Российское космическое агентство, похоже, определилось с направлением космических исследований на долгие годы вперед. После долгих размышлений на тему, что нам вообще делать в космосе, был дан однозначный ответ – лететь на Марс. В ноябре этого года в столичном научно-исследовательском Центре имени Келдыша заканчивается разработка первоначального этапа проекта (аванпроекта) под названием «Разработка ключевых технических средств пилотируемых планетных миссий». Это приблизительный план развития отечественной космонавтики на несколько десятилетий, ее цели, задачи и примеры их решения. В соответствии с этим документом подготовлен первоначальный проект марсианского корабля.
«Сейчас нам удалось определить облик и характеристики пилотируемой экспедиции на Марс, а также необходимые объемы финансирования, – рассказал «НИ» ответственный по Госконтракту по теме «Марс-ХХI» Виталий Семенов.
– В принципе, американцы тоже собираются на Марс, но по пути туда они рассчитывают сделать остановку на Луне, построить станцию и даже добывать там кислород, метан и водород для последующей экспедиции на Марс. В ходе обсуждений с представителями НАСА и Европейского космического агентства у нас не раз возникал вопрос о целесообразности такого подхода. Мы решили по пути на Марс с Луной не связываться, а если и строить там что-либо, то в рамках самостоятельной программы. На Марс же лучше всего лететь отсюда, с орбиты Земли».

Зачем летим?

Но посадка на Красную планету не является самоцелью. Группа разработчиков определенное время размышляла над интересным вопросом: что, собственно, нужно людям на Марсе? И вскоре коллективными усилиями был получен ответ: надо искать жизнь!
«Марс когда-то был похож на Землю, – убежден Виталий Семенов. –
Там было много воды, теплый климат, текли реки, присутствовала плотная атмосфера. Но в результате какой-то глобальной катастрофы все это было уничтожено.
Наша задача – определить причины этой катастрофы, которые могут прояснить и многие вопросы, связанные с развитием Земли.
По данным исследователей, на Земле было примерно 5 масштабных катастроф. Одна из последних стала причиной гибели динозавров. Из-за активной деятельности человека и живой природы следов от катастроф осталось мало.
На Марсе же все могло сохраниться в первозданном виде. Если мы поймем, что происходило с Марсом, мы можем сказать, как развивалась наша планета и что станет с ней в будущем.
Кроме того, с большой вероятностью уже сейчас можно утверждать, что на Марсе осталась жизнь в каких-то примитивных формах, в виде бактерий. Наличие воды и ряд иных признаков позволяют строить очень оптимистические прогнозы. Результаты от экспедиции способны существенно расширить научные знания об эволюции Солнечной системы и Вселенной в целом».

Билет эконом-класса

Аванпроект полета человека на Марс рассматривает две схемы экспедиции. Одна подешевле, без посадки на поверхность планеты, подразумевает работу экипажа лишь на орбите Марса в течение нескольких недель и по возможности посадку спускаемого аппарата с людьми на Фобос – спутник Красной планеты. Предполагается, что с этой миссией Россия способна справиться в одиночку даже при нынешнем не блестящем финансовом положении космической отрасли. По приблизительным прикидкам, минимальная стоимость подобного проекта – порядка 20 млрд. долларов.
Вторая схема включает в себя существенно более объемную программу исследований. Это посадка тяжелого спускаемого аппарата весом 35 тонн на поверхность Марса, путешествие по планете при помощи шестиколесного марсохода с двумя пассажирами на борту, а также гигантская работа ученых.
Это программа стоит в полтора раза дороже первой (не менее 30 млрд. долларов), но по своей эффективности существенно превосходит ее. По идее проект высадки на Марс претендует на международный статус. Роскосмос при его реализации надеется на серьезную финансовую помощь от партнеров из-за рубежа. Однако, судя по последним заявлениям представителей НАСА, американцы вряд ли примут в нем участие. Позиция Европейского космического агентства также еще не ясна. Но в принципе, учитывая размеры стабилизационного фонда РФ, государство способно потянуть и ее. Необходима лишь определенная политическая воля. Пока же две эти программы разрабатываются параллельно.

