  |
9.8. Марсианский КК «Vista»В 1988 году специалисты Ливерморской лаборатории им. Лоуренса, JPL, Центра Джонсона, Массачусетского технологического института и фирмы Rocketdyne совместно разработали проект пилотируемого КК «Vista1» для полета к Марсу. КК использует импульсный термоядерный двигатель, в котором дейтериево-тритиевые шарики взрываются 30 раз в секунду под воздействием лазерного излучения. Образующаяся высокотемпературная плазма направляется сверхпроводящим магнитом в виде истекающего потока и создает реактивную тягу.
1 VISTA - Vehicle for Interplanetary Space Transport Applications - аппарат для применения в межпланетной транспортной системе.
9.9. Проект «Mars Direct»
В июне 1990 года фирма MM Astronautics Group (Денвер, штат Колорадо) представила проект пилотируемой экспедиции на Марс.
В качестве РН, используемой для осуществления экспедиции, была предложена сверхтяжелая ракета-носитель Ares1. РН Ares должна была иметь два твердотопливных ускорителя ASRM, четыре ЖРД от МТКК Space Shuttle на первой ступени и криогенную вторую ступень. Эта РН могла бы отправлять на траекторию полета к Марсу груз массой 47 т.
1 Название РН Ares также использовалось позднее в программе «Constellation».
Программа экспедиции согласно проекту выглядела следующим образом.
1. В 1997 году к Марсу запускается комплекс, в состав которого входят незаправленный двухступенчатый КК с возвращаемым на Землю модулем; запас жидкого водорода 5,8 т; запасы пищи и системы жизнеобеспечения; ядерный реактор мощностью 100 кВт; марсоходы, установка для получения кислорода из двуокиси углерода.
Установка позволит также получать метан, используя доставленный водород. В течение года на Марсе установка в автоматическом режиме должна обеспечить получение 107 т кислорода и метана.
2. Двухступенчатый возвращаемый модуль предназначен для взлета с Марса и возвращения экипажа на Землю. На взлетной ступени установлена многодвигательная ДУ суммарной тягой 86 тс. Вторая ступень имеет тягу двигательной установки 9 тс.
3. В 1999 году выполняется запуск двух РН Ares. Одна из них отправляет к Марсу такой же комплекс, как в 1997 году. Этот комплекс доставляется в другой район Марса, где также развертывается производство кислорода и метана. Тем самым закладывается основа для создания самообеспечиваемых колоний.
4. Состав грузов второй РН: жилой модуль с экипажем из четырех человек; марсоход с кислородно-метановым двигателем; расходные материалы и другое оборудование. Масса грузов второй РН - 40 т.
5. После посадки на Марс космонавты развертывают и подготавливают к функционированию жилой комплекс и приступают к выполнению научной программы экспедиции. Предполагалось, что космонавты на марсоходах смогут удаляться от базы на расстояние до нескольких сотен километров.
6. Предполагается, что общая продолжительность экспедиции составит 500 суток, из которых 12-16 месяцев (360-480 суток) отводится на перелет к Марсу и обратно.
7. В дальнейшем планируется, что КК с экипажами будут прибывать на Марс каждые два года. К 2020 году на Марсе должно работать уже до 100 человек. По мнению авторов проекта, они будут не только вести научные, изыскательские и производственные работы, но и обустраивать марсианскую базу в соответствии со своими потребностями.
9.10. Проект фирмы Ball Space Systems
Фирма Ball Space Systems в 1990 году предложила проект марсианской экспедиции в составе двух КК с экипажами по четыре человека. КК для полета к Марсу предложено создать на основе использования конструкций и оборудования, разработанных в ходе программ «Apollo», «Viking» и «Мир».
4.3. Этап III (1986-2000 гг.)
