/* Горизонт */

//-->

Пилотируемый полет на Марс... четверть века назад

В конце 50-х годов Сергей Павлович Королев, понимая, что развитие космонавтики немыслимо без увеличения массы космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту, начал поиск методов путей решения этой проблемы. Одним из них было создание сверхмощных ракет-носителй (РН), позволяющих выводить на орбиту тяжелые полезные грузы. К 1960 году уже была сформулирована концепция новой ракетно-космической системы, краеугольным камнем которой стал проект носителя Н-1, способного выводить тяжелые искусственные спутники Земли (ИСЗ).

Многочисленным экспертным комиссиям Королев доказывал, что новая РН откроет перед отечественной космонавтикой широкие горизонты, в частности позволит осуществлять запуски тяжелых автоматических станций и пилотируемых кораблей к планетам Солнечной системы.

Надо отметить, что в ОКБ-1 рассматривались различные варианты межпланетных кораблей. Особенно заманчивой представлялась идея пилотируемой экспедиции на Марс. По расчетам специалистов, для ее проведения необходимо было при 20 — 25 пусках Н-1 собрать (состыковать) на низкой околоземной орбите из отдельных блоков марсианский пилотируемый комплекс (МПК) стартовой массой около 1630 т. После экспедиции продолжительностью более 2,5 года (непосредственная посадка на Марс, пребывание на Красной планете, старт и обратный полет) к Земле возвращается лишь часть корабля массой всего 15 т. Приведенные цифры даже сейчас шокируют знатоков космонавтики своей несоразмерной величиной.

Более реальным представлялся «безостановочный» облет Марса или Венеры, без посадки на планету или выхода на ее орбиту искусственного спутника. В этом случае корабль выводится на такую траекторию полета, которая пересекает одновременно орбиты Земли и планеты назначения и позволяет ему, подобно бумерангу, через некоторое время возвратиться в район Земли и со второй космической скоростью войти в ее атмосферу.

Так, например, корабль, стартовавший 8 июня 1971 года, мог через 10,5 месяца пролететь в непосредственной близости от Марса, что позволяло экипажу провести исследования Красной планеты в пролетной траектории и сбросить на ее поверхность автоматические посадочные зонды. После облета Марса следует сравнительно небольшая коррекция траектории, корабль возвращается на Землю. Полная продолжительность такой экспедиции — три года, один месяц и двое суток.

Проработка тяжелого межпланетного корабля (ТМК) велась в отделе, руководимом М.Тихонравовым. Поначалу темой занимались в свободное от основной работы время. В инициативном порядке на ней работали две группы проектантов - под руководством Г. Максимова и К. Феоктистова.

Учитывая большую (более года) продолжительность полета, авторы проектов особое внимание уделяли системе обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов питания без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за огромной массы запасов. Поэтому нужны были СОЖ с так называемым замкнутым циклом. Проектанты уповали прежде всего на биологические системы, упрощенно повторяющие замкнутую экологическую систему Земли. Однако полный кругооборот веществ в небольшом объеме корабля организовать трудно, а вот «замкнуть» систему по таким жизненно важным составляющим, как вода и кислород, представлялось возможным.

Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями типа хлореллы. Запасы пищи предполагалось хранить в сублимированном виде и тщательно отбирать перед полетом с точки зрения пищевой ценности и удельной массы. Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу запасов продуктов на 20 - 50%. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов ТМК, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была блестяще решена с применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.

Для отработки прототипа замкнутой СОЖ на Земле ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем (ИМБП) и заводом «Звезда», разрабатывающим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека ТМК - наземный экспериментальный комплекс (НЭК), в котором испытатели Г.Мановцев, В.Улыбышев и А.Божко провели целый год.

Одной из проблем, так и не разрешенных участниками проекта, было практически полное отсутствие знаний о длительном воздействии невесомости на организм человека. Чтобы уйти от проблемы, был предложен вариант ТМК с искусственной тяжестью, создаваемой вращением отдельных блоков вокруг оси. Однако сравнительно небольшие размеры «центрифуги» приводили к возникновению кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно воздействующих на организм. Путевку в жизнь получила идея использовать вращение не на всем протяжении полета, а лишь на отдельных его участках, да и то кратковременно.

А теперь о конкретных проектах. ТМК конструкции группы Г.Максимова представлял собой трехместный корабль, запускаемый на орбиту ИСЗ при одном пуске Н-1 с выводом на траекторию полета к Марсу с помощью штатного кислородно-керосинового разгонного блока.

