Текст книги "Всё о космических путешествиях за 60 минут"

К Starship уже есть интерес со стороны потенциальных туристов. Японский миллиардер Юсаку Маесава хочет нанять его в 2023 году, чтобы отправиться в путешествие к обратной стороне Луны – по так называемой траектории свободного возврата, – и взять с собой нескольких художников, чтобы запечатлеть этот опыт. Так, в рамках его проекта, получившего имя dearMoon, может быть совершен первый космический полет с экипажем за пределы низкой околоземной орбиты с 1972 года. Маск заявил, что он намеревается отправить космический корабль на Марс, возможно, уже в 2025 году (хотя, опять-таки, это выглядит слишком оптимистично), чтобы со временем создать там колонию.

Космические ресурсы

Даже с остановкой для дозаправки на околоземной орбите кораблю, летящему до Марса, потребуется дополнительное топливо на обратный путь, которое, как ожидается, можно будет изготовить прямо на поверхности Марса с помощью технологии «добыча ресурсов in situ». Она предполагает бурение подземного водяного льда (Н₂0) на Марсе и объединение его с углекислым газом (СО₂) из атмосферы планеты для производства жидкого кислорода (0₂) и жидкого метана (СН₄), который Starship использует в качестве топлива.

В соответствии с другим вариантом химические вещества и минералы планируют добывать на других планетах и спутниках и доставлять их на Землю. Хотя Договор о космосе 1967 года не позволяет какому-либо государству претендовать на суверенитет над небесным телом, нет никаких ограничений, регулирующих добычу и эксплуатацию ресурсов. В ноябре 2015 года президент США Барак Обама подписал Акт о конкурентоспособности коммерческих запусков в космос, позволяющий частным компаниям и гражданам США «заявлять свои претензии» на материалы, которые им удастся добыть в космосе, и получать с них прибыль.

Являются ли правительства единственными организациями, которые могут создавать космические корабли? Нет, на самом деле каждый космический корабль, когда-либо построенный для NASA был создан частной промышленностью.

Алан Штерн (2010)

Этими материалами могут быть драгоценные металлы – золото, серебро и платина – и элементы, редко встречающиеся на Земле, но распространенные в космосе, например иридий и рений, которые потенциально могут быть добыты из астероидов. Ракетное топливо – еще один актив. Помимо Марса, его можно изготовить и на Луне, тоже из водяного льда, а затем использовать для дозаправки в космосе. Из-за слабой гравитации на поверхности Луны это обойдется намного дешевле, чем доставка с Земли.

Главный кандидат на добычу на Луне – гелий-3, изотоп гелия, в котором каждый атом имеет на один нейтрон меньше. Считается, что запасы этого вещества были захвачены лунным грунтом из солнечного ветра. Гелий-3 может служить топливом для термоядерных реакторов, которые, как ожидается, будут вырабатывать энергию путем слияния атомов – подобно ядерным реакциям, происходящим внутри Солнца. Многие потенциальные термоядерные горючие вещества испускают смертельное и трудно удерживаемое нейтронное излучение, но с гелием-3 этого не происходит, что делает его весьма привлекательным товаром для добычи и доставки на Землю.

Из учебников по истории мы помним, что, куда бы ни пошли первопроходцы, за ними следует бизнес. То же самое мы наблюдаем и сейчас, когда начинается использование околоземной среды и коммерция становится естественным двигателем экспансии человечества в космос. Тем не менее космические отели, добыча полезных веществ из астероидов и частные экскурсии на другие планеты – пока лишь фантастические идеи. Но уже на наших глазах реализуются невероятные миссии в невероятные места. Туда мы и отправимся.

07. Следующий гигантский скачок уже начался

Мы ускорим наше возвращение на Луну к 2024 году и создадим основу для устойчивого присутствия там человека к 2028 году.

Джим Брайденстайн (2019)

Сейчас подходящее время для того, чтобы быть космическим энтузиастом. Марсоход NASA Perseverance, размером с автомобиль, оснащенный беспилотным дроном-разведчиком для проведения аэросъемки, должен совершить посадку на Марсе в начале 2021 года. Его основная цель – исследовать возможность жизни на Красной планете как в прошлом, так и в настоящем. В ближайшее десятилетие планируется также запуск аппаратов для доставки образцов с астероидов и поиска океанов на ледяных спутниках Юпитера. Кроме того, в космос отправится долгожданный телескоп «Джеймс Уэбб», преемник могущественного «Хаббла».