4.3.1. Проект марсианской экспедиции 1986-87 года
В 1986 году НПО «Энергия», как стало называться к этому времени ЦКБЭМ (оно же бывшее ОКБ-1), вернулось к рассмотрению проекта МЭК. Несмотря на то, что все разработки велись на уровне технических предложений, и никаких правительственных решений о подготовке экспедиции на Марс не выходило, проектный отдел, занимавшийся проектированием марсианского корабля еще в 1969 году, в 1987 году завершил подготовку нового проекта МЭК. Основной вариант проекта базировался на проекте МЭК «Аэлита». Главные отличия заключались в следующем:
- проект был рассчитан на применение РН 14А10 «Буран-Т» (грузовой вариант РН 11К25 «Энергия»);
- использовались два ядерных реактора вместо одного;
- была изменена конструкция и схема торможения посадочного корабля;
- в проекте максимально использовались системы и конструкции, отработанные в серии ДОС «Салют» 17К.
4.3.1.1. Межпланетный экспедиционный комплекс
Сборка МЭК выполняется на монтажной орбите ИСЗ высотой 400 км с помощью пяти запусков РН «Буран-Т» 14А10. Все доставляемые грузы размещаются при запуске в типовом контейнере. Во всех запусках доставляемый груз снабжается доразгонным блоком, а также навесным блоком сближения и стыковки.
Первым пуском выводится межпланетный орбитальный корабль (МОК), котрый имеет по торцам стыковочные узлы для присоединения баков с рабочим телом для ЯРДЭУ, а в центральной части - отсек с четырьмя стыковочными узлами.
Вторым пуском к МОК доставляются марсианский посадочный корабль (МПК) и корабль возвращения на Землю (КВЗ), которые пристыковываются к узлам стыковочного отсека МОК.
Третьим пуском на орбиту выводятся две емкости с рабочим телом, поочередно пристыковываемые к торцам МОК.
Четвертый и пятый пуски предназначены для доставки к МОК двух ядерных реакторов с ЯРДЭУ.
После завершения сборки МЭК выполняется развертывание ЯЭРДУ, которые на телескопических конструкциях отодвигаются от жилых отсеков. ЯЭРДУ снабжены дисковыми защитными экранами биологической защиты, которые создают конусы «тени» для защиты экипажа от радиационного излучения ядерных реакторов во время перелета к Марсу и обратно. Мощность ядерных энергоустановок - по 7,5 МВт. Суммарная тяга блока двигателей одной ЯЭРДУ - 15,6 кгс.
К полностью собранному МЭК стартует РН «Энергия» с МКК «Буран», на котором прибывает экипаж марсианской экспедиции в количестве четырех человек.
Общая масса МЭК на орбите ИСЗ - 428 т, в том числе:
- межпланетный орбитальный корабль - 80 т;
- марсианский посадочный корабль - 60 т;
- корабль возвращения на Землю - 10 т;
- ЯЭРДУ - две по 45 т;
- запас рабочего тела - 178 т.
Длина МЭК в сборе - 200 м.
Задачами марсианской пилотируемой экспедиции назывались:
- сбор характерных проб грунта, проведение их экспресс-анализа и отбор партий для доставки на Землю;
- проведение детальных комплексных исследований поверхности Марса, подповерхностное зондирование, взятие проб коренных пород на поверхности и в скважинах в районе места посадки;
- проведение комплекса биологических исследований;
- активное глубинное сейсмическое и электромагнитное зондирование;
- детальная телевизионная съемка-репортаж с места посадки;
- получение крупномасштабных планов марсианской поверхности для детальных научных исследований;
- установка постоянных станций для исследования внутреннего состояния и метеорологии Марса;
- проведение с орбиты работ по использованию управляемых автоматов на поверхности Марса, доставляемых как автоматическими кораблями, так и в составе МЭК;
- метрические съемки отдельных образований и явлений на поверхности Марса для комплексных научных исследований;
дистанционное зондирование Марса с орбиты ИСМ с целью создания атласа Марса, построение планетоцентрической системы координат Марса с определением координат опорных точек на поверхности Марса для решения навигационных задач.
