Марсианские страсти: часть 6

apervushin — 03.07.2012

7.
Вы думаете, я раз за разом привожу одну и ту же картинку просто так, развлечения ради? А вот и нет. :-) Я хочу, чтобы вы ее заполнили и наконец к ней присмотрелись. Вы видите на этом спускаемом аппарате какой-нибудь аэродинамический экран? Может, крепления для аэродинамического экрана? Может, какие-нибудь зачатки парашютной системы? Нет? И я не вижу. Я вижу только работу тормозных двигателей, что в общем-то правильно. Хотя сам проект «Mars One» — безумная затея, конструкторы космического корабля не настолько безумны, чтобы усложнять схему посадки. Ведь чем она сложнее, тем больше вероятность отказа на любом из этапов. Вспомним «Спирит». Аэродинамический экран для него весил 84 кг — почти 10% от веса всей посадочной ступени вместе с планетоходом. То есть для корабля массой 20 тонн он будет весить 2 тонны или около того (такая цифра выглядит вполне разумной). Отделить столь массивную конструкцию, которая находится под вами в момент снижения, технически не так-то просто, а если она почему-то не отделится, то гибель экспедиции неизбежна. То же самое с парашютной системой — плотность и высота атмосферы Марса и без того невелики, так еще и зависят от климатических условий, от вспышек на Солнце, от пылевых бурь. В этом и убедилась команда «Спирита», когда парашют раскрылся на высоте 7400 вместо запланированных 9000 м. А ведь он может и не раскрыться — что тогда? В общем самый надежный способ затормозить корабль — это включить двигатели и отработать торможение по полной программе. То есть сбросить скорость с 5,4 км/с до 5 м/с (мягкая посадка — не дрова ведь везем!). И лучше включить двигатели заранее, постепенно повышая тягу, поскольку если это сделать на сравнительно небольшой высоте и резко, то может возникнуть ударная перегрузка, которую экипаж, пробывший 260 дней в невесомости, может и не пережить. Необходимое приращение скорости в таком случае составит те самые 5,4 км/с, поскольку скоростью мягкой посадки, близкой к нулю, можно пренебречь. Гоман нам здесь, увы, не поможет — его формулы вблизи планеты, после орбитального перехода, перестают действовать. Поэтому подставим значение приращения в формулу Циолков... тьфу ты!.. в формулу Ватта (удельный импульс беру всё тот же 342 секунды, ибо других значений для него мне взять неоткуда, но это и впрямь очень достойный удельный импульс) и получим чудовищное значение: 100 тонн! То есть чтобы мягко посадить на Марс корабль массой 20 тонн прямо с полетной траектории, используя исключительно двигатель торможения, нам надо сжечь 80 тонн керосин-кислородного топлива. Причем в течение нескольких минут. И эти суммарные 100 тонн надо до Марса еще как-то довезти. Уж извините, уважаемый оппонент, но ну ее на фиг — посадку с траектории! Давайте вернемся к более дружелюбной схеме Гомана-Ватта.

Есть и еще один нюанс, почему посадка по схеме «Спирита» нереальна для пилотируемого корабля. Если вы используете внешний ресурс, коим является в данном случае атмосфера, вы становитесь зависимы от множества меняющихся факторов, и разброс места посадки будет огромен. Так, создатели планетохода «Спирит» рисовали огромный эллипс в кратере Гусева шириной 20 км и длиной 200 км и до самого конца не могли сказать, куда точно сядет их детище. А ведь Марс — это не ровное поле аэродрома и не пресловутая трава у дома: камни, кратеры, разломы, холмы с отвесными склонами. Кто сказал, что у нас есть опыт посадок со второй космической? Попрошу не выражаться! Есть опыт посадок на Землю, причем в океан — где вы видели на Марсе океан? Кроме того, на Земле космонавтов ждали команды спасателей, вертолеты, авианосцы, эсминцы — ничего этого на Марсе не будет с гарантией. Если же говорить об опыте посадок на Марс беспилотных устройств, то он пока еще очень мал. За всю историю космонавтики (скоро 55 лет, между прочим) удалось успешно посадить только пять аппаратов  («Viking-1», «Viking-2», «Mars Pathfinder», «Spirit», «Opportunity», «Phoenix») при шести аварийных посадках — неплохо, но счет в пользу аварий. При такой результативности необходимо быть очень осторожным, особенно когда речь идет о людях.

