качающиеся пилотируемого полета на Марс. К этому подключились также Ловелл Вуд, Мюриел Ишикава и Родерик Хайд, ученые из Ливерморской национальной лаборатории, которая работает по заказам Министерства энергетики США и к освоению космоса имеет лишь косвенное отношение. На четвертом национального космическом симпозиуме Космического Фонда США, проходившем в апреле 1988 года в Колорадо-Спрингс, они выступили с докладом, который назвали «Марс в этом столетии: проект Олимпия». Основной целью проекта «Олимпия» провозглашалось создание на Луне полномасштабного производства с использованием местных ресурсов, которое позволило бы осуществить программу исследования дальнего космоса человеком, включая юпитерианские луны. При этом первая экспедиция на Марс могла бы быть осуществлена в 2001 году. К основным составляющим проекта «Олимпия» относятся:

• передвижная лунная топливная фабрика массой 10 тонн с автоматизированным механизмом для рытья траншеи и подачей лунного грунта в ядерную топку. При нагревании лунного грунта до 500 должен выделяться водород, а при нагревании до 1000 освобождаться вода, из которой можно получить до одной тонны ракетного топлива (кислород и водород) в день;

• автоматический космический аппарат-танкер (сухая масса 3,7 тонны), который включает четыре сферических бака диаметром по 2,4 метра для хранения 10 тонн жидкого кислорода каждый и столько же цилиндрических баков для хранения 10 тонн жидкого водорода каждый. Для производства такого количества компонентов топлива требуется 6 недель. После заполнения баков космический танкер с помощью надежных двигателей типа RL-10 перевозит топливо в точку либрации L4, при этом сжигается половина запасов топлива;

• космическая станция массой 6 тонн с экипажем 5 человек в точке либрации L4, созданная на основе проекта надувного модуля для лунной базы «Колумбус». В задачу экипажа входит заполнение двух топливных резервуаров компонентами топлива, привезенными танкером. Каждый резервуар вмещает до 100 тонн топлива. Авторы доклада сравнили эту станцию с бензоколонкой;

• космический корабль для полета на Марс массой 48 тонн. Такой корабль можно было вывести на орбиту с помощью одной модифицированный ракет «Титан-3», но для перелета в точку либрации L4 требуется 78 тонн топлива, которое доставляется на орбиту уже двумя пусками такой же ракеты. Жилой модуль этого корабля также создается на основе проекта надувного модуля «Колумбус».

После заправки в точке либрации 205 тоннами топлива космический корабль стартует к Марсу. На Землю экипаж корабля возвращается в спускаемом аппарате типа командного модуля «Аполлона» массой 5 тонн.

По оценкам авторов проект «Олимпия» при затратах в 2,9 миллиардов долларов можно было бы реализовать за 6 лет. В этом проекте фантастична, пожалуй, не сама идея, а его оценочная стоимость и сроки.

31 мая 1989 года с подачи Белого дома НАСА как и 20 лет назад начала готовить материалы для доклада нового Президента США Джорджа Буша относительно будущего Америки в космосе, который выступил с ним в Национальном музее авиации и космонавтики 20 июля 1989 года в честь двадцатой годовщины высадки человека на Луну. Своим докладом Джордж Буш положил начало космической исследовательской инициативе. Вот ее основные вехи:

• 1995-2000 годы – орбитальная станция «Фридом», полеты автоматических станций на Луну;

• 2001-2010 годы – лунная база, полеты автоматических станций на Марс;

• после 2010 года – марсианская экспедиция.

Надо сказать, что реально при Президенте Буше деньги выделялись только на орбитальную станцию «Фридом», а на все остальное денег не было. Тем не менее, даже такие заявления Президента США вызывали к жизни новый всплеск интереса к пилотируемому полету на Марс. Правда, все понимали, что даже при разворачивании этой программы ограничения по финансам будут довольно значительными. С этой точки зрения было довольно характерным выступление на 40-м Конгрессе Международной федерации астронавтики в Малаге в октябре 1989 года специального помощника по системной разработке и планированию исследовательского бюро штаб-квартиры НАСА Айвена Бики. В своем докладе он изложил взгляд НАСА на эволюционную программу пилотируемого полета на Марс меньшего масштаба, поддержанный исследованиями компании «Мартин-Мариетта».

На первом этапе этой программы высадка человека производится не на Марсе, а на его спутнике Фобосе, но при этом сам экспедиционный корабль и посадочный аппарат создаются как для последующей высадки на поверхность Марса. Несмотря на то, что в этот период шла разработка орбитальной станции «Фридом», по мнению НАСА для марсианской экспедиции выгоднее использовать мощные ракеты-носители для запуска небольшого количества блоков и модулей экспедиционного комплекса, чем собирать его из множества более мелких, подобных модулям станции «Фридом».

Преимущество первого этапа заключается в том, что максимальная масса экспедиционного корабля для полета на Фобос (700 тонн) равняется минимальной массе марсианского корабля. Это позволяет сделать экспедицию на Фобос более короткой за счет попутного облета Венеры. В своем докладе А. Бики выделяет ряд последовательных этапов реализации марсианской экспедиции.

При старте в 2004 году экспедиционный корабль с экипажем из трех человек несет в своем составе марсианский посадочный корабль, который совершает посадку в автоматическом режиме и служит в качестве резерва для марсианской экспедиции. Экипаж же экспедиционного корабля исследует Фобос, демонстрируя возможность получения ракетного топлива из местных ресурсов. Продолжительность пребывания экспедиции в окрестностях Марса – около месяца.

На втором этапе корабль с экипажем из 5 человек стартует в 2007 году. На поверхность Марса космонавты совершают посадку рядом с резервным посадочным аппаратом, прилетевшим туда в 2004 году. Продолжительность пребывания этой экспедиции на Марсе – 1 год.

Третья экспедиция с пятью космонавтами также высаживается на Марс, но попутно организовывает промышленное производство ракетного топлива на Фобосе.

Четвертая экспедиция завершает создание марсианской инфраструктуры, позволяющей организовать регулярные полеты кораблей к Марсу для снабжения постоянно действующей марсианской базы.

По мнению А. Бики такая схема марсианской экспедиции потребует вдвое меньший объем грузооборота, чем предложенный в 1987 году Международной корпорацией по применению достижений науки. В качестве технических средств марсианской экспедиции им были предложены экспедиционный корабль с искусственной гравитацией (Концепция 4) и марсианский посадочный корабль, проект которых был разработан специалистами компании «Мартин-Мариетта» и изложен на том же Конгрессе в Малаге. Основу экспедиционного корабля «Концепция 4» составляет большой аэродинамический экран и два цилиндрических жилых модуля типа модулей станции «Фридом», вращающихся на конце большого троса для создания искусственной силы тяжести.

Для вывода на орбиту модулей и компонентов марсианского экспедиционного корабля А. Бики предложил ракету-носитель на основе МТКК «Спейс Шаттл», которую он назвал «Шаттл-Z», состоящую из 3-4 двигателей SSME, усиленного подвесного топливного бака и двух твердотопливных ускорителей. При использовании доразгона с помощью марсианского разгонного блока, оснащенного четырьмя ЖРД SSME, в качестве третьей ступени можно вывести на орбиту Земли полезный груз массой 164 тонны. Элементы марсианского экспедиционного корабля «Концепция 4» могут быть выведены на орбиту двумя пусками ракеты «Шаттл-Z». Еще три пуска этой же ракеты потребуется для дозаправки разгонных блоков топливом. Экипаж марсианской экспедиции доставляется на борт шаттлом.

Как уже говорилось, на том же 40-м Конгрессе Международной федерации по астронавтике в Испании представитель компании «Мартин-Мариетта» Бентон Кларк выступил с докладом, в котором описал предложения компании по облику марсианского посадочного и экспедиционных кораблей. В докладе им было предложено шесть концепций построения марсианских экспедиционных кораблей с искусственной гравитацией.

«Концепция 1» – вращающийся аэродинамический экран диаметром 41 метр с восемью жилыми цилиндрическими модулями, расположенными по окружности и соединенными концами между собой. Численность экипажа может достигать 18 человек.

«Концепция 2» – такой же вращающийся аэродинамический экран, но меньшего диаметра и с четырьмя жилыми модулями.

«Концепция 3» – два жилых модуля, расположенных вне экрана на вращающихся узлах. Сами модули, ось которых направлена перпендикулярно к оси вращения экрана, имеют пять палуб (этажей) с различной силой тяжести. Перед подлетом к Марсу модули «прячутся» за экран.

«Концепция 4» – два жилых модуля, соединенных с аэродинамическим экраном тросом длиной несколько сот метров. В этом случае экран играет роль противовеса.

«Концепция 5» – те же два модуля сами играют друг для друга роль противовеса, а экран остается в центре вращения.

«Концепция 6», которой сам Б. Кларк отдавал предпочтение, предусматривала в центре вращения узловую конструкцию диаметром 4,4 метра, от которой отходят в разные стороны два туннеля длиной по 12,5 метра. На конце этих туннелей располагаются жилые модули диаметром 4,5 метра. Пол каждого модуля, рассчитанного на экипаж из 2-4 человек, находится на расстоянии 17 метров от центра вращения. В принципе, ресурсы модуля могут обеспечить пребывание в нем всего экипажа. В состав первой экспедиции предполагается включить пять человек: пилот, врач, инженер, ученый, техник.

Для всех видов экспедиционных кораблей предусматривается выработка электроэнергии с помощью солнечных батарей мощностью у Марса 13 кВт.

Марсианский посадочный корабль согласно концепции компании «Мартин-Мариетта» состоит из аэродинамического экрана, посадочных опор, цилиндрического жилого модуля, пилотируемого герметичного марсохода и конусообразной взлетной ракеты.

Весь марсианский экспедиционный комплекс, включая корабль «Концепция 6», выводится на орбиту за 6 пусков тяжелой ракеты-носителя. Стартовая масса комплекса на орбите составляет 710 тонн. Разгон комплекса к Марсу производится с помощью первой ступени массой 573 тонны, которая затем отбрасывается. Для выхода на эллиптическую орбиту Марса с высотой перицентре 250 и в апоцентре 33810 км используется вторая ступень массой 61 тонна. Такая орбита кратна марсианским суткам.

После выхода на орбиту три космонавта высаживаются на поверхность Марса в посадочном корабле, а двое оставшихся на орбите космонавтов проводят различные исследования, включая телеуправление марсоходами и аппаратами для доставки грунта с Марса. После месяца пребывания на поверхности Марса космонавты возвращаются на орбитальный корабль. Затем с помощью двигателей третьей ступени массой 30,3 тонны корабль направляется к Земле. Вход в атмосферу Земли, снижение и посадку космонавты совершают в спускаемых аппаратах типа командного модуля «Аполлона», но рассчитанным на 5 человек.

Выступление президента Джорджа Буша 20 июля 1989 года вызвало соответствующую реакцию НАСА. В ноябре того же года администратор НАСА, бывший астронавт Ричард Трули дал указание рабочей группе, возглавляемой Аароном Коэном, подготовить материалы в Национальный Совет по космосу для обсуждения путей развития пилотируемой космонавтики, причем конечной целью был именно Марс. Хотя, следуя обращению Буша, сначала подразумевалось создание орбитальной станции «Фридом», затем возвращение на Луну и только потом путешествие на Марс. В принципе, такие же вехи расставил Вернер фон Браун еще в 50-е годы.

В материалах НАСА рассматривалось несколько путей достижения конечной цели. Согласно одному из них, имевшему девизом «баланс и скорость» предполагалось завершение строительства орбитальной станции «Фридом» в 1997-1999 годах; испытания лунного буксира и лунного посадочного корабля – 1999 год; возвращение человека на Луну – 2001 год; начало строительства лунной базы – 2002 год; доведение производства на Луне до 60 тонн в год – 2010 год; начало полномасштабного исследования Марса – 2012 год; полет четырех космонавтов на Марс с использованием добытого на Луне кислорода и с пребыванием на поверхности Марса в течение 30 суток – 2016 год; начало строительства марсианской базы – 2018 год.

Другой подход ставил своей целью как можно более раннее достижение человеком Марса. Такой подход, ставящий первую марсианскую экспедицию на 2011 год требует очень больших ежегодных затрат в течение 2000-2010 годов.

