Инженер М.С. Лось приглашает
желающих лететь с ним 18 августа
на планету Марс явиться для личных
переговоров от 6 до 8 вечера.
Ждановская набережная, дом 11, во дворе.
А. Н. Толстой «Аэлита»
1968 год. 7 марта. 144 день полета. Почти 5 месяцев трое членов экипажа провели в тесной кабине обитаемого отсека. Бывало всякое – депрессии, конфликты, нештатные ситуации. В этот день рутина их повседневного быта была нарушена. Из Центра пришло видеообращение от семей участников полета…
Полет на Земле
На самом деле, этого полета никогда не было. В 1967 году в СССР стартовал уникальный эксперимент. Три человека на год были помещены в муляж обитаемого отсека – небольшую, всего 4х3 м комнату, к которой позже «пристыковали» 6-метровую оранжерею. Герман Мановцев, Андрей Божко и Борис Улыбышев не стали космонавтами, но они сделали все, чтобы к Красной планете смогли в ближайшем будущем полететь другие. «Перелет человека на другие планеты Солнечной системы должен совершиться в кратчайшие сроки», – заявил Сергей Павлович Королев. И назначил эти сроки – 1974 год. Трое участников эксперимента проверили на себе систему жизнеобеспечения неполного замкнутого цикла. Тяжело было заставить себя пить воду, зная, что она восстановлена из их собственной мочи; привыкнуть к нехватке воды – раз в 10 дней для гигиенических процедур выделялось 10 л; к питанию сублимированными продуктами. 10 дней в модуле поддерживалась температура выше 300С, повышенная влажность и уровень содержания углекислого газа в 10 раз больше нормы.
Разработчики эксперимента специально подобрали максимально несовместимых людей и ограничили количество участников троими, чтобы в случае конфликтов один всегда оказывался в изоляции – проверялись пределы выносливости психики. Каждый в любой момент мог отказаться от продолжения «полета», однако это автоматически приводило к его прекращению (в отличие от современного аналогичного проекта «Марс-500», где в аналогичной ситуации эксперимент продолжается). Поэтому «космонавты» держались до последнего – даже когда у Германа Мановцева за ухом образовалась гнойная киста, он предпочел провести себе операцию самостоятельно, но не прерывать «полет».
Люди были готовы отправиться на Марс. Но как обстояло дело с кораблями?
Сложности полета
Во время длительного перелета Земля–Марс космонавтам может грозить множество опасностей. Например, отказ двигателя или какая-либо другая поломка. Но даже если «железо» отработает штатно, некоторые проблемы все равно никуда не денутся. Первая из них – радиация. К солнечной радиации добавляется космическое (еще его называют галактическим) излучение. За 15 месяцев при спокойном Солнце можно получить дозу в 1 зиверт. Но в случае вспышки на Солнце доза облучения для космонавта может подскочить на порядок. При этом единомоментная доза в 3–5 Зв вызывает смерть из-за повреждения костного мозга через 30–60 дней. На втором месте – длительная невесомость, которая вызывает потерю кальция и калия в костях, ослабление мышц, нарушения в системе кровообращения. Третья проблема – психология. Можно защититься от радиации, создать искусственную гравитацию, но проблема долгого пребывания нескольких человек в замкнутом пространстве так просто не снимется.
«Царь-ракета» и «Царь-корабль»
До первого полета в космос Юрия Гагарина оставалось еще 10 месяцев, когда в ОКБ-1 М.К. Тихонравова занялись разработкой корабля для марсианской экспедиции. Г.Ю. Максимов и К.П. Феоктистов работали каждый над своим проектом, хотя «тема» имела общее название – тяжелый межпланетный корабль. Группа Максимова представляла себе быт космонавтов, очень похожий на те условия, в которых 7 лет спустя оказались Мановцев, Божко и Улыбышев. Он не предусматривал ни посадку на поверхность Красной планеты, ни выход на марсианскую орбиту. Обитаемый отсек был рассчитан на трех человек. Также проектировались приборно-агрегатный отсек и двигательная установка для коррекции курса. На внешней поверхности располагались солнечные батареи. На траекторию полета корабль выводился разгонным блоком.
Этот проект предусматривал два варианта полета. По первому «сценарию» корабль вместе с экипажем стартовал с Земли. По второму – экипаж переходил на борт уже на орбите. Добравшись до Красной планеты, корабль должен был только облететь вокруг нее, а затем космонавты возвращались к Земле и совершали посадку, «пересев» в орбитальный корабль.
