Курс на Марс. Самый реалистичный проект полета к Красной планете

Еще раз рассмотрим нашу РОСД на смеси метана и кислорода, используемую для транспортировки полезной нагрузки с поверхности Земли до низкой околоземной орбиты. Для доставки на орбиту каждого килограмма полезной нагрузки требуется около 70 килограммов топлива. Затраты на двухкомпонентное метаново-кислородное топливо составят около 20 центов за один килограмм, так что доставка к орбите каждого килограмма груза на топливо обойдется в 14 долларов. Если затем мы предположим, что расходы на функционирование всей системы будут в семь раз выше расходов на топливо (примерно в два раза больше соотношения «общая стоимость/стоимость топлива» для авиакомпаний), то стоимость доставки на НОО может составлять около 100 долларов за килограмм. Давайте предположим, что есть космический корабль, постоянно курсирующий между Землей и Марсом, который повторно использует воду и кислород с эффективностью в 95 %. Такие межпланетные «челноки», предложенные астронавтом «Аполлон-11» Баззом Олдрином в качестве основного транспорта для маршрута Земля – Марс, позволяют с комфортом перевозить множество людей, поскольку такие аппараты достаточно запустить лишь один раз, при этом полет в оба конца будет занимать 2,2 года и повторяться практически бесконечное количество раз. Купив билет на такой «челнок», каждый пассажир с 100 килограммов личных вещей вынужден будет взять около 400 килограммов продовольствия, чтобы обеспечить себя пищей, водой и кислородом во время 200-дневного полета на Марс. Таким образом, понадобится перевезти 500 килограммов со скоростью ΔV около 4,3 километра в секунду, чтобы переместить иммигранта с НОО Земли на челночный межпланетный космический корабль. Капсула, используемая для транспортировки иммигрантов с НОО к «челноку» и с «челнока» на поверхность Марса, вероятно, должна иметь массу из расчета 500 килограммов на одного пассажира. Таким образом, на орбиту «челнока» нужно доставить для каждого пассажира в общей сложности 1000 килограммов, что при удельном импульсе в 380 секунд для метаново-кислородной двигательной системы на транспортной капсуле переводится в 3200 килограммов на низкой околоземной орбите. При цене доставки на НОО в 100 долларов за килограмм и в предположении, что стоимость самого «челнока» амортизируется за очень большое число миссий, затраты на одного пассажира, летящего на Марс, составят 320 000 долларов.

Очевидно, что в приведенном выше расчете я сделал много предположений и изменение этих условий может значительно повлиять на цену билета. Например, использование прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД) сверхзвукового самолета, для того чтобы получить значительную часть ΔV по пути с Земли на НОО, может сократить затраты на доставку к орбите в тысячу раз. Чтобы поднять транспортную капсулу почти до вывода из поля силы тяжести Земли, можно использовать ракету с электрическим двигателем, после чего капсула будет сброшена, чтобы выполнить управляемый пролет на небольшом расстоянии от Земли с использованием разгонного блока на химическом топливе. Это позволит ей уйти с орбиты и достичь «челнока» с ΔV, развитой химическим двигателем, всего лишь в 1,3 километра в секунду, тем самым полезная нагрузка удваивается, а затраты снижаются. Если «челнок» оснащен магнитным парусом (см. дополнительный раздел в конце главы), а не движется по естественным межпланетным орбитам с помощью гравитационных маневров, гиперболическая скорость капсулы для отправления с Земли, требуемая для стыковки с «челноком», может равняться нулю, что позволит преодолеть весь путь с НОО Земли к челноку с помощью электрического реактивного двигателя, или, предположительно, даже с помощью солнечных или магнитных парусов. Если увеличить эффективность системы жизнеобеспечения на «челноке» с базовых 95 % повторного использования воды и кислорода до 99 %, можно будет везти меньше продовольствия, что опять же снизит затраты. Таким образом, есть основания ожидать, что транспортные расходы по маршруту Земля – Марс снизятся еще на порядок, примерно до 30 000 долларов на пассажира. Изменения стоимости перевозки, которые произойдут благодаря постепенному введению каждой из этих инновационных концепций, показаны в табл. 8.3.

Таблица 8.3. Возможные сокращения стоимости системы транспортировки по маршруту Земля – Марс