На чем полетим на Марс?

К сожалению, тот полет «Бурана» оказался первым и последним. И российская космонавтика вновь «ужалась» до «Протонов» с полезной нагрузкой до 25 тонн и 7-9 тонных «Союзов». Правда, в 2009 году «Роскосмос» все же объявил конкурс на разработку нового тяжелого российского РН. И его ожидаемо выиграл «триумвират» в лице ведущих ракетно-космических центров «ЦСКБ-Прогресс» (разработчик и изготовитель «Союзов»), РКК «Энергия» и Государственного ракетного центра имени В. П. Макеева. Они обязались к 2015 году поднять в воздух новую тяжелую РН «Русь-М» грузоподъемностью 50 тонн, а в перспективе довести вес полезной нагрузки этой РН до 100 тонн, что вполне хватает для начала межпланетных путешествий. Saturn-5 Вернера фон Брауна, при запуске к Луне «Аполлона-15», например, рассчитывался на вывод на низкую опорную орбиту 140 тонн полезной нагрузки, из которых к Луне отправлялось 47 тонн (65 тонн вместе с третьей ступенью носителя).

Однако, когда «Роскосмос» возглавил Владимир Поповкин, все работы по «Руси-М» были свернуты, а на первый план вышел проект Государственного космического научно-производственного центра им Хруничева (ГКНПЦ им.Хруничева) по разработке и производству модульных РН «Ангара», который предусматривал создание целой «линейки» унифицированных ракет грузоподъемностью от 2 тонн («Ангара 1.1») до 25,8 тонн («Ангара А5»). «Хруничевцы» изготавливают печально известные в последнее время «Протоны». Над «Ангарой» они бьются с начала 90-х годов прошлого века. Но ракета, даже в легком варианте, не летит. Ее первый официальный запуск с Плесецка запланирован на 25 июня этого года, хотя стартовый стол для «легкой» «Ангары» уже вовсю строится на космодроме «Восточный» в Амурской области. Кроме того, даже если ГКНПЦ им.Хруничева удастся в конце этого года поднять в космос «тяжелую» «Ангару А5», это все равно не решает проблемы необходимости создания в России новой «сверхтяжелой» ракеты грузоподъемностью от 70 тонн и выше.

Поэтому с назначением прошлой осенью новым главой «Роскосмоса» Олега Остапенко в отрасли заговорили о том, что российское Федеральное космическое агентство вновь включает в Федеральную космическую программу на 2016–2025 годы проектирование сверхтяжелой РН с грузоподъемностью 70–80 тонн с возможностью модернизации до 120 тонн и более полезной нагрузки. То есть это тот путь, по которому, по мнению Олега Остапенко, идут, прежде всего, США и Китай. При этом глава Роскосмоса отмечал, что при создании такой ракеты-носителя обязательно будет учтен опыт производства сверхтяжелой РН «Энергия», создававшейся для многоразового космического корабля «Буран», особенно в том, что касается двигательных установок. И именно такой носитель, очевидно, будет рассматриваться в ближайшие годы для полетов к Марсу, Луне, астероидам, для строительства обитаемых лунных баз.


Дальняя перспектива

Мысль российских инженеров и конструкторов не стоит на месте. Недавно, например, появилась информация о том, что «ЦСКБ-Прогресс» предлагает использовать двигатели для перспективных РН сверхтяжелого класса, работающие на смеси не керосина и кислорода, как, например, предполагалось в «Русь-М», а на смеси кислорода и сжиженного природного газа. По расчетам НПО «Энергомаш», это может дать двигателям 10%-ю прибавку мощности.

Американцы, разрабатывая систему SLS, которая предназначена для пилотируемых экспедиций за пределы околоземной орбиты (ее пробный полет намечен на конец 2017 года), первую ступень РН намерены оснастить твердотопливными ускорителями и водородно-кислородными двигателями от «Шаттлов», вторую – водородно-кислородными двигателями J-2X. Ожидается, что с помощью SLS можно будет выводить на околоземную орбиту полезную нагрузку общим весом от 70 до 130 тонн. 

