§ 2. Особенности межпланетных экспедиций

Сложность организации межпланетной экспедиции превосходит все, с чем мы сталкивались до сих пор. Межпланетная экспедиция будет, вероятно, отличаться от экспедиции на Луну так же, как путешествие в джунгли Амазонки отличается от воскресной поездки на дачу.

Отнюдь не все планеты смогут явиться объектами деятельности будущих экспедиций. Из-за природных условий приходится исключить Венеру и планеты юпитерианской группы (но не их спутники). Даже Марс с его страшными песчаными бурями внушает нам сейчас опасения с этой точки зрения.

Межпланетная экспедиция не будет иметь никакого смысла, если космонавты вместо научных исследований будут заняты борьбой за свое существование на планете. Мы, однако, в этой главе будем рассматривать исключительно космодинамическую сторону проблемы.

Наиболее детально была разработана проблема полета человека на Марс. Именно марсианская экспедиция будет в основном в нашем поле зрения.

Мыслимы следующие варианты межпланетных экспедиций в порядке возрастающей трудности:

1) облет планеты (т. е. гиперболический пролет мимо нее с активным или пассивным возвратом к Земле без выхода на околопланетную орбиту и без высадки на планету);

2) выход космического корабля на околопланетную орбиту без высадки на поверхность планеты (такой вариант иногда тоже называют облетом);

3) посадка на поверхность планеты всего корабля или его части.

Первый вариант представляет собой безостановочную экспедицию, второй и третий — экспедиции с остановками или с ожиданием У планеты.

Как увидим ниже, межпланетные экспедиции в течение еще значительного периода развития будут иметь продолжительность не менее года, а обычно — значительно больше. Отсюда вытекает важная особенность межпланетных экспедиций: космический корабль должен нести огромную (по масштабам, скажем, лунных экспедиций) полезную нагрузку.

Численность космонавтов на борту межпланетного корабля должна быть больше, чем численность экипажа лунного корабля,

ввиду более сложных задач, которые предстоит решать. Достаточно, например, сказать, что межпланетная экспедиция не может обойтись без квалифицированного врача, так как велика вероятность заболевания кого-либо из космонавтов за время перелета. При лунной экспедиции такая проблема не возникает.

Для увеличенного экипажа необходим запас продовольствия, воды, кислорода, рассчитанный на все время полета туда и обратно (возможность добывания воды и кислорода на поверхности Марса сильно бы помогла делу). Ведутся интересные исследования в направлении максимального снижения такого рода нагрузки, приходящейся на одного космонавта. Разрабатываются замкнутые или частично замкнутые системы жизнеобеспечения. Примером замкнутой «системы жизнеобеспечения» может служить наша собственная планета, обеспечивающая полный кругооборот веществ без какой-либо помощи со стороны (если не считать солнечного тепла). Примером не полностью замкнутой системы с регенерацией воды и кислорода, но без самовозобновляющихся запасов продовольствия может служить известная система, испытывавшаяся в Советском Союзе в 1967-1968 гг.

В случае лунной экспедиции полезная нагрузка состояла, по существу, из кабины, возвращающейся на Землю (вариант прямого перелета Земля — Луна — Земля). Теперь дело обстоит иначе. Аппарат для входа в атмосферу Земли, составляющий небольшую часть полезной нагрузки корабля, должен быть массивнее из-за более серьезной тепловой защиты. Экспедиционный отсек состоит из помещений для членов экипажа, различного оборудования и самой массивной своей части — системы жизнеобеспечения [4.101]. Менее сложны, более надежны и менее массивны частично замкнутые системы [4.102].

Вспышки на Солнце заполняют Солнечную систему потоками протонов, представляющими опасность в областях пространства внутри орбиты Юпитера. Эти вспышки трудно прогнозировать, но ясно, что за долгое время перелета их будет немало. На время опасности космонавты будут укрываться в специальном «штормовом отсеке», роль которого может играть скрытый внутри корабля отсек посадки на Землю; его теплозащитный экран будет защищать от радиации Специальная противорадиационная защита необходима в случае использования ЯРД [4.103].

Длительное время полета вынуждает предусмотреть создание искусственной тяжести на борту корабля, для чего понадобится дополнительная масса. Предполагается, что будет достаточен коэффициент перегрузки, равный Корабль может быть соединен с отделенными от него топливными баками тросом и вся система приведена во вращение [4.102].

В конечном счете оказывается, что полезная нагрузка должна составлять десятки тонн. Масса порядка 50-100 т типична для

многих проектов. Сокращение продолжительности экспедиции приводит к уменьшению полезной нагрузки.

Особенно важно сокращение продолжительности пребывания космонавтов в мировом пространстве. На поверхности планеты можно по крайней мере укрыться от радиационной и метеоритной опасности. Для этого послужит атмосфера планеты или бункеры, вырытые в ее породах.

Большие энергетические затраты, требующиеся для осуществления межпланетных экспедиции, делают неизбежными использование как монтажа корабля на околоземной орбите, так и маневров разъединения и стыковки на орбите искусственного спутника планеты-цели. Последние операции, однако, в случае, если планета обладает атмосферой, носят не столь безоговорочный характер, как при экспедиции на Луну.

Примечательной особенностью межпланетных экспедиций является большое разнообразие вариантов траекторий перелетов от Земли к планете-цели и обратно, от чего зависят продолжительности перелетов туда и обратно, а также времена пребывания на поверхности планеты или на околопланетной орбите. На основании какого критерия можно выбрать из множества вариантов наиболее выгодный? Нам уже привычен критерий минимума суммарной характеристической скорости. Чем меньше суммарная характеристическая скорость, тем меньше относительная начальная масса ракеты-носителя и тем, следовательно, технически легче осуществить эксперимент.

В случае межпланетных экспедиций дело обстоит, однако, сложнее, чем в случае экспедиций на Луну, так как теперь сама величина полезной нагрузки зависит от выбранного варианта экспедиции: более длительные экспедиции требуют и большей полезной нагрузки. Поэтому в принципе вариант более длительной экспедиции со сравнительно небольшой суммарной характеристической скоростью может иногда оказаться гораздо менее выгодным, чем вариант кратковременной экспедиции с большей суммарной характеристической скоростью. Для выбора варианта межпланетной экспедиции лучше подходит более общий критерий минимальной массы ракеты-носителя или, если учесть, что монтаж на орбите в данном случае неизбежен, критерий минимальной начальной массы корабля на низкой околоземной орбите. Это тем более верно, что величина полезной нагрузки зависит и от других факторов, например от скорости входа в земную атмосферу при возвращении (от нее зависит масса теплозащитного экрана), от условий входа в атмосферу планеты-цели и т. д.

Мы, однако, в дальнейшем будем для простоты, как правило, принимать полезную нагрузку за величину порядка 50 (независимо от варианта экспедиции), и для нас при оценке сложности экспедиции не будет разницы между критерием минимума суммарной характеристической скорости и критерием минимума начальной массы на орбите. Авторы большинства публикуемых работ поступают точно так же, когда не идет речь о конкретном проектировании экспедиции, а достаточны довольно грубые оценки.