4.3.1.2. План полета марсианской экспедиции
Разгон МЭК происходит по спирали с постепенным удалением от Земли и продолжается три месяца, в результате чего комплекс на высоте примерно 900 000 км выходит за пределы сферы гравитационного действия Земли и оказывается на траектории полета к Марсу, продолжая разгон некоторое время. Перелет до Марса продолжается 9 месяцев. На участке подлета к Марсу двигательные установки МЭК включаются на торможение. На высоте около 500 000 км МЭК входит в зону гравитационного действия Марса и начинает снижение по спирали, которое продолжается около одного месяца. Снижение заканчивается выходом МЭК на круговую орбиту спутника Марса высотой 500 км.
На околомарсианской орбите два члена экипажа переходят в МПК и совершают вход в атмосферу Марса, торможение и вертикальную посадку. После семидневного пребывания на Марсе члены посадочной экспедиции стартуют в блоке возвращения, который входит в состав МПК, и выходят на орбиту спутника Марса, где сближаются с МЭК и выполняют стыковку.
После отделения блока возвращения, выполнившего свою задачу, МЭК спиральным разгоном, продолжающимся в течение месяца, начинает перелет Марс-Земля. Обратная траектория выбрана таким образом, чтобы МЭК сблизился с Венерой. Гравитационный маневр около Венеры позволяет сократить время обратного перелета до восьми месяцев. ЯЭРДУ на обратном перелете задействуется трижды - при удалении от Марса, на участке пролета Венеры и при сближении с Землей. Торможение по спирали с выходом МЭК на орбиту спутника Земли при возвращении от Марса не предусматривалось.
На завершающем участке полета экипаж занимает места в корабле возвращения. КВЗ отделяется от МЭК, входит в атмосферу Земли со второй космической скоростью, совершает управляемый спуск и посадку на парашютах с использованием двигателей мягкой посадки.
МЭК выходит на гелиоцентрическую орбиту и становится спутником Солнца.
Общая предполагаемая длительность экспедиции - 716 дней.
4.3.1.3. Межпланетный орбитальный корабль
МОК является центральным модулем экспедиционного комплекса, в котором экипаж проводит все время от старта с орбиты ИСЗ до этапа возвращения на Землю, за исключением семи дней на околомарсианской орбите, когда десантная группа в составе двух человек высаживается на Марс. В отсеках МОК размещены все научное и служебное оборудование, системы и агрегаты системы жизнеобеспечения. Традиционно предусмотрена оранжерея. В центральной части МОК размещено радиационное убежище с индивидуальными каютами, в котором экипаж должен находиться во время вспышек на Солнце, а также при пересечении радиационных поясов Земли.
Разработчики МОК снабдили корабль солнечными батареями для обеспечения систем МОК электроэнергией до присоединения и запуска ядерных генераторов, а также в качестве дублирующего источника энергии. МОК имеет внутренний объем 360 м3, в том числе объем жилых отсеков - 120 м3.
4.3.1.4. Марсианский посадочный корабль
В конструкции МПК вместо «фары» с тормозным аэродинамическим экраном было предложено использовать форму «несущий корпус». МПК имеет тормозную ДУ для схода с орбиты и ДУ мягкой посадки. Посадка выполняется на четырехопорное шасси с горизонтальным положением корпуса. Двухступенчатый возвращаемый блок (ВБ) размещается в центральной части МПК, так, что при горизонтальном положении МПК старт ВБ происходит вертикально. При посадке экипаж МПК находится в кабине ВБ и при нештатной ситуации во время процесса спуска с орбиты и посадки имеет возможность выполнить аварийный старт, отделить возвращаемый блок от МПК и вернуться на орбитальный корабль. После штатной посадки экипаж переходит в жилой отсек МПК. Системы жизнеобеспечения жилого отсека и ВБ автономны, так что экипаж во время работы на поверхности Марса не расходует ресурсы СЖО ВБ.