Пламенный мотор
«Мы очень тщательно обсуждали, какой тип корабля выбрать, – продолжает Виталий Семенов.
– С точки зрения эффективности приемлемым является ядерный двигатель. Он позволяет развивать гораздо большую скорость, чем используемый сейчас жидкостный ракетный двигатель
Сроки экспедиции сокращаются примерно в три раза. Становится меньше и масса корабля. Но с точки зрения радиационной безопасности ядерный двигатель несовершенен. Он может преподнести неожиданные проблемы после возвращения с Марса. Возникнут вопросы и с утилизацией частей конструкции корабля, которые к тому времени будут радиоактивными.
От обычных ЖРД мы также решили отказаться из-за слишком больших запасов топлива, которые придется брать с собой. Во-первых, корабль становится значительно тяжелее, во-вторых, уменьшается полезный объем для технических устройств.
Поэтому одним из важнейших технических решений было использование в марсианском корабле принципиально новых электрических двигателей. Энергия для них будет добываться с помощью солнечных батарей значительных размеров».

Маршевые электрические двигатели – это принципиально новый шаг в развитии космонавтики. В рабочем состоянии они представляют собой совершенно фантастическую картину, напоминающую кадры из киноэпопеи «Звездные войны». Тяга в них, как и в ЖРД, обеспечивается путем истечения рабочего тела из сопла. Но достигается оно за счет ускорения частиц ионизированного газа аргона или ксенона в мощном электростатическом поле двигателей.
Ионы газа под воздействием поля вырываются наружу и дают реактивный импульс кораблю. Достоинство электрических двигателей по сравнению с обычными жидкостными ракетными двигателями в гораздо большей удельной тяге. Скорость истечения газов из сопла у них в десятки раз выше. Мощность увеличивается, а расход топлива уменьшается.

На данный момент в Центре им. Келдыша созданы электрические двигатели малой, средней и повышенной мощностей. Один из двигателей уже проходит летные испытания в составе серийного спутника связи «Экспресс-А». В целом подобные устройства рассматриваются как серьезная альтернатива ныне существующим космическим двигателям как для корректировки орбиты, так и в качестве основных.
Электрическую энергию для двигателей будут обеспечивать огромные солнечные батареи - 480 на 480 метров, площадь 115 тыс. квадратных метров. Строиться они должны на орбите Земли из отдельных квадратных блоков размерами 40 на 40 метров, выполненными из тонкой металлической пленки с покрытием из сплава аморфного кремния.

И на Марсе будут яблони цвести...

Межпланетный корабль состоит из нескольких комплексов.
В первую очередь это жилой модуль, в котором космонавты будут проводить больше всего времени.
К нему через специальный стыковочный отсек, как на «Мире», будут присоединены 2 служебных модуля.
В одном разместится медико-тренировочный центр со своими тренажерами, операционной и центрифугой для создания искусственной тяжести.
Центрифуга представляет собой «карусель», на которую два человека ложатся головами друг к другу. Аппарат раскручивается и под действием центробежных сил создает силу тяжести. Члены экипажа по плану должны проводить на центрифуге по два часа ежедневно. Подобное устройство уже изготовлено и вскоре отправится на стендовые испытания.
Во втором служебном модуле разместятся оранжерея, продуктовый склад и «средства психологической разгрузки». Оранжерея с миниатюрными грядками салата будет служить корабельным садом, в котором можно уединиться и психологически отдохнуть от тяжких трудов на станции.
При разработке корабля особое внимание уделяется радиационной безопасности экипажа. Космическое излучение в отсутствие магнитосферы, которую имеет Земля, представляет для экипажа реальную опасность. Поэтому баки с запасами аргона или ксенона, являющегося рабочим телом для электрических двигателей, размещены снаружи обшивки корабля. Кроме того, индивидуальные миниатюрные каюты для космонавтов защищены резервуарами с водой, которые тоже поглощают космическое излучение.
Марсианский взлетно-посадочный комплекс будет пристыкован к кораблю спереди. По размерам он примерно соотносим со всеми модулями. Его предполагаемая масса составляет около 35 тонн. Внутри посадочного комплекса разместятся двигатели для мягкой посадки, марсианский вездеход и ракета для последующего старта с поверхности планеты, рассчитанная на пребывание трех человек.

