Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете - Роберт Зубрин

Хотя по сути своей идея отличная, в прошлом к таким системам искусственной гравитации с тросом, как правило, относились с неодобрением, потому что для традиционных космических аппаратов наподобие звездного крейсера «Галактика» единственной достаточно массивной частью, способной служить противовесом для одной из функциональных частей корабля могла стать только другая его функциональная часть. Иначе говоря, если вы хотите обеспечить искусственную силу тяжести в обитаемом модуле экипажа на одном конце троса, вам, вероятно, придется разделить корабль пополам и поместить большую часть топливных баков на другом конце троса. Такая конфигурация хорошо работает на бумаге, но на практике станет для миссии началом конца. Если трос запутается, когда вы будете его сматывать, значительная часть критически важных для миссии средств, таких как запас топлива на обратную дорогу, окажется недоступна, и, как следствие, миссия потерпит неудачу. В плане «Марс Директ» с этим проблем не будет. Поскольку экипаж летит на Марс в относительно легком жилом модуле, а не на межпланетном крейсере, космический корабль несложно уравновесить с помощью отработавшей верхней ступени ракеты, которая отправит экипаж на Марс, расположенной на противоположном конце троса (рис. 5.2). Эта часть корабля не является критически важной для миссии – она уже отслужила свое, и ее не придется возвращать на корабль. Похожую схему с тросом можно задействовать и во время полета домой, используя отработавшую верхнюю ступень ВЗА и кабину ВЗА. Таким образом, за исключением небольших промежутков времени непосредственно перед выходом на траекторию к Марсу и к Земле, непосредственно перед входом в атмосферу Земли и Марса и сразу после проведения маневра аэродинамического торможения в атмосфере Марса экипаж пилотируемой марсианской миссии не будет подвергаться воздействию невесомости.

Рис. 5.2. Система искусственной гравитации с использованием троса требует наличия двух объектов, кружащихся вокруг общего центра тяжести. В миссии «Марс Директ» хаб (справа) уравновешивается отработавшей верхней ступенью (слева)

Используемый трос должен состоять из множества переплетенных крупных волокон, которые обеспечат ему прочность, даже если отдельные будут порваны в нескольких местах микрометеоритами или другим космическим мусором. Такие безотказные тросы были разработаны и продемонстрированы аэрокосмическими инженерами Робертом Форвардом и Бобом Хойтом. Трос также не следует использовать в качестве провода для передачи большого количества электроэнергии. В неудачной спутниковой миссии с тросом, запущенной шаттлом в феврале 1996 года, скачок напряжения в многокиловаттной системе энергоснабжения, совмещенной с тросом, привел к тому, что трос расплавился и оборвался.

Меня спрашивали, как на вращающемся космическом аппарате будут выполняться необходимые маневры, такие как корректировка ΔV примерно на 20 м/с, которые, как правило, приходится проводить в межпланетных полетах. На самом деле это не так уж трудно. Маневры на вращающихся космических аппаратах проводили и раньше. Орбитальный модуль и зонд миссии «Пионер Венера» вращались, и при этом нужно было точно выполнять команды по ориентированию на Венере. Они работали с использованием повторяющихся синхронизированных включений двигателей, что позволяло создать нужную ΔV в любом необходимом направлении.

Связка из корабля, троса и противовеса в миссии «Марс Директ» будет работать сходным образом. Например, если вы хотите создать ΔV в любом направлении, которое находится в плоскости вращения корабля, вы постоянно включаете подруливающий двигатель вдоль линии троса, пока трос не будет указывать в нужную сторону. Поскольку трос тугой, струи двигателей, которые толкают жилой модуль к верхней ступени, работают на уменьшение натяжения. Пока толчок двигателя меньше центробежной силы, трос остается тугим – вот так все просто. Поскольку система трос – корабль вращается в фиксированной плоскости, маневры в ней выполняются за счет длительности включения подруливающих двигателей. И наоборот, маневры для выхода из плоскости вращения осуществляются при непрерывной работе двигателей и очень малой тяге в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения корабля.

У пилотируемого корабля, летящего к Марсу, будет достаточно энергии (по крайней мере несколько киловатт) для эффективного голосового общения и обмена данными о телеметрии с Землей с использованием всенаправленной антенны. Хотя высокочувствительная антенна будет активно отслеживать положение Земли, пока корабль вращается, для высокоскоростной передачи видеосигнала, это не критически важно для миссии. Если в плоскости вращения связка всегда обращена к Солнцу, то положение солнечных батарей контролировать не требуется. Также можно прикрепить к жилому модулю современные навигационные сканирующие датчики, которые способны отлично работать на скоростях вращения значительно выше даже шести оборотов в минуту. Иными словами, ни один из этих инструментов не требует для успешной работы на космическом аппарате с тросом существования платформы, компенсирующей вращение аппарата.

Коротко говоря, мы вполне можем создать искусственную гравитацию на космических аппаратах «Марс Директ» и тем самым одолеть дракона-невесомость. Несколько лет назад на конференции я поговорил с чиновником из НАСА, выступавшим за то чтобы до отправки людей на Марс провести многолетние исследования того воздействия, которое оказывает невесомость на здоровье. Я спросил: «Почему бы просто не использовать искусственную силу тяжести?» «Мы не можем этого сделать, – сказал он, – все наши данные собираются для условий невесомости». Улавливаете?

Один из наиболее причудливых драконов, оккупировавших карту Марса, носит имя «Проблемы человеческого фактора». Существует мнение, что психологические проблемы, связанные с пилотируемым полетом на Марс (и возвращением на Землю), уникальны и, вероятно, крайне значимы. Сторонники этого мнения требуют, чтобы для миссии использовали либо очень быстрые корабли, чтобы сократить время в пути туда и обратно до нескольких недель, либо очень большие и роскошные корабли, которые могут обеспечить большому экипажу комфортные условия (в том числе психологические). Активисты заявляют, что экипаж, безусловно, сойдет с ума, если не приблизить быт астронавтов к жизни в американском пригороде. К сожалению, поскольку ни сверхбыстрых космических челноков, ни межпланетных круизных лайнеров не существует, эти заинтересованные граждане рекомендуют отложить все марсианские миссии до тех пор, пока не появятся значительные суммы денег, чтобы потратить их на психологические исследования для решения «проблемы человеческого фактора». (И снова мы слышим знакомую песню: «Ах, вы не можете лететь на Марс, пока не дадите нам денег…»)

Давайте рассмотрим этот аргумент. В варианте пилотируемой миссии на Марс, который мы предлагаем, экипаж из четырех человек проведет шесть месяцев в пути на Марс в стенах двухэтажного хаба, в котором будут отдельные помещения для каждого члена экипажа, а также несколько общественных помещений (ради смены впечатлений предусмотрена возможность выхода в открытый космос, особенно если миссия будет проходить в невесомости, но сейчас мы обойдем этот вопрос). Общая площадь этажа составляет около 101 квадратного метра (1083 квадратных фута), почти как небольшая по американским стандартам квартира на четверых, но довольно просторная по сравнению с жильем, доступным жителю Токио со средним уровнем дохода. После шестимесячного полета экипаж с хабом высадится на Марсе и проживет там полтора года. В течение этого времени у астронавтов появится дополнительное жилье в виде ВЗА, который уже будет ждать их на Марсе, а также герметизированный ровер. Более того, в течение длительного пребывания на поверхности экипаж будет сильно занят за пределами жилого модуля, проводя различные полевые исследования. Наконец, во время последних шести месяцев пути экипаж будет находиться в кабине ВЗА, которая примерно вдвое меньше хаба. В течение всей миссии обычные телефонные разговоры с людьми на Земле будут невозможны из-за задержки передачи радиосигнала. Поэтому их предлагается заменить голосовыми, видео– и текстовыми сообщения с задержкой ответа в диапазоне от нескольких секунд до сорока минут.