Поперечный размер МПК - 3,8 м, длина - 13 м. Начальная масса МПК - 60 т, в том числе масса отсека возвращаемого блока - 24,7 т. Масса собственно возвращаемого блока - 3,5 т. Экипаж МПК - два человека. Длительность работы на поверхности Марса - 7 суток.
4.3.1.5. Корабль возвращения на ЗемлюКорабль возвращения на Землю (КВЗ) состоит из возвращаемого аппарата (ВА), антенно-шлюзового отсека (АШО) со стыковочным узлом и корректирующей двигательной установки (КДУ). Во время перелетов от Земли к Марсу и обратно КВЗ закрыт цилиндрическим противометеорным экраном.
КВЗ отделяется от МЭК при приближении комплекса к Земле. Для обеспечения движения КВЗ по расчетной траектории используется КДУ, которая перед входом в атмосферу отбрасывается вместе с АШО. Вход происходит со скоростью около 13 км/с, по схеме «двойного погружения». Управление положением ВА при движении в атмосфере в атмосфере выполняется с помощью двигателей управления спуском. Аэродинамическое качество ВА равно 0,45. Для обеспечения безопасного торможения в атмосфере Земли ВА оборудуется сбрасываемым теплозащитным экраном. Посадка выполняется на парашютах на сушу, с использованием двигателей мягкой посадки.
Масса КВЗ - 10 т, в том числе ВА - 8 т. Запас топлива КДУ обеспечивает характеристическую скорость 250 м/с. Длительность автономного полета КВЗ - двое суток.
4.3.1.6. Варианты МЭК
Рассмотренный выше основной вариант МЭК (вариант I) предусматривал применение ядерных реакторов мощностью 7,5 МВт, создание которых на момент разработки проекта выглядело проблематичным. Авторы проекта предложили для сравнения несколько других вариантов МЭК, характеристики которых приведены для сравнения ниже.
4.3.1.6.1. Вариант II
Основная идея данного варианта - раздельная доставка к Марсу МОК и МПК, в виде двух комплексов. Каждый комплекс имеет по два ядерных реактора, но меньшей мощности, чем в варианте I. Всего необходимо использовать четыре реактора по 6,0 МВт. В составе орбитального комплекса к Марсу доставляется МОК с пристыкованным КВЗ. МПК выводится на орбиту спутника Марса в автоматическом режиме в составе посадочного комплекса. МПК отстыковывается от ЯЭРДУ, которые в дальнейшем остаются на орбите ИСМ либо уводятся на гелиоцентрическую орбиту, и стыкуется к свободному узлу МОК. Дальнейшая схема экспедиции выглядит так же, как в варианте I.
Суммарная масса двух экспедиционных комплексов составляет 500 т. Для их сборки на орбите ИСЗ требуется шесть запусков РН «Буран-Т» 14А10.
Недостаток проекта заключается в том, что создание ядерных реакторов мощностью 6,0 МВт на момент проектирования МЭК также не предвиделось, а сложность этого варианта превышает сложность схемы полета однокомплексного МЭК, т.к. для успеха экспедиции на околомарсианской орбите требуются две стыковки вместо одной.
В то же время невыход посадочного комплекса на орбиту ИСМ либо неудача при первой стыковке МПК с МОК приводит лишь к отказу от десантирования на Марс, не увеличивая риск для возвращения экипажа на Землю.
4.3.1.6.2. Вариант III
В варианте III авторы проекта исходили из условия использования для ЯЭРДУ ядерных реакторов мощностью 1,0 МВт, проектная разработка которых в это время уже велась. Для решения задачи доставки необходимого груза к Марсу и последующего возвращения к Земле на маломощных (по сравнению с вариантами I и II) ЯЭРДУ было решено не только доставлять по отдельности орбитальный и посадочный корабли, но и разгрузить эти комплексы от рабочего тела, необходимого на обратный полет, доставляя его к Марсу третьим комплексом.
