Владимир Молодцов - Пилотируемые космические полеты

Двигатель VASIMR состоит из установленных в ряд магнитных элементов. Первый элемент отвечает за введение и нагрев рабочего тела; центральный действует как ускоритель, отвечая за дальнейший разогрев плазмы; задний является магнитным соплом и преобразует энергию потока в тягу. Нейтральный газ (обычно водород) вводится в передний элемент, где ионизируется. Полученная плазма возбуждается с помощью коротковолнового электромагнитного излучения в центральном элементе. В результате явления циклотронного резонанса ионов плазма разогревается и, зажатая магнитным полем, истекает через хвостовой элемент (сопло). Управляя электромагнитным полем, можно менять скорость истечения струи, при этом обеспечивая оптимально эффективный удельный импульс двигателя.

Грузовой корабль, оснащенный двигателем VASIMR мог бы за 180 суток доставить груз к Марсу, при этом масса полезного груза составила бы 66 от массы корабля. Первый пилотируемый полет на Марс можно было совершить за 235 суток, из них 101 сутки пришлось бы на полет к Марсу, 30 суток на пребывание на его поверхности и 104 суток на полет обратно. При этом во время перелета половину пути двигатель работал бы на ускорение, а половину на торможение. Масса полезного груза во время такой скоростной экспедиции составила 2 от начальной массы корабля. Если же провести на Марсе 705 суток, ожидая благоприятный условий для полета к Земле, то даже при сокращении времени каждого перелета до 90 суток (общая продолжительность экспедиции – 885 суток) масса полезного груза на трассе Земля-Марс возрастает до 18, а на трассе Марс-Земля до 14. При использовании аэродинамического торможения относительная масса полезного груза еще более возрастает.

По оценке Ф. Чанг-Диаза уже в 2003 году можно было приступить к демонстрационным испытаниям двигателя VASIMR в космосе, используя солнечную энергоустановку мощностью до 100 кВт. В 2005 году в качестве энергоустановки можно было бы использовать ядерный реактор мощностью в 1 МВт. Для организации полета на Марс необходимо увеличить мощность ядерного реактора до 30 МВт (по прогнозу к 2010 году). Тогда запуск грузового корабля к Марсу с двигателем VASIMR мог бы состояться в 2016 году, а пилотируемого корабля – в 2018 году.

Ну что ж, возможно такой двигатель придаст новый импульс проектам межпланетных пилотируемых полетов и сделает их более реальными и менее затратными. Однако до начала демонстрационных полетов аппаратов с двигателем VASIMR делать какие-либо прогнозы преждевременно.

Пока же предпринимались попытки упростить полет к Марсу, за счет чего добиться снижения его стоимости. Одной из них оказался доклад, представленный Кентом Джустеном, Райаном Шефероми Стефеном Хоффманомна специальной конференции по аэродинамике, проходившей 4-7 августа 1997 года в Сан Вэлли (штат Айдахо). За точку отсчета был принят проект НАСА 1993года. По мнению докладчиков снижение стоимости зависит, в первую очередь, от снижения массы полезного груза, выводимого на околоземную орбиту.

Как уже говорилось, в проекте НАСА 1993 года для осуществления первой пилотируемой экспедиции на Марс с помощью четырех тяжелых ракет-носителей к Марсу запускались четыре корабля общей массой 378 тонн. Для их разгона к Марсу использовались ракетные ступени с ЯРД.

Для запуска марсианской экспедиции авторы доклада предлагали использовать ракеты-носители грузоподъемностью до 85 тонн, созданные на базе элементов МТКС «Спейс Шатлл». При этом для запуска первой экспедиции требуется запуск восьми таких ракет. При первых трех пусках обеспечивается выведение на околоземную орбиту трех разгонных блоков с ЯРД. Еще три ракеты выводят марсианские корабли, которые стыкуются каждый со своим разгонным блоком. Вес каждой такой сборки составляет около 175 тонн. После стыковки корабли разгоняются к Марсу. Следом за ними с Земли стартуют еще две ракеты, которые обеспечивают выведение на околоземную орбиту разгонного блока с ЯРД и марсианского посадочного корабля массой 63 тонны с экипажем. После сборки они также направляются к Марсу. Общая масса всех кораблей на трассе Земля-Марс составляет 303 тонны.

Уменьшение общей массы марсианского экспедиционного комплекса достигается за счет уменьшения диаметра с 10 до 7,5 метров пилотируемого посадочного модуля, грузовой посадочной ступени и аппарата для возвращения на Земля, входящего в состав марсианского орбитального корабля, широкого применения композиционных материалов, отказа от парашютной системы посадки на Марс, исключения излишней научной аппаратуры, уменьшения размера вездехода.