Рывок к планетам: американский вариант
Свой «бюджетный» вариант полета к Марсу и Венере был и в США. North American Aviation разработала проект пилотируемого и командно-служебного модулей, которые выводились на орбиту одним пуском Saturn V. Вторым рейсом туда же доставлялась разгонная ступень Saturn IIB. После завершения разгона корабля ступень отстреливалась, а пилотируемый и командно-служебный модули разделялись и продолжали полет, связанные натяжными канатами. Этот сложный маневр предусматривался для того, чтобы сообщить модулям вращение вокруг общего центра масс и создать искусственную силу тяжести.
Проект Максимова можно назвать «бюджетным» – группа Феоктистова замахнулась на большее. Если бы у нее был девиз, то сформулировать его можно было бы так: «Уж если лететь, то «на всю катушку». Н-1 получила прозвище «Царь-ракета» – тяжелый межпланетный корабль Феоктистова вполне можно было назвать «Царь-корабль». А план полета целиком соответствовал пословице «Бить помалу – только кулак отшибать». Корабль должен был доставить на орбиту Красной планеты аж 6 человек (напомним, что проект появился еще до того, как Юрий Гагарин совершил «сольный» полет). Для экспедиции разработали метод выделения воды из выдыхаемой влаги и жидких отходов жизнедеятельности (именно его тестировали во время имитации полета в 1967 году). Для регенерации воздуха планировали установить контейнеры с водорослями, а рацион из сублимированных продуктов дополнялся овощами из гидропонной оранжереи, для освещения которой разработали систему солнечных концентраторов. От излучения в период солнечных вспышек экипаж должен был укрываться в убежище, расположенном в середине приборно-агрегатного отсека, а для компенсации долгого пребывания в невесомости планировали установить центрифугу, в которой искусственно создавалась сила тяжести. Чтобы облегчить управление, корабль был максимально автоматизирован – вахтенному нужно было лишь следить за показаниями табло. В случае поломки большую часть аппаратуры, собранной из разъемных плат и легкодоступных консолей, можно было заменить.
Год на Красной планете
Именно столько – один год – планировалось отвести на исследование Красной планеты. Планировалось, что все это время «счастливчики», оказавшиеся на поверхности Марса, не должны были сидеть на одном месте. Межпланетный корабль нес 5 спускаемых капсул, которые после посадки соединялись в «поезд» на колесном шасси. Первая платформа оснащалась кабиной для экипажа с манипулятором и буровой установкой, вторая – конвертопланом для разведывательных полетов, третья и четвертая несли на себе резервный и запасной возвращаемые аппараты, а пятая – ядерную энергоустановку. Этот поезд должен был за год пройти от северного до южного полюса Красной планеты, исследовать ее поверхность и атмосферу, после чего тройка «марсопроходцев» возвращалась на корабль.
Позже выяснилось, что группа Феоктистова переоценила плотность марсианской атмосферы. В проекте 1969 года от «поезда» пришлось отказаться и ограничиться обычным комплексом из спускаемого и возвращаемого аппарата. В дальнейшем конструкция спускаемого аппарата несколько раз изменялась и только в 1999-м их снова стало два: один грузовой, второй пилотируемый. Однако в случае неполадок в пилотируемом корабле космонавты могли вернуться с поверхности планеты на орбиту и на «грузовике».
Пламенный мотор и ядерное сердце
Общая масса орбитального корабля и экспедиционных модулей с двигателями и топливом превышала 120 т. И всю эту махину надо было разогнать, «сорвать» с околоземной орбиты, затормозить и вывести на марсианскую, а потом повторить все в обратном порядке. Первый проект предусматривал полет к Красной планете на классическом ракетном «поезде» – жидкостные двигатели вырабатывали топливо из баков разгонных ступеней, которые «отстреливались» по мере опустошения. При таком раскладе с орбиты Земли стартовал бы левиафан массой 1630 т, а вернулся – 15-тонный спускаемый аппарат. Естественно, собирать межпланетный корабль планировалось на орбите – для этого было необходимо 20–25 запусков «Царь-ракеты» Н-1. Справедливости ради надо отметить, что такую схему предложил еще фон Браун в 1948 году. Но группа Феоктистова быстро отказалась от «ракетного поезда» и сделала ставку на электрореактивные двигатели, источником энергии для которых должен был стать атомный реактор. В этом случае стартовую массу корабля удавалось «уложить» в 300 т, что снижало количество запусков, необходимых для монтажа межпланетного корабля. А чтобы снизить риск для экипажа от соседства с атомным реактором, его предполагалось вынести подальше от обитаемых отсеков на телескопических мачтах.
