вернёмся в начало?

К концу XX столетия человечество будет в состоянии послать пилотируемую экспедицию к планете Марс. Советский Союз, Соединенные Штаты и другие страны могли бы объединить ресурсы для осуществления совместного полета. Еще в 1969 г. была провозглашена долгосрочная программа Советского Союза в области пилотируемых полетов, в которой намечалось создание орбитальных станций и лабораторий со сменяемыми экипажами как основного средства широкого освоения космического пространства. Они станут «космодромами в космосе», стартовыми площадками для полетов на другие планеты. Возникнут крупные научные лаборатории для исследований космической технологии и биологии, медицины и геофизики, астрономии и астрофизики.

Академик Б. Н. Петров, в то время председатель Совета при АН СССР по международному сотрудничеству в области исследования и использования космического пространства «Интеркосмос», отмечал, что на орбитальных космических платформах можно будет осуществлять окончательную сборку систем космических кораблей, проводить тренировочные занятия космонавтов, которые будут привыкать к космическим условиям, а также принимать участие в сборке и проверке межпланетных кораблей.

В Советском Союзе существует программа, предусматривающая выведение в космос модулей космических кораблей и сборку орбитальных станций на околоземной орбите. Часть этой программы уже реализована на орбитальных станциях «Салют», запускаемых ракетой-носителем «Протон-D». Все эти усилия направлены на создание орбитальных заводов и станций с многоцелевым сменным оборудованием. В таких орбитальных цехах можно собирать и монтировать большие космические корабли для исследования Марса и других планет. Основоположник жидкостного двигателестроения в Советском Союзе академик В. П. Глушко считает, что космические корабли с комбинированными двигательными системами открывают большие возможности в исследовании планет Солнечной системы. Он полагает, что комбинация химических, ядерных и электроракетных двигателей позволит преодолевать огромные межпланетные расстояния с очень высокими скоростями и уменьшать времена перелетов от годов до месяцев.

Справа. Ядерная ракетная система подготовлена для испытания двигателя в Испытательном центре в шт. Невада. Реактор и сопло отчетливо видны над надписью NRX (NERVA Reactor Experiment - испытания реактора «Нерва»).

Попытка создать замкнутые биологические системы жизнеобеспечения для космических кораблей и станций должна быть реализована до полета на Марс. Пребывание космонавтов на орбите в течение длительного времени на космической станции «Салют» позволит накопить опыт, необходимый для полетов на Марс.
Слева. Пламя из реакторной установки «Феб-1 В» поднимается в небо во время стендового испытания в шт. Невада 24 февраля 1967 г. Эксперимент был частью программы исследований «Ровер».

Подобный курс широко обсуждался в США, когда НАСА разрабатывало в конце 60-х годов программу развития космической техники в постаполлоновский период, но затем расходы на войну во Вьетнаме и другие национальные соображения привели к резкому снижению ассигнований на космические исследования и необходимости завершения программы «Аполлон» на этапе ее расцвета.

Отвергнутый вариант

Идея посылки экспедиции на Марс не нова. Она была частью долговременной космической программы пилотируемых полетов, разработанной группой космических исследований в опьяняющие дни энтузиазма после первой триумфальной посадки человека на Луну. Археологи будущего, возможно, будут ломать голову, изучая заброшенную территорию в шт. Невада, названную «полем болванов», и окружающие ее бесплодные горы, ставшие такими после организации здесь НАСА и Комиссией по атомной энергии США Испытательного центра ядерных ракет и проведения серии испытаний (см. табл.), предваряющих создание первых экспериментальных летных образцов ядерных двигателей.

Принцип их устройства достаточно прост. Вместо камеры сгорания для сжигания жидкого водорода и жидкого кислорода в обычной ракете в ядерном двигателе имеется реактор с топливной композицией графит - обогащенный уран, который работает как источник тепла. Через каналы реактора прокачивается жидкий водород при высоком давлении, образующий при нагревании мощную истекающую струю. Кислород при этом не требуется. Привлекательность этого двигателя (хотя он более тяжелый и более дорогой) состоит в том, что реактор, действуя как теплообменник, повышает температуру водорода до такого уровня, при котором его удельная энергия возрастает на 70% (на с. 217 этот процесс представлен на рисунке).

