Страница:
Марс завораживал, Марс притягивал взоры, Марс содержал в себе величайшую тайну. И казалось вполне логичным, что окончание «лунной гонки», столь бесславное для Советского Союза, стимулирует новую «марсианскую» гонку, в которой советские конструкторы попытаются взять реванш.
Однако именно кажущееся равенство в счете («Вы первые на Луне, зато мы первые в космосе») сыграло с марсианской пилотируемой программой злую шутку.
Советскому руководству почти сразу стало очевидно, что значительного политического резонанса экспедиция на Марс не вызовет, а денег и времени на нее уйдет куда больше, чем даже на создание лунной базы. Малую же политическую выгоду можно было получить, устанавливая рекорды: по количеству часов пребывания на орбите, по количеству членов экипажа на одном корабле, по количеству выходов в открытый космос, и так далее, и так далее, и так далее…
Американские политики, в свою очередь, хорошо помнили о том, как быстро угас интерес общественности к космической программе после того, как Нейл Армстронг ступил на поверхность Луны, показав тем самым всему миру и «заносчивым русским», кто в космосе «главный». Во второй раз мобилизовать все силы страны, живущей по законам рыночной экономики, на проект, который никогда не принесет значительной прибыли, вряд ли удалось бы: у Америки начала 70-х хватало других серьезных проблем. Научные же исследования можно было поручить автоматическим станциям.
В итоге ведущие космические организации как в США, так и в СССР были поставлены перед свершившимся фактом: денег на экспедицию к Марсу нет и в ближайшее время они не появятся. А ведь совсем недавно все было по-другому…
Американская марсианская программа
Проект «МПК» Михаила Тихонравова
Проект «МАВР» Глеба Максимова
«ТМК» и «ТМК-Э» Константина Феоктистова
Проект «Аэлита»
Однако именно кажущееся равенство в счете («Вы первые на Луне, зато мы первые в космосе») сыграло с марсианской пилотируемой программой злую шутку.
Советскому руководству почти сразу стало очевидно, что значительного политического резонанса экспедиция на Марс не вызовет, а денег и времени на нее уйдет куда больше, чем даже на создание лунной базы. Малую же политическую выгоду можно было получить, устанавливая рекорды: по количеству часов пребывания на орбите, по количеству членов экипажа на одном корабле, по количеству выходов в открытый космос, и так далее, и так далее, и так далее…
Американские политики, в свою очередь, хорошо помнили о том, как быстро угас интерес общественности к космической программе после того, как Нейл Армстронг ступил на поверхность Луны, показав тем самым всему миру и «заносчивым русским», кто в космосе «главный». Во второй раз мобилизовать все силы страны, живущей по законам рыночной экономики, на проект, который никогда не принесет значительной прибыли, вряд ли удалось бы: у Америки начала 70-х хватало других серьезных проблем. Научные же исследования можно было поручить автоматическим станциям.
В итоге ведущие космические организации как в США, так и в СССР были поставлены перед свершившимся фактом: денег на экспедицию к Марсу нет и в ближайшее время они не появятся. А ведь совсем недавно все было по-другому…
Американская марсианская программа
В сентябре 1969 года руководство НАСА подготовило доклад для президента и его администрации, озаглавленный «Космическая программа после Аполлона: директивы на будущее» («The Post-Apollo Space Program: Directions for the Future»).
В докладе отмечалось, что программа «Аполлон» безусловно является высшим достижением в космической области на сегодняшний день, но при этом она — лишь этап долговременного процесса по изучению и освоению человеком космического пространства. Авторы доклада указывали, что в этой связи особое беспокойство вызывает намерение администрации сократить ассигнования перспективных программ, в том числе — проект экспедиции на Марс. Руководители НАСА заверяли, что, используя накопленный в ходе освоения Луны опыт, Национальное управление по аэронавтике и космонавтике вполне способно осуществить такую экспедицию в течение 15 лет. Для этого предлагалось принять полет на Марс в качестве основной цели для существующей космической программы.
Сама подготовка к такому полету виделась авторам доклада разделенной на три фазы. Первая фаза — переориентация работы всех бюро, институтов, фирм и заводов, занятых в программе «Аполлон», на решение задач марсианского проекта. Вторая фаза — создание долговременной орбитальной станции и постоянной базы на Луне для обеспечения строительства межпланетного корабля и подготовки экипажей.
Третья фаза — собственно серия пилотируемых полетов к Марсу и на Марс с последующим возвращением на Землю.
Выбор конкретного графика реализации этой программы оставлялся на усмотрение президента. Он мог выбирать из двух вариантов: параллельное строительство орбитальной станции и межпланетного корабля (приблизительная стоимость — 6 миллиардов долларов) или последовательное строительство: сначала станции, а потом — корабля (стоимость — от 4 до 5 миллиардов долларов). В случае, если выбор будет сделан в пользу первого варианта, специалисты НАСА обещали построить межпланетный корабль к 1974 году, с тем чтобы запустить его к Марсу уже в 1981 году. Второй вариант гарантировал запуск межпланетного корабля только к 1986 году.
Любопытно, что в докладе не исключалась возможность вовлечения в программу советских космонавтов и специалистов с целью расширения научного сотрудничества на Земле и в космосе. То есть уже в 1969 году эксперты НАСА говорили о международной программе покорения Марса. Советские ученые заговорят об этом значительно позже.
