Самый главный вопрос на который необходимо ответить, замышляя некое эпическое свершение, полёт на Марс, например, — а оно вообще надо? Зачем? Ибо эпические свершения, как правило, очень затратны. Пилотируемая экспедиция на Марс определённо относится к числу таковых. Дорого обойдётся это удовольствие…
Между тем, перспективы пилотируемой космонавтики, в условиях, когда возможности автоматики стремительно растут, сами по себе являются вопросом дискуссионным. Тем не менее, в обозримой перспективе пилотируемые полёты останутся экономически оправданными. На орбите космонавты выполняют функции наладчиков, ремонтников и лаборантов. Регулярное техническое обслуживание приборов, возможность настойки, перенастройки, устранения неполадок и многократного использования одного устройства в разных схемах увеличивает эффективность эксплуатации оборудования в четыре-пять раз.
Вторая причина отправлять человека в Космос связана с ограниченностью скорости света. Задержка сигнала между Землёй и Луной – меньше двух секунд. Но и это очень затрудняло управление луноходами. До Марса же даже в момент максимального сближения свет идёт три минуты. Кроме того, мощность передатчика межпланетной станции не может быть велика. Приходящий с космического расстояния сигнал чудовищно слаб и тонет в шумах. Его восстановление и расшифровка требуют колоссальных вычислительных мощностей и занимают уйму времени. Находящийся вблизи объекта изучения оператор сможет управлять быстродвижущимся дроном, обследуя большую территорию и отсматривая приходящую с камер автомата «картинку» в реальном времени. Фокусируя аппаратуру на интересных деталях, человек соберёт в 10 или даже в 100 раз больше информации, чем робот.
Пилотируемая экспедиция на Марс имеет смысл. Но надо торопиться. Лет через двадцать смысла уже не будет. Роботы справятся сами. Однако, на сегодняшний день предпосылки ещё не назрели. Реалистичным в плане материальных затрат и длительности полёта это мероприятие становится только после создания электро-ядерного (или «плазменного») двигателя. Разработки такой установки в настоящий момент ведутся в РФ и США, и её появление ожидается в ближайшие годы.
Плазмотроны уже 40 лет широко используются, представляя собой, по сути, миниатюрные, работающие от солнечных батарей ускорители, в которых «очищенные» от электронных оболочек ядра тяжёлого инертного газа – ксенона – разгоняются магнитным полем до 33 км/с. Эффективность расхода горючего у плазменного двигателя в 10 раз лучше, чем у ЖРД. Если же использовать водород, она может быть и в 100 раз лучше. Ведь, при равной энергии «выстрела» начальная скорость снаряда будет тем выше, чем он легче. Другой вопрос, что одновременно уменьшается и «импульс отдачи». При работе на водороде тяга очень мала и разгон происходит слишком медленно (хотя и с ничтожным расходом газа). По этой причине, а также потому, что хранить водород очень сложно, рабочим телом для ионных двигателей обычно и служит ксенон.
Но питание от солнечных батарей ограничивает мощность современных плазменных двигателей киловаттами. Вывести её на уровень мегаватт позволят проектируемые ядерные энергетические установки. Но даже в этом случае, двигатель, непрерывно работающий (сначала для разгона, а потом для торможения корабля) на продолжении всего полёта, не сможет создать перегрузку, которую экипаж ощутил бы без помощи приборов.
В случае использования реактора с электрической мощностью на уровне 4 Мегаватт, общая масса способного доставить к Марсу трёх человек за 140 суток корабля может составить порядка 150 тонн (с обтекателями для преодоления земной атмосферы — 160-170 тонн). И в принципе, можно будет даже полностью подготовить к полёту на Земле и вывести на орбиту уже с экипажем на борту. Но это едва ли оправдано, так как рассчитанный на 10 или 20 лет эксплуатации (реактор потребуется периодически обслуживать) аппарат должен быть приспособлен именно к заправке и погрузке в космосе.
Полторы сотни тонн, — это вес минимальный, позволяющий разместить на борту реактор. Вероятно, можно построить и более крупный корабль, но едва ли с самого начала есть смысл замахиваться на что-то значительнее, нежели функциональный минимум. Соответственно, при удержании амбиций в рамках разумного, на припасы и полезную нагрузку придётся всего 20-25 тонн, а на «горючее» — скорее всего, это будет гелий, причём, в строгом смысле газ станет только рабочим телом, создающим тягу, топливом же будет уран, — 40 тонн. Расходуя по 140 килограммов газа в день, плазмолёт сможет двигаться с крошечным, но постоянным ускорением. Причём, увеличивать скорость, сокращая общую массу корабля или повышая мощность двигателя, нецелесообразно. Оптимальная с точки зрения небесной механики продолжительность миссии – 14 месяцев – останется прежней.
Но пилотируемая экспедиция, как бы, подразумевает не только полёт туда и обратно, но и посадку. С посадкой сложнее. Из-за более сильной гравитации и наличия кое-какой атмосферы взлететь с Марса значительно труднее, чем с Луны. Но если лунный пилотируемый модуль направится сразу на Землю, то марсианскому достаточно лишь выйти на низкую орбиту, где его подберёт корабль. Так что, создать имеющий массу менее 25 тонн посадочный модуль возможно, и если не ставить перед экспедицией иных целей, доставка человека на Марс вполне осуществима. Хотя программу исследований в этом случае придётся сократить до минимума: посадка, произнесение исторических реплик, установка флага, фотосессия, сбор камешков на память и поспешный отлёт. Едва ли стоит строить электро-ядерный крейсер только для этого.
Как минимум, первая пилотируемая экспедиция (а единственный плазмолёт позволит осуществить их не меньше пяти) должна направиться не на Марс, а к Марсу. Полезную нагрузку при этом составит кассета с орбитальными и спускаемыми аппаратами. Спутники займутся разведкой, определяя точки, куда стоит высадить марсоходы и куда затем отправятся миниатюрные челноки, предназначенные для подъёма на орбиту капсул с собранными образцами грунта. И спутников понадобится много, так как Марс лишён отражающей радиосигналы ионосферы, — связь действует только в пределах видимости, а управление дроном не целесообразно прерывать каждый раз, когда он уходит за горизонт.
Вторая экспедиция уже будет пилотируемой, но беспосадочной. И третья тоже. Задачей экипажа по прежнему отсанется сбор информации с помощью дронов, доставленных первым рейсом. В перерывах же между визитами, управлять аппаратами (пусть и с куда меньшим эффектом), кстати, можно будет и с Земли. Полезную же нагрузку, если стратегической целью останется именно высадка человека, в последующих миссиях составят сначала обитаемый модуль, потом грузовой – с припасами и оборудованием. И только в последнюю очередь — четвёртой экспедицией — на орбиту Марса будет доставлен посадочный аппарат.
Предварительная разведка, а также создание временной базы, как минимум из двух служебных модулей, позволит произвести высадку там, где действительно нашлось нечто необычайно интересное и требующее для детального изучения человеческих рук, способных осуществлять тонкие манипуляции киркой и лопатой. Выполнять работы, слишком ответственные, для того, чтобы поручить их роботам, ибо требующих грубой физической силы, космонавты смогут в течение нескольких недель.