Программа 2020

Марс, несомненно, останется ключевым объектом космических исследований в этом десятилетии. Хотя это и не самая близкая к Земле планета с точки зрения размера или расположения (эта честь принадлежит Венере), Марс наиболее похож на Землю из всех планет Солнечной системы. Он имеет каменистую поверхность, окружен прозрачной атмосферой. Гравитация здесь гораздо сильнее, чем на Луне, – примерно в три раза слабее земной. Тут тоже происходит смена времен года, есть вулканы и вода. Глядя на изображения поверхности Марса, можно предположить, что они сделаны в засушливой пустыне где-то на Земле. Марс – привлекательный мир, который давно манит нас своими секретами, и не в последнюю очередь возможностью того, что когда-то там могла существовать жизнь. Именно поэтому NASA организовало самую амбициозную на данный момент миссию по отправке туда роботизированного планетохода.

Мы собираемся реализовать серию миссий, чтобы начать поиск жизни на Марсе, и теперь эта цель еще более привлекательна, чем когда-либо прежде.

Джеймс Грин, главный научный сотрудник NASA (2015)

Этот аппарат, получивший имя Perseverance, что значит «настойчивость», весит более тонны и достигает в длину почти трех метров (размером с небольшую машину). Марсоход отправится с мыса Канаверал на борту мощной ракеты «Атлас-5», стартовое окно для запуска – с 17 июля по 5 августа 2020 года[11]11
  30 июля 2020 года в рамках программы «Марс-2020» был проведен успешный запуск ракеты «Атлас-5» с марсоходом Perseverance и марсианским вертолетом Ingenuity на борту. Прибытие аппаратов на Марс намечено на вторую половину февраля 2021 года.


[Закрыть]. Полет до Марса займет около семи месяцев, а посадка запланирована на 18 февраля 2021 года. Выбранная площадка – кратер Езеро, который, как полагают специалисты, был дном озера от 3,5 до 4 миллиардов лет назад. Отложения, осевшие из воды, что текла здесь когда-то, могут содержать химические следы древних организмов, живших на Марсе в то время, а также сохранившиеся окаменелости.

Среди многочисленных научных инструментов у Perseverance есть сверло, которое предназначено для извлечения образцов пород и грунта марсианской поверхности. Они будут запечатаны в герметичные контейнеры и оставлены на поверхности планеты, чтобы следующий марсоход собрал их и в рамках еще нескольких миссий они были переданы на Землю (хотя эти миссии еще не утверждены). Perseverance также протестирует технологии извлечения кислорода из марсианской атмосферы, что необходимо для любого долгосрочного присутствия человека на Красной планете.

Когда спускаемый аппарат войдет в атмосферу Марса со скоростью 26 000 км/ч, теплозащитный экран выполнит свою функцию во время аэродинамического торможения, которое нагреет внешнюю поверхность аппарата до 2100°С. Несмотря на то что атмосфера Марса достаточно плотная, чтобы потребовался теплозащитный экран, в то же время она слишком тонкая, чтобы можно было полностью замедлить аппарат только с помощью торможения об нее. На скорости около 1400 км/ч будут раскрыты парашюты, а затем, при достижении 300 км/ч, запустятся тормозные двигатели. Марс находится довольно далеко от Земли, так что наземные диспетчеры не смогут осуществлять дистанционное управление спускаемым аппаратом. Вместо них это будет делать программное обеспечение, в свою очередь управляемое радиолокационными датчиками, – до тех пор, пока ракетные двигатели не обеспечат зависание аппарата на высоте около 20 метров. Марсоход на лебедке опустится на поверхность, пиропатроны обрежут кабели, и спускаемый аппарат отделится и улетит, чтобы совершить аварийную посадку. Осуществить спуск на поверхность планеты с включенным двигателем невозможно, так как это приведет к выбросу облаков пыли, способных повредить высокочувствительные инструменты марсохода.

