Ответ на этот вопрос можно найти в первой главе, но повторим его, чтобы зафиксировать еще раз. Электроракетные двигатели нуждаются в мощном источнике энергии. Никаких аккумуляторов не хватит, чтобы поддерживать их работу достаточно продолжительное время. Энергию необходимо восполнять, но в космосе это можно сделать только двумя способами: преобразуя с помощью солнечных батарей энергию нашего светила или организовав на борту собственную электростанцию. Упомянутые двигатели “Herakles” потребляют 104 киловатт. На орбите Земли на квадратный метр поверхности от Солнца поступает около 1,4 киловатт («солнечная постоянная»). Коэффициент фотоэлектрического преобразования лучших солнечных батарей, созданных сегодня в виде уникальных лабораторных образцов, не превышает 43 % (самые дорогие промышленно выпускаемые солнечные батареи дают 24 %) – т. е. в наилучшем случае мы может рассчитывать на 0,6 киловатт с квадратного метра. Таким образом, чтобы выдать 104 киловатт, мы должны разместить на JIMO панели солнечных батарей общей площадью 173 м2, а это довольно громоздкая конструкция. Причем следует помнить, что батареи деградируют под воздействием заряженных частиц и микрометеоритов, а главное – чем дальше мы улетаем от Солнца, тем быстрее падает производительность. Если же поставить на JIMO ядерный реактор соответствующей мощности, то ему потребуется большой радиатор для сброса избыточного тепла – площадью 422 м2. Но речь, напомню, идет всего лишь о межпланетном аппарате с полезным грузом 1,5 т. А пилотируемый корабль должен весить около 100 т и потребности его в энергии будут велики – по разным оценкам, от 7 до 15 мегаватт. Соответственно, ему понадобятся либо колоссальные панели солнечных батарей, либо огромные панели радиатора. Такую конструкцию не то, что построить, ее и представить себе трудно.
Электроракетный двигатель PPS-1350-G
Возьмем самый современный из существующих проектов экспедиции на Марс, подготовленный в 1999 году инженерами Ракетно-космической корпорации «Энергия». На Марс летят шесть космонавтов, общее время экспедиции – два года. Полет обеспечит блок электроракетных двигателей, работающих на литии. Масса всего корабля составляет 600 т, из них на жилой модуль объемом 410 м3 приходится лишь 70 т. Общая потребляемая мощность – 15 мегаватт, источником энергии станут панели солнечных батарей площадью 120 000 м2 (семнадцать стандартных футбольных полей). Получается, что основную массу корабля составят именно солнечные батареи, что логично. И знаете, ради чего будет создана эта циклопическая и дорогая конструкция (если, конечно, она будет создана)? Ради того, чтобы два члена экипажа высадились на Марс и пробыли там семь суток. Не месяц, не год – семь суток! То есть воткнули флаг, прогулялись по округе, собрали энное количество грунта и полетели назад. На серьезные научные исследования у подобной экспедиции просто не будет времени. Стоит ли овчинка выделки?..
К счастью, инженерная мысль не стоит на месте. С принципиально новым проектом космического движителя для межпланетного корабля выступили ученые из Исследовательского центра имени Мстислава Келдыша. Они предложили создать космическую атомную электростанцию турбомашинного типа: ядерный реактор будет греть рабочее тело (инертный газ), которое вращает турбину, приводящую в действие генератор – тот вырабатывает электроэнергию, которая идет на питание электроракетных двигателей. Сброс избыточного тепла при этом осуществляется через холодильник-излучатель довольно оригинальной конструкции: специальное устройство формирует и выпускает поток капель, которые излучают тепло в космос, проходя какое-то расстояние через вакуум, а потом капли собираются и снова вводятся в контур. В 1999 году на станции «Мир» уже проводился соответствующий эксперимент, и ученые убедились, что необычная система сброса избыточного тепла вполне работоспособна.
Расчетная мощность установки-прототипа – один мегаватт. Она будет питать два блока электроракетных двигателей класса СПД (стационарный плазменный двигатель) по шесть штук в каждом, работающих на ксеноне, с удельным импульсом 1700 секунд (проект калининградского ОКБ «Факел»).
Программа Исследовательского центр имени М. В. Келдыша предполагает следующие этапы. В 2010 году начало работ; в 2012 году – завершение эскизного проекта и проведение обстоятельного компьютерного моделирования рабочего процесса; в 2015 году – создание ядерной энергодвигательной установки; в 2018 году – создание транспортного модуля, использующего эту двигательную установку. Доставляться на орбиту модуль массой 20 т будет посредством ракеты «Ангара-А5», стартующей с космодрома Восточный. В первое время транспортный модуль будет заниматься перевозкой грузов с опорных орбит на геостационарные, затем такие модули будут устанавливаться на тяжелые межпланетные аппараты, а в перспективе – на межпланетные корабли.
Хотя в прессе периодически появляются пессимистические сообщения о закрытии проекта, в действительности он не стоит на месте, ему выделено целевое федеральное финансирование. Разработчики утверждают, что при использовании их модуля можно будет снизить общую массу марсианского корабля до 200 т (прикидочный расчет по нашей формуле это подтверждает), причем получится изящный линейный корабль, без огромных уязвимых панелей солнечных батарей и радиаторов.
