«Гибридный» подход к межпланетным перелётам
В Лаборатории реактивного движения НАСА создаётся альтернативный подход к межпланетным космическим путешествиям, который мог бы позволить сочетать положительные черты как химических, так и электрических ракетных двигателей. Ведущий разработчик гибридной концепции Натан Стрэйндж отмечает, что пока ионные двигатели, требующие энергии от солнечных батарей, просто не располагают тем её количеством, которое позволит выдать нужную тягу. Да и характеристики самих двигателей пока далеки от идеала.
Разгон использующих их космических аппаратов по спирали от Земли к Марсу или к лунам Сатурна занимает многие месяцы. А разгонять их так, увы, приходится: двигаясь дальше от земной орбиты, они будут получать меньше света, и набор скорости замедлится ещё больше. Так что чем ближе разгонная орбита к земной, тем быстрее аппарат наберёт ход. Когда мы отправляем зонд к Титану, это небольшая проблема — ведь все системы АМС могут автономно существовать в космосе довольно долго. И самое главное — они, что называется, «есть не просят», то есть удлинение путешествия не оборачивается дополнительными затратами.
Ионные двигатели на эффекте Холла позволяют довести долю полезного груза, доставляемого к астероидам, до 90%, а при полёте до орбиты Марса — до 65%. Это невозможно для химических ракет. (Здесь и ниже иллюстрации N.J. Strange et al.)
Если же дело дойдёт до отправки к Марсу и дальше космонавтов-людей, такой подход окажется неприемлемым. Во-первых, мы пока не проводили опытов по длительному пребыванию людей в межпланетном пространстве, где на них будет действовать интенсивная радиация. Далее, удлинение сроков путешествия в несколько раз заставит резко увеличить вес еды, которую придётся взять с собой. То есть, хотя ионные двигатели позволяют сделать вес полезной нагрузки равным 60% (против 10% у химических ракет), на практике это преимущество в буквальном смысле может оказаться съеденным экипажем.
При доставке груза с низкой околоземной орбиты до Деймоса новая гибридная схема позволит довести полезную нагрузку до 54% веса межпланетного корабля. Сходные технологии могут применяться и для разработок на астероидах.
Поэтому группа г-на Стрэйнджа предлагает сочетать схему организации посылки межпланетных беспилотных зондов со схемой отправки людей на Марс, какой она виделась во времена фон Брауна и Янгеля. Иными словами, межпланетный корабль, нагруженный всеми необходимыми материалами, будет выводиться на орбиту тяжёлыми химическими носителями (вроде Space Launch System), откуда его начнут медленно и по спирали разгонять ионные двигатели. К моменту набора им значительной скорости к нему подойдёт небольшая околоземная ракета. После стыковки доставленный ею экипаж переберётся на основной корабль, уже набравший большую скорость и готовый к перелёту на Марс. В результате, не тратя нужный расходный материал и не подвергаясь лишней радиации, люди смогут буквально через несколько недель достичь Марса.
Как подчёркивают разработчики, сегодня уровень эффективности солнечных батарей пока низковат, а и их удельный вес на единицу площади, напротив, высоковат для реализации подобной схемы. Но уже к 2020 году они надеются на достижение такой эффективности и для ионных двигателей, и для их источников энергии.
Отдельной болевой точкой подобных решений станет проблема обратного отлёта: от Марса организовать аналогичную гибридную схему будет много сложнее. Хотя транспортный модуль, который не будет садиться на планету, может быть использован для разгона от неё к Земле, интенсивность солнечного света в районе Марса, не говоря уже о более отдаленных местах Солнечной системы, слишком мала, чтобы обеспечить электрическим ракетным двигателям быстрый разгон без дополнительной энергетической подпитки.
по информации: compulenta.ru