Электроракетный двигатель: плюсы и минусы
Помните фильм «Операция Ы»? «Принцип работы синхрофазатрона заключается в ускорении частиц магнитным полем». Принцип электроракетного двигателя примерно такой же: частицы ускоряются в электромагнитном поле. Способов несколько, но итог один – скорость истечения газа из такого двигателя гораздо выше, чем из жидкостного. К тому же он весьма экономичен, что снижает массу возимого с собой топлива. Это – плюсы. Минус – низкая тяга. В проекте 1999 года 120 двигателей дают суммарную тягу всего в 10 кг. Результат – очень долгий период разгона корабля с орбиты. Корабль не спеша разгоняется по расширяющейся спирали, виток за витком, и только потом выходит в межпланетное пространство. Чтобы сократить время перелета, маршевые электроракетные двигатели планировали совместить с разгонными ракетно-ядерными или жидкостными.
Между прочим, до конца 80-х годов атомная или термоядерная установка в комплексе с электрореактивными двигателями была основным вариантом двигательной установки для марсианского корабля. В 1989-м НПО «Энергия» разработала проект, в котором источником энергии становились огромные «паруса» пленочных солнечных батарей – чернобыльская катастрофа, наверное, и в этой сфере сформировала у людей «боязнь атома». Каждый из двух «парусов» имел размеры 200х200 м и массу 40 т, а в варианте 1999 года общий размах «крыльев» межпланетного «парусника» составил бы 700 м.
Но в 1960-х годах «атомной боязнью» не страдали. В проекте 1969 года мощность реактора увеличили с 7 до 15 МВт, а в 1987-м двигательную установку для надежности продублировали – теперь и от носовой, и от кормовой оконечности корабля выносились в космос телескопические штанги, на которых устанавливалось по реактору в 7,5 МВт и по пакету электрореактивных двигателей. «Забарахливший» комплекс можно было отделить и продолжить полет на резервном.
Космическая экология и марсианский «гринпис»
После Чернобыльской катастрофы «атомная боязнь» человечества приобрела такие масштабы, что внимание «зеленых» привлекли не только АЭС и ядерное оружие, но и межпланетные полеты. Первой жертвой пал ядерный ракетный двигатель, в котором рабочее тело ускоряется и расширяется прямо в активной зоне реактора. Конечно, он оставляет за кораблем настоящий радиационный шлейф, но на фоне солнечного и галактического излучения загрязнение им межпланетного пространства исчезающе мало. Затем «прошлись» по атомным энергетическим установкам. Но апогеем стало заявление: мол, появление человека на Марсе нанесет вред «эндемичным марсианским ландшафтам» и «марсианской экологии».
Столкновение с реальностью
21 февраля 1969 года, когда в ОКБ-1 рождался доработанный вариант тяжелого межпланетного корабля, в 12 часов 18 минут на Байконуре произошел первый запуск «Царь-ракеты» Н-1. Один из 30 двигателей первой ступени загорелся, и на 68-й секунде полета система контроля выдала ложную команду на выключение всех двигателей. Ракета взорвалась на высоте 12 с небольшим километров. 3 июля того же года состоялся второй запуск – и снова катастрофа: ракета упала на стартовый стол, серьезно повредив его. При третьем запуске, 27 июня 1971 года, ракету развернуло вокруг продольной оси – и она врезалась в землю в 16 км от стартового стола. Четвертый пуск, 23 ноября 1972-го, закончился аварией за 7 секунд до отделения второй ступени. Пятый пуск в августе 1974 года… Он не состоялся. Сменивший В.П. Мишина на посту генерального конструктора В.П. Глушко прекратил все работы по носителю. Два готовых экземпляра и материалы для еще пары «Царь-ракет» были уничтожены. От программы Н-1 остались только 150 двигателей НК-33 и НК-43, часть которых вместе с лицензией на производство уже в наше время была продана американской компании «Аэроджет».
