Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Электрические ионные двигатели с мощностями в киловатты уже существуют, а усовершенствование их до мощностей в несколько мегаватт, необходимых для систем транспортировки на основе ядерных электрических ракет (ЯЭР), – задача вполне решаемая. Реальная проблема при разработке двигательных систем с ЯЭР на сегодняшний день состоит в том, чтобы получить государственную поддержку и средства, необходимые для разработки многомегаваттного космического ядерного реактора для питания ЯЭР. В этом контексте следует отметить, что утверждения некоторых ярых сторонников электрических двигателей, таких как группа VASIMR во главе с бывшим астронавтом Франклином Чанг-Диазом, что их технология плазменного двигателя позволит совершать быстрые (около 40 дней) полеты на Марс при наличии 200-мегаваттного ядерного реактора, просто смешны. Даже если оптимистично предположить, что отношение массы к энергии для систем космических реакторов конца XXI века восьмикратно уменьшится по сравнению с прогнозами, сделанными на основе современных технологий (от сегодняшних 40 тонн на мегаватт до будущей производительности в 5 тонн на мегаватт), 200-мегаваттный реактор будет иметь массу в 1000 тонн и перевесит свою полезную нагрузку на порядок. Но, так как реактору потребуется толкать не только относительно небольшую полезную нагрузку, но еще и себя, независимо от размеров, он никогда не сможет ускорить космический корабль до скорости, необходимой для быстрого полета к Марсу. Таким образом, заявления группы VASIMR о том, что они обладают прорывной двигательной системой, необоснованны, и это довольно печально, так как к группе примыкают те, кто выступает против отправки человека на Марс до тех пор, пока такие фантастические космические двигатели не станут доступными.

Однако, если отбросить иллюзорную цель использовать ЭРД для быстрого полета на Марс, размер системы ядерного реактора по отношению к полезному грузу может быть небольшим и тем самым снизить массу ракеты при запуске, а значит, и уменьшить расходы на будущую межпланетную торговлю.

Солнечные паруса

Должны быть созданы корабли и паруса, подходящие для небесных бризов…

Иоганн Кеплер, 1609

Почти четыреста лет назад наш старый друг Кеплер сделал наблюдение, что независимо от того, движется ли комета в сторону Солнца или от него, ее хвост всегда направлен прочь от светила. Это заставило его предположить, что свет, исходящий от Солнца, развивает силу, которая отталкивает хвост кометы от него. Он был прав, хотя тот факт, что свет оказывает давление, был доказан только в 1901 году.

Что ж, если солнечный свет может оттолкнуть хвосты комет, почему мы не можем использовать его, чтобы заставить передвигаться космические корабли? Почему мы не можем просто развернуть большие зеркала на нашем космическом аппарате, солнечные паруса, если угодно, и использовать солнечный свет, который будет оказывать на них давление, чтобы создать движущую силу? Ответ таков: мы можем, но понадобится чрезвычайно много солнечного света, чтобы сдвинуть корабль под его действием хоть чуть-чуть. Например, на 1 астрономической единице, расстоянии от Земли до Солнца, солнечный парус размером в квадратный километр получит силу 10 ньютон, действующую на него со стороны Солнца. Итак, чтобы солнечный парус стал практичной двигательной системой, нужно изготовить его из очень тонкого материала и сделать огромным. Скажем, мы изготовили парус площадью в 1 квадратный километр и толщиной в 0,01 миллиметра, или 10 микрон – это приблизительно одна четверть толщины кухонного мусорного мешка. В этом случае парус будет весить 10 тонн и сможет разогнать себя до 32 километров в секунду всего примерно за год. Конечно же, если бы парус тащил полезную нагрузку, равную его собственному весу, это замедлило бы его в два раза. Тем не менее солнечный парус толщиной в 10 микрон, чтобы стать эффективным средством перевозок между Землей и Марсом, должен быть размером с бейсбольный стадион. А если бы удалось создать парус толщиной в один микрон, тогда мы бы действительно полетели…