Рассматривался и подход «уменьшенного масштаба», требующего значительно меньших ежегодных затрат. Но при этом и сроки сдвигались: возвращение на Луну – 2004 год; постоянно обитаемая лунная база – 2012 год; первая 30-суточная посадка человека на Марс – 2016 год; двухмесячная экспедиция на Марс – 2018 год; трехмесячная экспедиция на Марс – 2022 год; постоянно обитаемая база на Марсе – 2027 год.

В сообщении НАСА содержался также призыв поддержать создание тяжелых ракет-носителей на основе шаттла с максимальной грузоподъемностью до 140 тонн. Кроме того, рассматривалась возможность отработки на орбитальной станции «Фридом» элементов марсианского экспедиционного комплекса. Правда, НАСА не делало оценок стоимости всей программы, но призывало к увеличению космического бюджета.

С точки зрения планомерного освоения Марса такой подход вполне закономерен. Но в таком случае нога человека ступит на марсианскую поверхность не раньше чем через 25 лет. Альтернативу такому «долгострою» предложили инженеры компании «Болл Спейс Системс» Р. Рейнерт и М. Кроуч. Свой проект они представили на четвертой конференции по Марсу 4 июня 1990 года в Боулдере. Согласно их проекту два четырехместных корабля, созданные с участием СССР, Канады, Японии и стран Европы, могли бы стартовать к Марсу уже в декабре 1998 года.

Сборка экспедиционного корабля на орбите занимает в общей сложности 11 месяцев. Для выведения на орбиту модулей планируется использовать ракету-носитель «Шаттл-С» грузоподъемностью 70 тонн. Первыми выводятся базовый блок советской станции «Мир» в качестве полетного модуля, состыкованный с узловым модулем от американской станции «Фридом». Полетный модуль оснащен канадским манипулятором типа того, который используется на шаттле. На узловом модуле расположено пять стыковочных узлов.

При следующем пуске, примерно через полмесяца после первого, шаттл доставляет к полетному модулю четырех космонавтов-монтажников, командно-служебный модуль и модуль обеспечения внешнекорабельной деятельности. Командно-служебный модуль пристыковывается к передней части узлового модуля, а модуль обеспечения ВКД, содержащий шлюзовую камеру, скафандры и устройства для перемещения космонавтов, – к его правому стыковочному узлу. Командно-служебный модуль представляет собой небольшой космический корабль с двумя стыковочными узлами и двигательной установкой.

Следующей стартует тяжелая ракета-носитель «Шаттл-С», которая выводит на орбиту цилиндрический модуль материально-технического обеспечения №1 массой 35 тонн. Он стыкуется к одному из стыковочных узлов командно-служебного модуля, после чего манипулятором переносится на верхний стыковочный узел узлового модуля. С помощью такого же носителя выводится и первый из четырех предусмотренных двигательных модулей с запасом топлива (гидразин и четырехокись азота). Каждый такой модуль содержит три стыковочных узла и двигательную установку на базе двигателя XLR-132. Командно-служебный модуль с помощью манипулятора пристыковывают двигательный отсек к хвостовой части полетного модуля, где он служит в качестве топливного склада для командно-служебного модуля в течение всей сборки.

Еще один носитель «Шаттл-С» выводит на орбиту сразу два посадочных корабля, причем один из них предназначен для посадки на Марс, а другой – для посадки на его спутники: Фобос и Деймос. Чтобы уменьшить издержки они используют тот же самый базовый модуль, что и командно-служебный модуль и модуль обеспечения ВКД. Аэродинамический экран марсианского посадочного корабля из-за слишком больших габаритов собирается уже на орбите. Сам МПК пристыковывается к нижнему стыковочному агрегату узлового модуля, а аппарат для посадки на Фобос и Деймос – к левому стыковочному узлу.

При следующих трех пусках ракеты «Шаттл-С» выводятся еще три двигательных модуля. Тем самым завершается строительство марсианского экспедиционного корабля. За полгода до старта начинается выведение элементов криогенного разгонного блока, обеспечивающего перевод комплекса на трассу перелета Земля-Марс. Сначала с помощью ракеты-носителя «Шаттл-С» выводится сам блок в незаправленном состоянии, который стыкуется с экспедиционным кораблем. Затем с помощью пяти пусков сверхмощной ракеты-носителя грузоподъемностью 140 тонн последовательно выводятся четыре больших сферических бака с переохлажденным жидким кислородом и один цилиндрический бак с жидким водородом.

За неделю до старта при очередном пуске ракеты «Шаттл-С» выводится модуль материально-технического обеспечения №2, который заменяет выведенный ранее. Только после этого экипаж марсианского экспедиционного корабля заменяет экипаж космонавтов-монтажников.

По расчетам Р. Рейнерта и М. Кроуча полет проходит по следующей схеме. 17 декабря 1998 года двигательная установка криогенного блока разгоняет экспедиционный корабль к Марсу, куда он прибывает через 280 суток полета. Сразу после разгона происходит реконфигурация комплекса для создания искусственной тяжести путем вращения со скоростью 2 оборота в минуту. Перед прибытием к Марсу, которое состоится 28 сентября 1999 года космонавты восстанавливают первоначальную конфигурацию комплекса. Выход на высокую околомарсианскую орбиту обеспечивается последовательной работой двух двигательных модулей. Затем два космонавта совершают посадку на поверхность Марса, где проводят исследования в течение 30 дней. После их возвращения еще два космонавта с помощью командно-служебного модуля доставляют другой посадочный аппарат к одной из марсианских лун, где также проводятся исследования в течение 30 дней. После воссоединения экипажа опять образуется необходимая для создания искусственной конфигурация комплекса, которая сохраняется до момента отлета к Земле. Это необходимая процедура, поскольку общее время пребывания космонавтов на марсианской орбите составляет 545 суток.

Старт экспедиционного корабля к Земле намечен на 25 января 2001 года. Перед стартом космонавты опять восстанавливают начальную конфигурацию комплекса, но при этом отбрасываются два двигательных модуля с пустыми топливными баками, модуль обеспечения ВКД и складской модуль. Таким образом, в составе корабля остаются командно-служебный модуль, узловой модуль, полетный модуль и один двигательный модуль, который обеспечивает перевод комплекса на траекторию полета к Земле. Обратный перелет длится 280 суток. В течение этого перелета также создается искусственная гравитация.

2 сентября 2001 года космонавты переходят в командно-служебный модуль и отстыковываются от комплекса. С помощью двигательной установки этого модуля они выходят на высокую околоземную орбиту с периодом 24 часа. На низкую орбиту экипаж доставляется с помощью пилотируемого межорбитального буксира.

Для повышения надежности всей экспедиции Р. Рейнерт и М. Кроуч предлагали отправлять к Марсу сразу два аналогичных корабля. В принципе, эта схема достаточна традиционна и, можно даже сказать, консервативна. В ней используются только проверенные технические решения. С этой точки зрения она легко реализуема. Но одновременно использование только двигательных установок на химическом топливе приводит к возрастанию стартовой массы и к увеличению количества запусков ракет-носителей. При этом любая авария ракет может привести к срыву всей экспедиции, ведь стартовать нужно в достаточно узкое астрономическое «окно». Впрочем, это относится и к многим другим проектам.

К следующему проекту применима поговорка о том, что «новое – это хорошо забытое старое». Его представили в 1990 году Роберт Зубрин и сотрудник компании «Мартин-Мариетта» Дэвид Бэйкер. Суть этого проекта заключается в использовании прямой схемы полета на Марс без промежуточного выхода на околомарсианскую орбиту. Как известно, именно такая схема рассматривалась в первоначальном плане проекта «Аполлон», для чего предлагалось создать гигантскую ракету «Нова». Однако в 1962 году НАСА приняло для реализации идею Джона Хуболта, предполагающую промежуточную стыковку на окололунной орбите, как требующую для запуска ракету-носитель меньшего размера. Надо сказать, что НАСА в 1993 году приняло идею прямого полета на Марс Р. Зубрина и Д. Бэйкера для проработки собственных проектов пилотируемого полета на Марс, при этом прямой полет к Марсу позволил бы осуществить пилотируемую экспедицию уже в 2001 году. Правда, отцы этой идеи рассматривали старт к Марсу в декабре 1996 года.

Для реализации этой идеи авторы статьи в журнале «Аэрокосмическая Америка» предложили использовать ракету-носитель «Арес», созданную из элементов МТКК «Спейс Шаттл». Ее основу составляют два твердопливных ускорителя, подвесной топливной бак с установленными на нем четырьмя ЖРД SSME. На верхушке модифицированного подвесного топливного бака устанавливается криогенная верхняя ступень и беспилотный марсианский грузовой посадочный корабль массой 40 тонн. Этот посадочный корабль включает в себя аэродинамический экран, аппарат для возвращения на Землю (без топлива), небольшую фабрику по производству топлива, 5,8 тонны жидкого водорода, ядерный реактор мощностью 100 кВт на передвижной платформе и запасы продовольствия на 9 месяцев для четырех человек.

Криогенная верхняя ступень разгоняет грузовой посадочный корабль к Марсу. После торможения в атмосфере непосредственно с подлетной траектории грузовой корабль совершает посадку на поверхность Марса. После посадки транспортная платформа отвозит ядерный реактор на безопасное расстояние, где с помощью робототехнических устройств он устанавливается и подготавливается к работе. А платформа возвращается к грузовому корабля, протягивая от реактора электрические кабели, после чего реактор активизируется для выработки электроэнергии. Полученное электричество питает фабрику по выработке ракетного топлива из атмосферы Марса. Привезенные запасы водорода служат для получения при соединении с двуокисью углерода в присутствии катализатора 37,7 тонны метана и воды. Из воды, в свою очередь, путем электролиза получают кислород и еще большее количество водорода, который опять используется для производства метана. За год предполагается произвести 107 тонн компонентов ракетного топлива (метан и жидкий кислород).

В январе 1999 года стартуют еще две ракеты «Арес». Одна из них выводит грузовой посадочный корабль, аналогичный запущенному ранее, а другая – пилотируемый космический корабль массой 38 тонн с экипажем из четырех человек. Пилотируемый корабль представляет собой двухэтажный цилиндр высотой 4,8 метра и диаметром 8,2 метра. Верхний этаж – жилая зона, а нижний этаж предназначен для размещения грузов и герметичного марсохода. После выработки топлива разгонный блок пилотируемого корабля остается связанным с ним тросом длиной 1500 метров. Это позволяет создать на время 6-месячного перелета искусственную силу тяжести путем вращения со скоростью один оборот в минуту. Только перед подлетом к Марсу верхняя ступень отбрасывается.

В отличие от предыдущего грузового корабля пилотируемый корабль после аэродинамического торможения выходит на орбиту и только затем совершает посадку около грузового корабля, запущенного ранее. Второй грузовой корабль служит в качестве резерва на тот случай, если космонавты совершают посадку на расстоянии более 600 км от первого грузового корабля. При меньших расстояниях космонавты преодолевают его на вездеходе. В штатном случае второй грузовой корабль совершает посадку в 800 км от первого и начинает заготавливать топливо для второй экспедиции, которая должна стартовать в 2001 году.

В ходе 500-суточного марсианского «сидения» совершают поездки на вездеходе со скоростью 32 км/час на расстояние до 960 км. Топливом для вездехода служит 11 из 107 тонн запасенного ракетного топлива. После завершения космонавты стартуют в заправленной местным топливом возвращаемой ракете и через 6 месяцев прибывают домой. Аналогичным образом организуются вторая, третья и все последующие экспедиции, после чего на Марсе остается развернутой сеть марсианских станций, на основе которых можно будет создать постоянно обитаемые марсианские базы.

По мнению Р. Зубрина и Д. Бэйкера замена криогенного разгонного блока на ступень с ЯРД позволило бы сразу увеличить экипаж марсианского корабля сразу до 12 человек., а после 2010 года развернуть постоянную базу на Марсе.

В принципе, и в этом проекте нет ничего фантастичного. Более того, в долговременной перспективе освоение человеком Марса необходимо строить именно за счет использовать местных ресурсов. Но делать ставку на производство ракетного топлива уже во время первой марсианской экспедиции – явный перебор. Но самое интересное, что идея использования местных ресурсов захватила многие умы в НАСА. Поэтому нет ничего удивительного, что большинство проектов полета человека на Марс, рожденные в США, основаны именно на этой идее.