Проигрыш в «лунной гонке», свертывание программы Н-1 и намерение Глушко проектировать «с нуля» новый тяжелый носитель, позже получивший имя «Энергия», сразу лишили проект тяжелого марсианского корабля актуальности. Перехватить инициативу попыталось КБ Владимира Николаевича Челомея, но его «Протон» имел недостаточную грузоподъемность для вывода на орбиту модулей марсианского корабля, а тяжелый носитель УР-700 также предстояло создать с нуля. Фактически, до первого старта «Энергии» разработки по «марсианской теме» велись «в стол» – до лучших времен. И только в 1987-м снова обрели актуальность.
Полет с пистолетом
Космонавт Михаил Николаевич Бурдаев вызывался в одиночку слетать к Марсу на уже испытанном лунном корабле «Союз 7К-Л1». От затеи веяло авантюризмом: риск аварии или того, что система жизнеобеспечения исчерпает свои ресурсы раньше, чем космонавт вернется на Землю, был огромен. Однако это не останавливало космонавта. Ради полета к Марсу он даже готов был при аварийной ситуации на обратном пути застрелиться.
«Аэлита» и другие
После краха проекта Н-1 лидерство в проектах межпланетного полета «Марс-Земля» ненадолго захватило КБ Челомея. С помощью своей (еще не разработанной) ракеты УР-700 «челомеевцы» планировали собрать на орбите межпланетный корабль МК-700. В общем, идея «Аэлиты» не сильно отличалась от уже рассмотренных – «сердцем» корабля был атомный реактор, полезная нагрузка составляла 250 т, а стартовая масса – 1400. Проект носителя и корабля был разработан к 1972 году, однако правительственная комиссия посчитала расходы слишком большими и отложила его реализацию.
Выход работ по ракетоносителю «Энергия» на финишную прямую подстегнул «марсианскую» тему. 105 т полезного груза, выводимые на низкую опорную орбиту, были тем, чего ждали от Н-1. Строго говоря, этот показатель даже превосходил 90 т у «Царь-ракеты». НПО «Энергия» немедленно предложила свой вариант космического корабля, являющийся дальнейшим развитием идей Тихонравова и Феоктистова. Опыт космических полетов внес немаловажные коррективы в наработки 60-х – начала 70-х годов. В первую очередь пришлось увеличить массу топлива с 17 до 45% от стартовой массы корабля. Реакторов и двигателей поставили двойной комплект – из соображений безопасности. Рост стартовой массы вынудил сократить экипаж межпланетного корабля до 4 человек, а время пребывания на поверхности Красной планеты ограничивалось 7 сутками. Пришлось отказаться и от «излишеств»: исчезли оранжерея и центрифуга. Впрочем, опыт работы на орбитальных станциях подсказывал: физические упражнения и специальные костюмы позволят космонавтам снизить вред от долгого пребывания в невесомости.
«На пятки» НПО «Энергия» наступали НИИ имени Курчатова и НИЦ имени Келдыша. В 1989-м «курчатовцы» предложили вроде бы стандартный межпланетный корабль на «ядерной» тяге. Но отдельного упоминания заслуживает остроумный способ защиты экипажа от космических излучений. «Щитом» для космонавтов должны были стать топливные баки, со всех сторон окружающие обитаемые отсеки. В 1994 году этот проект доработали. 800-тонному кораблю предстояло совершить экспедицию и вернуться на землю за 460 дней. К слову, почти столько же – 437 суток и 6 часов – провел на борту станции «Мир» Валерий Владимирович Поляков. После посадки спускаемого аппарата он без посторонней помощи покинул кабину и прошел, по его словам, «ровно столько, сколько позволили встречающие». Валерий Поляков доказал на практике: космонавты могут долететь до Марса, сохранив работоспособность и здоровье.
Эскадра в космосе
В марте 1966-го американские ученые под общим руководством директора лаборатории научно-исследовательских работ MSFC Эрнста Штулингера приступили к разработке космических кораблей с ядерным ракетным двигателем NERVA-II для полета на Марс. Монтажа каждого из них требовал 5 запусков ракеты «Сатурн-5». Корабль Штуленгера в плане походил на огромную букву «Т». Вдоль оси друг за другом монтировались марсианский модуль, весом в 57 т, «космическое такси», 20-мегаваттный реактор, турбина, электроракетные двигатели, баки с топливом и разгонный ядерный ракетный двигатель. «Перекладину» буквы «Т» образовывали две 90-метровые фермы, на концах которых устанавливались обитаемые отсеки. Всего к Марсу планировалось отправить 4 пилотируемых корабля с экипажем по 4 человека в каждом. В случае неполадок на одном из кораблей экипаж должен был покинуть его на «космическом такси» и перебраться к «соседям». В экстренном режиме даже один корабль смог бы вместить всех астронавтов. Старт межпланетной эскадры рассчитывали осуществить в 1986 году во время Великого противостояния – периода, когда Марс наиболее близко подходит к Земле.