ТМК включал жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический, агрегатный отсеки, спускаемый аппарат и корректирующую двигательную установку (КДУ). После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей и начинался многомесячный безостановочный полет.

Проект группы К.Феоктистова поначалу базировался на сложной многопусковой схеме со сборкой ТМК на орбите ИСЗ и последующим разгоном корабля к Марсу. Проектанты, имеющие опыт создания пилотируемых кораблей, вскоре поняли, что уложиться в жесткие рамки стартовой массы, которые предлагались первой группой, вряд ли возможно. Стремясь получить резерв массы, они обратили внимание на электрореактивные 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 — М.Мельникова, подтвержденные результатами независимых ис следований (они проведены в НИИ - 88), показали их перспективность.

Однако в начале 60-х годов говорить о высадке на Марс было еще рановато. Группе К.Феоктистова удалось разработать проект ТМК со стартовой массой около 75 т, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск Н -1. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 т! К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги ЭРД (всего 7,5 кг) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение... нескольких месяцев!

Серьезной проблемой, препятствовавшей широкому использованию ЭРД, являлось то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, для ТМК требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36 тыс. кв. м. Конечно, 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 состоял из ядерного реактора мощностью 7Мвт, ЭРД с удельным импульсом 10 000 с, удлиненного конического бака с рабочим телом для ДУ и огромного радиатора-испарителя в форме длинного цилиндра.

Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ЯЭУ служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений ТМК от инфракрасного излучения радиатора — тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой. Другие блоки ТМК включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом. Большие по сравнению с проектом группы Г.Максимова запасы по массе позволяли разместить на ТМК требуемое количество приборов и систем. Полная продолжительность экспедиции составляла три года, из которых общее время работы ЭРД - около года.

К середине 60-х годов почти все силы ОКБ-1 были брошены на реализацию приоритетной широкомасштабной программы высадки на Луну (HI-ЛЗ), что стало тормозить разработку ТМК.

Работы по первому и второму вариантам ТМК выявили целесообразность создания комплекса НЭК, что и было реализовано. Менее напряженный в «весовом» отношении вариант группы К.Феоктистова казался более перспективным, и работы по нему значительно продвинулись, вылившись в целое направление по разработке ЭРД и ЯЭУ.

28 мая 1969 года В.Мишин, возглавивший ОКБ-1 после смерти С.П.Королева, подписал аванпроект ракетно-космической системы Н-1М, в котором рассматривались пути модификации базового носителя для существенного расширения его возможностей.

В соответствии с планом модификации Н-1 велась и разработка проектов новых кораблей для полета к Луне и планетам. Одним из наиболее удачных стал аванпроект марсианского экспедиционного комплекса (МЭК), подготовленный группой К.Феоктистова, имевший следующие отличительные черты: продолжительность полета на Марс и обратно корабля с экипажем из шести человек - 630 сут; пребывание на орбите искусственного спутника Марса(ИСМ) 30 сут; пребывание на Марсе посадочного отсека с экипажем из трех человек -5 сут. В качестве основных двигателей корабля должны были применяться ЭРД с электропитанием от ЯЭУ, в качестве вспомогательных - ЖРД.

МЭК предполагалось создать на орбите ИСЗ путем автоматической стыковки двух беспилотных блоков массой примерно по 150 т, выводимых в космос модифицированным вариантом ракеты Н-1.

Первый блок — марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), второй — комплекс ЯЭРДУ.

После стыковки под действием тяги предполагался медленный разгон корабля по постепенно раскручивающейся спирали. После выхода МЭК из зоны радиационных поясов Земли следовало осуществить подсадку экипажа на комплекс с использованием кораблей типа 7К-Л1 («Зонд»), оснащенных средствами сближения и стыковки на высокой околоземной орбите и запускаемых на траекторию полета с помощью РН «Протон» с разгонными блоками «Д». Детальную проработку транспортных кораблей предполагалось выполнить позже,

Блок ЯЭРДУ — два «запараллеленных» реактора большой мощности, расположенных в крайней точке комплекса и экранированных от других систем теневой защитой и коническим баком с рабочим телом ЭРД (расплавленный литий). Междутеневой защитой и баком по кольцуэлектроплазменные движители (собственно ЭРД), выхлопные струи которых, бьющие под небольшим углом к образующей конуса бака, также служили своеобразным радиационным экраном от излучения реакторов. Далее следует телескопический раздвижной двухсекционный радиатор-излучатель энергоустановки, в передней части которого имеется агрегат для стыковки с другим блоком, включающим МОК и МПК.