Между тем, по общему признанию, и твердотопливные, и жидкостные ракетные двигатели, независимо от вида топлива, давно подошли к порогу эффективности. «Мы имеем сегодня неэкономичные транспортные средства. Представьте, из каждых 100 тонн, улетающих с Земли, в полезную нагрузку в лучшем случае превращается 3%. Это для всех современных ракет. Все остальное выбрасывается в виде сгоревшего топлива. Есть возможность увеличить этот показатель в разы или на порядки? Оказывается, есть. Например, используя ядерные двигатели, мы могли бы увеличить удельную тягу примерно до 900 секунд, то есть еще в два раза. А используя для разгона ионизованное рабочее тело, могли бы выйти на величины 9000-10 000 секунд, то есть подняли бы удельную тягу в 20 раз», – неоднократно заявлял директор Исследовательского центра им. Келдыша Анатолий Коротеев. «Сколько бы специалисты всего мира по ракетным двигателям ни трудились, максимальный эффект, который мы получим, будет исчисляться долями процентов. Из существующих ракетных двигателей, будь это жидкостные или твердотопливные, грубо говоря, выжато все, и попытки увеличения тяги, удельного импульса просто бесперспективны. Ядерные же энергодвигательные установки дают увеличение в разы. На примере полета к Марсу – сейчас надо лететь полтора-два года туда и обратно, а можно будет слетать за два-четыре месяца», – оценивал в свое время эту ситуацию и экс-глава Федерального космического агентства России Анатолий Перминов.

Поэтому еще в 2010 году президентом России, а ныне премьер-министром Дмитрием Медведевым было дано распоряжение к концу этого десятилетия создать в нашей стране космический транспортно-энергетический модуль на основе ядерной энергетической установки мегаваттного класса. На разработку этого проекта до 2018 года из средств федерального бюджета, «Роскосмоса» и «Росатома» запланировано выделить 17 млрд рублей. Атомный реактор для будущей космической ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) большой мощности будет готов в России уже к концу этого года. А сама ЯЭДУ будет готова к полету в 2018 году. Полетит она или не полетит – это другой вопрос. Но если полетит, то это может означать начало переворота в стремлении землян вырваться за пределы своей планеты. «Использование ядерных энергодвигательных установок рассматривается для больших пилотируемых систем, а не для малых космических аппаратов, которые могут летать на других типах установок, использующих ионные двигатели или энергию солнечного ветра. Использовать ЯЭДУ с ионными двигателями можно на межорбитальном многоразовом буксире. К примеру, возить грузы между низкими и высокими орбитами, осуществлять полеты к астероидам. Можно создать многоразовый лунный буксир или отправить экспедицию на Марс», – считает проректор МФТИ, профессор Олег Горшков. Подобные корабли резко меняют экономику освоения космоса. По расчетам специалистов РКК «Энергия», ракета-носитель на ядерной тяге обеспечивает снижение стоимости выведения полезного груза на окололунную орбиту более чем в два раза по сравнению с жидкостными ракетными двигателям 

А самое главное – у России, в отличие от США и других стран, есть опыт создания ядерных силовых установок, которые устойчиво функционируют в космосе. С 1970 по 1988 годы СССР запустил более трех десятков спутников-шпионов, оснащенных ядерными силовыми установками малой мощности типа «Бук» и «Топаз». Они использовались при создании всепогодной системы наблюдения за надводными целями на всей акватории Мирового океана и выдачи целеуказания с передачей на носители оружия или командные пункты (система морской космической разведки и целеуказания «Легенда», 1978 год). NASA и американские компании, производящие космические аппараты и средства их доставки, так и не смогли за это время, хоть и трижды пытались, создать ядерный реактор, который бы устойчиво работал в космосе. Поэтому в 1988 году через ООН был проведен запрет на использование космических аппаратов с ядерными энергетическими двигательными установками, и производство спутников типа УС-А с ЯЭДУ на борту в Советском Союзе было прекращено.

Тем не менее, опыт этот не потерян, а в 90-е годы прошлого века Центр имени Келдыша возобновил и работы по созданию ионного двигателя (электроплазменного двигателя), который наиболее подходит для создания двигательной установки большой мощности, работающей на ядерном топливе. Очевидно, именно эти двигатели, изготавливаемые серийно, и понесут через пару десятилетий российские пилотируемые космические корабли на Марс.