Использование базы для передвижения на большие расстояния

А не прекратится ли глобальное исследование Марса в период, пока будет строиться база? Ничего подобного! Как бы хорошо мы ни выбрали место для нее, с уверенностью можно сказать, что некоторые существенные ресурсы, необходимые для ее развития, окажутся доступны только на участках, удаленных на десятки, сотни или тысячи километров от нее. Для роста базы потребуются глобальное разведывание и транспортировка ресурсов. Это будут симбиотические отношения, в которых сама база станет обеспечивать возможность для передвижения исследователей на большие расстояния.

Ситуация в некотором смысле аналогична истории освоения Антарктики человеком. До Международного геофизического года (1957) исследование проводили посредством серии выездов, где каждая разведывательная группа использовала собственный корабль в качестве базы. Однако с начала того года было принято решение построить большую постоянно работающую базу в проливе Мак-Мердо. Сегодня она позволяет использовать и ремонтировать механизированные транспортные средства, вертолеты и самолеты, которые дают исследователям Антарктики доступ к любой части континента. Концентрируя ресурсы в одной точке, люди создали возможность проводить исследования гораздо шире и детальнее, чем когда-либо раньше, сохранив при этом традицию использования собачьих упряжек и лыж для вылазок от отдельных разведочных судов.

Местности на Марсе гораздо более суровые, чем даже в Антарктиде. Чтобы иметь действительно высокую мобильность, там придется летать. В то время как воздушные шары и дозвуковые самолеты можно использовать, чтобы запускать малые роботизированные устройства в ветреное марсианское небо, единственными системами, достаточно надежными для транспортировки людей, станут аппараты с ракетными двигателями, способные прорываться через любую погоду. Это могут быть либо чисто баллистические устройства, выпрыгивающие из марсианской атмосферы, для того чтобы перебраться с одной стороны планеты на другую, либо крылатые ракетопланы, способные летать на сверхзвуковой скорости. Оба типа систем расходуют много топлива, а управление ими будет немыслимо, пока люди на Марсе не начнут изготавливать большое количество ракетного топлива.

Для примера рассмотрим марсианский пилотируемый баллистический прыгун с массой в 10 тонн, работающий на метаново-кислородных ракетных двигателях с удельным импульсом в 380 секунд. Скажем, мы хотим, чтобы он пролетел 2600 километров (то есть преодолел 45 градусов по широте или долготе на поверхности Марса), оставил на месте груз и налегке вернулся на базу. Для того чтобы выполнить этот маневр, устройству будет нужно отношение масс, близкое к 7, так что всего понадобится 60 тонн топлива. Если мы хотели бы осуществить полет на 15-тонном ракетоплане (крылья сделают его тяжелее) со сверхзвуковым отношением подъемной силы к лобовому сопротивлению (L/D), равным 4, отношение масс будет около 5, так что снова понадобятся 60 тонн ракетного топлива. Ясно, что не существует способа часто использовать эти виды транспортных средств на Марсе, в случае если их метаново-кислородное топливо или хотя бы только водородное сырье для его производства импортируется с Земли.

Необходимость перевозить достаточное количество топлива и для перемещения к месту назначения, и для возвращения из разведывательного вылета ограничивает максимальную дальность перемещения химических ракет на Марсе расстоянием в 4000 километров. Этот лимит может быть устранен, если транспортное средство станет самостоятельно производить топливо после посадки. Химические двухкомпонентные виды топлива не позволяют этого, потому что на их производство требуется слишком много энергии (около 5 кВт. ч на килограмм), и, следовательно, такие затратные системы не подойдут для частых запусков.

Однако в конце 1980-х годов я придумал концепцию, которую назвал «ядерная ракета на марсианском топливе» (ЯРМТ, или NIMF, nuclear rocket using indigenous martian fuel), которая, как мне кажется, способна устранить эту проблему [41, 42]. В случае ЯРМТ в качестве топлива используется простой диоксид углерода из марсианской атмосферы, которые нагревается за счет бортового ядерного ракетного двигателя для создания горячей выхлопной струи газа. Поскольку в данном случае ЯРД не превращает тепло в электричество, все приспособления для преобразования энергии, которые на самом деле составляют большую часть массы ЯРД, оказываются ненужными, и система становится компактной и легкой. Так как топливо здесь – обычный диоксид углерода, который можно добыть при низких затратах энергии (менее 0,3 кВт. ч на килограмм) путем закачивания из атмосферы, на борту понадобится не так много электроэнергии, так что все оборудование для химического синтеза также оказывается ненужным. Горячий диоксид углерода нельзя назвать высококлассным ракетным топливом, удельный импульс будет около 260 секунд – это все, на что можно рассчитывать. Но старателю нужен мул, способный есть горный кустарник, а привередливый скакун, предпочитающий отборный корм, в горах будет бесполезен. ЯРМТ – по существу, гораздо более мощный и продвинутый вариант газового прыгуна, рассмотренного в главе 6, – это идеальное разведывательное судно, поскольку для его питания сгодится все, что можно найти на месте. Ракетные транспортные средства, оснащенные этим типом двигателей, обеспечат исследователям Марса полную мобильность в масштабах планеты.

Преимущества режима работы ЯРМТ многочисленны. Несмотря на меньший удельный импульс, тот факт, что такой ракете не нужно везти с собой топливо на обратную дорогу, делает возможным охват всей планеты, в то время как даже самые лучшие химические системы ограничены в дальности передвижения. ЯРМТ обладает еще одним преимуществом: так как она сама производит топливо, то гораздо меньше полагается на энергетические ресурсы базы, чем химические системы. Производство 60 тонн метаново-кислородной смеси, необходимой химической ракетной системе, как описано в начале данного раздела, на 123 дня полностью займет имеющийся на базе реактор на 100 кВт электрической энергии. А вот на отправку ЯРМТ база вообще не потратит ни энергии, ни даже части запасов водорода или воды. Единственное, что потребуется в таком случае, – продовольствие для экипажа, техническое обслуживание и ремонт. Еще одно преимущество работы ЯРМТ на Марсе – это ее уникальная способность быстро доставлять большие количества груза в очень удаленные районы. Если срочно нужны 20 тонн сульфида меди, 40-тонная грузовая ЯРМТ слетает на другую сторону планеты и заберет эту руду Никакая другая система не обеспечит такой производительности.

Вы можете вспомнить (я писал об этом в главе 3), что в период до разработки «Марс Директ» я отстаивал архитектуру пилотируемой миссии на Марс на основе одного запуска тяжелой ракеты-носителя, использование ЯРД для вывода корабля на траекторию к Марсу и использование ЯРМТ, для того чтобы исследовать планету, а затем вернуться. Я отказался от этих идей в пользу «Марс Директ», потому что мне стало ясно, что технологии, требуемые для ЯРД и ЯРМТ, слишком сложны, чтобы сформировать на их основе первые исследовательские экспедиции на Марс. Миссии с их использованием казались очень привлекательными, но время, необходимое для их разработки, вынудило бы слишком далеко отложить первый полет. Тем не менее, технология ЯРМТ дает большие возможности для развития базы на Марсе. Таким образом, в контексте расширенной программы исследования было бы целесообразно приложить значительные усилия, чтобы ввести в игру транспортные средства на основе ЯРМТ. Тогда, после того как через несколько лет развития базы они будут готовы к эксплуатации, люди смогут иметь доступ к ресурсам в любой точке планеты.