Этот способ, казалось бы сошедший прямо с рисунков Хита Робинсона[12]12
  Уильям Хит Робинсон (1872–1944) – английский художник, иллюстратор и карикатурист. Прославился тем, что рисовал причудливо сложные машины, перед которыми стояли довольно простые цели.


[Закрыть], называется «небесный кран», и он отлично сработал при посадке предшественника Perseverance, марсохода Curiosity, в 2012 году. Весь этап, включающий вход в атмосферу, спуск и посадку, занимает приблизительно семь минут и является чрезвычайно сложным и непредсказуемым. Настолько, что инженеры NASA называют его «семью минутами ужаса».

Камни и скалы

Оказавшись на поверхности, марсоход начнет свою миссию с запланированной продолжительностью в один марсианский год, или 1,88 земных года. (Такой же была предполагаемая продолжительность основной миссии Curiosity, который на момент написания этой книги работает уже пятый марсианский год.) Ожидается, что в течение этого периода Perseverance будет проезжать примерно 200 метров в день, исследуя грунт и породы, которые встретятся ему на пути. Ну а учитывая, что на борту у него не менее 23 камер, вы можете быть уверены: недостатка в потрясающих изображениях, сопровождающих его изыскания, не будет.

Через 60 дней Perseverance активирует небольшого беспилотного вертолетного дрона, чтобы начать короткую программу испытательных полетов. Впервые на другой планете будет запущен летательный аппарат. Он не будет заниматься какими-либо научными изысканиями – его задача в том, чтобы исследовать полет на другой планете. У дрона две камеры, и разрешение сделанных ими аэрофотоснимков во много раз превысит разрешение тех, что получены с орбиты. В будущем специалисты с помощью обследования местности подобными аппаратами смогут корректировать движение планетоходов по поверхности, а также регулировать полеты в труднодоступные места, такие как скалы, например.

Лунные врата

В 2022 году NASA — совместно с ЕКА, «Роскосмосом», канадским и японским космическими агентствами – планирует запустить первый компонент «Лунных врат» – космической станции с экипажем на окололунной орбите. Орбитальная платформа с многомодульной структурой и внутренним объемом 125 м³ (для сравнения: на МКС – 915 м³) будет включать в себя модули для силовой и двигательной установки, жилье для экипажа из четырех человек, а также научное оборудование и средства для стыковки с космическими кораблями. Станцию выведут на эллиптическую орбиту, проходящую над полюсами Луны, и с периодом обращения шесть дней она будет максимально отдаляться на 70 000 км, а приближаться на 3000 км. Запуск «Лунных врат» является ключевым этапом программы «Артемида» – проекта по возвращению космонавтов на Луну. Станция призвана стать базой для исследований единственного спутника Земли и послужить отправной точкой для дальнейших пилотируемых полетов.

Дрон будет получать энергию от ионно-литиевой батареи, которая сможет заряжаться между полетами с помощью солнечных панелей. Марсоходу же питание обеспечит радиоизотопный термоэлектрический генератор (или, для краткости, РИТЭГ – см. главу 8), содержащий 4,8 кг диоксида плутония. Срок службы ядерной батареи составляет 14 лет. А что касается солнечных панелей, они не в состоянии удовлетворить требования такого большого аппарата и его приборов – и к тому же склонны покрываться марсианской пылью, что снижает их эффективность.

Из машины

В ближайшие годы мы также посетим спутники Марса. В сентябре 2024 года Японское агентство аэрокосмических исследований планирует запустить роботизированный аппарат под названием Martian Moons exploration («Исследование марсианских лун») для изучения Фобоса и Деймоса. ММХ сядет на Фобосе, соберет 10 граммов образцов грунта, после чего снова взлетит и совершит полет до Деймоса, перед тем как отправить капсулу с образцом на Землю в 2029 году.