Что же представляла собой американская программа экспедиции на Марс с инженерно-технической точки зрения?
В разные годы самые различные организации США предлагали свои проекты корабля для полета к Марсу. Разумеется, выбор оставался за руководством НАСА, и именно оно выделяло средства на исследования, так или иначе связанные с этой темой.
Например, с 1963 по 1969 год НАСА финансировало проект «НЕРВА» («NERVA»), направленный на создание ядерного ракетного двигателя для полета к Луне и планетам Солнечной системы. Подробнее я расскажу об этом проекте в главе 19, а сейчас остановимся только на тех деталях, которые касаются непосредственно космического корабля.
Существовало два более или менее проработанных варианта межпланетного корабля для полета на Марс с использованием ядерного ракетного двигателя типа «НЕРВА». В одном из них предполагалось использовать пять типовых ядерных ступеней: связку из трех таких ступеней — в качестве первой ступени трехступенчатой ракеты-носителя, и по одной такой же ступени — для второй и третьей ступеней.
Сборка подобной ядерной ракеты должна была производиться на околоземной орбите с использованием ракет-носителей «Сатурн-5». Сам полет к Марсу согласно этому проекту мог состояться уже в 1985 году.
Другой проект космического корабля на базе ядерных ступеней «НЕРВА» представлял собой трехступенчатую ракету, которая в отличие от первой не нуждалась в повторном запуске какого-либо из установленных на ней ядерных ракетных двигателей: после того как двигатели отрабатывали свое, их отделяли от корабля.
Схема межпланетной экспедиции с использованием этого корабля выглядела бы следующим образом.
Старт — 12 ноября 1981 года; выход на 24-часовую эллиптическую орбиту вокруг Марса — 9 августа 1982 года; изучение Марса с высадкой экспедиции на его поверхность; отбытие — 28 октября 1982 года; полет к Венере с ее проходом — 28 февраля 1983 года; выход на околоземную орбиту — 14 августа 1983 года; стыковка с кораблем «Спейс Шаттл»; возвращение экипажа на Землю через 640 дней после отправления.
Предполагалось, что большинство систем и оборудования корабля для полетов к Марсу будет аналогичным системам и оборудованию лунного корабля «Аполлон» (более того, этот проект некоторое время фигурировал под обозначением «Аполлон-Икс»). При этом, однако, обитаемый модуль должен иметь гораздо более высокое аэродинамическое качество и более совершенную систему теплозащиты, чем возвращаемая капсула «Аполлона», так как при сходе с космической траектории к Земле скорость будет порядка 13–18 км/с.
По представлениям конструкторов НАСА, в полет к Марсу должны были отправиться два одинаковых космических корабля. Каждый корабль имеет отсек с оборудованием, командный отсек и отсек посадки на Марс. В случае появления неисправностей в одном из кораблей на любой стадии полета его команда может покинуть аварийный корабль в своем командном отсеке и пристыковаться ко второму кораблю.
Следовательно, каждый корабль должен вмещать удвоенный экипаж (всего шесть человек). Отсеки с оборудованием и командный будут работать в переменном поле тяготения с перегрузкой от 0 до 0,6 g. Жилые помещения находятся в отсеке оборудования. Командный отсек используется при выходе на орбиту, во время входа в атмосферу и посадки, а также при аварийном покидании корабля. Посадочный отсек будет оставлен на околомарсианской орбите после того, как экипаж перейдет в отсек оборудования. Последний будет сброшен перед входом в атмосферу Земли.
Согласно исследованиям, проведенным в Исследовательском центре имени Лэнгли, весьма эффективным средством уменьшения начального веса системы для полета по маршруту Земля-Марс-Земля является использование аэродинамического торможения в атмосферах Марса и Земли.
С учетом этого в Центре разрабатывался крылатый космический корабль с высоким аэродинамическим качеством.
Стартовый вес ракетно-космической системы Центра имени Лэнгли составлял 400 тонн. Система была снабжена ядерной ракетной силовой установкой весом 59 тонн и собиралась на околоземной орбите с помощью четырех ракетносителей «Сатурн-5». Планировалось, что первая ракета доставит на орбиту ядерную силовую установку и полезную нагрузку в виде крылатого космического корабля, а три остальных — 12 баков с топливом.
В 1969 году проект «НЕРВА» был закрыт. Его развитие требовало значительных капиталовложений, а денег у НАСА едва хватало на обеспечение лунных экспедиций.
В это время американский ученый и конструктор Филип Боно выступил с детально проработанным альтернативным проектом марсианской экспедиции, получившим название «Деймос» («Project Deimos»).
В качестве ракетно-космического комплекса, которому предстояло доставить экспедиционный корабль к Марсу, Боно предлагал гигантский ускоритель на химическом топливе «Ромбус» («Rombus»), заправляемый на околоземной орбите высотой 320 километров. Стартовая масса комплекса — 3965 тонн. На участке разгона корабль должен будет сбросить четыре опустевших топливных бака. Через 200 дней после старта, выйдя на околомарсианскую орбиту высотой 555 километров, корабль избавится еще от двух баков; при этом масса его составит 985 тонн. Затем произойдет отделение 25-тонного экспедиционного корабля, на котором экипаж из трех астронавтов совершит высадку на Марс. Этот корабль имел очень незначительный обитаемый объем и мог обеспечить лишь 20-дневное пребывание астронавтов на поверхности красной планеты. В перспективе можно было бы продлить время пребывания до года, загодя доставив на Марс необходимые запасы продовольствия, кислорода и воды.
По окончании исследовательской программы экипаж стартует в 11-тонном возвращаемом модуле экспедиционного корабля и, состыковавшись с разгонным блоком, через 280 дней после выхода на орбиту Марса покидает пределы красной планеты. Обратная дорога займет еще 330 дней.
Полная масса комплекса после возвращения к Земле составит всего 340 тонн.
Межпланетный корабль рассчитывался на шестерых астронавтов. Для выполнения успешного полета к Марсу и обратно им потребовалось бы 6500 килограммов продовольствия, кислорода и воды. Энергоснабжение корабля обеспечивалось двумя ядерными реакторами «СНАП-8» («SNAP-8»).
Согласно выкладкам Боно, если бы корабль «Деймос» удалось запустить к Марсу 9 мая 1986 года, то уже 25 ноября 1986 года он бы вышел на околомарсианскую орбиту, а 16 августа 1988 года экипаж вернулся бы на Землю.
Впрочем, предложение Филиппа Боно не заинтересовало руководство НАСА, и проект марсианской экспедиции «Деймос» остался лишь еще одной теоретической разработкой среди сотен других.
В конце 1970-х годов, когда и самому распоследнему американцу стало ясно, что пилотируемая экспедиция на Марс — дело не ближайшего, а весьма отдаленного будущего, в НАСА решили более серьезно подойти к проблеме длительного межпланетного полета. Для изучения вопроса о влиянии такого полета на организм астронавтов было предложено построить орбитальную станцию, которая станет прототипом обитаемого модуля межпланетного корабля — «ПММ» («РММ», «Planetary Mission Module»). Орбитальная станция-прототип имела форму колеса с габаритами: максимальный диаметр — 16,5 метра, обитаемый объем — 930 м3 полная масса — 100 тонн. Экипаж — 6 человек. Расчетный срок эксплуатации — 3 года. Потребляемая мощность — 25 кВт, энергоснабжение — от ядерного реактора.
В ходе проектирования и эксплуатации орбитальной станции «ПММ» предполагалось ответить на целый ряд вопросов связанных с длительной экспедицией к Марсу. Прежде всего следовало обеспечить нормальную жизнедеятельность экипажа, то есть определить необходимое количество запасов продовольствия, кислорода, воды и запасных частей к оборудованию с учетом невозможности их восполнения, рассчитать теплозащиту на случай опасного приближения к Солнцу и защиту от космического излучения. С другой стороны, перед разработчиками встала масса технических проблем достаточно ли мощности реактора, нужно ли раскручивать станцию для создания «искусственной гравитации» или можно обойтись без этого, какие системы требуют дублирования, а какие нет… И так далее, и тому подобное.
Проект станции-прототипа «ПММ» был вполне реален, но и его не удалось довести до завершения. Все ресурсы НАСА оказались задействованы в программе создания кораблей многоразового использования.
В докладе отмечалось, что программа «Аполлон» безусловно является высшим достижением в космической области на сегодняшний день, но при этом она — лишь этап долговременного процесса по изучению и освоению человеком космического пространства. Авторы доклада указывали, что в этой связи особое беспокойство вызывает намерение администрации сократить ассигнования перспективных программ, в том числе — проект экспедиции на Марс. Руководители НАСА заверяли, что, используя накопленный в ходе освоения Луны опыт, Национальное управление по аэронавтике и космонавтике вполне способно осуществить такую экспедицию в течение 15 лет. Для этого предлагалось принять полет на Марс в качестве основной цели для существующей космической программы.
Сама подготовка к такому полету виделась авторам доклада разделенной на три фазы. Первая фаза — переориентация работы всех бюро, институтов, фирм и заводов, занятых в программе «Аполлон», на решение задач марсианского проекта. Вторая фаза — создание долговременной орбитальной станции и постоянной базы на Луне для обеспечения строительства межпланетного корабля и подготовки экипажей.
Третья фаза — собственно серия пилотируемых полетов к Марсу и на Марс с последующим возвращением на Землю.
Выбор конкретного графика реализации этой программы оставлялся на усмотрение президента. Он мог выбирать из двух вариантов: параллельное строительство орбитальной станции и межпланетного корабля (приблизительная стоимость — 6 миллиардов долларов) или последовательное строительство: сначала станции, а потом — корабля (стоимость — от 4 до 5 миллиардов долларов). В случае, если выбор будет сделан в пользу первого варианта, специалисты НАСА обещали построить межпланетный корабль к 1974 году, с тем чтобы запустить его к Марсу уже в 1981 году. Второй вариант гарантировал запуск межпланетного корабля только к 1986 году.
Любопытно, что в докладе не исключалась возможность вовлечения в программу советских космонавтов и специалистов с целью расширения научного сотрудничества на Земле и в космосе. То есть уже в 1969 году эксперты НАСА говорили о международной программе покорения Марса. Советские ученые заговорят об этом значительно позже.
Что же представляла собой американская программа экспедиции на Марс с инженерно-технической точки зрения?
В разные годы самые различные организации США предлагали свои проекты корабля для полета к Марсу. Разумеется, выбор оставался за руководством НАСА, и именно оно выделяло средства на исследования, так или иначе связанные с этой темой.