Как уже говорилось, 20 июля 1989 года Президент США Джордж Буш по случаю 20-й годовщины первого полета на Луну выступил с космической исследовательской инициативой, которая в отдаленной перспективе предусматривала полета человека на Марс. А чуть позже на церемонии выпуска в Техасском университете 11 мая 1990 года он же сказал: «Еще до празднования 50-й годовщины высадки «Аполлона» на Луне американский флаг будет поднят на Марсе». В связи с эти вице-президент США и одновременно председатель Национального Совета по космосу Дэн Куэйл совместно с директором НАСА Ричардом Трули в августе 1990 года дали добро на создание объединенной группы для рассмотрения концепции и примерной структуры космической исследовательской инициативы. Возглавил эту группу известный астронавт Томас Стаффорд. Тысячи организаций и частных лиц направили свои предложения в объединенную группу. Эти предложения были рассмотрены, обработаны и систематизированы. Результатом этого явилось сообщение, выпущенное объединенной группой в июне 1991 года, которое было разослано в канцелярию Президента США, промышленным компаниям, высшим учебным заведениям, правительственным учреждениям и международным организациям.

Сообщение выделило четыре основных структурообразующих элемента космической исследовательской инициативы, создание и развитие которых основано на следующих предпосылках:

• высадка человека на Марс является конечной и главной целью, а освоение Луны служит в качестве этапа репетиции для марсианских экспедиций;

• транспортные системы для полетов на Луну и Марс создаются унифицированными, например, жилые модули, герметичные вездеходы, системы замкнутого жизнеобеспечения, ядерные энергоустановки и т.д.;

• к моменту начала освоения Марса будут созданы ядерные ракетные двигатели и ядерные энергоустановки, которые позволят увеличить грузопоток по лини Земля-Марс, обеспечить энергетикой марсианскую базу и организовать производство ракетного топлива из местных ресурсов;

• будут созданы мощные ракеты-носители грузоподъемностью до 250 тонн, которые позволят снизить число запусков, необходимых для сборки на околоземной орбите межпланетного экспедиционного комплекса. Использование орбитальной станции «Фридом» для сборки марсианских кораблей группой Стаффорда не рассматривалось.

В качестве первого структурного элемента космической исследовательской инициативы рассматривалось исследование Марса, которое должно было проходить в следующей последовательности:

• 1998-2005 годы – полеты на Марс автоматических межпланетных станций, в том числе, два искусственных спутника Марса в 1998 году для выбора мест посадки пилотируемой экспедиции и два марсохода в 2003 и 2005 годах для обследования выбранных мест посадки;

• 2005 год – запуск тяжелой ракеты-носителя с автоматическим грузовым кораблем, который должен совершить посадку на Луну в одном из шести мест, уже обследованных американскими астронавтами. Следующая тяжелая ракета доставляет экипаж из шести человек на окололунную орбиту. Пятеро из них высаживаются около грузового корабля, который служит им в качестве жилого модуля в течение 14 суток (лунный день) пребывания на лунной поверхности;

• 2006 год – запуск тяжелой ракеты-носителя с 6-местным космическим кораблем к Луне, который по сути повторяет программу полета предыдущей лунной экспедиции;

• 2007 год – запуск тяжелой ракеты-носителя, который доставляет на то же место лунной поверхности герметичный вездеход и ядерную энергоустановку. Следующим пуском на Луну доставляет экипаж из 6 человек, который остается там в течение 45-60 суток. Экипаж проводит научные исследования и на вездеходе обследует место для последующей репетиции марсианской экспедиции в 2009 году;

• 2008 год – доставка на Луну автоматического грузового корабля для обеспечения экспедиции 2009 года. Этот корабль фактически является копией марсианского грузового посадочного корабля и включает в свой состав жилой модуль, герметичный вездеход, ядерная энергоустановка, транспортно-погрузочное средство, научное и связное оборудование;

• 2009 год – полет на Луну экспедиции из 6 человек, которые проводят на лунной орбите 120 суток, имитируя полет к Марсу. Перед окончанием этого срока с Земли стартует еще один экипаж, который совершает посадку на старом месте. А предыдущий экипаж совершает посадку на новом месте, где в течение 30 суток проводит репетицию пребывания на Марсе. При посадке экипаж репетиции встречают три члена другого экипажа, прибывшие сюда на вездеходе. После отлета экипажа репетиции к Земле оставшиеся на Луне космонавты проводят исследования еще в течение 60 суток;

• 2012 год – запуск тяжелой ракеты-носителя с марсианским грузовым посадочным кораблем, причем разгонный блок оснащен ядерным ракетным двигателем. Этот грузовой корабль практически идентичен грузовому кораблю, совершившему посадку на Луну в 2008 году;

• 2012 год – запуск тяжелой ракеты-носителя, обеспечившей выведение пилотируемого корабля с экипажем из 6 человек к Марсу. После 120-суточного перелета корабль с помощью ЯРД выходит на марсианскую орбиту. Затем космонавты в посадочном корабле совершают посадку рядом с грузовым кораблем. После проведения исследований в течение 30 суток космонавты стартуют с поверхности Марса, стыкуются с орбитальным кораблем и также с помощью ЯРД стартуют к Земле. В это время с Земли запускается к Марсу еще один грузовой посадочный корабль для второй марсианской экспедиции;

• 2016 год – старт второй экспедиции к Марсу, которая проводит на его поверхности уже почти 600 суток.

При более значительном финансировании этой программы первую посадку человека на Марс можно было бы осуществить уже в 2008 году. При этом стало бы возможным широкомасштабное освоение луны и Марса, включая создание постоянно обитаемых баз и фабрик для освоения местных ресурсов, которые позволят создать замкнутый экологический цикл. В этих условиях марсианские корабли могли бы дозаправляться непосредственно на Марсе.

К сожалению, все предложения группы Стаффорда по космической исследовательской инициативе так и остались на бумаге. Сказались, конечно же, большие потребные затраты для реализации этой программы.

Надо сказать, что такой подход группы Стаффорда к освоению Марса вызывал определенную критику, поскольку был слишком растянут во времени. Альтернативу такому подходу предложили Ханс Марк, бывший руководитель бюро пилотируемых космических полетов НАСА, а к тому времени системный руководитель университета штата Техас, и Харлан Смит, директор обсерватории Макдональда. Свой взгляд на пилотируемую марсианскую экспедицию они изложили в статье, опубликованной в журнале «Космическая Америка» в августе 1991 года. Согласно их взглядам НАСА могло бы вернуться на Луну в 1995 году для поиска льда на лунном полюсе, а полет человека на Марс мог бы состояться уже в 2003 году. При этом сама программа должна была развиваться в следующей последовательности:

• 1992 год – орбитальные испытания ионного электрического двигателя в реальных космических условиях;

• 1994 год – завершение сборки орбитальной станции «Фридом», которая могла бы служить как база для сборки экспедиционного корабля и как космодром для его запуска;

• 1995 год – возвращение человека на Луну. Продолжительность лунной экспедиции составляет 10 суток. При этом два космонавта остаются на орбите, а двое совершают посадку на одном из полюсов для поиска льда;

• 1996 год – первый запуск к Марсу автоматического аппарата с ионным электрореактивным двигателем;

• 1998-2000 годы – разворачивание на Луне производства ракетного топлива из полярного льда, если таковой обнаружится. В противном случае, создание на Луне астрономической обсерватории;

• 1999 год – запуск к Марсу автоматического грузового корабля, несущего спутники ретрансляторы, вездеход и солнечную энергетическую установку;

• 2000 год – запуск к Марсу второго автоматического грузового корабля с ионным двигателем. В результате длительного разгона и последующего торможения он прибывает к Марсу и выходит на его орбиту только через 3 года.

В конце 2002 года производится заправка марсианского экспедиционного корабля на окололунной орбите топливом (жидкий кислород и водород), выработанным из лунного льда. Если же льда на Луне не окажется, корабль непосредственно стартует с околоземной орбиты, также используя кислородно-водородный разгонный блок. В октябре 2003 года трехместный корабль совершает посадку на Марсе рядом с грузовым кораблем, где проводит исследования в течение месяца.

По оценкам Х. Марка и Х. Смита вся программа займет 14 лет и будет стоить 125 миллиардов долларов. При отсутствии льда на Луне ее стоимость будет ниже и составит «всего лишь» 80 миллиардов долларов, но это займет больше времени. В первом случае потребуется запуск 19 шаттлов и 45 ракет-носителей «Титан IV», во втором случае – 13 шаттлов и 31 «Титан IV».

Как уже говорилось, сообщение группы Томаса Стаффорда, касающееся космической исследовательской инициативы, не нашла поддержки у Президента и его команды. Однако она не была и отвергнута с порога. Фактически дела в основном касалось потребных затрат. Это дало повод НАСА для поисков путей снижения затрат на марсианскую экспедицию, которые продолжаются и поныне. Одним из них явился план, предложенный помощником администратора НАСА по исследованиям Майкла Гриффина в октябре 1992 года. Он явился эволюционным шагом между предложениями группы Т. Стаффорда и предложениями НАСА, озвученными в 1993 году, о которых будет сказано чуть позже.

В плане предлагается использование не только традиционных, но и альтернативных средств транспортировки типа того, который предложили Зубрин и Бэйкер для прямого полета на Марс. При этом в качестве ракеты-носителя предлагается развитие «Сатурна-5» с грузоподъемностью 200 тонн. События же согласно плану должны развиваться следующим образом:

• 1995 год – 180-суточная экспедиция с участием американских космонавтов на российской орбитальной станции «Мир»;

• 1996 год – доведение продолжительности полета шаттла до 90 суток;

• 1998 год – создание тяжелой ракеты-носителя грузоподъемностью 100 тонн;

• 1999-2002 годы – разворачивание лунной базы;

• 1999-2004 годы – 180 и 360-суточные экспедиции на американской орбитальной станции «Фридом»;

• 2002-2005 годы – продолжительное пребывание человека на Луне.

Забегая вперед, стоит отметить, что из этого списка выполнен лишь первый пункт: в 1996 году американка Шеннон Люсид провела 188 суток космонавтов на российском орбитальном комплексе «Мир». Параллельно с выполнением вышеуказанной программы с помощью автоматических межпланетных станций ведется выбор мест для высадки пилотируемых экспедиций на Марсе.

Для доставки грузов и пилотируемых кораблей к Марсу предлагается использовать, разработанные еще в 60-х годах ядерные ракетные двигатели «Нерва». Сама марсианская экспедиция начинается запуском в 2007 году трех тяжелых ракет-носителей, которые обеспечивают доставку на Марс двух марсианских жилых модуля и одного герметичного вездехода. Каждый жилой модуль напоминает описанный Зубриным и Бэйкером. На нижней палубе жилого модуля находятся шлюзовая камера с четырьмя скафандрами, командный пост и научная лаборатория. На верхней палубе расположены три двухместных каюты, туалет и камбуз.

Четвертый тяжелый носитель обеспечивает выведение на трассу перелета Земля-Марс марсианского посадочного корабля, который 22 августа 2008 года выходит на околомарсианскую орбиту.

19 ноября 2009 года пятым носителем выводится пилотируемый корабль с шестью членами экипажа, а шестым пуском выводится разгонный блок с ЯРД, который потребуется для схода с марсианской орбиты и возвращения на Землю. 18 мая 2010 года экипаж выводит свой корабль на орбиту вокруг Марса, где стыкуется с марсианским посадочным кораблем. Перейдя в него, космонавты совершают посадку на марсианской поверхности рядом с жилыми модулями и вездеходом, запущенными ранее. После посадки экипаж основывает жилой лагерь, связав все модули герметичными туннелями. В этом лагере космонавты проводят 520 земных суток.

К моменту окончания исследований разгонный блок с ЯРД выходит на орбиту вокруг Марса. Космонавты стартуют с поверхности Марса и стыкуются с орбитальным жилым модулем, который все это время летал в беспилотном режиме. Затем производится сближение и стыковка с разгонным блоком, который обеспечивает выведение корабля на трассу перелета Марс-Земля 20 октября 2011 года. Прямой вход в атмосферу Земли происходит 12 апреля 2012 года.