Здесь же расположены теневой экран для тепловой защиты обитаемых отсеков комплекса. За ним возвращенный аппарат МОК, который должен был входить в атмосферу Земли со скоростью, превышающей вторую космическую.

Экипаж после длительного полета в невесомости мог плохо переносить перегрузки, а потому разработчики предусматривали выбор рациональных форм СА с повышенным аэродинамическим качеством (К 0,45). Рассматривались типичная «союзовская» «фара» увеличенного размера (диаметр—4,35м, высота—3,15м), чечевица дна метром 6 м или клиновидное аэродинамическое тело. Далее шли отсеки комплекса МОК. Они имели вертикальное построение в семь этажей: приборно-агрегатный, рабочий, лабораторный, биотехнический, жилой, салон и отсек двигателей ориентации.

Предполагалось, что после окончания активного участка разгона «Земля - Марс» ЭРД выключаются, энергетическая установка переходит в режим «холостого хода» и комплекс в течение 150 сут совершает пассивный полет. Затем начинается второй активный участок полета к Марсу — торможение перед входом в сферу действия Красной планеты (61 сут), полет по скручивающейся спирали для выхода на орбиту ИСМ (24 сут), в результате чего МЭК оказывается на околомарсианской орбите.

Во время ЗО-суточного пребывания на орбите ИСМ от комплекса отделяется МПК, который совершает мягкую посадку на поверхность Марса.

МПК имел раскрываемый аэродинамический экран, снаружи которого крепился сбрасываемый навесной отсекдля стыковки на орбите ИСЗ и торможения и схода МПК с орбиты ИСМ. МПК был оснащен посадочной ступенью с ЖРД, цилиндрическим жилым отсеком, соединенным с кабиной космонавтов посредством люка-лаза, а также двухступенчатой взлетной частью МПК со сферической кабиной.

Выполнив исследования, с Марса стартует взлетная часть МПК, которая выходит за орбиту ИСМ, осуществляет взаимный поиск, сближение и стыковку с МОК. Космонавты переходят в жилые отсеки орбитального комплекса, а ненужный уже посадочный корабль сбрасывается. Двигатели МОК включаются на режим разгона, который продолжается 17 сут в сфере действия Марса и еще 66 - вне его пределов. После длительного пассивного участка, когда траектория комплекса проходит на максимально близком расстоянии от Солнца (между Венерой и Меркурием), следует 17-суточный активный участок возврата. Фактически это коррекция траектории с целью уменьшения длительности полета путем увеличения скорости. Далее снова идет пассивный участок, а за трое суток до полета к Земле ЯЭРДУ включается вновь, уменьшая скорость комплекса. При входе в сферу действия Земли от МЭК отделяется СА.

К моменту подготовки данного варианта МЭК в отечественной космонавтике создалась сложная ситуация. Стало очевидно, что «лунная программа» с ее первоначальным престижно-пропагандистским напором провалилась. Поэтому в начале 70-х официально было заявлено о создании орбитальных станций, одной из целей которых было выяснение возможности длительно летать в космосе без искусственной тяжести.

По мнению многих отечественных специалистов, работа по станциям могла идти в рамках проекта ТМК. Необходимо было постепенно отработать ракету Н-1, что позволяло создать тяжелую орбитальную станцию как этап ТМК, а затем совершить одну из грандиознейших и впечатляющих экспедиций XX века. В этом случае наша космонавтика шла бы «своим путем», не вступая в изнуряющую «лунную» гонку. Накопив опыт, можно было бы приступить к реализации непосредственно «лунной» или «марсианской» программы.

Решение было принято, хотя задача облета Марса на тот период была не менее престижна. Да и осуществить ее было проще, чем высадку на Луну. Однако полное прекращение работ по одному из ключевых элементов обеих программ - ракете Н-1 - поставило крест на полетах и к Луне, и к Марсу...

По материалам: "Вестник воздушного флота", N 7-8 за 1996 год, "Пилотируемый полет на Марс... четверть века назад", Игорь АФАНАСЬЕВ


Александр Красников kai@aha.ru

Последние изменения внесены 27 Августа 1997 г.