Миссии, целью которых является доставка образцов на Землю, вошли сегодня в моду. Помимо запланированной миссии марсхода Perseverance, существуют и другие, уже начавшиеся. На момент написания этой книги аппарат NASA OSIRIS-REx находится на орбите вокруг околоземного астероида (101955) Бенну. Перед тем как отправиться в обратный путь, он пролетит очень близко к поверхности астероида, вытянув манипулятор вниз, чтобы взять образцы грунта, которые доставит на Землю в сентябре 2023 года. Другой аппарат, призванный доставить образцы с астероида, «Хаябуса-2» японского космического агентства, уже на пути домой, причем на его борту находятся образцы как грунта, так и скальных пород астероида (162173) Рюгу. Он должен вернуться на Землю в конце 2020 года. Тем временем также Китай готовит запуск своих аппаратов – «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6». В декабре 2020 года они отправятся на Луну, чтобы затем доставить на Землю образцы ее грунта, необходимые для подготовки к созданию постоянной исследовательской станции вблизи южного полюса Луны.

JUICE позволит нам больше узнать о том, как образуются газовые гиганты, а также об их потенциале для жизни.

Альваро Хименес Каньете, научный директор ЕКА (2012)

Поиски жизни в других местах Солнечной системы продолжаются, и не только Марс привлек внимание ученых. У больших спутников Юпитера – Каллисто, Европы и Ганимеда – есть ледяные внешние оболочки, которые, как считается, скрывают океаны с жидкой водой, нагретой и удерживаемой в жидком состоянии в результате многократного сдавливания и сжатия гравитационным полем Юпитера. Само собой, этот факт позволил предполагать, что существование внеземной жизни на этих телах возможно. Для их исследования ЕКА запустит JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer, или «Исследователь ледяных спутников Юпитера») в июне 2022 года. Добравшись туда в октябре 2029 года, аппарат отправится в путешествие по системе Юпитера: совершит облет Европы и Каллисто и, наконец, выйдет на орбиту вокруг Ганимеда. Он будет использовать специальный радар, который позволит ему «заглянуть» под лед, чтобы исследовать наличие подповерхностных вод и определить толщину ледяной оболочки. Миссия JUICE, скорее всего, совпадет по времени с миссией орбитального аппарата NASA Europa Clipper. Вместе они проложат путь роботизированному аппарату, который однажды осуществит спуск к этим далеким мирам.

Вдоль и поперек

NASA планирует отправиться и еще дальше, запустив аппарат Dragonfly к Титану, самому большому спутнику Сатурна. Ранее Титан посетил зонд ЕКА «Гюйгенс», совершивший посадку на поверхности спутника 14 января 2005 года. (Он проработал всего 1,5 часа при температуре -180°С.) Dragonfly будет представлять собой похожий на дрон квадрокоптер, который сможет взлетать на высоту до 4 км. Питание ему обеспечит ядерная установка РИТЭГ. Он будет перескакивать с места на место по поверхности спутника, исследуя его богатую органическую химию, которая, как полагают ученые, отражает состояние ранней Земли и может дать представление о том, как возникла жизнь на нашей планете. Ожидается, что запуск Dragonfly произойдет в 2026 году, а системы Сатурна он достигнет в 2034 году, совершив посадку на дюнных полях Шангри-Ла на Титане.

Поразительно думать, что этот летательный аппарат преодолеет многие мили по песчаным дюнам самого большого спутника Сатурна, исследуя процессы, которые формируют эту необычную среду.

Гомас Цурбухен, заместитель руководителя научного подразделения NASA (2019)

Не все в космосе, что изучается роботизированными аппаратами, может быть изучено вблизи. Одно из наиболее ожидаемых предстоящих событий – запуск космического телескопа «Джеймс Уэбб», преемника «Хаббла». Названный в честь главы NASA, который руководил агентством в эпоху «Аполлонов», «Джеймс Уэбб» будет располагаться в точке Лагранжа L₂ (см. главу 3) на противоположной от Солнца стороне Земли. Именно отсюда, находясь в тени, он будет изучать далекую Вселенную. Ширина главного зеркала телескопа составляет 6,5 метра, что почти в три раза больше, чем у «Хаббла». Зеркало настолько большое, что разделено на сегменты, которые будут сложены во время запуска, а затем расправлены в космосе.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб»