В тот момент, когда первая экспедиция близится к завершению, вторая экспедиция направляется к Марсу для проведения исследований в том же самом месте. К 2015 году три марсианских экспедиции создают постоянно обитаемую базу, и обеспечивают производство ракетного топлива из местных ресурсов.

Работы в рамках космической исследовательской инициативы завершились в 1993 году. Итоги были подведены 24 мая 1993 году на втором симпозиуме по исследованию Марса в Центре Эймса и 21 сентября 1993 года на конференции по космическим программам и технологиям в Хантсвилле. В обоих случаях одним из докладчиков был Майкл Дьюк, представлявший бюро исследовательских программ НАСА.

Основной идеей представленных докладов было продвижение по пути к Марсу через создание лунной базы. При этом элементы лунной станции могли бы быть использованы в качестве элементов марсианского экспедиционного комплекса и марсианской базы. Это позволило бы сократить затраты на обе программы. В частности, можно было бы использовать одинаковые тяжелые ракеты-носители для старта с Земли и однотипные ступени для старта с лунной и марсианской поверхности. Эта ракета-носитель способна вывести на околоземную орбиту полезный груз массой 240 тонн, 100 тонн на трассу перелета к Марсу и 60 тонн на его поверхность. В то же время сама марсианская экспедиция строится без участия лунной базы, практически без сборки комплекса на околоземной орбите и даже без стыковки на марсианской орбите. Фактически это сильно напоминает схему прямого полета на Марс, предложенную Робертом Зубриным. Кроме того, предполагается использование местных ресурсов уже при первых полетах на Марс.

Первое астрономическое «окно» для полета к Марсу открывается в сентябре 2007 года. Три тяжелых ракеты-носителя выводят три космических аппарата первой экспедиции, которые достигнут Марса в августе-сентябре 2008 года:

• корабль для возвращения экипажа к Земле с полным запасом топлива. С помощью аэродинамического торможения он выводится на марсианскую орбиту. В его состав входит двухэтажный жилой модуль массой 60-70 тонн и кислородно-метановый ракетный блок с двумя двигателями типа RL-10, который должен обеспечить старт экипажа с марсианской орбиты к Земле;

• беспилотный взлетно-посадочный корабль, который доставляет на поверхность Марса 40 тонн груза, включая герметичный вездеход, ядерный реактор и фабрику для производства топлива из местных ресурсов;

• жилой модуль, аналогичный орбитальному жилому модулю, снабженный небольшим ядерным реактором.

После посадки взлетно-посадочного корабля небольшая автономная тележка отвозит ядерный реактор на расстояние до 500 метров и укрывает его в кратере для защиты будущей экспедиции от радиации. От реактора к топливной фабрике протягиваются кабели. В течение года эта фабрика производит до 5,7 тонн метана и 20,8 тонн кислорода. Этого достаточно для обеспечения взлета экипажа с поверхности Марса и выхода его на марсианскую орбиту для стыковки с экспедиционным кораблем. Затем для обеспечения проживания на Марсе космонавтов в течение 600 дней фабрика вырабатывает 14,5 тонн воды, 2 тонны азота и 3 тонны кислорода.

После наработки достаточных запасов воздуха, воды и ракетного топлива, а также проверки состояния поверхностного жилого модуля начинается следующий этап экспедиции. Он начинается в октябре-ноябре 2009 года. В этот период стартуют с Земли еще три тяжелые ракеты-носители. Одна из них обеспечивает выведение посадочного корабля с экипажем из 6 человек. Другая – корабль для возвращения экипажа на Землю, дублирующий запущенный ранее. При штатном развитии событий этот корабль станет основным для экспедиции 2012 года. И, наконец, третья – взлетно-посадочный корабль с топливной фабрикой, также дублирующий запущенный ранее. И также при штатном развитии событий этот корабль станет обеспечит старт с поверхности Марса второй экспедиции 2012 года.

Для выведения всех перечисленных кораблей к марсу используется разгонная ступень с ЯРД. Полет к Марсу длится примерно 180 суток. Корабль с экипажем с помощью аэродинамического торможения выходит на эллиптическую орбиту вокруг Марса с высотой апоцентра 34000 км и перицентра 250 км, а затем уже с орбиту совершает посадку на его поверхность рядом с жилым модулем и топливной фабрикой, запущенных еще в 2007 году. Вскоре после этого два оставшихся корабля также подлетают к Марсу. Корабль для возвращения на Землю выходит на марсианскую орбиту, а взлетно-посадочный корабль совершает посадку на его поверхность вблизи от экипажа если на основном взлетно-посадочном корабле возникли неполадки. В противном случае он садится в другом районе Марса, но в пределах радиуса действия вездехода.

После посадки соединяют герметичными туннелями жилые модули своего корабля и доставленного ранее. При этом в одном из жилых модулей создается оранжерея для воспроизводства воздуха и пищи в дополнение к привезенным с Земли. В течение 600-дневного пребывания на марсе космонавты совершают несколько 10-дневных поездок на вездеходе с удалением от базы до 500 км. После завершения исследований космонавты в октябре 2011 году стартуют с поверхности Марса. Выйдя на орбиту, они стыкуются с орбитальным кораблем, ракетная ступень которого обеспечивает разгон комплекса к Земле. Перед подлетом к Земле космонавты переходят в капсулу и совершают прямой вход в атмосферу Земли с последующим снижением и посадкой на парашюте по типу «Аполлона».

Вторая марсианская экспедиция стартует в первом квартале 2012 года. Ее полет проходит по той же схеме, что и первой.

У этой схемы есть несомненное преимущество: отсутствует необходимость многомесячной сборки экспедиционного комплекса на околоземной орбите из модулей, весящих десятки и сотни тонн. Фактически требуется только одна стыковка на околомарсианской орбите. Однако, как говорится, имеются отдельные, но существенные недостатки. Во-первых, требуется обеспечить автоматическую посадку на поверхность Марса аппаратов, весящих десятки тонн. Во-вторых, необходимо развернуть на Марсе производство ракетного топлива без присутствия человека. В третьих, ракетный блок, обеспечивающий разгон корабля с марсианской орбиты к Земле должен в течение четырех лет находиться в условиях космического пространства при наличии в баках десятков тонн жидкого кислорода. Получается, что уйдя от одного недостатка, взамен получаем другие.

Впрочем, практически все проекты марсианской экспедиции основались на небольшом количестве идей, которые использовались в разных комбинациях и модификациях. Попытку вырваться из замкнутого круга предприняла исследовательская группы из Космического центра имени Джонсона, которую возглавлял астронавт-ветеран Фрэнлин Чанг-Диаз. В своей работе, законченной выпуском отчета в марте 1995 года, эта группа предложила для межпланетных полетов перспективный ракетный двигатель, в котором используется разогрев плазмы и ее удержание в магнитном поле. Фактически эти технологии заимствованы из исследований по управляемому термоядерному синтезу.

Работы по такому двигателю, названному VASIMR (магнитоплазменный ракетный двигатель), были начаты еще в начале 80-х годов. Его особенность заключается в том, что, регулируя скорость истечения плазмы, он может работать как в режиме большой тяги при сходе с орбиты и выходе на орбиту, так и в режиме малой тяги в ходе межпланетного перелета. При этом с уменьшением тяги увеличивается удельный импульс. Это позволяет использовать один и тот же двигатель и для медленных перелетов грузовых кораблей, и для быстрых перелетов пилотируемых кораблей, но с меньшей весовой отдачей.

Двигатель VASIMR состоит из установленных в ряд магнитных элементов. Первый элемент отвечает за введение и нагрев рабочего тела; центральный действует как ускоритель, отвечая за дальнейший разогрев плазмы; задний является магнитным соплом и преобразует энергию потока в тягу. Нейтральный газ (обычно водород) вводится в передний элемент, где ионизируется. Полученная плазма возбуждается с помощью коротковолнового электромагнитного излучения в центральном элементе. В результате явления циклотронного резонанса ионов плазма разогревается и, зажатая магнитным полем, истекает через хвостовой элемент (сопло). Управляя электромагнитным полем, можно менять скорость истечения струи, при этом обеспечивая оптимально эффективный удельный импульс двигателя.

Грузовой корабль, оснащенный двигателем VASIMR мог бы за 180 суток доставить груз к Марсу, при этом масса полезного груза составила бы 66 от массы корабля. Первый пилотируемый полет на Марс можно было совершить за 235 суток, из них 101 сутки пришлось бы на полет к Марсу, 30 суток на пребывание на его поверхности и 104 суток на полет обратно. При этом во время перелета половину пути двигатель работал бы на ускорение, а половину на торможение. Масса полезного груза во время такой скоростной экспедиции составила 2 от начальной массы корабля. Если же провести на Марсе 705 суток, ожидая благоприятный условий для полета к Земле, то даже при сокращении времени каждого перелета до 90 суток (общая продолжительность экспедиции – 885 суток) масса полезного груза на трассе Земля-Марс возрастает до 18, а на трассе Марс-Земля до 14. При использовании аэродинамического торможения относительная масса полезного груза еще более возрастает.

По оценке Ф. Чанг-Диаза уже в 2003 году можно было приступить к демонстрационным испытаниям двигателя VASIMR в космосе, используя солнечную энергоустановку мощностью до 100 кВт. В 2005 году в качестве энергоустановки можно было бы использовать ядерный реактор мощностью в 1 МВт. Для организации полета на Марс необходимо увеличить мощность ядерного реактора до 30 МВт (по прогнозу к 2010 году). Тогда запуск грузового корабля к Марсу с двигателем VASIMR мог бы состояться в 2016 году, а пилотируемого корабля – в 2018 году.

Ну что ж, возможно такой двигатель придаст новый импульс проектам межпланетных пилотируемых полетов и сделает их более реальными и менее затратными. Однако до начала демонстрационных полетов аппаратов с двигателем VASIMR делать какие-либо прогнозы преждевременно.

Пока же предпринимались попытки упростить полет к Марсу, за счет чего добиться снижения его стоимости. Одной из них оказался доклад, представленный Кентом Джустеном, Райаном Шефером и Стефеном Хоффманом на специальной конференции по аэродинамике, проходившей 4-7 августа 1997 года в Сан Вэлли (штат Айдахо). За точку отсчета был принят проект НАСА 1993года. По мнению докладчиков снижение стоимости зависит, в первую очередь, от снижения массы полезного груза, выводимого на околоземную орбиту.

Как уже говорилось, в проекте НАСА 1993 года для осуществления первой пилотируемой экспедиции на Марс с помощью четырех тяжелых ракет-носителей к Марсу запускались четыре корабля общей массой 378 тонн. Для их разгона к Марсу использовались ракетные ступени с ЯРД.

Для запуска марсианской экспедиции авторы доклада предлагали использовать ракеты-носители грузоподъемностью до 85 тонн, созданные на базе элементов МТКС «Спейс Шатлл». При этом для запуска первой экспедиции требуется запуск восьми таких ракет. При первых трех пусках обеспечивается выведение на околоземную орбиту трех разгонных блоков с ЯРД. Еще три ракеты выводят марсианские корабли, которые стыкуются каждый со своим разгонным блоком. Вес каждой такой сборки составляет около 175 тонн. После стыковки корабли разгоняются к Марсу. Следом за ними с Земли стартуют еще две ракеты, которые обеспечивают выведение на околоземную орбиту разгонного блока с ЯРД и марсианского посадочного корабля массой 63 тонны с экипажем. После сборки они также направляются к Марсу. Общая масса всех кораблей на трассе Земля-Марс составляет 303 тонны.

Уменьшение общей массы марсианского экспедиционного комплекса достигается за счет уменьшения диаметра с 10 до 7,5 метров пилотируемого посадочного модуля, грузовой посадочной ступени и аппарата для возвращения на Земля, входящего в состав марсианского орбитального корабля, широкого применения композиционных материалов, отказа от парашютной системы посадки на Марс, исключения излишней научной аппаратуры, уменьшения размера вездехода.

Общая длина корабля, конструкция которого является унифицированной и для пилотируемого посадочного модуля, и для грузового посадочного аппарата, и для марсианского орбитального корабля с аппаратом для возвращения на Землю составляет 12,75 метра. Каждый корабль имеет биконическую форму с аэродинамическим экраном. После посадки на Марс экипаж живет в надувном модуле типа «Трансхэб», проект которого рассматривался в качестве жилого модуля для Международной космической станции. Наличие надувного модуля «Трансхэб» в составе марсианской экспедиции позволяет сократить число запусков ракет-носителей, по крайней мере, на два. Кроме того, малый вес надувного модуля позволяет транспортировать по поверхности Марс, увеличивая тем самым возможный район исследования.

