Марсианский экспресс: На гравитационных рогатках
5 февраля 1974 г. отважный межпланетный зонд Mariner 10 пронесся мимо Венеры на скорости почти 30 тыс. км/ч. Ученые с умом использовали этот момент, сделав несколько интереснейших снимков нашей соседки. Но основной целью пролета было другое: еще сильнее разогнаться и подкорректировать траекторию по направлению к Меркурию. Это был первый в истории случай, когда для придания аппарату ускорения было использовано гравитационное поле другой планеты — и он позволил ему стать первым искусственным телом на поверхности горячего Меркурия.
Впоследствии такой метод получил название «гравитационной пращи» (или «рогатки»). Его использование, по сути, открыло для исследований всю Солнечную систему разом, намного расширив практические возможности научных миссий. О том, к чему это привело, можно подробно узнать в нашей статье «К далеким пределам», а здесь мы расскажем о том, чего все-таки не было.
В первые годы после успешного маневра «Маринера» некоторые разработчики оказались настолько вдохновлены открывшимися возможностями, что на свет появился интереснейший проект Cycler. Это — космический аппарат, использующий гравитационные силы двух крупных объектов (скорей всего, планет) для того, чтобы совершать перелеты между ними практически бесконечно, и без каких-либо особых затрат. Некоторые считали, что небольшой флот таких «паромов» сможет однажды поддерживать регулярное и крайне дешевое сообщение между Землей и Марсом, совершая рейсы с частотой несколько раз в год. И хотя на первый взгляд все выглядит классическим случаем «вечного двигателя», одним из руководителей проекта стал ни кто иной, как сам Баз Олдрин (Buzz Aldrin), легендарный астронавт, некогда побывавший на Луне, и сегодня остающийся крупным ученым и администратором NASA. Впрочем, его историю мы уже рассказывали («Второй номер»).
К середине 1980-х некоторые варианты траекторий для Cycler’ов были предварительно набросаны. К сожалению, детали их зависели от ряда нерегулярных событий, а полный оборот требовал десятилетия. Однако тогда же Олдрин привел доводы в пользу того, что должна существовать траектория, которая подразумевает перелет подобных аппаратов с Земли и Марс и обратно примерно за 26 месяцев. Этот интервал связан с синодическим периодом системы Земля-Марс, то есть временем, которое требуется обеим планетам, чтобы совершить оборот вокруг Солнца и вернуться в первоначальное положение. Под чутким руководством Олдрина физики вновь взялись за расчеты — и действительно, такая возможность нашлась! Эта орбита была названа Aldrin Cycler.
От перспектив, которые открывались при использовании этой траектории, просто дух захватывало. Вывод каждой тонны на орбиту обходится в десятки миллионов долларов, ну а доставка грузов на Луну — и тем более на более удаленные объекты — тем более крайне дорогое занятие, требующее значительного расхода ракетного топлива. Для примера: проведенные NASA в 1999 г. расчеты показали, что пилотируемая миссия к Марсу потребует перевозки как минимум 437 тонн грузов, а стоимость только их доставки к нашему негостеприимному соседу достигает 9 млрд долларов (в ценах того же года). При этом больше половины этого веса (около 250 тонн) составит ракетное топливо. В противоположность этому, концепция Cycler предлагала совершенно иной подход, практичный, а главное — многоразовый, при котором в каждый запуск не «сжигаются» миллионы и миллионы долларов. Конечно, первоначально потребуются серьезные вложение в создание аппарата и доставку его в нужную точку, но затем можно будет обходиться крайне незначительными тратами.
Если бы удалось создать задуманную сеть постоянно курсирующих аппаратов, они могли бы доставить на Марс сколько угодно припасов, чтобы сделать пилотируемую миссию и дешевле, и безопасней. Существовали и более серьезные планы по установке на поверхности Красной планеты небольшого автоматического перерабатывающего модуля, который бы прямо на месте, из местного углекислого газа синтезировал бы качественное ракетное топливо, смесь кислорода с метаном. И лишь затем в полет отправились бы люди, на небольшом корабле, который в определенный момент мог бы соединиться со станцией «Альфа», также вращающейся по орбите Aldrin Cycler, в один из ее пролетов поблизости от Земли. Здесь, надежно защищенные от космической радиации, космонавты и провели бы основную часть своего путешествия. Более того, станция — совсем как в фантастических фильмах — могла бы вращаться, центробежной силой создавая нечто вроде искусственной гравитации. Ну а добравшись поближе к Марсу, команда бы высадилась на него, используя тот же аппарат, что и поднял их с Земли. На планете их уже бы ждала подготовленная, хорошо оснащенная база, так что космонавтам осталось бы только установить флаг, сфотографироваться — все, что нужно первооткрывателям. Вскоре к ним прибыла бы станция «Омега», на которой они смогли бы отправиться обратно — и месяцев через 5 снова оказаться дома с полным багажом впечатлений.
Впрочем, уже тогда концепция Олдрина вызывала массу сомнений. Конечно, использование станций «Альфа» и «Омега» не слишком дорого, но первоначальное их создание — вопрос намного более затратный, чем использование классической ракетной технологии. Кроме того, время отправления и прибытия диктовалось бы только одним: временем пролета аппаратов, не давая совершенно никакой гибкости и не оставляя ни единого шанса даже на небольшую ошибку. Наконец, возникал вопрос скорости: по расчетам, мимо Земли аппараты должны были проноситься почти на 25 тыс. км/ч, и лишь немногим медленней — возле Марса. Чтобы с комфортном состыковаться со станцией, летящей так быстро, ракетному модулю понадобилось бы очень постараться.
Но несгибаемый Баз Олдрин не останавливается, предлагая уже новую версию проекта, которая объединяет достоинства Cycler с обычными ракетами-носителями. При этом для полета на Марс используется тот же вариант станции «Альфа», однако обратное путешествие совершается на «полу-сайклере», который будет поджидать космонавтов на низкой орбите над Марсом. Действительно, с таким аппаратом состыковаться будет значительно легче, а небольшого толчка, который придадут ему ракетные двигатели, окажется достаточно для того, чтобы полететь прочь. Правда, и возвращение команды займет уже не 5, а ориентировочно 8 месяцев. Возле Земли аппарат с космонавтами отстыкуется, а «полу-сайклер» совершит еще один гравитационный вираж и снова отправится к Марсу. Такой проект выглядит уже намного более реалистичным и разработка его продолжается и сегодня.
Возможно, в будущем все же удастся преодолеть сложности проекта Cycler. И тогда космический простор будет открыт заново: своего рода «железные дороги» курсирующих аппаратов свяжут Землю с другими планетами Солнечной системы.
По публикации Damn Interesting