Например, с 1963 по 1969 год НАСА финансировало проект «НЕРВА» («NERVA»), направленный на создание ядерного ракетного двигателя для полета к Луне и планетам Солнечной системы. Подробнее я расскажу об этом проекте в главе 19, а сейчас остановимся только на тех деталях, которые касаются непосредственно космического корабля.
Сборка подобной ядерной ракеты должна была производиться на околоземной орбите с использованием ракет-носителей «Сатурн-5». Сам полет к Марсу согласно этому проекту мог состояться уже в 1985 году.
Другой проект космического корабля на базе ядерных ступеней «НЕРВА» представлял собой трехступенчатую ракету, которая в отличие от первой не нуждалась в повторном запуске какого-либо из установленных на ней ядерных ракетных двигателей: после того как двигатели отрабатывали свое, их отделяли от корабля.
Старт — 12 ноября 1981 года; выход на 24-часовую эллиптическую орбиту вокруг Марса — 9 августа 1982 года; изучение Марса с высадкой экспедиции на его поверхность; отбытие — 28 октября 1982 года; полет к Венере с ее проходом — 28 февраля 1983 года; выход на околоземную орбиту — 14 августа 1983 года; стыковка с кораблем «Спейс Шаттл»; возвращение экипажа на Землю через 640 дней после отправления.
Предполагалось, что большинство систем и оборудования корабля для полетов к Марсу будет аналогичным системам и оборудованию лунного корабля «Аполлон» (более того, этот проект некоторое время фигурировал под обозначением «Аполлон-Икс»). При этом, однако, обитаемый модуль должен иметь гораздо более высокое аэродинамическое качество и более совершенную систему теплозащиты, чем возвращаемая капсула «Аполлона», так как при сходе с космической траектории к Земле скорость будет порядка 13–18 км/с.
По представлениям конструкторов НАСА, в полет к Марсу должны были отправиться два одинаковых космических корабля. Каждый корабль имеет отсек с оборудованием, командный отсек и отсек посадки на Марс. В случае появления неисправностей в одном из кораблей на любой стадии полета его команда может покинуть аварийный корабль в своем командном отсеке и пристыковаться ко второму кораблю.
Следовательно, каждый корабль должен вмещать удвоенный экипаж (всего шесть человек). Отсеки с оборудованием и командный будут работать в переменном поле тяготения с перегрузкой от 0 до 0,6 g. Жилые помещения находятся в отсеке оборудования. Командный отсек используется при выходе на орбиту, во время входа в атмосферу и посадки, а также при аварийном покидании корабля. Посадочный отсек будет оставлен на околомарсианской орбите после того, как экипаж перейдет в отсек оборудования. Последний будет сброшен перед входом в атмосферу Земли.
Согласно исследованиям, проведенным в Исследовательском центре имени Лэнгли, весьма эффективным средством уменьшения начального веса системы для полета по маршруту Земля-Марс-Земля является использование аэродинамического торможения в атмосферах Марса и Земли.
С учетом этого в Центре разрабатывался крылатый космический корабль с высоким аэродинамическим качеством.
Стартовый вес ракетно-космической системы Центра имени Лэнгли составлял 400 тонн. Система была снабжена ядерной ракетной силовой установкой весом 59 тонн и собиралась на околоземной орбите с помощью четырех ракетносителей «Сатурн-5». Планировалось, что первая ракета доставит на орбиту ядерную силовую установку и полезную нагрузку в виде крылатого космического корабля, а три остальных — 12 баков с топливом.
В это время американский ученый и конструктор Филип Боно выступил с детально проработанным альтернативным проектом марсианской экспедиции, получившим название «Деймос» («Project Deimos»).
В качестве ракетно-космического комплекса, которому предстояло доставить экспедиционный корабль к Марсу, Боно предлагал гигантский ускоритель на химическом топливе «Ромбус» («Rombus»), заправляемый на околоземной орбите высотой 320 километров. Стартовая масса комплекса — 3965 тонн. На участке разгона корабль должен будет сбросить четыре опустевших топливных бака. Через 200 дней после старта, выйдя на околомарсианскую орбиту высотой 555 километров, корабль избавится еще от двух баков; при этом масса его составит 985 тонн. Затем произойдет отделение 25-тонного экспедиционного корабля, на котором экипаж из трех астронавтов совершит высадку на Марс. Этот корабль имел очень незначительный обитаемый объем и мог обеспечить лишь 20-дневное пребывание астронавтов на поверхности красной планеты. В перспективе можно было бы продлить время пребывания до года, загодя доставив на Марс необходимые запасы продовольствия, кислорода и воды.
По окончании исследовательской программы экипаж стартует в 11-тонном возвращаемом модуле экспедиционного корабля и, состыковавшись с разгонным блоком, через 280 дней после выхода на орбиту Марса покидает пределы красной планеты. Обратная дорога займет еще 330 дней.
Полная масса комплекса после возвращения к Земле составит всего 340 тонн.
Межпланетный корабль рассчитывался на шестерых астронавтов. Для выполнения успешного полета к Марсу и обратно им потребовалось бы 6500 килограммов продовольствия, кислорода и воды. Энергоснабжение корабля обеспечивалось двумя ядерными реакторами «СНАП-8» («SNAP-8»).
Впрочем, предложение Филиппа Боно не заинтересовало руководство НАСА, и проект марсианской экспедиции «Деймос» остался лишь еще одной теоретической разработкой среди сотен других.
В конце 1970-х годов, когда и самому распоследнему американцу стало ясно, что пилотируемая экспедиция на Марс — дело не ближайшего, а весьма отдаленного будущего, в НАСА решили более серьезно подойти к проблеме длительного межпланетного полета. Для изучения вопроса о влиянии такого полета на организм астронавтов было предложено построить орбитальную станцию, которая станет прототипом обитаемого модуля межпланетного корабля — «ПММ» («РММ», «Planetary Mission Module»). Орбитальная станция-прототип имела форму колеса с габаритами: максимальный диаметр — 16,5 метра, обитаемый объем — 930 м3 полная масса — 100 тонн. Экипаж — 6 человек. Расчетный срок эксплуатации — 3 года. Потребляемая мощность — 25 кВт, энергоснабжение — от ядерного реактора.
В ходе проектирования и эксплуатации орбитальной станции «ПММ» предполагалось ответить на целый ряд вопросов связанных с длительной экспедицией к Марсу. Прежде всего следовало обеспечить нормальную жизнедеятельность экипажа, то есть определить необходимое количество запасов продовольствия, кислорода, воды и запасных частей к оборудованию с учетом невозможности их восполнения, рассчитать теплозащиту на случай опасного приближения к Солнцу и защиту от космического излучения. С другой стороны, перед разработчиками встала масса технических проблем достаточно ли мощности реактора, нужно ли раскручивать станцию для создания «искусственной гравитации» или можно обойтись без этого, какие системы требуют дублирования, а какие нет… И так далее, и тому подобное.
Проект станции-прототипа «ПММ» был вполне реален, но и его не удалось довести до завершения. Все ресурсы НАСА оказались задействованы в программе создания кораблей многоразового использования.
Проект «МПК» Михаила Тихонравова
Советские конструкторы космической техники вполне разделяли энтузиазм Фридриха Цандера, выразившийся в лозунге «Вперед — на Марс!». К их числу относился и Сергей Королев.
Напомним, что в эскизном проекте ракетно-космических систем на базе «Н-1», который Королев утвердил 16 мая 1962 года, среди задач, которая ставилась перед этими системами, фигурируют и такие: «облет экипажем в два-три человека Марса, Венеры и возвращение на Землю; осуществление экспедиций на поверхность Марса и Венеры и выбор места для исследовательской базы; создание исследовательских баз на Марсе и осуществление транспортных связей между Землей и планетами».
Кому-то эти планы могут показаться амбициозными, но Сергей Павлович был уверен, что их удастся реализовать еще при жизни его поколения. Не удивительно поэтому, что ему принадлежит инициатива по началу работ над тяжелыми межпланетными кораблями, которые велись в ОКБ-1 с начала 60-х годов.
Первые прикидки по пилотируемой экспедиции на Марс Королев поручил сделать группе знакомого нам Михаила Тихонравова еще в 1959 году.
Эскизный проект, разработанный в группе, предусматривал создание на околоземной орбите из отдельных блоков гигантского «Марсианского пилотируемого комплекса» («МПК»). Его вес оценивался в 1600 тонн. Двигатели работали на жидком кислороде и керосине. Для выведения всей этой массы на орбиту предполагалось осуществить от 20 до 24 пусков сверхтяжелых ракет-носителей. Экспедиция была рассчитана на 30 месяцев, при этом около года планировалось посвятить непосредственному изучению планеты — с орбиты спутника и на ее поверхности. Возвращаемый на Землю корабль должен был иметь массу 15 тонн. Прежде чем осуществить экспедицию, должен был состояться испытательный полет корабля (несколько меньших размеров), которому предстояло облететь Марс, изучив его с определенного расстояния. Старт запланировали на 8 июня 1971 года Очень скоро стало ясно, что проект в ближайшем будущем реализовать не удастся. Слишком высокие требования к технике были в нем заложены. Слишком сжатые сроки реализации предлагались…
Напомним, что в эскизном проекте ракетно-космических систем на базе «Н-1», который Королев утвердил 16 мая 1962 года, среди задач, которая ставилась перед этими системами, фигурируют и такие: «облет экипажем в два-три человека Марса, Венеры и возвращение на Землю; осуществление экспедиций на поверхность Марса и Венеры и выбор места для исследовательской базы; создание исследовательских баз на Марсе и осуществление транспортных связей между Землей и планетами».
Кому-то эти планы могут показаться амбициозными, но Сергей Павлович был уверен, что их удастся реализовать еще при жизни его поколения. Не удивительно поэтому, что ему принадлежит инициатива по началу работ над тяжелыми межпланетными кораблями, которые велись в ОКБ-1 с начала 60-х годов.
Эскизный проект, разработанный в группе, предусматривал создание на околоземной орбите из отдельных блоков гигантского «Марсианского пилотируемого комплекса» («МПК»). Его вес оценивался в 1600 тонн. Двигатели работали на жидком кислороде и керосине. Для выведения всей этой массы на орбиту предполагалось осуществить от 20 до 24 пусков сверхтяжелых ракет-носителей. Экспедиция была рассчитана на 30 месяцев, при этом около года планировалось посвятить непосредственному изучению планеты — с орбиты спутника и на ее поверхности. Возвращаемый на Землю корабль должен был иметь массу 15 тонн. Прежде чем осуществить экспедицию, должен был состояться испытательный полет корабля (несколько меньших размеров), которому предстояло облететь Марс, изучив его с определенного расстояния. Старт запланировали на 8 июня 1971 года Очень скоро стало ясно, что проект в ближайшем будущем реализовать не удастся. Слишком высокие требования к технике были в нем заложены. Слишком сжатые сроки реализации предлагались…
Проект «МАВР» Глеба Максимова
Следующие, варианты марсианской экспедиции кажутся более реалистичными.
В том же 1959 году две небольшие группы молодых инженеров, входившие в состав бригады Тихонравова, сначала в инициативном порядке, а летом уже в соответствии с планами ОКБ-1 начали проектировать межпланетные космические корабли.
Первую группу возглавлял Глеб Максимов. Проект пилотируемой космической системы, получивший название «Тяжелый межпланетный корабль» («ТМК»), выдвинутый этой группой, основывался на использовании сверхтяжелого носителя. С помощью этого носителя на околоземную орбиту выводились трехместный межпланетный корабль и ракетный блок, который обеспечивал разгон корабля в направлении Марса. Затем по баллистической траектории совершался полет к красной планете, ее облет и возвращение на Землю.
На пути к Марсу «ТМК» включал следующие отсеки: жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический и агрегатный. В состав комплекса также входили спускаемый аппарат и корректирующая двигательная установка. После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей.
Габариты «ТМК»: полная длина — 12 метров, максимальный диаметр — 6 метров, полная масса — 75 тонн.
Стартовать к Марсу «ТМК» должен был 8 июня 1971 года.
После трехлетнего путешествия, 10 июля 1974 года, экипаж вернулся бы на Землю.
Позже, когда в ОКБ-1 приступили к реальному планированию экспедиции, разработки группы Максимова легли в основу проекта «МАВР», предусматривавшего полет к Марсу с промежуточным облетом Венеры.
В том же 1959 году две небольшие группы молодых инженеров, входившие в состав бригады Тихонравова, сначала в инициативном порядке, а летом уже в соответствии с планами ОКБ-1 начали проектировать межпланетные космические корабли.
На пути к Марсу «ТМК» включал следующие отсеки: жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический и агрегатный. В состав комплекса также входили спускаемый аппарат и корректирующая двигательная установка. После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей.
Габариты «ТМК»: полная длина — 12 метров, максимальный диаметр — 6 метров, полная масса — 75 тонн.
Стартовать к Марсу «ТМК» должен был 8 июня 1971 года.
После трехлетнего путешествия, 10 июля 1974 года, экипаж вернулся бы на Землю.
Позже, когда в ОКБ-1 приступили к реальному планированию экспедиции, разработки группы Максимова легли в основу проекта «МАВР», предусматривавшего полет к Марсу с промежуточным облетом Венеры.
«ТМК» и «ТМК-Э» Константина Феоктистова
Вторую группу бригады Тихонравова, разрабатывавшую вариант пилотируемой экспедиции с высадкой на поверхность Марса, возглавил Константин Феоктистов.
Проект Феоктистова поначалу основывался на сложной многопусковой схеме со сборкой «ТМК» на орбите ИСЗ и последующим разгоном корабля к Марсу. В него должны были войти пять модулей: кабина космического корабля, аппарат для полета в марсианской атмосфере, два модуля для высадки на поверхность планеты (один основной, а второй запасной на случай, если первый при посадке получит повреждения), ядерный реактор в защитном кожухе. После выхода на орбиту вокруг Марса предполагалось исследовать атмосферу планеты с помощью атмосферного аппарата, а на поверхность планеты доставить два посадочных модуля с тремя членами экипажа. Трое других должны были дожидаться их возвращения на орбите. После завершения программы исследований корабль с космонавтами стартовал к Земле.
Проектанты, имеющие опыт создания пилотируемых кораблей, вскоре поняли, что уложиться в жесткие рамки стартовой массы вряд ли возможно. Стремясь получить резерв массы, они обратили внимание на электроракетные двигатели (ЭРД), отличающиеся высокой экономичностью и дающие реальную возможность либо снизить стартовую массу на орбите ИСЗ, либо увеличить полетную массу «ТМК».
Предварительные проработки кораблей с ЭРД, сделанные в «двигательном» отделе ОКБ-1 под руководством одного из заместителей Королева — Михаила Мельникова, подтвержденные результатами независимых исследовании НИИ-88, показали перспективность таких двигателей.
Благодаря применению электроракетных двигателей группе Феоктистова удалось разработать проект «ТМК-Э» со стартовой массой около 75 тонн, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск тяжелой ракеты-носителя. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 тонн.
К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги ЭРД (всего 7,5 килограмма) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение нескольких месяцев.
Еще одной серьезной проблемой, препятствующей широкому использованию ЭРД, является то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, для «ТМК-Э» требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36 000 м2. Конечно же, о столь крупногабаритной конструкции тогда не могло быть и речи.
Для электропитания ЭРД марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии (с помощью термоионных устройств или полупроводниковых термопар).
Этот вариант «ТМК-Э» включал: ядерный реактор мощностью 7 МВт; ЭРД со скоростью истечения 100 000 м/с; удлиненный конический бак с рабочим телом для двигательной установки, и огромный радиатор-испаритель в форме длинного цилиндра.
Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ядерного реактора служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений «ТМК-Э» от инфракрасного излучения радиатора — тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки «ТМК-Э» включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом.
Габариты «ТМК-Э»: полная длина — 175 метров, максимальный диаметр — 6 метров, полная масса — 150 тонн.
Корабль собирался на околоземной орбите из отдельных модулей, выводимых тяжелой ракетой-носителем, и затем стартовал в сторону Марса с экипажем из шести человек, трое из которых вместе с оборудованием совершали посадку на поверхность красной планеты.
Для осуществления высадки «ТМК-Э» нес целый исследовательский комплекс из пяти отделяемых аппаратов сегментально-конической формы. После посадки исследовательский комплекс формировался в «марсианский поезд» на крупногабаритных колесных шасси, подобный «лунному поезду», разработанному в бюро Владимира Бармина. «Марсианский поезд» состоял из пяти платформ: платформы с кабиной экипажа, манипулятором и буровой установкой, платформы с конвертопланом для разведочных полетов над красной планетой, двух платформ с ракетами (одна запасная) для возвращения экипажа с поверхности Марса на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, и платформы с силовой ядерной энергоустановкой.
В течение одного года поезд должен был пройти по поверхности Марса от южного полюса до северного, провести исследования его поверхности и атмосферы и передать информацию на корабль, обращающийся по околомарсианской орбите, откуда она ретранслировалась на Землю.
После окончания работ на поверхности Марса экипаж с образцами грунта и другими результатами исследований возвращался на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, а затем стартовал к Земле.
Учитывая большую продолжительность экспедиции (три года), конструкторы уделили особое внимание системе жизнеобеспечения экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за недопустимо большой массы этих запасов. Поэтому нужны были новые СЖО с так называемым замкнутым циклом. Проектанты уповали прежде всего на биологические системы, повторяющие замкнутую экологическую систему Земли в упрощенном виде. Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями хлорелла. Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу продуктов на величину от 20 до 50 %. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов тяжелых межпланетных кораблей, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была решена применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.
Для отработки прототипа замкнутой СЖО ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем и заводом «Звезда», разрабатывавшим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека «ТМК» — наземный экспериментальный комплекс, в котором три испытателя провели целый год.
Однако в середине 60-х почти все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной программы высадки на Луну «Н1-ЛЗ», что стало сильно тормозить разработку «ТМК-Э».
Проект Феоктистова поначалу основывался на сложной многопусковой схеме со сборкой «ТМК» на орбите ИСЗ и последующим разгоном корабля к Марсу. В него должны были войти пять модулей: кабина космического корабля, аппарат для полета в марсианской атмосфере, два модуля для высадки на поверхность планеты (один основной, а второй запасной на случай, если первый при посадке получит повреждения), ядерный реактор в защитном кожухе. После выхода на орбиту вокруг Марса предполагалось исследовать атмосферу планеты с помощью атмосферного аппарата, а на поверхность планеты доставить два посадочных модуля с тремя членами экипажа. Трое других должны были дожидаться их возвращения на орбите. После завершения программы исследований корабль с космонавтами стартовал к Земле.
Проектанты, имеющие опыт создания пилотируемых кораблей, вскоре поняли, что уложиться в жесткие рамки стартовой массы вряд ли возможно. Стремясь получить резерв массы, они обратили внимание на электроракетные двигатели (ЭРД), отличающиеся высокой экономичностью и дающие реальную возможность либо снизить стартовую массу на орбите ИСЗ, либо увеличить полетную массу «ТМК».
Предварительные проработки кораблей с ЭРД, сделанные в «двигательном» отделе ОКБ-1 под руководством одного из заместителей Королева — Михаила Мельникова, подтвержденные результатами независимых исследовании НИИ-88, показали перспективность таких двигателей.
Благодаря применению электроракетных двигателей группе Феоктистова удалось разработать проект «ТМК-Э» со стартовой массой около 75 тонн, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск тяжелой ракеты-носителя. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 тонн.
К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги ЭРД (всего 7,5 килограмма) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение нескольких месяцев.
Еще одной серьезной проблемой, препятствующей широкому использованию ЭРД, является то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, для «ТМК-Э» требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36 000 м2. Конечно же, о столь крупногабаритной конструкции тогда не могло быть и речи.
Для электропитания ЭРД марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии (с помощью термоионных устройств или полупроводниковых термопар).
Этот вариант «ТМК-Э» включал: ядерный реактор мощностью 7 МВт; ЭРД со скоростью истечения 100 000 м/с; удлиненный конический бак с рабочим телом для двигательной установки, и огромный радиатор-испаритель в форме длинного цилиндра.
Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ядерного реактора служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений «ТМК-Э» от инфракрасного излучения радиатора — тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки «ТМК-Э» включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом.
Корабль собирался на околоземной орбите из отдельных модулей, выводимых тяжелой ракетой-носителем, и затем стартовал в сторону Марса с экипажем из шести человек, трое из которых вместе с оборудованием совершали посадку на поверхность красной планеты.