Другой попыткой улучшить проект НАСА 1993 года стало предложение сотрудников Исследовательского центра имени Льюиса (теперь Центр имени Джона Гленна) Леона Джеферта, Курта Хэка и Томаса Керслейка, озвученной на Международном форуме по космическим технологиям и их применению, проходившем с 31 января по 4 февраля 1999 года в Аьбукерке, штат Нью-Мексико. Они предложили для полета к Марсу использовать солнечную электрореактивную двигательную установку, что, в общем-то перекликалось с предложениями НПО «Энергия». Вместо четырех тяжелых ракет-носителей грузоподъемностью 240 тонн по проекту 1993 году для организации первой марсианской экспедиции потребуется запуск восьми ракет-носителей грузоподъемностью до 85 тонн, созданных на базе элементов МТКС «Спейс Шатлл».

Для сборки на орбите солнечной электрореактивной двигательной установки массой 123 тонны требуется запуск пяти ракет-носителей. Сюда входят и три небольшие ступени с ЖРД для ухода корабля с околоземной орбиты. Для выработки электроэнергии служат 16 панелей солнечных батарей общим размахом 195 метров. Это электричество питает стационарные плазменные двигатели, известные как двигатели с анодным слоем или двигатели Холла. Кстати, наибольшего прогресса в создании именно этого типа электрореактивных двигателей достигла Россия. В качестве топлива используется криптон. Более эффективный ксенон слишком редкий элемент на Земле.

Поскольку разгон с помощью электрореактивных двигателей занимает очень много времени, а сам разгон у Земли проходит в радиационных поясах, на первой стадии СЭРДУ в без экипажа доставляет две ракетные ступени с грузовыми посадочными кораблями на высокоэллиптическую промежуточную орбиту. Общая масса этой сборки составляет 150 тонн, мощность, вырабатываемая солнечными батареями, на начало полета составляет 1100 кВт. СЭРДУ требуется от 6 до 12 месяцев, чтобы самостоятельно вывести космический аппарат на трассу перелета к Марсу. Поэтому авторы выбрали комбинированную схему. После достижения апогее в 40000 км ракетные ступени с грузовыми кораблями отделяются от СЭРДУ. В перигее производится включение ЖРД разгонных блоков, после грузовые корабли отправляются к Марсу, а СЭРДУ своим ходом возвращается на низкую орбиту для последующего использования. Перелет грузовых кораблей к Марсу длится 6 месяцев.

На второй стадии СЭРДУ проводит такую же операцию с пилотируемым кораблем и еще одним разгонным блоком. Общая масса сборки без СЭРДУ составляет 109 тонн. К этому времени за счет радиации и других космических факторов мощность, вырабатываемая солнечными батареями, снизилась до 850 кВт. Вся раскрутка в радиационных поясах с помощью СЭРДУ проходит без экипажа. Он подсаживается в корабль непосредственно перед стартом к Марсу в апогее переходной орбиты. Его доставку обеспечивает небольшой корабль-такси. Разгон к Марсу аналогичен разгону грузовых кораблей, а СЭРДУ также возвращается на низкую орбиту. Дальнейший полет проходит по схеме, описанной К. Джустеном, Р. Шефером и С. Хоффманом.

Завершая обзор проектов марсианских экспедиций, появлявшихся в разное время в США (конечно же, не всех), стоит упомянуть и о еще одном проекте, который разработали в 1999 году студенты Калифорнийского технологического института (Калтех) Кристофер Хирата, Джейн Гринхэм, Натан Браун и Дерек Шэннон, которых консультировал сотрудник Лаборатории реактивного движения (JPL) Джеймса Бёрка. Их работа явилась вкладом Калтеха в процесс планирования исследований НАСА, проводимый университетами США. Студенческий проект построен на идее прямого полета на Марс, предложенного Зубриным. При этом используется максимальное количество отработанных решений и технологий и минимальное количество новых, а также политически чувствительных технологий типа ядерной энергии. Кроме того, в основу проекта положены максимальная безопасность экипажа и максимальная научная отдача.

Для реализации марсианской экспедиции авторы предложили создать целое семейство тяжелых ракет носителей «Кахира», так на арабском языке называется Марс. Первая экспедиция, запланированная на 2014 год, требует запуска шести тяжелых трехступенчатых ракет-носителей Q3041 со стартовой массой 2500 тонн, каждая из которых способна вывести на траекторию полета к Марсу груз массой 55 тонн, а также одной двухступенчатой ракеты Q1310, способной вывести на околоземную орбиту груз массой 70 тонн. При последующих экспедициях уже будут использоваться ракеты Q1010 грузоподъемностью 40 тонн. Все ракеты используют существующие ЖРД и твердотопливные ускорители. Так ракета Q1310 отличается от Q1010 наличием трех твердотопливных ускорителей «Кастор 120» на первой ступени. Разгонная ступень, с помощью которой корабль отправляется к Марсу, унифицирована с третьей ступенью ракеты Q3041 и со вторыми ступенями ракет Q1310 и Q1010.

Базовыми элементами марсианского экспедиционного комплекса являются корабля для возвращения экипажа и его производные, грузовой корабль и жилой модуль. Корабль для возвращения экипажа, рассчитанный на экипаж из пяти космонавтов, обеспечивает сближение и стыковку, аэродинамическое торможение в атмосфере Марса и Земли, посадку на Землю и Марс, а также взлет с поверхности Марса. Он представляет собой конус с небольшой цилиндрической носовой частью. Базовая конструкция с диаметром теплозащитного экрана 6,5 метров служит основой для спускаемого аппарата, марсианской взлетной ракеты и марсианского вездехода. При этом спускаемый аппарат весит 15,5 тонн, взлетная ракета 16 тонн, дублер возвращаемого корабля 11 тонн, а вездеход 19 тонн. Марсианский взлетный корабль имеет в своем составе две ракетные ступени и установку по производству ракетного топлива, а корабль для возвращения на Землю только одну ракетную ступень. Аналогично устройство и корабля-дублера, но на нем отсутствуют запасы продовольствия и система жизнеобеспечения замкнутого цикла.

Грузовой корабль обеспечивает доставку на Марс ядерной энергоустановки, научного оборудования и 10 тонн водорода для обеспечения работы установки по производству ракетного топлива. Посадочная платформа грузового корабля может перемещаться для доставки топлива на марсианский взлетный корабль.

Жилой модуль представляет собой цилиндр с закругленными торцами длиной и диаметром по 6,5 метров и массой 24,2 тонны. В его состав входят также 6 скафандров для выхода космонавтов на поверхность Марса и один открытый вездеход.

После старта с околоземной орбиты жилой модуль отделяется от разгонного блока, оставаясь связанным с ним 125-метровой алюминиевой фермой. Вращаясь вокруг общего центра масс со скоростью, эта конструкция позволяет создать для космонавтов силу тяжести равную земной.

Первая марсианская экспедиция начинается запуском 1 июля 2011 года ракеты-носителя Q3041 с беспилотным кораблем для возвращения на Землю. Он летит к Марсу по медленной, энергетически более выгодной траектории, поэтому прибывает к Марсу только 15 июля 2013 года и после аэродинамического торможения выходит на орбиту ожидания. 27 октября 2011 года такая же ракета выводит к Марсу грузовой корабль, но он прибывает раньше (24 августа 2012 года) и с помощью аэродинамического торможения выходит на орбиту, а затем совершает посадку на поверхность планеты. Грузовой корабль доставляет на Марс ядерный реактор и посадочный маяк. И наконец, 11 ноября 2011 года к Марсу запускается взлетный корабль без экипажа, который 7 сентября 2012 года совершает посадку около грузового корабля. Посадочная платформа грузового корабля подъезжает к взлетному корабля для подключения к ядерной энергоустановке. Получаемая от реактора электроэнергия позволяет запустить топливную фабрику, доставленную вместе с взлетным кораблем.

Уже после того, как выработано определенное количество топлива, 20 ноября 2013 года с Земли запускается марсианский взлетный корабль без экипажа для следующей экспедиции. Вскоре после этого запускается грузовой корабль для следующей экспедиции с вездеходом и запасом водорода, предназначенным для обеспечения работы топливной фабрики.

В начале января 2014 года завершается заполнение баков первой и второй ступеней взлетного корабля «местным» топливом (30 тонн метана и 106 тонн жидкого кислорода). А фабрика продолжает вырабатывать топливо для следующих экспедиций. Вскоре после этого ракета-носитель Q3041 выводит на орбиту жилой модуль с разгонным блоком. 11 января 2014 экипаж из пяти человек в возвращаемом корабле или командно-служебном модуле стартует на ракете Q1310. После стыковки вся связка с помощью разгонного блока выводится на траекторию полета к Марсу.

Уже на трассе Земля-Марс возвращаемый корабль отделяется от жилого модуля и летит в беспилотном режиме неподалеку на случай аварии жилого модуля. Если же она произойдет, то экипаж может в возвращаемом корабле, облетев Марс, вернуться на Землю через два года полета.

25 мая 2014 года космонавты прибывают к Марсу после 134 дней полета. Возвращаемый корабль пролетает мимо планеты, а жилой модуль с помощью аэродинамического торможения выходит на орбиту, а затем совершает посадку рядом со взлетным и грузовым кораблями.

4 июля 2016 года там же совершает посадку еще один грузовой корабль с вездеходом, который используется космонавтами для исследования удаленных областей планеты. 15 сентября 2016 года в том же районе садится еще один взлетный корабль, который предназначен для второй экспедиции, но может быть использован экипажем первой в случае аварии своего. После его посадки к нему перемещается топливная фабрика, и начинается заполнение топливом его баков.

25 декабря 2015 года беспилотный возвращаемый корабль с помощью аэродинамического торможения выходит на орбиту Земли для его последующего использования второй экспедицией. Первая экспедиция стартует с марсианской поверхности 27 января 2016 года. Выйдя на орбиту они стыкуются с орбитальным кораблем, после чего вся экспедиция стартует к Земле. При этом до самого подлета к Земле в составе экспедиции остаются и жилой модуль взлетного корабля, и жилой модуль орбитального корабля. Наличие в составе обоих кораблей аэродинамического тормозного экрана позволяет экипажу на любом из них выйти на орбиту Земли без посадки на ее поверхность. Эти же корабли после восстановления могут быть использованы для последующих экспедиций.

В общем-то, идеи, заложенные в проекте студентов Калтеха, встречались и у других. Но, может быть, именно им из-за своей молодости удастся осуществить свою мечту – полет человека на Марс.

Пока же на пути всех заинтересованных в разработке марсианской экспедиции непреодолимым препятствием встают финансовые проблемы. В предыдущей главе уже рассказывалось о полете человека на Луну, проходившее под флагом соревнования двух социальных систем и вылившееся в космическую гонку между СССР и США. Стремление опередить потенциального противника приводило к неоправданным тратам, зато цель была достигнута. В настоящее время ни одна страна, даже США, не будет тратить колоссальные деньги на столь грандиозный технический проект. Соперничество не только в космосе, но и в других сферах человеческой деятельности, постепенно превращается в сотрудничество. Ярким примером тому является Международная космическая станция. Этот поворот не мог не отразиться и на проектах марсианских экспедиций.

С 14 по 16 сентября 1998 года в Институте космических исследований Российской Академии наук в Москве состоялось международное совещание под названием «Экспедиция к Марсу», организованное РКК «Энергия», ИКИ РАН, а также Планетарным обществом США и его исполнительным директором Луисом Фридманом. На совещании были представлены проекты марсианской экспедиции РКК «Энергия» Космического центра НАСА имени Джонсона, а также Исследовательского центра имени М. В. Келдыша.

От РКК «Энергия» проект марсианского экспедиционного комплекса представил Леонид Александрович Горшков, много лет возглавляющий это направление на предприятии. В принципе, этот проект явился дальнейшим развитием проекта 1989 года. Тем не менее, были и отличия. Первое, что бросается в глаза, это – наличие одного ромбовидного каркаса с солнечными батареями со стороной 400 метров вместо двух ромбовидных каркасов со стороной по 200 метров. Точно в центре ромба расположен солнечный буксир, соединенный с жилым модулем и марсианским посадочным аппаратом. В качестве электроракетного двигателя солнечного буксира используются сборки из двигателей с анодным слоем разработки ЦНИИМАШ. Масса солнечного буксира составляет 210-250 тонн, из которых – 160 тонн рабочего тела (ксенон).

Основой марсианского экспедиционного корабля является цилиндрический жилой (орбитальный) модуль массой 80 тонн. Он включает в себя радиационное убежище с каютами членов экипажа из 4 человек, командный пост, шлюзовую камеру и стыковочный узел. Для уменьшения запасов продуктов питания в жилом модуле имеется оранжерея для выращивания различных овощей. Она же является элементом частично замкнутой системы жизнеобеспечения.

Еще одним элементом экспедиционного комплекса является марсианский двухместный посадочный корабль массой 60 тонн, в состав которого входит и взлетная ракета массой 25 тонн. Было рассмотрено несколько вариантов МПК с аэродинамическим качеством 0,3-0,5; 0,5-1,0 и 1,0-1,5, однако на совещании был представлен вариант марсианского посадочного корабля, напоминающий вариант из аванпроекта 1969 года.

Общая масса марсианского экспедиционного комплекса составляет около 400 тонн. Для сборки его на орбите потребовалось бы 5 ракет-носителей «Энергия». Впрочем, Л. А. Горшков отметил, что к моменту начала реализации марсианской экспедиции вряд ли удастся возобновить производство ракет «Энергия» и придется создавать новую ракету-носитель тяжелого класса.

Сборка марсианского комплекса выполняется автономно, без использования в качестве базы той или иной орбитальной станции. Первым на орбиту высотой 500 км выводится жилой модуль, на который транспортными кораблями доставляются сменные экипажи сборки и испытаний. В течение нескольких месяцев последовательно запускаются элементы солнечного буксира, последним доставляется марсианский посадочный аппарат. Экипажи сборки и испытаний развертывают батареи солнечного буксира и проводят испытания комплекса, а затем прибывает экипаж марсианской экспедиции из четырех человек.

Разгон с орбиты ИСЗ по спиральной траектории до отлетной скорости выполняется с помощью ЭРДУ в течение примерно трех месяцев. В течение 20 суток, когда комплекс проходит через радиационные пояса, экипаж укрывается в радиационном убежище. Для выхода на орбиту Марса, схода с нее и возвращения на орбиту Земли также используется солнечный буксир. После выхода на околомарсианскую орбиту два человека из экипажа, используя МПК, совершают посадку на поверхность Марса, где проводят исследования в течение 7-30 суток.

Подготовку и реализацию марсианской экспедиции предполагалось провести в три этапа. На первой, в 1999-2005 годах, на базе станции «Мир» и российского сегмента МКС отрабатываются использование электрореактивных двигателей (проекты «Модуль-М», «Модуль-М2» и «Марс-Модуль». Причем «Модуль-М» представляет собой грузовой корабль «Прогресс М» с установленными на нем электрореактивными двигателями с анодным слоем, а «Марс-Модуль» – масштабный прототип пилотируемого марсианского корабля.

На втором этапе, в 2010-2012 годах, проводится генеральная репетиция марсианской экспедиции в беспилотном варианте. Служебный (орбитальный) модуль не включается в состав комплекса – он отрабатывается в пилотируемом режиме на орбите ИСЗ. Вместо него к Марсу отправляется второй посадочный аппарат. Первый посадочный аппарат заберет образцы марсианского грунта и вернет их на Землю. Второй вместо взлетной ракеты будет нести полезную нагрузку, в качестве которой рассматривается комплект из десяти марсоходов массой по 1,5-2 тонны с большим радиусом действия. Они могли бы пройти по разным маршрутам и выполнить огромный объем научных исследований.

На третьем этапе реализуется первая пилотируемая экспедиция, старт которой может быть осуществлен в 2015 году, а длительность составит два года. Если в ее задачи включено развертывание марсианской базы, длительность работы экипажа на поверхности Марса составит от 7 до 30 суток. Если на этапе беспилотных исследований выяснится, что такая база (или радиационное убежище) необходимо, ее оборудование может быть доставлено одновременно с марсоходами, а первая пилотируемая экспедиция продлится дольше.

Надо сказать, что у проекта, предложенного РКК «Энергия», довольно много достоинств. Он хорошо проработан. Технические идеи и решения, заложенные в проект, доступны уже сегодня, а многие из них прошли проверку в космосе и, в частности, на борту орбитального комплекса «Мир». Кроме того, максимальная продолжительность человека в космосе доведена до 14,5 месяцев (Валерий Поляков). Пожалуй, единственным недостатком проекта является необходимость длительного пребывания космонавтов в радиационных поясах Земли на пути к Марсу и обратно. Поэтому в РКК «Энергия» рассматривается и вариант посадки спускаемого аппарата с экипажем на Землю с подлетной траектории.

НАСА было представлено двумя докладами. В одном из них Луис Фридман изложил план и задачи беспилотных пусков к Марсу, которые бы подготовили полет человека на Марс. С проектом пилотируемого полета выступил руководитель Отдела исследований Космического центра имени Джонсона Даглас Кук. В качестве основных отличий проекта НАСА были производство топлива на Марсе из местных ресурсов, использование аэродинамического торможения для выхода на орбиту и применение надувных жилых отсеков. Правда, новшеством это можно было назвать весьма условно, поскольку все это кочевало из проекта в проект на протяжении последнего десятилетия. Тем не менее, по оценкам специалистов НАСА использование ЭРД дает снижение массы на 55, аэродинамическое торможение – на 40-45, использование местных ресурсов – на 21-25. Вместе взятые эти три решения сокращают массу комплекса на 68 по сравнению с вариантом с ЖРД на всех ступенях. Надувные конструкции дают 25-процентное снижение массы жилых модулей. Замкнутый цикл жизнеобеспечения также дает экономию в 25. Однако для реализации пилотируемой экспедиции с такими техническими решениями требуется огромный объем предварительных испытаний, которые предполагается провести в пусках к Марсу автоматических станций.

Для реализации марсианской экспедиции по проекту НАСА необходимо создание тяжелой ракеты-носителя грузоподъемностью 80 тонн, получившей название «Магнум». Ее основу составляет подвесной топливный бак шаттла с тремя ЖРД SSME и два возвращаемых жидкостных стартовых ускорителя, которые предполагается разработать взамен твердотопливных. Необычным же в ней является головной обтекатель, который предполагается использовать в качестве аэродинамического экрана (его еще назвали «санками») для вывода модулей на марсианскую орбиту и посадки на поверхность планеты.

Для разгона пилотируемого корабля к Марсу также используется солнечный буксир многоразового использования с ЭРД. Однако в отличии от проекта РКК «Энергия» сам буксир до Марса не долетает. Он обеспечивает в течение 9-12 месяцев перевод марсианского корабля с низкой на высокую эллиптическую околоземную орбиту, после чего возвращается обратно. Во избежание длительного нахождения экипажа в радиационных поясах он подсаживается в экспедиционный корабль уже на эллиптической орбите, куда его доставляет транспортный корабль. Для разгона к Марсу в перицентре орбиты включается ЖРД самого корабля. Основу солнечного буксира составляют веероподобные конструкции солнечных батарей максимальным размахом 185 метров, общей площадью 7100 м2 и выходной электрической мощностью 800 кВт.

По одной из схем, предложенной НАСА, при первом запуске в 2016 году к Марсу отправляются корабль для полета к Земле и ракетный блок для увода его от Марса. С помощью аэродинамического торможения они выходят на околомарсианскую эллиптическую орбиту ожидания с периодом равным одним марсианским суткам (сол). Одновременно комплекс в составе взлетной ракеты, установки для производства компонентов топлива, научной аппаратуры и ядерного источника питания садится на поверхность с подлетной траектории. Вторым пуском в 2018 году выводится к Марсу жилой модуль с экипажем, который с помощью аэродинамического торможения выходит на марсианскую орбиту, а затем совершает посадку на поверхность планеты. После проведения исследований и выработки необходимого количества топлива из местных ресурсов космонавты стартуют с поверхности и стыкуются с орбитальным кораблем. Далее этот корабль выводится с помощью ракетного блока с ЖРД на трассу перелета Марс-Земля. Также с помощью аэродинамического торможения корабль переводится с пролетной траектории на околоземную орбиту, откуда космонавтов забирает шаттл.

В качестве жилого модуля марсианской экспедиции НАСА предложило использовать надувной модуль типа «Трансхэб», проект которого одно время рассматривался для использования на МКС. В сложенном состоянии он весит всего лишь 11,8 тонны, и его можно вывести на орбиту в грузовом отсеке шаттла. После развертывания надувной модуль имеет высоту 12,2 метра, а диаметр – 8,2 метра. Такие размеры модуля позволяют без проблем сделать его трехэтажным и разместить на нем отдельные каюты для шести членов экипажа и даже большую кают-компанию с обеденным столом на 12 персон.

Как уже отмечалось, такой подход НАСА к реализации марсианской экспедиции достаточно перспективен, однако для первого пилотируемого полета на Марс в нем слишком много новых технологий, возможность использования которых еще требует подтверждения.

Кроме вышеупомянутых проектов с отдельным докладом выступил Виталий Семенов из Исследовательского центра имени М. В. Келдыша. В нем был представлен проект марсианской экспедиции, проработка которого ведется в созданном под эгидой Минатома России Международном научно-техническом центре с участием специалистов Центра Льюиса НАСА, компании «Рокетдайн» и CNES. Работа в такой серьезной компании не могла не принести положительных результатов.

Поначалу за основу был взят проект марсианского комплекса с ЯРД, разработанный в конце 80-х годов совместно Курчатовским институтом и НИИТП (ныне Исследовательский центр имени М. В. Келдыша). В качестве ядерных ракетных двигателей предлагалось использовать связку из четырех РД0410 с суммарной тягой 80 тонн, отдельные элементы которого уже прошли испытания. Этот двигатель мог работать в двух режимах. Его можно было использовать и как ракетный двигатель с удельным импульсом 927 секунд, и как ядерную энергоустановку с тепловой мощностью 1200 МВт и электрической мощностью от 50 до 200 кВт. При такой вырабатываемой мощности необходимо было иметь радиаторы площадью 600 м2. Для защиты экипажа из 5 человек от излучения ядерного реактора сам корабль окружен баками с жидким водородом.

Марсианский экспедиционный комплекс по проекту Курчатовского института и Исследовательского центра имени М. В. Келдыша (НИИТП) от 1994 года состоит из двигательной установки – четыре ЯРД РД0410, радиатора для сброса тепла, шести баков с жидким водородом длиной по 36,5 метров (четыре бака диаметром 6 метров для разгона к Марсу и два бака диаметром по 5 метров для выхода на орбиту Марса и схода с нее), жилого модуля типа базового блока станции «Мир» длиной 33 метра и диаметром 5,5 метров с несколькими стыковочными узлами и радиационным убежищем, марсианского посадочного корабля длиной 13 метров и диаметром 3,8 метра, а также аппарата для возвращения на Землю, аналогичного по форме МПК. Стартовая масса комплекса составляет 800 тонн, из которых 400 тонн – топливо. Общая длина комплекса – 84 метра. Продолжительность всей экспедиции составляет 460 суток.

Однако для международного сообщества необходимость использования ядерных двигателей связано с возможностью радиационного загрязнения окружающей среды. Именно поэтому и в нашей стране, и за рубежом предпочитают пока для межпланетных перелетов использовать экологически чистые двигатели, например, солнечные энергодвигательные установки. В конечном итоге, в проекте Международного научно-технического центра специалисты остановились на том же. Через три года в январе 2001 года в Голландии состоялась защита аванпроекта марсианской экспедиции, состоящего из 13 томов.

Проектом предусматривается первый пилотируемый полет на Марс в 2014-2016 годах. При этом сначала к Марсу отправляется грузовой корабль массой 143 тонны, а через 9 месяцев после него – пилотируемый корабль массой 585 тонн с экипажем из 6 человек. Разгон грузового корабля производится с помощью электрореактивных двигателей (общая площадь солнечных батарей 60 тысяч квадратных метров), и время его полета до Марса составляет 474 суток. Во избежание воздействия радиационных поясов на космонавтов пилотируемый корабль разгоняется с помощью ЖРД, поэтому его перелет длится 191 сутки. В результате они прибывают к Марсу почти одновременно.

