§ 7. Операции на околопланетных орбитах, пролетных траекториях и поверхностях

До сих пор мы рассматривали такие схемы экспедиций, которые предусматривают или выход всей полезной нагрузки на околопланетную орбиту, или спуск ее целиком на поверхность планеты.

Но в большинстве проектов (кроме разве тех, в которых предусматривается использование газофазных ЯРД) корабль выходит на орбиту вокруг Марса, а затем наповерхность планеты, как и в третьем варианте экспедиции на Луну (§ 4 гл. 12), опускается лишь часть полезной нагрузки — посадочный аппарат, входящий в атмосферу со скоростью 3,5 км/с. Масса теплозащитного экрана будет невелика. Аппарат после заключительной встречи с кораблем остается на околопланетной орбите.

В случае, если выход на орбиту вокруг Марса осуществляется с помощью аэродинамического торможения, описанная схема дает чистый энергетический выигрыш по сравнению с вариантом спуска на поверхность всего межпланетного корабля: орбитальный корабль должен будет при отлете на Землю набрать лишь скорость, дополняющую круговую до необходимой гиперболической, а не всю гиперболическую скорость, как при старте с поверхности. Посадочный же отсек должен только выйти на орбиту, а не на гиперболическую траекторию отлета.

Если, однако, выход на орбиту вокруг Марса всего корабля осуществляется за счет ракетного торможения, то выигрыш в

энергии не будет безусловным, как при экспедиции на Луну: затрачивается топливо, которое при посадке всего корабля на поверхность могло бы быть сэкономлено благодаря сопротивлению атмосферы. Но вследствие того, что масса посадочного отсека может быть мала по сравнению с массой всего корабля, значительного выигрыша все же можно достичь. Чем меньше масса посадочного отсека, тем ближе расход топлива к случаю, когда посадка на поверхность вообще не производится. В предельном случае, когда массой посадочного отсека можно совсем пренебречь по сравнению с полной массой полезной нагрузки (автоматический посадочный зонд), экономия суммарной характеристической скорости составляет примерно

Выход на орбиту вокруг Марса имеет и дополнительные непринципиальные преимущества: возможность тщательного выбора места посадки, использование корабля на орбите в качестве промежуточной станции для радиосвязи с Землей, соображения безопасности и т. д.

Экспедиция по схеме рис. 167 (§ 6) предусматривает по опубликованным расчетам [4.111] монтаж корабля массой в течение 3 месяцев при посредстве 10 запусков ракет «Сатурн-5». Корабль несет 5 ядерных двигателей «Нерва-2» тягой каждый, один из которых используется при старте с Марса посадочных отсеков (для чего требуется водорода). Двигатели отбрасываются по мере их использования: вблизи Земли, после выхода на орбиту вокруг Марса, после старта с нее. Полезная нагрузка экипаж 8 человек.

По другому проекту [4.102] в случае -суточной экспедиции корабль может иметь массу на орбите в благоприятный период (1986 г.) и 1240 т в неблагоприятный период (1980 г.), если используется фторо-водородное топливо. Требуется 5—7 запусков модифицированных ракет «Сатурн-5».

В принципе возможна посылка на Марс космического корабля без его монтажа на околоземной орбите. Для этого необходимы носитель класса ракеты «Нова» (способный выводить на низкую орбиту полезную нагрузку непременное использование ядерных двигателей на межпланетном корабле и обязательный спуск на Марс не всего корабля, а небольшого отсека с людьми. При этом, конечно, обязательно аэродинамическое торможение при спусках на Марс и на Землю [4.101].

Наконец, большой энергетический выигрыш можно получить, если основную часть корабля вообще не выводить на орбиту вокруг планеты, а заставить задержаться на орбите или на поверхности только небольшой пилотируемый отсек. Отсек отделяется от базового корабля еще до достижения планеты, спрямляет свой путь с помощью разгонного импульса собственной двигательной установки и достигает планету раньше корабля. Недолгое время ожидания отсека проходит на околопланетной орбите или на поверхности

планеты (если речь не идет о Венере). В момент пролета основного корабля мимо планеты отсек с людьми стартует с орбиты или поверхности и осуществляет встречу с ним на гиперболической траектории. Космонавты переходят из отсека в базовый корабль. В случае экспедиции на Марс корабль затем совершает активный поворотный маневр, чтобы быстрее прибыть на Землю и встретить по пути Венеру (для уменьшения скорости входа в земную атмосферу).

Рис. 169. Сочетание облета Марса с запуском пилотируемого спутника Марса [4 47].

В случае экспедиции на орбиту вокруг Венеры активный маневр не нужен, и отсек, если бы не было коррекций, мог в принципе сопровождать базовый корабль до самой Земли. Энергетический выигрыш очевиден: в пределе («остановочный» автоматический зонд очень небольшой массы) вся операция эквивалентна простому (активному или пассивному) облету планеты [4.47, 4.112, 4.1171.

На рис. 169 [4.47] показана описываемая схема экспедиции на орбиту вокруг Марса (волнистая линия — вид околопланетной орбиты в гелиоцентрической системе). Аналогично выглядит и схема высадки на поверхность (без волнистой линии).

В одном из исследований [4.117] посадка на Марс экспедиционного отсека предусматривается через 110 сут после его отделения. Время ожидания 2—3 недели. Активный маневр после встречи требует (в разные периоды). Утверждается, что масса, выводимая на околоземную орбиту при использовании описанной операции, будет на 30% меньше той, которая бы понадобилась,

чтобы направить к Марсу два корабля, встречающиеся на орбите около него (очевидно, с той же полезной нагрузкой) 14.117].

Согласно другой работе [4.112] при полезной нагрузке включая массу экспедиционного отсека начальная масса корабля составит в благоприятный сезон и в неблагоприятный при удельном импульсе ЖРД 450 с, если отсек выводится на орбиту с перицентрическим расстоянием 1,1 радиуса Марса и эксцентриситетом 0,72. Монтаж такого корабля требует двух запусков ракет «Сатурн-5» (в неблагоприятный сезон — модифицированных с присоединенными большими РДТТ), один из которых выводит разгонный блок для схода с околоземной орбиты.

Особый вариант описанной схемы заключается в посылке к Марсу двух кораблей, причем один совершает посадку или выходит на околопланетную орбиту, а другой пролетает планету и принимает на борт экипаж первого корабля после встречи с ним на гиперболической траектории [4.118].

Выше было показано, что даже в будущем, когда войдут в строй газофазные ЯРД, трудности пилотируемых полетов к планетам группы Юпитера будут велики. Неоднократно выражалась надежда, что с прогрессом космической техники окажется возможным заранее запланированное использование водорода, добываемого из льда на поверхностях некоторых спутников юпитерианских планет, в качестве рабочего тела ЯРДУ в последующих операциях