Для осуществления высадки «ТМК-Э» нес целый исследовательский комплекс из пяти отделяемых аппаратов сегментально-конической формы. После посадки исследовательский комплекс формировался в «марсианский поезд» на крупногабаритных колесных шасси, подобный «лунному поезду», разработанному в бюро Владимира Бармина. «Марсианский поезд» состоял из пяти платформ: платформы с кабиной экипажа, манипулятором и буровой установкой, платформы с конвертопланом для разведочных полетов над красной планетой, двух платформ с ракетами (одна запасная) для возвращения экипажа с поверхности Марса на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, и платформы с силовой ядерной энергоустановкой.
В течение одного года поезд должен был пройти по поверхности Марса от южного полюса до северного, провести исследования его поверхности и атмосферы и передать информацию на корабль, обращающийся по околомарсианской орбите, откуда она ретранслировалась на Землю.
После окончания работ на поверхности Марса экипаж с образцами грунта и другими результатами исследований возвращался на корабль, находящийся на околомарсианской орбите, а затем стартовал к Земле.
Учитывая большую продолжительность экспедиции (три года), конструкторы уделили особое внимание системе жизнеобеспечения экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за недопустимо большой массы этих запасов. Поэтому нужны были новые СЖО с так называемым замкнутым циклом. Проектанты уповали прежде всего на биологические системы, повторяющие замкнутую экологическую систему Земли в упрощенном виде. Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями хлорелла. Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу продуктов на величину от 20 до 50 %. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов тяжелых межпланетных кораблей, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была решена применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.
Для отработки прототипа замкнутой СЖО ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем и заводом «Звезда», разрабатывавшим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека «ТМК» — наземный экспериментальный комплекс, в котором три испытателя провели целый год.
Однако в середине 60-х почти все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной программы высадки на Луну «Н1-ЛЗ», что стало сильно тормозить разработку «ТМК-Э».
Проект «Аэлита»
О полете к Марсу вновь заговорили в 1968–1969 годах. Лунная «гонка» была проиграна, и для восстановления потерянного престижа в Советском Союзе серьезно рассматривали возможность затеять марсианскую «гонку».
Инициатива исходила от академика Мстислава Келдыша, который на Совете главных конструкторов 27 января 1969 года заявил следующее (цитирую по книге Бориса Чертока «Ракеты и люди. Лунная гонка»):
«…Меня беспокоит, что у нас нет [..] ясной цели. Сегодня есть две задачи: высадка на Луну и полет к Марсу. Кроме этих двух задач ради науки и приоритета, никто ничего не называет. Первую задачу американцы в этом или следующем году решат. Это ясно. Что дальше? Я за Марс. Нельзя делать такую сложную машину, как H1, ради самой машины и потом подыскивать для нее цель. 1973 год — хороший год для беспилотного полета тяжелого корабля к Марсу. Мы верим в носитель H1. Я не уверен в 95 тоннах, но 90 будем иметь с гарантией. Последние полеты «Союзов» доказали, что стыковка у нас в руках. Мы можем в 1975 году осуществить запуск пилотируемого спутника Марса двумя носителями H1 со стыковкой на орбите. Если бы мы первыми узнали, есть ли жизнь на Марсе, это было бы величайшей научной сенсацией. С научной точки зрения Марс важнее Луны».
Итак, задача была сформулирована. В качестве носителя должна использоваться ракета «Н-1» (или «Н-1М»). На нее и ориентировались проектанты группы Константина Феоктистова, которому был поручен новый проект.
Основные параметры проекта экспедиции, известного впоследствии под романтическим названием «Аэлита», предполагались следующими: продолжительность полета — 630 дней; пребывание на околомарсианской орбите — 30 дней; пребывание на Марсе посадочного модуля с космонавтами — 5 дней.
Инициатива исходила от академика Мстислава Келдыша, который на Совете главных конструкторов 27 января 1969 года заявил следующее (цитирую по книге Бориса Чертока «Ракеты и люди. Лунная гонка»):
«…Меня беспокоит, что у нас нет [..] ясной цели. Сегодня есть две задачи: высадка на Луну и полет к Марсу. Кроме этих двух задач ради науки и приоритета, никто ничего не называет. Первую задачу американцы в этом или следующем году решат. Это ясно. Что дальше? Я за Марс. Нельзя делать такую сложную машину, как H1, ради самой машины и потом подыскивать для нее цель. 1973 год — хороший год для беспилотного полета тяжелого корабля к Марсу. Мы верим в носитель H1. Я не уверен в 95 тоннах, но 90 будем иметь с гарантией. Последние полеты «Союзов» доказали, что стыковка у нас в руках. Мы можем в 1975 году осуществить запуск пилотируемого спутника Марса двумя носителями H1 со стыковкой на орбите. Если бы мы первыми узнали, есть ли жизнь на Марсе, это было бы величайшей научной сенсацией. С научной точки зрения Марс важнее Луны».
Итак, задача была сформулирована. В качестве носителя должна использоваться ракета «Н-1» (или «Н-1М»). На нее и ориентировались проектанты группы Константина Феоктистова, которому был поручен новый проект.
Основные параметры проекта экспедиции, известного впоследствии под романтическим названием «Аэлита», предполагались следующими: продолжительность полета — 630 дней; пребывание на околомарсианской орбите — 30 дней; пребывание на Марсе посадочного модуля с космонавтами — 5 дней.