Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

где F – центробежная сила в единицах g, W – скорость вращения в оборотах в минуту, a R – длина плеча в метрах. Я записал уравнение в такой форме, чтобы было видно, что для заданной силы с ростом W уменьшается R. Например, для получения нормальной марсианской силы тяжести (F = 0,38) при W = 1 обороту в минуту R = 345 метрам. Но при W = 2 оборотам в минуту R составляет 86 метров, если W = 4 оборотам в минуту, R = 22 метра, и если W = 6 оборотов в минуту, R составляет 10 метров. Таким образом, существуют два способа создания искусственной силы тяжести. Либо вращать корабль быстрее при малой длине плеча, либо медленнее – при большой длине плеча. Под «плечом» я подразумеваю расстояние между местонахождением экипажа и центром тяжести корабля, вокруг которого он вращается. Если космический аппарат будет цельной жесткой конструкцией, его можно будет легко раскрутить с помощью небольших ракетных двигателей, размещенных на каждом из его концов и выпускающих боковые струи в противоположных направлениях. Однако, если искусственная гравитация для такого корабля должна быть значительной, единственным жизнеспособным вариантом является быстрое вращение при коротком плече. В 1960-е годы НАСА провело эксперименты с участием людей на вращающихся конструкциях, и было обнаружено, что после некоторой первоначальной дезориентации люди могли приспособиться и жить и передвигаться по конструкциям, вращающимся со скоростью до 6 оборотов в минуту [21]. Системы искусственной гравитации, организованные по принципу быстрого вращения и короткого плеча, легче всего разработать и реализовать с инженерной точки зрения, но они также имеют некоторые недостатки. Например, если R составляет 10 метров, то у человека ростом в 2 метра, стоящего в таком гравитационном поле, голова будет находиться на R = 8 метров и испытывать только 80 % силы тяжести, которую испытывают ноги. Эта большая разница будет ощутимой и может привести в замешательство, по крайней мере поначалу. С другой стороны, если длина плеча составляет 100 метров, то голова двухметрового человека будет испытывать 98 % той силы тяжести, которую испытывают ноги, и, вероятно, такая разница окажется неощутимой. К тому же, если бы член экипажа попытался быстро пройти по прямой линии, он бы испытал действие силы Кориолиса, поскольку корабль (вместе с полом, по которому идет астронавт) не только двигался бы, но и быстро изменял направление. И еще раз повторю, при 6 оборотах в минуту этот эффект весьма заметен, но при 2 оборотах в минуту он незначителен. Таким образом, если вы хотите чувствовать себя в искусственном поле тяжести так же, как на Земле (это желательно, но не обязательно – моряки достаточно хорошо адаптируются к очень неустойчивым условиям с силой тяжести и силой Кориолиса во время качки на море), лучше всего использовать медленное вращение и длинное плечо. Такое длинное плечо можно получить, разделив корабль на несколько частей, которые соединены друг с другом на большом расстоянии (от сотен до тысяч метров) с использованием кабелей или тросов.

Хотя по сути своей идея отличная, в прошлом к таким системам искусственной гравитации с тросом, как правило, относились с неодобрением, потому что для традиционных космических аппаратов наподобие звездного крейсера «Галактика» единственной достаточно массивной частью, способной служить противовесом для одной из функциональных частей корабля могла стать только другая его функциональная часть. Иначе говоря, если вы хотите обеспечить искусственную силу тяжести в обитаемом модуле экипажа на одном конце троса, вам, вероятно, придется разделить корабль пополам и поместить большую часть топливных баков на другом конце троса. Такая конфигурация хорошо работает на бумаге, но на практике станет для миссии началом конца. Если трос запутается, когда вы будете его сматывать, значительная часть критически важных для миссии средств, таких как запас топлива на обратную дорогу, окажется недоступна, и, как следствие, миссия потерпит неудачу. В плане «Марс Директ» с этим проблем не будет. Поскольку экипаж летит на Марс в относительно легком жилом модуле, а не на межпланетном крейсере, космический корабль несложно уравновесить с помощью отработавшей верхней ступени ракеты, которая отправит экипаж на Марс, расположенной на противоположном конце троса (рис. 5.2). Эта часть корабля не является критически важной для миссии – она уже отслужила свое, и ее не придется возвращать на корабль. Похожую схему с тросом можно задействовать и во время полета домой, используя отработавшую верхнюю ступень ВЗА и кабину ВЗА. Таким образом, за исключением небольших промежутков времени непосредственно перед выходом на траекторию к Марсу и к Земле, непосредственно перед входом в атмосферу Земли и Марса и сразу после проведения маневра аэродинамического торможения в атмосфере Марса экипаж пилотируемой марсианской миссии не будет подвергаться воздействию невесомости.