Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Для примера рассмотрим марсианский пилотируемый баллистический прыгун с массой в 10 тонн, работающий на метаново-кислородных ракетных двигателях с удельным импульсом в 380 секунд. Скажем, мы хотим, чтобы он пролетел 2600 километров (то есть преодолел 45 градусов по широте или долготе на поверхности Марса), оставил на месте груз и налегке вернулся на базу. Для того чтобы выполнить этот маневр, устройству будет нужно отношение масс, близкое к 7, так что всего понадобится 60 тонн топлива. Если мы хотели бы осуществить полет на 15-тонном ракетоплане (крылья сделают его тяжелее) со сверхзвуковым отношением подъемной силы к лобовому сопротивлению (L/D), равным 4, отношение масс будет около 5, так что снова понадобятся 60 тонн ракетного топлива. Ясно, что не существует способа часто использовать эти виды транспортных средств на Марсе, в случае если их метаново-кислородное топливо или хотя бы только водородное сырье для его производства импортируется с Земли.

Необходимость перевозить достаточное количество топлива и для перемещения к месту назначения, и для возвращения из разведывательного вылета ограничивает максимальную дальность перемещения химических ракет на Марсе расстоянием в 4000 километров. Этот лимит может быть устранен, если транспортное средство станет самостоятельно производить топливо после посадки. Химические двухкомпонентные виды топлива не позволяют этого, потому что на их производство требуется слишком много энергии (около 5 кВт. ч на килограмм), и, следовательно, такие затратные системы не подойдут для частых запусков.

Однако в конце 1980-х годов я придумал концепцию, которую назвал «ядерная ракета на марсианском топливе» (ЯРМТ, или NIMF, nuclear rocket using indigenous martian fuel), которая, как мне кажется, способна устранить эту проблему [41, 42]. В случае ЯРМТ в качестве топлива используется простой диоксид углерода из марсианской атмосферы, которые нагревается за счет бортового ядерного ракетного двигателя для создания горячей выхлопной струи газа. Поскольку в данном случае ЯРД не превращает тепло в электричество, все приспособления для преобразования энергии, которые на самом деле составляют большую часть массы ЯРД, оказываются ненужными, и система становится компактной и легкой. Так как топливо здесь – обычный диоксид углерода, который можно добыть при низких затратах энергии (менее 0,3 кВт. ч на килограмм) путем закачивания из атмосферы, на борту понадобится не так много электроэнергии, так что все оборудование для химического синтеза также оказывается ненужным. Горячий диоксид углерода нельзя назвать высококлассным ракетным топливом, удельный импульс будет около 260 секунд – это все, на что можно рассчитывать. Но старателю нужен мул, способный есть горный кустарник, а привередливый скакун, предпочитающий отборный корм, в горах будет бесполезен. ЯРМТ – по существу, гораздо более мощный и продвинутый вариант газового прыгуна, рассмотренного в главе 6, – это идеальное разведывательное судно, поскольку для его питания сгодится все, что можно найти на месте. Ракетные транспортные средства, оснащенные этим типом двигателей, обеспечат исследователям Марса полную мобильность в масштабах планеты.

Преимущества режима работы ЯРМТ многочисленны. Несмотря на меньший удельный импульс, тот факт, что такой ракете не нужно везти с собой топливо на обратную дорогу, делает возможным охват всей планеты, в то время как даже самые лучшие химические системы ограничены в дальности передвижения. ЯРМТ обладает еще одним преимуществом: так как она сама производит топливо, то гораздо меньше полагается на энергетические ресурсы базы, чем химические системы. Производство 60 тонн метаново-кислородной смеси, необходимой химической ракетной системе, как описано в начале данного раздела, на 123 дня полностью займет имеющийся на базе реактор на 100 кВт электрической энергии. А вот на отправку ЯРМТ база вообще не потратит ни энергии, ни даже части запасов водорода или воды. Единственное, что потребуется в таком случае, – продовольствие для экипажа, техническое обслуживание и ремонт. Еще одно преимущество работы ЯРМТ на Марсе – это ее уникальная способность быстро доставлять большие количества груза в очень удаленные районы. Если срочно нужны 20 тонн сульфида меди, 40-тонная грузовая ЯРМТ слетает на другую сторону планеты и заберет эту руду Никакая другая система не обеспечит такой производительности.