Схема полета к Марсу аналогична схеме варианта II. На околомарсианской орбите МОК должен отстыковаться от отработавших ЯЭРДУ орбитального комплекса и выполнить две стыковки с ЯЭРДУ энергетического комплекса, в составе которого находятся баки с рабочим телом, обеспечивающие возвращение экспедиции от Марса к Земле.
Недостатком данного варианта является значительно более высокий риск неудачного исхода, так как для возвращения экипажа на Землю необходим не только обязательный выход энергетического модуля на орбиту ИСМ, но и две успешные стыковки МОК с ЯЭРДУ возвращения. Схема десантной экспедиции на поверхность Марса такая же, как и в варианте II.
Для удешевления проекта и уменьшения общей массы МЭК было предложено в этом варианте не применять дублирование ЯЭРДУ в посадочном комплексе, доставляющем к Марсу МПК. Это означает, что выход из строя этого комплекса всего лишь отменяет возможность десантирования на Марс, но не влияет на безопасность экспедиции в целом.
Суммарная масса трех комплексов на орбите ИСЗ - 710 т. Для сборки МЭК на орбите требуется 9 запусков РН «Буран-Т» 14А10. В МЭК используются пять ядерных реакторов мощностью по 1,0 МВт.
4.3.1.6.3. Вариант IV
В этом варианте рассмотрена доставка МЭК, состоящего из МОК, МПК и КВЗ, с помощью многоблочной трехступенчатой ЯЭРДУ. Первая ступень, состоящая из четырех блоков с рабочим телом, собранных в пакет, используется для спирального разгона МЭК к Марсу и аналогичного торможения у Марса. Еще два блока, образующие пакет из второй и третьей ступеней, используются для возвращения МЭК к Земле. Схема высадки на Марс и возвращения десантной экспедиции на МОК такая же, как в варианте I. Недостатком данного варианта является отсутствие резервирования ЯЭРДУ.
Полная масса МЭК - 700 т. Для сборки МЭК на монтажной орбите ИСЗ необходимы 8 запусков РН «Буран-Т» 14А10.
4.3.1.6.4. Вариант V
Для сравнения авторы проекты привели данные по МЭК, основанному на использовании ЖРД на химическом топливе. Компоновка МЭК аналогична варианту IV, только вместо ЯЭРДУ используется ДУ с несколькими ЖРД, а пакетные ступени собираются из баков с горючим и окислителем. В схеме полета отсутствуют спиральные разгон и торможение, характерные для МЭК с использованием ЯЭРДУ. Схема высадки десантной экспедиции такая же, как в вариантах I и IV.
В проекте не указаны характеристики предполагаемой маршевой ДУ комплекса, а приведены только суммарные характеристики МЭК: полная масса 1 700 т, количество необходимых запусков РН «Буран-Т» - 20.
4.3.2. Проект марсианской экспедиции 1989 года
В 1989 году был предложен новый проект МЭК. Основное отличие от МЭК 1987 года заключалось в замене ядерных реакторов на пленочные солнечные батареи. Эти батареи должны были разворачиваться на раскрываемых ферменных конструкциях. В остальном проект МЭК практически повторял проект марсианской экспедиции 1986 года:
- стартовая масса - 350 т;
- экипаж - четыре человека;
- состав десантной экспедиции - два человека;
- время работы на поверхности Марса - семь суток;
- общая длительность экспедиции - два года.
Подготовку и реализацию марсианской экспедиции предлагалось провести в три этапа.
Этап 1. Сборка экипажем ДОС «Мир» уменьшенной модели МЭК, доставляемой в виде отдельных блоков с помощью ТКГ «Прогресс». Запуск модели к Марсу.
Этап 2. Доставка к Марсу беспилотным МЭК двух посадочных кораблей. На одном МПК отрабатывается автоматическая посадка, возвращение взлетной ступени МПК на орбиту и ее стыковка с орбитальным кораблем, а на втором на Марс доставляются несколько марсоходов для проведения длительных исследований.
Этап 3. Пилотируемая экспедиция на Марс.
Как и проект 1986 года, этот проект остался на уровне технических предложений.