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

Если появляются ядерные электрические ракеты, расклад меняется, но не очень значительно. Марс по-прежнему обладает семикратным преимуществом перед Землей с позиции отношения масс, а значит, отношение полезной нагрузки к взлетной массе ракеты почти в сто раз выше для полета с Марса, чем с Земли.

Но это всего лишь отношения масс, а как отмечалось выше, дело не только в них. Теперь давайте сравним от начала до конца некоторые миссии, стартующие к Церере с Земли или с Марса. Сравнение показателей приведено в табл. 8.2, причем и для варианта только с химической системой двигателей, и для сочетания химической и ЯЭР транспортных систем. Обе миссии доставляют 50 тонн груза. Кроме того, и ЯЭР, и химическая система должны включать топливные баки, массу которых я оценил в 7 % от массы топлива, которое они несут. Для транспортных средств, работающих на пути от поверхности к орбите, я использовал метан-кислородные РОСД и предположил, что транспортные средства должны иметь сухую массу (на тепловую защиту, двигатели, шасси и т. д.), исключая массу баков, равную массе их полезной нагрузки, то есть 50 тонн. Химическая межпланетная транспортная система может быть более хрупкой, так что я назначил им сухую инертную массу, исключая массу баков, равную 20 % от массы полезной нагрузки. Ядерные электрические двигатели в табл. 8.2 требуют 10 мегаватт электрической мощности для полета на Цереру с Марса и 30 мегаватт электрической мощности для полета с Земли, для каждой ЯР системы отношение массы к мощности составит 5 тонн/МВт. (Это отношение гораздо ниже, чем 40 тонн/МВт для проектируемого реактора на 100 кВт энергии, который мы собираемся использовать в миссии «Марс Директ», но, учитывая гораздо больший размер устройства и более футуристический контекст, можно считать это предположение разумным.) Различные номинальные мощности дают обеим системам примерно равные соотношения мощность/масса. Тем не менее система ЯЭР, стартовав с Земли, по-прежнему должна поддерживать работу двигателя в 2,4 раза дольше. Если вы хотите увеличить номинальную мощность отправляемого с Земли ядерного двигателя, чтобы он работал так же долго, как двигатель, отправляемый с Марса, то масса миссии, стартующей с Земли, устремилась бы к бесконечности. В таблице 8.2 массы приведены для полной миссии. Ясно, что общие требования к запуску, вероятно, будут разделены между множеством ракет-носителей.

Таблица 8.2. Масса товарных грузовых миссий к главному поясу астероидов (тонны)

Как видите, общая масса запуска для миссий, начинающихся на Марсе, примерно в 50 раз меньше, чем для вылетов с Земли, независимо от того, какую двигательную технологию мы используем для межпланетного перелета. Если выбранная ракета-носитель имеет стартовую массу в 1000 тонн, потребуется 107 запусков, чтобы объединить все грузовые миссии на смеси метана и кислорода, запущенные с Земли, и только два запуска с Марса. Даже если бы стоимость топлива и других деталей миссии на Марсе была бы в 10 раз выше, чем на Земле, то все равно оставалась бы чрезвычайно выгодной. Более того, приведенный мной анализ предполагает, что корабли вернутся из пояса астероидов без груза. Если дополнительно обременить миссию достаточным количеством топлива, чтобы доставить добытый металл с астероида без дозаправки на Марсе, миссия с Земли станет еще более безнадежной.

Отсюда следует простой вывод: все, что должно быть отправлено к поясу астероидов и может быть произведено на Марсе, следует производить на Марсе.

Схема будущей межпланетной торговли, таким образом, становится очень четкой. Образуется «торговый треугольник»: Земля поставляет высокотехнологичные промышленные товары на Марс, Марс поставляет низкотехнологичные промышленные товары и продовольствие в пояс астероидов и, возможно, к Луне, астероиды поставляют металлы (а Луна, возможно, гелий-3) обратно на Землю. Эта схема аналогична той, что сложилась между Великобританией, ее североамериканскими колониями и Вест-Индией во время колониального периода. Великобритания отправляла промышленные товары в Северную Америку, американские колонии поставляли продовольственное сырье и ремесленные изделия в Вест-Индию, а Вест-Индия посылала сахар в Великобританию. Сходный торговый треугольник, включающий Великобританию, Австралию и Моллукские острова, также поддерживал британскую торговлю в Ост-Индии в XIX веке.

Из-за сложности межпланетных путешествий колонизация Марса может казаться невыполнимой задачей. Однако колонизация, по определению, есть путешествие в один конец, и именно тот факт, что колонии в новом мире необходимо обеспечить успех, позволит транспортировать большие количества людей.

Рассмотрим две модели того, как люди могли бы эмигрировать на Марс: при государственном и частном финансировании.

Государственное финансирование сделало бы технические средства, необходимые для массового переселения на Марс, доступными уже сегодня. На рисунке 8.1 мы видим одну из версий концепции, которую можно использовать для транспортировки мигрантов на Марс. Тяжелая ракета-носитель на базе конструкции шаттла поднимает 145 тонн (почти как у «Сатурн-5») на НОО, затем ядерная ракета (например, такая, какую продемонстрировали в Соединенных Штатах в программе NERVA в 1960-х годах) с удельным импульсом в 900 секунд забрасывает 70-тонный обитаемый модуль повышенной вместимости на семимесячную траекторию к Марсу. Прибыв на Марс, модуль использует свою коническую оболочку как систему парашютов для аэродинамического торможения, а затем спускается с помощью более или менее обычного парашюта и производит посадку, используя собственный набор метаново-кислородных двигателей.

Увеличенный жилой модуль имеет 8 метров в диаметре и состоит из четырех жилых этажей общей площадью 200 квадратных метров, что позволит удобно разместить 24 человека и во время пребывания в космосе, и на Марсе. Дополнительная площадь доступна на пятом (верхнем) этаже, после того как тот освободят от груза по прибытии на Марс. Таким образом, за один запуск ракеты-носителя с Земли к Марсу можно отправить 24 человека, снабженных продовольствием и инструментами.

Теперь предположим, что начиная с 2030 года каждый год с Земли в среднем запускаются четыре такие ракеты-носителя. Если далее мы введем несколько обоснованных демографических предположений, можно будет рассчитать демографические кривые для Марса. Результаты показаны на рис. 8.2. Рассматривая график, мы видим, что при таких усилиях (и с технологическим оснащением, замороженным на уровне начала XXI века) человеческая популяция Марса в предстоящем столетии будет расти приблизительно в пять раз медленнее, чем население колониальной Америки в XVII и XVIII веках.

Рис. 8.1. Увеличенная ядерная тяжелая ракета-носитель, способная транспортировать с Земли на Марс 24 колониста