Высота марсианской орбиты грузового корабля составляет 400 км, а пилотируемого корабля – от 1000 до 20000 км. После прибытия трое космонавтов (пилот и двое ученых – биолог и геолог) на космическом такси перелетают на грузовой корабль, а командир, бортинженер и врач остаются на орбите. В составе грузового корабля находятся два посадочных корабля длиной по 22 метра. При этом первый из них совершает автоматическую посадку на поверхность Марса, а следом за ним на другом космонавты сами садятся на поверхность рядом с первым. В отличие от большинства предыдущих проектов посадочная конфигурация горизонтальная как у бокового блока «А» ракеты-носителя «Энергия». Впрочем, на заре проекта «Аполлон» предлагалась аналогичная конфигурация для лунного посадочного модуля. Каждый из них имеет в своем составе взлетную ракету и герметичный вездеход, который одновременно является лабораторно-жилым модулем. Это повышает надежность экспедиции в случае аварии одного из посадочных кораблей.

После окончания исследований в течение месяца космонавты стартуют с поверхности Марса и стыкуются с орбитальным кораблем. Оставшийся на поверхности взлетно-посадочный корабль в случае его исправности будет использован второй пилотируемой экспедицией.

Обратный путь космонавтов будет дольше и займет 390 суток. Таким образом, вся пилотируемая экспедиция без учета полета грузового корабля продлиться 615 суток.

Для сборки марсианских кораблей их модули предлагается выводить на околоземную орбиту не тяжелыми ракетами класса «Сатурн-5» или «Энергия» грузоподъемностью более 100 тонн, которые слишком дороги и вряд ли будут востребованы для других программ. Их можно заменить носителями более легкого класса, например: «Энергия-М» грузоподъемностью 35-40 тонн, «Ангара-4В» грузоподъемностью 35 тонн или даже «Ариан-5», способный вывести на низкую орбиту груз массой около 20 тонн. Так для сборки пятимодульного грузового корабля массой 143 тонны потребуется запуск в течение 3-4 месяцев пяти носителей такого класса, что вполне реально. Для сборки пилотируемого корабля массой 585 тонн потребуется больше времени и не менее 15 пусков. Для одной страны это, может быть, и много, но с учетом международной кооперации и участия в проекте России, США и Европы такой график вполне по силам.

Как мне кажется, такой проект символичен. Участие в нем специалистов разных стран показывает путь, который может привести к реальному полету человека на Марс уже в ближайшем будущем. Сейчас трудно сказать, когда произойдет это событие, но уже ясно, что это будет международная экспедиция с участием многих государств.

Хотя РКК «Энергия» принимает активное участие в проекте марсианской экспедиции Международного научно-технического центра, ее специалисты под руководством Ю. П. Семенова и Л. А. Горшкова продолжают собственные проработки. В принципе, нынешний проект продолжает линию РКК «Энергия», проводимую в течение десятилетий. Однако в 1999 году в него были внесены некоторые изменения. Во-первых, вернулись к прежней конструкции солнечных батарей, то есть вместо одной большой две поменьше. Во-вторых, к одному посадочному кораблю был добавлен грузовой аналогичной конструкции. И, наконец, изменилась форма самого посадочного аппарата. Начав с фарообразного посадочного аппарата с аэродинамическим щитком-зонтиком, через несущий корпус пришли к дискообразному посадочному аппарату, напоминающему летающую тарелку.

Сам межпланетный экспедиционный комплекс, начальная масса которого составляет около 600 тонн, состоит из следующих основных частей:

• межпланетного орбитального корабля, в котором живет и работает экипаж из 6 человек в течение всей экспедиции, и в котором размещена вся основная аппаратура;

• электрореактивной двигательной установки тягой 30 кг с солнечными батареями мощностью 15 МВт в качестве источника энергии, обеспечивающей перелет от Земли к Марсу и обратно;

• посадочного корабля массой 70 тонн со взлетным модулем, на котором часть экипажа садится на планету и возвращается на основную часть комплекса.

Орбитальный корабль по форме напоминает базовый блок орбитального комплекса «Мир», однако значительно больше его. Масса корабля составляет 70 тонн, его максимальный диаметр – 6,2 метра, а минимальный – 2,5 метра. В зоне максимального диаметра расположены два жилых отсека, два переходных отсека, агрегатный отсек, тренажерно-медицинский отсек, бытовой и исследовательский отсеки. В средней зоне, чей диаметр составляет 4,1 метра расположен рабочий отсек, а в зоне малого диаметра барокамера и шлюзовой отсек. Общий объем гермоотсеков составляет 410 м3. Как и на базовом блоке «Мира» на орбитальном корабле в районе зоны среднего диаметра установлены две панели солнечных батарей мощностью 30 кВт. Так же, как и на базовом блоке «Мира» на орбитальном корабле имеется шесть стыковочных узлов, из которых два осевых. Но в отличие от «Мира» здесь боковые стыковочные узлы размещены на корпусе большого диаметра.

Как уже говорилось, для взлетно-посадочного корабля выбрана форма диска диаметром около 24 метров. Собственно говоря, диск является лишь оболочкой, которая защищает взлетно-посадочный корабль на этапах выведения на околоземную орбиту, а также при входе в атмосферу Марса. Перед посадкой эта оболочка сбрасывается, а сама посадка совершается с помощью двигателей. Внутри диска расположены двухступенчатая взлетная ракета, лабораторно-жилой модуль и герметичный вездеход. Стартовая масса ВПК составляет 70 тонн, его масса перед сходом с орбиты Марса – 62 тонны, на поверхности – 40 тонн. Масса взлетного модуля составляет 22 тонны, а масса взлетной кабины – 4,3 тонны. Время пребывания космонавтов на поверхности Марса составляет от 30 до 60 суток.

После сборки и проверки экспедиционного комплекса на орбите место экипажа сборщиков занимает основной экипаж. Поскольку тягу создают электрореактивные двигатели малой тяги разгон происходит по спирали и длится до выхода из сферы притяжения Земли 3 месяца. Перелет к Марсу длится 8 месяцев, причем почти весь этот участок продолжают работать ЭРД. При подлете к сфере притяжения Марса происходит скрутка по спирали для выхода на околомарсианскую орбиту. После окончания исследования Марса полет к Земле происходит в обратной последовательности, только вместо 8 месяцев сам обратный перелет занимает 7 месяцев.

После выхода на околоземную орбиту экипаж экспедиционного комплекса возвращается на Землю на обычном транспортном корабле. Использование электрореактивных двигателей и солнечных батарей позволяет сделать марсианский корабль многоразовым, что позволяет расширить программу летной отработки и существенно снизить стоимость программы освоения Марса. Сам марсианский корабль после возвращения на орбиту Земли можно использовать как орбитальную станцию или орбитальный завод для производства энергоемкой продукции. Кроме того, он же может быть использован для полетов на Луну или снова на Марс. Правда, при этом нужно будет дозаправить его топливом и заменить пленочные солнечные батареи из-за их деградации под воздействием космической радиации.

Несмотря на то, что работа непосредственно над проектом марсианской экспедиции ведется исключительно на бумажном уровне, а в российском бюджете нет даже намека на полет человека к Марсу, многие технические решения, которые предполагается использовать, уже опробованы, или это будет сделано в ближайшие годы. Достаточно будет отметить доведение продолжительности пребывания человека в условиях невесомости до почти полутора лет, развертывание на борту орбитального комплекса «Мир» больших ферменных конструкций типа «Рапана», «Софора», а также радиотелескопа КРТ10 и рефлектора. Кроме того, прошли испытания в условиях космического пространства электрореактивные двигатели типа ДАС55 и тонкопленочные покрытия в экспериментах «Знамя», правда, без фотопреобразователей. Впрочем, на внешней поверхности орбитальной станции «Мир» в октябре 1998 года было проведено экспонирование тонкопленочной солнечной батареи с аморфным кремнием (толщина 20 мкм).Уже есть серьезные наработки по системам жизнеобеспечения «с замкнутым циклом» по кислороду и воде. Накоплен большой опыт по стыковкам на орбите космических аппаратов, в том числе в беспилотном режиме, по работе космонавтов в открытом космосе и по выведению на околоземную орбиту тяжелых грузов массой порядка 100 тонн с помощью ракетных систем типа «Сатурн-5», «Энергия» и «Спейс Шаттл».

На ближайшие годы планируется создание серии модулей прообразов марсианских кораблей, доставляемых на орбитальную станцию грузовыми кораблями «Прогресс». Первый экспериментальный аппарат «Модуль-М» массой 225 кг планируется доставить на МКС в составе корабля «Прогресс», после чего экипаж при выходе в открытый космос выполнит сборку аппарата и отвод его от станции. Аппарат с помощью маршевых электрореактивных двигателей ДАС38 тягой 3,5 грамма при удельном импульсе 2100 секунд осуществит подъем орбиты до 1200 км. Во время этого полета будут проведены исследования по влиянию на аппаратуру длительной работы электрореактивных двигателей.

Следующий аппарат «Модуль М2» массой 960 кг планируется направить в точку Лагранжа L1 (Н = 1,5 млн. км). На нем будут установлены ЭРД ДАС55. Наряду с отработкой принципиальных проблем полета межпланетного корабля, этот аппарат планируется использовать для предупреждения о магнитных бурях на Земле, вызванных солнечной активностью.

И, наконец, «Марс-модуль» массой 2600 кг планируется направить к Марсу для проведения его исследования. На нем будут установлены те же самые ЭРД ДАС100, которые предполагается установить на пилотируемом марсианском корабле. Тяга одного модуля ДАС100 составляет 30 грамм при удельном импульсе 4000 секунд. Он будет первым аппаратом, который одновременно с отработкой межпланетного корабля будет предназначен для исследования Марса с помощью доставляемой на нем аппаратуры дистанционного зондирования и спускаемых аппаратов с необходимым оборудованием. При этом обеспечивается длительность функционирования аппаратуры на орбите Марса более двух лет. При необходимости этот аппарат способен вернуться на околоземную орбиту. С помощью «Марс-модуля» возможно решение следующих задач:

• исследование климата, поверхности и внутреннего строения Марса;

• глобальная фотосъемка поверхности Марса;

• дистанционное зондирование Марса.

Основная особенность серии аппаратов для отработки межпланетного комплекса – доставка их на МКС в составе кораблей «Прогресс» с последующей их сборкой силами экипажа станции. Реализация этих планов связана со стабильным финансированием, а с этим в нашей не очень. Впрочем, в этой ситуации возможен выход лишь с привлечением широкой международной кооперации как это произошло при создании Международной космической станции. В этом случае можно распределить нагрузку на несколько высокоразвитых стран, включая США, Японию, Канаду и страны Европы. Многое здесь будет зависеть от политической воли лидеров этих стран. Тогда соображения финансового порядка отойдут на второй план. Правда, такое вряд ли произойдет до окончания строительства Международной космической станции, то есть до 2006 года. Но к этому времени необходимо подготовить детально проработанный и реалистичный проект марсианской экспедиции. Что ж, до 2006 года осталось времени не так много. Будем ждать.

Итак, на протяжении всей главы рассматривались многочисленные проекты полета человека на Марс. Что ж, такой интерес к Марсу вполне объясним, поскольку после Луны это самый достижимый объект в космосе. Это касается и его удаленности от Земли, и условий, с которыми столкнутся космонавты на его поверхности. Правда, Венера находится к Земле несколько ближе, и полет к ней гораздо проще чем к Марсу. Одно время Венера в произведениях фантастов занимала не меньшее место. Достаточно вспомнить «Венериану» Эдгара Берроуза, «Астронавтов» Станислава Лема или «Страну багровых туч» братьев Стругацких. Однако условия на поверхности этой планеты таковы, что вряд ли когда-нибудь нога человека коснется ее. По-видимому, в обозримом будущем Венеру будут исследовать только роботы.