В мае 1961 г. во время утверждения программы посадки корабля «Аполлон» на Луну было рекомендовано продолжать работы над ядерными ракетными двигателями. Был разработан проект «Нерва» (англ. NERVA — Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application — ядерный двигатель для применения на ракетных аппаратах). НАСА совместно с Комиссией по атомной энергии заключили контракт с промышленным объединением «Аэроджет дженерал корпорейшн» и «Вестингауз электрик корпорейшн» на создание двигателя «Нерва» тягой около 26 тс. Представитель НАСА разъяснил: „«Нерва» — ракетная ступень с ядерным двигателем — может обеспечить транспортировку автоматического космического корабля для исследования поверхностей Марса, Венеры, Меркурия, некоторых спутников Юпитера и астероидов. Доставка образцов грунта к Земле будет возможна лишь в некоторых случаях".

ИСПЫТАНИЯ РЕАКТОРА И ДВИГАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
НАЗВАНИЕ	ДАТА
«Киви-В4О» (одно испытание стендовой реакторной установки) «Киви-В4Е» (два испытания стендовой реакторной установки) NRX-A2 (два испытания стендовой реакторной установки) «Киви-TNT» NRX-A3 (три испытания стендовой реакторной установки) «Феб-1А» (одно испытание стендовой реакторной установки) NRX/EST (10 испытаний стендовой ядерной двигательной установки в сборе) NRX-A5 (два испытания стендовой реакторной установки) «Феб-1В» (одно испытание стендовой реакторной установки) «Феб-2» (холодные проливки) NRX-A6 (одно испытание стендовой реакторной установки)1 XECF (холодные проливки) «Феб-2А» (три испытания стендовой реакторной установки) «Пиви-1» (два испытания стендовой реакторной установки) ХЕ (28 испытаний стендовой ядерной двигательной установки в сборе)	Май 1964 г. Авг. 1964 г.- сент. 1964 г. Сент. 1964 г.- окт. 1964 г. Янв. 1965 г. Апр. 1965 г.- май 1965 г. Июнь 1965 г. Дек. 1965 г.- март 1966 г. Июнь 1966 г. Февр. 1967 г. Июль 1967 г.- авг. 1967 г. Дек. 1967 г.1 Февр. 1968 г.- апр. 1968 г. Июнь 1968 г.- июль 1968 г. Нояб. 1968 г.-дек. 1968 г. Дек. 1968 г.- авг. 1969 г.
1 Работал в течение 60 мин при полной мощности (1100 МВт).

Внизу. Система обслуживания экспериментальных ракетных реакторов в Испытательном центре в шт. Невада была укомплектована на железнодорожных платформах. На рисунке реактор XECF перевозится к месту проведения стендовых испытаний.

Вверху. Пилотируемый полет к Марсу. Художник попытался на основе материалов исследований полета к Марсу, проведенного в 1968 г. фирмой «Боинг» для НАСА, изобразить отлет с Земли пилотируемого межпланетного космического корабля. Возвращаемые ускорительные ступени уже отделены.

В полностью разработанном проекте экспедиции на Марс рассматривался двигатель «Нерва» больших размеров с тягой около 90 тс. Эта тяга значительно меньше, чем у больших химических ракет для запуска корабля «Аполлон», так как ядерная ракетная ступень включается на околоземной орбите. Для обеспечения характеристик, требуемых для межпланетного перелета, конструкторы предложили метод «строительного блока», в соответствии с которым отдельные модули «Нервы» можно соединять друг с другом, чтобы удовлетворить различным требованиям.