Посадка без крыльев и парашюта

Посадка на Марс должна осуществляться очень интересным способом. Подобные схемы еще нигде на практике не отрабатывались.
Мягкий спуск на планету будет происходить без парашютов и без аэродинамических крыльев, как у самолетов или шаттлов.
Посадочный модуль при входе в атмосферу раскроет три тормозных щитка, два по бокам и один сзади – в виде блина, с его помощью будет корректироваться траектория снижения. Корабль войдет в атмосферу Марса таким образом, что на высоте примерно 30 километров он срикошетит от плотных слоев атмосферы и опять поднимется до 60 километров.
При последующем спуске скорость будет падать, и на высоте 2 километров комплекс примет горизонтальное положение.
В этот момент включатся двигатели посадки, и весь блок мягко приземлится на поверхность планеты. Места возможных посадок предварительно уже определены.
Сейчас в Центре им. Келдыша на специальных стендах проходят испытания модели посадочного аппарата, изучается его поведение при различных режимах спуска.

После приземления экипаж из трех человек должен почти двое суток проверять состояние всех систем и агрегатов. После этого двое космонавтов перейдут в марсоход, который весит около 5 тонн.
Это достаточно массивная машина 7,5-метровой длины с 6 колесами. По сути, это передвижная марсианская станция, оборудованная солнечными батареями, исследовательской аппаратурой и шлюзами для выхода на поверхность. По размерам марсоход можно сравнить с железнодорожной цистерной.
В течение 30 суток двое членов экипажа будут жить и работать именно в нем. Третий космонавт должен дежурить в стартовой ракете, которая размещена внутри посадочного комплекса.
После выполнения программы исследований космонавты стартуют в ракете на орбитальный корабль, который затем, сбросив бесполезный груз, включит маршевые двигатели и устремится к Земле.

Космический конструктор

Столь сложный космический объект, как марсианский межпланетный корабль, должен конструироваться на орбите Земли в течение целого года. Для этих целей разрабатывается специальная платформа. По сути, это тоже орбитальная станция, при помощи которой монтируются те самые гигантские солнечные батареи. Остальные части корабля можно собирать на Земле, а потом по отдельности доставлять на орбиту, где и стыковать друг с другом.
Как показали разработки, наиболее «трудноделимой» массой в 35 тонн обладает именно взлетно-посадочный комплекс. Такой объект ни один из современных отечественных ракетоносителей доставить в космос не в состоянии. Поэтому в программу освоения космоса на ближайшие годы включена и разработка новой грузовой ракеты грузоподъемностью не менее 35 тонн.
Вся экспедиция рассчитана на 730 суток. В начальной стадии, перед стартом к Марсу, корабль для разгона примерно три месяца будет раскручиваться по спирали вокруг Земли. На конечном этапе к нему на небольших кораблях доставки пристыкуются космонавты. По возвращении на земную орбиту экипаж опять перейдет во вспомогательные спускаемые корабли и совершит перелет на долговременную станцию, преемницу МКС, где пройдет карантин.
Для таких вот «рейсов» и разрабатывается громко проанонсированный недавно многоразовый челнок «Клипер» – наш ответ шаттлу. Рассчитан он на 6 человек, так же как и весь марсианский комплекс. Как заявляют чиновники от космоса, первый пилотируемый полет «Клипер» совершит через 6,5 года, в 2012 году.
По возвращении из экспедиции марсианский межпланетный корабль останется на околоземной орбите для последующего технического осмотра и заправки топливом. После профилактики на нем опять можно будет совершать полет к Марсу. Срок службы комплекса рассчитан на 15 лет или как минимум на пять экспедиций к Красной планете.