Лететь на Марс сегодня не очень-то хочется, особенно на существующих двигателях. Полет на химическом топливе займет полтора года, и это только в один конец. За это время скука, радиация и рак могут убить тебя. Думаешь, осилишь перелет? Тогда поздравляем — ты станешь первым марсианином, умершим от старости, потому что обратный полет с Красной планеты на сегодня невозможен, если не воспользоваться воображаемой логистикой типа выращивания топливного сырья.
Русские думают, что смогут это сделать. На прошлой неделе их национальная ядерная корпорация «Росатом» объявила, что создает ядерный двигатель, который доставит космонавтов на Марс за полтора месяца. И еще останется топливо на обратный путь. Россия может не добиться поставленной цели — запустить опытный образец к 2025 году. Но это связано скорее с финансовой ситуацией в стране (которая плачевна), а не с техническими трудностями по созданию ядерной силовой установки.
На самом деле, советские ученые еще в 1967 году преодолели многие из этих трудностей, когда начали запускать спутники на ядерной тяге. У американцев была своя программа SNAP-10A, начатая в 1965 году. Но это была холодная война.
Обе страны преждевременно остановили свои программы по созданию ядерных двигательных установок (правда, Советы продолжали свою еще в 1980-е годы). Преждевременно, потому что эти двигатели на основе деления изготавливались для относительно легких орбитальных спутников, а не для межпланетных аппаратов с большим тяговым усилием и с системами жизнеобеспечения для экипажа. Тем не менее, «до появления ядерной установки осталось недолго, если она не будет слишком сложной», говорит Николай Соков, старший научный сотрудник Центра исследования проблем нераспространения им. Джеймса Мартина в Монтерее. «Самое сложное и дорогостоящее — это сконструировать космический корабль с такой установкой».
Термическая ядерная установка — это один из вариантов ядерной тяги. Росатом не ответил на вопросы о технических характеристиках своей системы, но в его заявлении прозвучал намек на то, что это будет нечто вроде деления на тепловых нейтронах. То есть, двигатель будет вырабатывать тепловую энергию, расщепляя атомы, а эта энергия будет сжигать водород или какое-то другое вещество. Струя пламени идет в одном направлении, космический корабль движется в другом.
Но результаты этих двух методов радикально отличаются друг от друга, потому что в ракете на химическом топливе есть одна загвоздка. Чем быстрее и дальше ты хочешь полететь, тем больше топлива тебе придется взять с собой. Чем больше ты возьмешь топлива, тем тяжелее будет твоя ракета. А чем тяжелее будет твоя ракета, тем больше топлива тебе придется взять с собой…
Со временем уравнение равновесия между тягой и весом перестает расти, а поэтому полтора года — это тот минимальный расчетный срок, за который экипаж долетит до Марса на двигателе с химическим топливом. (Это будет до тех пор, пока духовные последователи Элона Маска (Elon Musk) не построят межпланетные заправки, добывающие топливо на астероидах.) Но это без учета чудовищной стоимости стартового горючего — около 3 000 долларов за фунт. Это дорого, но в Америке по политическим причинам трудно говорить о чем-то ядерном, и поэтому НАСА пока решила остановиться на Комплексе сверхтяжелой ракеты-носителя (и на его прожорливых топливных баках).
С другой стороны, у тех двигателей, которые в эпоху космической гонки конструировали США и Советский Союз, удельный импульс ракеты на химическом топливе был по меньшей мере двойной. В современных системах наверняка можно добиться лучшего результата. Это значит, что космические корабли смогут брать на борт гораздо больше топлива, а их двигатели реактивной тяги во время полета на Марс будут работать дольше (еще есть дополнительный бонус в виде искусственной гравитации!). Еще лучше то, что у космического корабля с ядерным двигателем будет достаточно топлива для торможения, выхода на марсианскую орбиту и даже для возвращения на Землю.
Полет на Марс на ядерном топливе может здорово воодушевить космических мечтателей, но запланированный к созданию российский двигатель может иметь и более практическое применение, причем в ближайшей перспективе. Спутникам приходится часто запускать свои двигатели малой тяги, дабы оставаться на идеальной орбите (и чтобы не рухнуть на Землю). Господин Соков считает, что главный довод в пользу разработки термической ядерной установки состоит в том, что она позволит чаще и лучше осуществлять корректировку орбиты, что существенно увеличит срок службы спутников. Энергия деления также придаст космическим аппаратам больше маневренности. «Одно из гражданских применений это сбор космического мусора, — говорит Соков. — Можно подумать и о других, менее безобидных сферах применения».
Наверное, России хватит силы воли, чтобы перейти на ядерное топливо, но вот средств у нее может оказаться недостаточно. Росатом посчитал, что ему понадобится примерно 15 миллиардов рублей на этот проект, который был начат в 2010 году, а готовый к запуску аппарат планируется создать к 2025 году. Это около 700 миллионов долларов, что подозрительно мало для космического проекта продолжительностью 15 лет. Для справки: только ракетная часть Комплекса сверхтяжелой ракеты-носителя НАСА по смете будет стоить почти 10 миллиардов долларов.
А ведь в эти 15 миллиардов рублей не входят затраты на запуск, и наверное, именно по этой причине Росатом сделал на прошлой неделе свое неожиданное заявление о шестинедельном сроке полета на Марс. «Публичность служит нескольким целям, среди которых получение финансирования, повышение узнаваемости, то есть, такие вещи, которые важны для политиков, читателей и прочих людей, увлекающихся подобными фантастическими замыслами», — говорит Соков. Росатом планирует создать испытательный реактор наземного базирования к 2018 году.
Если России удастся это сделать, ее не остановят международные соглашения, действие которых распространяется только на ядерное оружие. Но это не значит, что двигатель будет благополучно построен и заработает. То, что запускают при помощи ракет, не всегда достигает космоса, а порой с орбиты на Землю падают некоторые штуки. В 1978 году советский спутник с ядерной силовой установкой упал в северной части Канады, разбросав радиоактивные продукты почти на 130 тысяч квадратных километров. Но послушайте, товарищ: не разбив яйца, омлет не приготовишь, разве нет?