По соображениям безопасности было решено создать марсианский экспедиционный комплекс в составе двух одинаковых кораблей. В каждом корабле в специальных помещениях, похожих на те, которые предусмотрены для долговременных орбитальных станций, совершает полет экипаж в составе шести космонавтов. Покинув околоземную орбиту 12 ноября 1981 г. (согласно одному из планов полета), корабли должны бы быть состыкованы своими передними частями, как только будут сброшены навесные ускорители «Нервы». Эти ускорители предназначены для выведения корабля на траекторию полета к Марсу, в то время как маршевые двигатели и топливо резервируются для дальнейших операций. К концу перелета у Марса корабли должны бы быть расстыкованы и подготовлены для тормозных маневров, в результате которых они выводятся на орбиты спутников планеты.

Первый этап исследований Марса должен бы состоять в наблюдениях с орбиты и доставки на поверхность планеты автоматических зондов для проведения дополнительных исследований предполагаемых мест посадки. Когда результаты исследований будут проанализированы, посадочные группы доставляются на поверхность в спускаемых аппаратах, подобных посадочной ступени лунной кабины космического корабля «Аполлон», в то время как участники экспедиции, оставшиеся в основные блоках, продолжают проводить с орбиты научные исследования поверхности планеты и ее атмосферы. Для непосредственного исследования планеты посадочные группы располагают электрическими самоходными установками с приборами для проведения экспресс-анализа образцов горных пород и почв. Время пребывания посадочных групп на поверхности Марса ограничено 30 сут.

Однако обратный полет к Земле не может начаться немедленно после возвращения посадочных групп на основные блоки, находящиеся на орбитах. Необходимо выждать еще целых 80 сут после прибытия на орбиту, пока три планеты - Марс, Венера и Земля - не займут определенные положения на своих орбитах. Если один из кораблей выходит из строя, все 12 членов экспедиции могут возвратиться на Землю на другом корабле. Двигатели должны быть запущены в строго определенное время, чтобы вывести состыкованные корабли на орбиту возвращения. Эта орбита выбирается так, чтобы космический комплекс приблизился к Венере и ее гравитационное поле оказало тормозящее действие, отклонив комплекс на траекторию, которая касается Земли на ее орбите. После полета продолжительностью 640 сут корабли (расстыкованные еще раз) должны бы быть выведены на околоземную орбиту 14 августа 1983 г. Исследовательские группы переходят в космические корабли «Спейс Шаттл» и возвращаются на Землю.

Группа космических исследований разработала планы нового дерзкого штурма космоса - пилотируемого полета к Марсу. Проект определялся использованием ядерных теплообменных ракетных двигателей «Нерва», первоначальные испытания которых были проведены в пустыне шт. Невада. Схема полета включала сборку на околоземной орбите двух одинаковых космических кораблей (по соображениям безопасности) с шестью астронавтами на каждом. Согласно одному из вариантов полета, совместная экспедиция отправлялась с Земли в ноябре 1981 г. с посадкой на Марс в августе 1982 г. и возвращением на Землю в августе 1983 г. График полета на Марс 1 Два экспедиционных корабля стыкуются на околоземной орбите. 2 Выведение на траекторию полета к Марсу, близкую к гомановской траектории, 12 ноября 1981 г. 3 Корабли выводятся на 24-часовую эллиптическую орбиту вокруг Марса 9 августа 1982 г. 4 Период исследования Марса, включающий запуски автоматических зондов и высадку на поверхность планеты групп в составе трех астронавтов из каждого корабля. 5 Отлет с марсианской орбиты 28 октября 1982 г. 6 Пертурбационный маневр у Венеры 28 февраля 1983 г., гасящий скорость и отклоняющий траекторию полета для быстрого возвращения на Землю. В атмосферу Венеры запускаются зонды. 7 Выведение на околоземную орбиту 14 августа 1983 г. Экипажи переходят на космические корабли «Спейс Шаттл» для возвращения на Землю. Даты указаны по данным исследования для полного времени полета 640 земных суток. Марсианская кабина 1 Лаз в стыковочном узле. 2 Пост управления (взлетная ступень). 3 Люк для перехода в посадочную ступень. 4 Пост управления марсианской кабиной. 5 Лаборатория. 6 Марсианская самоходная установка. 7 Двигатель взлетной ступени. Отделяется от основного блока, который обращается вокруг Марса, входит в атмосферу Марса и совершает мягкую посадку. Экипаж из трех астронавтов остается на поверхности Марса в течение месяца, а затем возвращается на орбитальный корабль во взлетной ступени. Марсианский космический корабль 1 Размещение зондов. 2 Марсианская кабина. 3 Отсек экипажа с центральным тоннелем. 4 Двухступенчатый маршевый двигатель «Нерва». 5 Навесные ускорители «Нервы». 6 Двигатель «Нерва-2». 7 Бак с жидким водородом диаметром 10 м, емкостью 45-160 т. 8 Соединительные элементы. 9 Лаз в стыковочном узле. «Нерва» 1 Основание бака с жидким водородом. 2 Шары-баллоны. 3 Рама крепления. 4 Радиационный защитный экран. 5 Отражатель, окружающий активную зону. 6 Активная зона ядерного реактора. 7 Трубопровод системы охлаждения сопла. 8 Сопло. 9 Расширяющийся сопловой насадок. 10 Отбор рабочего вещества на турбину. 11 Силовой корпус. 12 Управляющий барабан. 13 Выхлоп турбины (используется для управления ориентацией и увеличения тяги). 14 Кольцо приводов управляющих барабанов. Принципиальная схема двигателя «Нерва» 1 Жидкий водород из бака. 2 Насос. 3 Турбина. 4 Выхлопные сопла турбонасоса. 5 Трубопровод системы охлаждения сопла (внутри трубопровода течет водород). 6 Сопло двигателя. 7 Отбор 3% расхода рабочего вещества (водорода) из реактора. 8 Радиационная защита. 9 Клапан регулирования мощности турбины.

В. фон Браун, который играл лидирующую роль при проектировании марсианской экспедиции, предлагал базировать большие межпланетные корабли на околоземной орбите и после необходимых ремонтно-восстановительных работ заправлять их водородом и использовать для новых полетов. Он полагал также, что даже сбрасываемые навесные ускорители можно возвращать на околоземную орбиту для повторного использования.

Конец мечте

По ряду причин проект экспедиции на Марс был снят с рассмотрения. Во-первых, высокая стоимость этого рискованного предприятия, которое в 1969 г. выходило за пределы возможностей техники, во-вторых, влияние войны во Вьетнаме на экономику США и, в-третьих, развитие исследований планет с помощью автоматических зондов, что позволило получить важнейшие данные о Марсе при значительно меньших расходах.

В результате работы по реализации проекта «Нерва», на который были израсходованы сотни миллионов долларов, были прекращены. Это было, по-видимому, мудрое решение. Основное правило, установленное еще Циолковским, в соответствии с которым исследование Солнечной системы должно проводиться с орбитальных платформ, расположенных на околоземных орбитах, представляется определяющим для такого рода программ.

Лучшие результаты ожидаются при применении ядерно-электрических ракетных двигательных установок. В этом случае ядерный реактор работает в замкнутом цикле и выделяемая им тепловая энергия используется не на нагрев истекающих через сопло больших количеств водорода, а для получения большого количества электрической энергии. Как отмечает В. П. Глушко, конструктор первого в мире электроракетного двигателя, для таких двигателей требуются небольшие количества рабочего вещества. Например, в ионном ракетном двигателе рабочее вещество ионизуется и образовавшиеся ионы разгоняются в электростатическом ускорителе до очень высоких скоростей. В результате для достижения заданной тяги потребный расход рабочего вещества резко снижается. В то время как ядерная теплообменная ракета для полета к Марсу может развить тягу в 90-113 тс в течение максимум 40 мин от момента старта, большая ядерная электрическая система может создать малую тягу всего лишь около 9 кгс, но она может действовать в течение очень длительного времени. Если будут созданы реакторы-генераторы электрической энергии с приемлемыми значениями удельной мощности (отношение мощности к массе), то окажется возможным достигнуть значительно более высоких конечных скоростей, чем с помощью химических или ядерных двигателей. Сможет или не сможет грядущее поколение взяться за решение этой проблемы, покажет время.

в начало назад