Парусники на марсианской трассе
Если до 1989 года ставка в марсианском полете делалась на ядерную энергетическую установку, то потом в НПО «Энергия» увлеклись «парусами» – пленочными солнечными батареями, впервые опробованными на орбитальных станциях «Салют-7» и «Мир». Они проигрывали в мощности, зато серьезно выигрывали в весе. С 1989 по 1999 год НПО, а впоследствии НКК «Энергия» разрабатывало проект «парусной» экспедиции на Марс. Вокруг рушился СССР, защищался и штурмовался московский «Белый дом», шла «эффективная приватизация», задерживались зарплаты, свирепствовала инфляция – а в «Энергии» продолжали мечтать о полете к Красной планете.
В конце концов, вырисовывалась схема экспедиции: после тестовых полетов к Красной планете отправлялся беспилотный аппарат «Модуль-Марс». В отличие от других автоматических межпланетных станций, он должен был не только долететь до Марса и отработать на его орбите два года, но и вернуться.
Если развернувший «паруса» «Модуль-Марс» можно было бы сравнить с парусным шлюпом, то следующий этап – автоматический грузовой межпланетный корабль массой 130 т – можно назвать межпланетным корветом. Он должен был доставить на орбиту Марса запасы воды, кислорода, топлива, 2 посадочных модуля и ожидать там пилотируемый корабль. Третьим стартовал настоящий фрегат – 600-тонный пилотируемый корабль, получающий энергию от двух «парусов» площадью по 80 тыс. м2. Чтобы ускорить перелет, с околоземной орбиты его планировали «выстрелить» мощными жидкостными ракетными двигателями – и лишь потом в дело вступали электрореактивные, питаемые энергией от батарей-«парусов».
На орбите Марса, по мысли авторов проекта, корабли зависают неподалеку друг от друга, и начинается работа на поверхности планеты – сначала вниз уходит беспилотный грузовой посадочный аппарат с марсоходом на борту, за ним – 3-местный пилотируемый. Через 7 дней трое космонавтов возвращаются и вылетают в обратный путь. Надо отметить, что, как и все описанные выше проекты, «парусник» мог использоваться не один раз. Срок его эксплуатации в «Энергии» оценили в 10 лет – за это время корабль несколько раз посетил бы Марс или доставил экспедицию на орбиту Венеры, а уж полеты к Луне стали бы для него чем-то само собой разумеющимся…
Несостоявшаяся регата
Пленочная солнечная батарея может считаться «парусом» лишь весьма условно: «ловит» она все-таки не ветер. Но существуют и настоящие солнечные паруса – зеркальные поверхности огромной площади, использующие давление солнечного ветра или лазерного луча. В 1989 году юбилейная комиссия Конгресса США в честь 500-летия открытия Америки объявила конкурс. Несколько «парусных» межпланетных станций должны были наперегонки устремиться к Марсу. Свои проекты космических парусников для участия в первой межпланетной регате заявили США, Канада, Великобритания, Италия, Китай, Япония и СССР. Регата была назначена на 1992 год… Но гонка так и не стартовала.
…И на Марсе будут яблони цвести
С тех пор, как Ф.А. Цандер впервые бросил лозунг «Вперед на Марс!», идея полета человека на Красную планету стала лейтмотивом всей советской космонавтики. Наверное, если бы у него спросили «зачем», он бы не понял этого вопроса. Как говаривал Портос: «Я дерусь просто потому, что дерусь». Однако в наш прагматичный век этот вопрос скорее похоронит любую экспедицию, чем катастрофы ракетоносителей или сложности технического плана. Нет цели – нет финансирования. Впрочем, тема необходимости полета к Красной планете поднималась уже неоднократно. Здесь хочется лишь напомнить мрачный прогноз Стивена Уильяма Хокинга, который заявил, что человечеству осталось жить на Земле не более 100 лет. И вспомнить Декларацию национальных космических агентств 2007 года. «Наша цель – не много быстрых посещений, а скорее – длительное, и, в конечном счете, – самообеспечивающееся, поддерживаемое автоматическими системами, человеческое присутствие вне Земли».