Таким образом, есть шанс, что в ближайшем будущем мы увидим транспортную систему, которая совершит революционный переворот в космонавтике. Но достаточно ли ее для утверждения, что земляне скоро смогут отправиться на красную планету? Ведь одно дело, если туда полетит очередной «умный» робот, и совсем другое – если полетит человек, который остается самым сложным и непредсказуемым элементом пилотируемой ракетно-космической системы.
4.3. Убийственный космос
Основоположники космонавтики оптимистично предполагали, что невесомость не окажет сколько-нибудь существенного влияния на человеческий организм. Константин Циолковский уверял, что она приятна и способствует укреплению здоровья, а более поздние авторы предлагали даже отправлять на орбиту стариков, чтобы продлить им жизнь. Первые серьезные сомнения в верности такой точки зрения появились после суточного полета Германа Титова, который подхватил в полете кинетоз (укачивание, болезнь движения, морскую болезнь). С ней быстро научились бороться, разработав программу тренировки вестибулярного аппарата. Но главные проблемы были впереди.
В июне 1970 года из очередного рекордного полета на «Союзе-9» вернулись советские космонавты Андриян Николаев и Виталий Севастьянов. Они пробыли на орбите восемнадцать дней и успешно выполнили программу. Не возникло проблем и при спуске на Землю. Однако после этого началось странное.
Вот что об этом рассказывает сам Севастьянов: «Когда приземлились, нам было очень тяжело. Встретила нас поисковая группа быстро. Андрияна вытащили на руках, а я вылез сам и сел на обрез люка, но спуститься не могу. Еле дотерпел, пока и меня сняли. Андриян сидит и утирает лицо землей, а по пыльным щекам стекают слезы. Встать мы не могли. На носилках нас занесли в вертолет. Андрияна положили на лавку, а меня на пол около керосинового бака. Летим. И вдруг врачи к Андрияну кинулись и что-то суетятся. Я на четвереньках подполз, посмотрел, – а он без сознания. Еле откачали… Так нас на носилках из вертолета и вынесли…»
Обследование показало, что космонавты находились в тяжелейшем состоянии: сердце по площади уменьшилось на 12 %, а по объему – на 20 %, периметр бедра уменьшился на 7,5 см, периметр голени – на 3,5 см. Космонавты испытывали мышечные боли; к вечеру у них поднялась высокая температура и участился пульс. На следующий день экипаж «Союза-9» самолетом был доставлен из Караганды на аэродром Чкаловский, а оттуда в профилакторий Звездного городка под неусыпное наблюдение лучших врачей страны. Период острой реадаптации продолжался больше двух суток. И целых шесть суток космонавты не могли встать и самостоятельно ходить, но благодаря усилиям врачей все-таки постепенно восстановили свое здоровье.
Ракета-носитель «Союз» с кораблем «Союз-9» на старте
Дальнейшие исследования влияния невесомости на человеческий организм выявили ее коварство. Длительное нахождение в космосе вызывает серьезные изменения в организме, приводящие к снижению двигательной активности, потере мускульной массы, вымыванию кальция из костей, уменьшению объема крови, снижению работоспособности и иммунитета к инфекционным заболеваниям. Тело человека вытягивается, увеличивается его рост (в среднем на три сантиметра), но при этом становится дряблым и чрезвычайно уязвимым при травмах. Сами травмы заживают медленнее. В невесомости развиваются анемия (малокровие), учащенное сердцебиение, сопровождающееся аритмией. Из-за перетока крови от ног к голове ухудшается работа мозга, что может спровоцировать психические расстройства.
В ходе многолетних наблюдений и экспериментов был разработан целый комплекс профилактических средств (бегущая дорожка, велоэргометр, эспандеры, нагрузочный костюм «Пингвин», пневмовакуумный костюм «Чибис», минеральные пищевые добавки и другие средства), которыми стали оснащать все орбитальные станции. Предложенные мероприятия оказались эффективными: хотя длительность полетов экипажей впоследствии регулярно увеличивалась, космонавты по возвращении на Землю чувствовали себя относительно нормально. Ярким примером тому служит рекордный полет врача-космонавта Валерия Полякова – без ощутимых последствий для здоровья он прожил в космосе 437 суток, практически доказав, что полет человека к другим планетам возможен и не причинит ему существенного ущерба.
На основе исследований, проведенных Поляковым в условиях, приближенных к «боевым», определили тренировочный цикл, позволяющий космонавтам оставаться в хорошей физической форме. Цикл состоит из четырех дней: первые три дня космонавты тренируются с возрастающей нагрузкой, на четвертый отдыхают. При этом ежедневно космонавты «пробегают» до пяти километров на дорожке и «проезжают» до 10 км на велоэргометре. Необходимо также постоянно носить костюмы «Пингвин» (от 8 до 12 часов в сутки), которые за счет натянутых эластичных амортизаторов создают нагрузку на мышцы, достигающую 30 % земного веса космонавта. Вакуумный костюм «Чибис» предполагается применять сразу после старта, перед высадкой на другую планету и перед возвращением на Землю – своим воздействием он перераспределяет движение крови в сосудах, обеспечивая ее приток к ногам.