Полеты к малым планетам или астероидам типа Церера, Паллада, Веста сравнимы с полетами к Марсу, а точнее – к Фобосу или Деймосу. Ведь посадка на эти небесные тела с малой силой тяжести требует небольших затрат, а значит и масса полезного груза будет меньше чем при полетах к Марсу. Затруднение могут вызвать слабая изученность рельефа астероидов и большая удаленность их от Земли и Солнца. Последнее обстоятельство вызывает необходимость увеличения площади солнечных батарей в случае применения солнечной электродвигательной установки. Но задача эта решаема.

Гораздо сложнее обстоит дело с внешними планетами Солнечной системы. Правда, до сих пор неизвестно, есть ли у планет-гигантов твердая поверхность? Зато у их спутников она определенно есть, и многие из них вызывают неподдельный интерес ученых-планетологов, например: спутники Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто; спутник Сатурна Титан; спутник Нептуна Тритон и другие. В этом ряду и самая дальняя планета Солнечной системы Плутон со своим спутником Хароном. Очевидно, что из-за своей удаленности от Солнца полет к ним с помощью солнечной электродвигательной установки невозможен. Хотя сами электрореактивные двигатели могли бы использоваться, но для них нужен другой источник энергоснабжения. Первое, что приходит в голову, это – ядерные энергоустановки. Тем более, что опыт использования их в космосе есть. Так, в частности, на советских космических аппаратах «Плазма-А» ядерная энергоустановка «Топаз-1» обеспечивала энергией не только бортовую аппаратуру, но и электрические плазменные двигатели, использовавшиеся как для проведения маневров на орбите, так и для ориентации спутника.

Конечно, для полетов к дальним планетам на борту пилотируемого корабля потребуется установить ядерный реактор значительно большей мощности, но это уже дело техники. Главное, что за счет высокого удельного импульса можно при приемлемой стартовой массе экспедиционного комплекса обеспечить полет, скажем, к Юпитеру и обратно. Замена электрореактивных двигателей на ядерные ракетные двигатели с твердофазной реакторной зоной, имеющих большую тягу, но в 3-5 раз меньший удельный импульс, уменьшит время пролета через радиационные пояса, но резко увеличит стартовую массу межпланетного комплекса на околоземной орбите. Даже использование ЯРД с газофазным реактором, создание которого с точки зрения сегодняшнего дня весьма проблематично, не даст больших преимуществ по сравнению с ЭЯРД, поскольку их удельные импульсы сопоставимы.

Казалось бы, вот он универсальный двигатель для полетов в пределах солнечной системы. Но, к сожалению, законы небесной механики неумолимы. Полеты к планетам с минимальными энергетическими затратами возможны лишь по гомановским траекториям, при этом чем дальше планета, тем, естественно, дольше длится экспедиция. И если к Марсу полет по такой траектории в оба конца составляет от 2,5 до 3 лет, то уже к Юпитеру экспедиция продлится 6 лет, к Сатурну 13 лет, к Урану 33 года, к Нептуну 27 лет, а к Плутону целых 92 года. Так долго не живут. Конечно, по дороге можно было бы использовать гравитационный маневр в поле тяготения попутных планет-гигантов. Но такое встречается редко, поэтому гравитационные маневры используются лишь автоматическими межпланетными станциями для полета в одну сторону, например, «Вояджер-1,2» и «Кассини».

Но кроме гомановских возможны также полеты и по параболическим траекториям, когда скорость близка к третьей космической, то есть 16,6 км/с. В этом случае продолжительность межпланетных экспедиций резко снижается. Так, например, продолжительность полета на Юпитер и обратно будет длится всего лишь 2,8 года, к Сатурну – 5,8 года, к Урану – около 14 лет, к Нептуну – 27 лет, а к Плутону – аж 39 лет. Разумеется, это тоже не сахар, но все ж таки получше. Однако полет по параболическим траекториям требует большой суммарной характеристической скорости, а, следовательно, и больших затрат топлива. ЯРД с твердофазным реактором не годится из-за малого удельного импульса, а использование ЭРД потребует слишком длительного разгона по спирали до третьей космической скорости и затем торможения. Применение газофазного ЯРД позволило бы совместить достоинства твердофазного ЯРД (большая тяга) и ЭРД (высокий удельный импульс). Но, как уже говорилось, до реализации идеи создания газофазного ЯРД еще очень далеко.

Возможно, окажется весьма плодотворной идея магнитоплазменного ракетного двигателя VASIMR, о котором уже рассказывалось в этой главе. В нем происходит разогрев плазмы и создание с ее помощью реактивной тяги. Причем по утверждению разработчиков этот двигатель может работать в режиме большой и малой тяг. Для обеспечения его работы энергией служит ядерная энергоустановка. В принципе, по такому же принципу работает и термоядерный реактор. В нем также происходит разогрев и удержание плазмы для обеспечения управляемого термоядерного синтеза. Если же выделяемая энергия при этом превысит потребляемую, то от ядерного реактора можно будет отказаться и получится термоядерный двигатель. Впрочем, устойчивый термоядерный синтез не получен пока даже в наземных экспериментальных установках, что уж говорить тогда о его использовании для полетов в космос.

Можно вспомнить и еще одну идею, упоминавшуюся в этой главе, – импульсный ядерный двигатель в проекте «Орион». В нем тягу космического корабля создавали взрывы ядерных зарядов. Сама идея достаточна реалистичная с точки зрения технологий сегодняшнего дня. Однако само накопление большого количества атомных бомб, предназначенных для полетов в космос, их транспортировка на орбиту представляет несомненную угрозу для всех живущих на Земле. Поэтому скорее будет уничтожено все ядерное оружие на Земле, чем политики примут решение об использовании его в космических полетах.

Вот и получается, что на сегодняшний день можно уверенно строить планы полетов лишь к Луне и Марсу, в крайнем случае, к Юпитеру. Все остальное пока недоступно. В таких условиях говорить об освоении человеком просторов Солнечной системы и уж тем более о заселении планет преждевременно. А как все это красиво выглядит в фантастических романах. Но неужели мы обречены сидеть десятилетиями или даже столетиями в ожидании революционного прорыва, который позволил бы нам осваивать далекие планеты. Впрочем, отдельные достаточно сумасшедшие идеи иногда появляются и сейчас.

Одна из них принадлежит киевскому исследователю Николаю Петровичу Разумному («Российская газета» от 6 сентября 1996 года). Под его руководством российские и украинские специалисты в течение 15 лет разрабатывали принципиально новый тип двигателя. В результате родился проект межпланетного корабля «РУСС». Он имеет форму «летающей тарелки» диаметром 270 метров и высотой 60 метров, а его грузоподъемность по расчетам должна составить 10 миллионов тонн!!! Главное в этом корабле, разумеется, двигатель. Для каждого этапа полета корабля существует свое топливо, в которое входит в общей сложности 40 металлических элементов. Для каждого типа топлива и свой тип двигателя. Сердце каждого двигателя – «улитка», сложная спираль, где и происходит расщепление элементов. Но продукты распада топлива не рассеиваются в пространстве. Они собираются и синтезируются в первоначальное состояние.

Корпус «РУСС» имеет два корпуса – один в другом. И в межкорпусном пространстве, в туннелях 14-километровой длины, спиралью обволакивающих звездолет, происходит синтез отработанного вещества – превращение его снова в полноценное топливо для двигательных установок. Каждая установка состоит из восьми секций, в которых превращаются в энергию по пять элементов в разных сочетаниях. В первых двух секциях главные элементы – барий и магний. Назначение этих секций – создать высокую температуру для запуска процессов в остальных шести. И если в первых двух секциях работает молекулярная физика, то в остальных – физика элементарных частиц.

К сожалению, нет подробного описания как работы самого двигателя, так и физико-химических процессов, лежащих в основе этого двигателя. Возможно, перед нами еще один «вечный двигатель» и нам остается уповать только на инопланетян, которые прилетят и подарят нам описание идеального ракетного двигателя. Впрочем, по утверждению некоторых журналистов, пишущих о НЛО, в сверхсекретной «зоне 51» в Грум-Лэйк (штат Невада) американские специалисты изучают одну из потерпевших аварию «летающих тарелок». Она якобы прилетела из звездной системы Дзета Ретикули, расположенной на расстоянии 30 световых лет от Солнца. Принцип работы двигателя «летающей тарелки» земным специалистам непонятен, однако известно, что в нем используется трансурановый элемент 115, а также искривление пространства и времени («Совершенно секретно» №5, 1999).

Можно ли верить таким сообщениям? Я думаю, в такой же степени как и сообщениям о катастрофе «летающей тарелки» в Розуэлле в 1947 году. Но если в этом что-то есть, и нас посетили пришельцы из других миров, то сразу возникает вопрос: а нам-то как долететь до звезд? Ясно, что все рассмотренные выше двигатели для этой цели непригодны. Для полетов к звездам нужны скорости близкие к скорости света, то есть 300 000 км/с, а для всех известных двигателей в том числе перспективных скорость истечения струи не превышает 150 км/с. Пропагандируемый же в научно-популярных брошюрах фотонный двигатель кажется такой же фантастикой, как транспортация или полет через гиперпространство со сверхсветовой скоростью. Ведь, как известно из тех же брошюр, в фотонной ракете для создания тяги используется реакция аннигиляции вещества и антивещества. Эту идею предложил еще в 1946 году американский физик И. Эккерт. Сразу возникает несколько вопросов. Где взять столько антивещества, если в обозримом пространстве оно даже не встречается? Как его хранить, если вся ракета сделана из вещества? И как защититься от мощного светового излучения, возникающего при аннигиляции, способного мгновенно испарить любой жаропрочный материал?

Ни на один из этих вопросов наука пока не дала ответа. Поэтому полеты к звездам сегодня являются прерогативой писателей-фантастов, для которых прыжок через гиперпространство в другую галактику обыденное явление. На долю науки остаются лишь робкие попытки достичь хотя бы ближайших к нам звезд. О проекте ученых Британского межпланетного общества «Дедал» я уже немного рассказывал в этой главе. Этот двухступенчатый межзвездный зонд колоссальных размеров (высота его 200 метров) предназначен для полета к звезде Бернарда, дальность до которой составляет около 15 световых лет. Основу «Дедала» составляет импульсный термоядерный двигатель. В качестве топлива используется изотоп водорода дейтерий и гелий-3, добытые в атмосфере Юпитера, причем первая ступень содержит 46000 тонн топлива, а вторая – 4000 тонны. Сборка зонда также осуществляется на орбите Юпитера. Активный участок длится 4 года, за которые зонд разгоняется до 12 от скорости света и преодолевает расстояние в 0,21 светового года. Оставшееся до звезды Бернарда расстояние «Дедал» покрывает за 46 лет.

Очевидно, что по многим параметрам этот проект просто неподъемен. Чего стоит только стартовая масса зонда в 50000 тонн, да еще собираемого на орбите Юпитера. Для решения такой задачи нужно как минимум свободно перемещаться в пределах Солнечной системы, а сегодня по орбите Юпитера кружит только один автоматический зонд «Галилей», масса которого не превышает одной тонны. Да и продолжительность экспедиции в 50 лет в одну сторону делает ее неприменимой для пилотируемых полетов.

Несколько иной вариант звездолета с импульсным термоядерным двигателем предложили ученые Института астрономии Российской Академии наук Александр Багров и Михаил Смирнов («Известия» от 17 апреля 1993 года). По их мнению в качестве отражателя частиц можно использовать мощное магнитное поле, создаваемое сверхпроводящим тор-генератором, имеющим форму бублика. Такой звездолет при стартовой массе 1110 тонн, из которых 960 тонн топлива, мог бы разогнаться до скорости 10000 км/с с последующим торможением у цели. Правда, это составляет всего лишь 3 от скорости света, поэтому полет даже к ближайшей звезде Проксима Центавра займет 120 лет. Однако в пределах Солнечной системы даже при скорости 1000 км/с полет до Плутона и обратно занял бы всего 4 месяца, а это уже делает достижимыми самые удаленные ее уголки.

Одним словом, полеты к другим звездам или галактикам – дело настолько далекого будущего, что вообще сомневаешься, а возможны ли они. Пока о них можно только мечтать. Впрочем, если будут обнаружены внеземные цивилизации, то скорее всего будут найдены способы получения информации о других мирах без совершения космических полетов к звездам. А на долю человека останется покорение планет Солнечной системы с целью освоения местных ресурсов.