Итак, вернемся к схеме Гомана-Ватта, хотя, как мы уже посчитали, она требует 106 тонн на опорной орбите, чтобы к Марсу было доставлено всего 20 тонн (то есть в 50 тонн комплекса уже точно не впишемся). Однако проблема в том, что мы доставили эти 20 тонн не на поверхность Марса, а на круговую ареоцентрическую орбиту высотой порядка 400-500 км. Чтобы с нее сойти и совершить мягкую посадку, нам надо погасить до нуля первую космическую скорость, которая для Марса составляет 3,6 км/с. Опять же будем помнить о необходимости управляемости на всем протяжении схождения с орбиты — сход по баллистической траектории, разумеется, возможен, но даст слишком большой разброс по месту посадки, что смертельно опасно для экипажа. Подставляем приращение скорости в формулу Циолковск... тьфу ты!.. Ватта и получаем 38,5 тонн топлива, что уже не выглядит фантастикой. Но где их взять у Марса? Наверное, их надо привезти. Допустим, что эти тонны летели вместе с кораблем. Получается, что масса корабля на ареоцентрической орбите составит не 20 тонн, как утверждает мой уважаемый оппонент, а самое меньшее — 58,5 тонн плюс-минус. Теперь возвращаемся на орбиту Земли и считаем, какой должна быть масса комплекса, чтобы доставить на ареоцентрическую орбиту груз в 20 тонн. Получается комплекс массой 310 тонн. Что ж, число хоть и жуткое, но не ужас-ужас. Однако мы помним, что груз 20 тонн взят с потолка и не обеспечивает экспедицию из четырех человек всем необходимым на протяжении трех лет, для нормального обеспечения нужно хотя бы 20 тонн в год, то есть на три года нам надо минимум 60 тонн расходных материалов. Принимаем мои 60 тонн на поверхности Марса, на ареоцентрической орбите получается 175 тонн, а на околоземной — 929 тонн, то есть та самая 1000 тонн плюс-минус, о которой я и говорил, сделав прикидку на пальцах. Собственно, вы можете взглянуть на любой из существующих проектов полета к Марсу с высадкой на ее поверхность и, если в проекте используются химические двигатели, то именно столько и будет весить комплекс. И большого значения, летит корабль в одну сторону или экипаж возвращается, не имеет. Ведь ресурсы, которые надо дотащить к Марсу, примерно те же самые — только назначение у них немного разное.

С галерки мне подсказывают, что можно доставлять ресурсы отдельно от экипажа. Конечно, можно. Так и сделают, скорее всего. Но! И еще раз но! Общая масса флота наверняка превысит мою расчетную для одного корабля. Потому что требования к управляемости на этапе посадки возрастут, ведь надо будет сажать модули на Марс с ювелирной точностью — не дай бог экипажу придется добираться 10-20 км по марсианскому бездорожью, чтобы восполнить запасы провизии или, скажем, забрать элементы солнечных батарей: такое приключение будет для них слишком рискованным и затратным даже при наличии роверов. А если мы увеличиваем требования по управляемости, то наращиваем и запас по топливу, которое нам необходимо доставить к Марсу. Вот и получается, что если вы хотите доставить на поверхность Марса один полезный груз массой 60 тонн, вам понадобится комплекс массой 1000 тонн, а если десять грузов по 6 тонн, то придется поднимать все 1500 тонн, если не больше.

Разумеется, каждый из этапов можно оптимизировать, где-то чего-то сократив и улучшив. Но не забывайте: речь идет о людях, которые должны долететь, высадиться и почти три года жить на Марсе в полной изоляции. Тут, скорее, надо не оптимизировать и экономить, а дублировать всё многократно.

Теперь, надеюсь, вам стала понятна моя логика? И мы спокойно можем вернуться от абстрактных разговоров о сферических чудо-кораблях в вакууме к проекту «Mars One» и проверить, насколько он соответствует тем критериям, о которых я говорил. Вписывается он хотя бы в 1000 тонн на опорной орбите или нет?.. 

Окончание следует...

С уважением,
Антон Первушин

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив