Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Экипажи программы «Аполлон», однако, проводили двухнедельные миссии в атмосфере без буферного газа, содержавшей 5 фунтов на квадратный дюйм кислорода. Поскольку самые длительные поездки на роверах тоже будут длиться около двух недель, я рекомендую для герметичных роверов именно такой вариант. У него есть серьезные преимущества. Для ровера с низким давлением не нужен шлюз, поэтому машина окажется значительно легче, чем при конструировании другого варианта. Когда члены экипажа захотят покинуть ровер и заняться внекорабельной деятельностью (ВКД), они просто наденут скафандры, сидя в его кабине, затем стравят оттуда кислородную атмосферу, откроют люк и выйдут наружу. Поскольку в дыхательной смеси не будет азота, разгерметизация займет очень мало времени: без азота в крови люди не заработают кессонную болезнь. Если принять объем внутренней части ровера за 10 кубических метров, тогда каждый раз во время разгерметизации будет теряться 3,3 килограмма кислорода. Если бы часть его мы могли закачать в цилиндр под давлением, потери удалось бы и вовсе свести к минимуму, но в любом случае они легко восполняются благодаря местному производству кислорода на базе.

Ровер с атмосферой низкого давления позволит использовать скафандры для ВКД под низким давлением (3,8 фунта на квадратный дюйм кислорода, без буферного газа, как в миссиях «Аполлон») без предварительного уменьшения количества азота в крови. Этот вариант скафандра будет самым легким и гибким из всех возможных и, таким образом, позволит повысить качество полевых исследований на поверхности Марса. (Скафандры, использовавшиеся на шаттлах, представляли собой своего рода миниатюрные космические корабли, такие конструкции слишком тяжелы для использования на Марсе.) Поскольку кислород будет возобновляемым ресурсом, мне представляется наиболее удобной прямоточная система, где выдыхаемый воздух выбрасывается непосредственно в окружающую среду (как в акваланге), – она сильно упростит дизайн скафандра. Это не только будет полезно для уменьшения его массы, но и существенно повысит его надежность, возможность многократной эксплуатации и удобство. Все это позволит использовать на поверхности Марса не десятки, а тысячи скафандров.

Предположим, что человек вдыхает 5 галлонов (или 19 литров) воздуха в минуту. В этом случае каждый астронавт, использующий такой «акваланг» низкого давления, будет расходовать 1,3 килограмма кислорода в ходе четырех часов ВКД. Метанольно-кислородный топливный элемент мог бы отводить часть отработанного кислорода и использовать его в сочетании с небольшим количеством метанола, для того чтобы снабжать астронавта в скафандре энергией. Таким образом, если два человека будут по одному разу в день покидать ровер, дважды меняя атмосферу в кабине, на это уйдет 12 килограммов кислорода. Если использовать машину в таком темпе ежедневно на протяжении 600-дневного пребывания на поверхности Марса, на этой уйдет 7 тонн кислорода. Такие расходы окажутся обременительными, если кислород будет привезен с Земли. Если же производить его на Марсе, потребуется всего 24 дня работы ЗПТМ с реактором мощностью 60 кВт.

Изготовление топлива на Марсе

К этому моменту вам должно быть очевидно, что возможность добраться до Марса с приемлемыми затратами и начать делать что-то осмысленное, оказавшись там, зависит главным образом от одной ключевой технологии – производства топлива из марсианской атмосферы. Но возможно ли это? Несомненно, да. На самом деле все химические процессы, предусмотренные в программе «Марс Директ», массово используются на Земле на протяжении уже более века.

Первый шаг в производстве топлива – это получение исходных материалов. Так как водород в двухкомпонентной смеси занимает лишь около 5 % от общей массы топлива, его лучше импортировать с Земли. При хорошей многослойной изоляции баков можно добиться, чтобы в месяц выкипало менее 1 % жидкого водорода без какого-либо активного охлаждения (перелет между планетами займет в целом шесть-восемь месяцев). Поскольку водородное сырье не будут сразу подавать в двигатель, его можно загустить до гелеобразного состояния небольшим количеством метана для предотвращения утечек. Это также снизит выкипание (на целых 40 %), подавляя конвекцию внутри резервуара.