Телескоп «Джеймс Уэбб», запуск которого запланирован на март 2021 года, – это большой космический инфракрасный телескоп. Как ожидается, он уточнит наши представления о формировании звезд, планет и даже галактик, поскольку инфракрасный свет, длина волны которого больше, чем у видимого света, может проходить сквозь облака газа и пыли. Однако он поглощается атмосферой Земли, и именно поэтому инфракрасные телескопы должны находиться в космосе. «Джеймс Уэбб» будет «вглядываться» в космические газовые облака, где, как считается, образуются звезды и планеты. В космосе свет смещается в красную сторону (в сторону более длинных волн) в результате расширения Вселенной, что делает инфракрасные лучи лучшим вариантом для наблюдения самых далеких космических объектов. «Джеймс Уэбб» сможет «видеть» настолько далеко в космосе (и, следовательно, возвращаться далеко в прошлое), что ему удастся запечатлеть самое первое поколение галактик, образовавшихся во Вселенной.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» был разработан специально для того, чтобы увидеть первые звезды и галактики, которые сформировались во Вселенной.

Джон Грансфелд (2017)

Телескоп «Хаббл», расположенный на околоземной орбите, изначально был запущен с фатальной ошибкой в оптике, для исправления которой понадобилась пилотируемая экспедиция. Однако в случае с «Джеймсом Уэббом», на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли, такой возможности не будет, поэтому необходимо приложить все усилия, чтобы все работало правильно с самого начала. Телескоп запустят с Земли на борту ракеты ЕКА «Ариан-5» 30 марта 2021 года, и примерно 30 дней спустя он достигнет точки назначения. Его научная миссия запланирована на пять лет с возможностью продления до десяти, главное ограничение – топливо, необходимое для поддержания положения телескопа в точке L₂.

Экипаж ракеты

NASA планирует эффектное возвращение астронавтов на Луну. В рамках программы, названной «Артемида» (в греческой мифологии Артемида – сестра-близнец Аполлона), в 2021 году должен быть совершен первый испытательный полет без экипажа. Космический корабль «Орион» будет запущен на сверхтяжелой ракете-носителе SLS. Полет корабля продлится более 25 дней, включая 6 дней, необходимые для облета Луны.

В случае успеха за ним в сентябре 2022 года последует пилотируемый полет с экипажем из четырех человек по траектории свободного возврата – предполагается облететь обратную сторону Луны, а затем вернуться на Землю в течение 10 дней. Третий – самый ожидаемый полет, поскольку в ходе него будет предпринята попытка высадки на Луну. В настоящее время его старт запланирован на 2024 год. В рамках «Артемиды» NASA будет сотрудничать с ЕКА, японским и канадским космическими агентствами. Следующие четыре полета, предусмотренные программой, должны совершиться в течение 2025–2028 годов. Так научная деятельность на поверхности Луны будет продолжаться, и в результате начнется строительство космической станции «Лунные врата». Поскольку NASA стремится высадить собственный экипаж на Марсе к 2033 году, опыт, полученный во время реализации программы «Артемида», станет принципиально важным.

К декабрю 2021 года первый индиец будет доставлен в космос на нашей собственной ракете… Это цель, ради которой работает ИОКИ.

Кайласавадиву Сиван, директор ИОКИ (2019)

«Артемида» будет соперничать в завоевании человеком космического пространства с программами SpaceX, и других компаний. Стремятся в космос и другие страны. Индия, как ожидается, запустит свою первую пилотируемую космическую миссию в 2021 году. Космический корабль «Гаганьян» доставит экипаж на околоземную орбиту, полет продлится в течение недели. А Китай – страна, которая уже активно проводит космические исследования, – в 2022 году планирует начать создание третьей обитаемой орбитальной станции. Это достижение, несомненно, укрепит репутацию Китая как третьей по величине мировой космической державы после США и России.

Короче говоря, наступающее десятилетие обещает стать невероятно захватывающим. Нам действительно повезло, что мы можем наблюдать то, что будет происходить на Земле и, конечно, далеко за ее пределами.

08. Эта маленькая Солнечная система

Стремительно близится час, когда Земля, подобно всем матерям, должна будет пожелать своим детям счастливого пути.

Артур Кларк «2001: Космическая Одиссея» (1968)

Пересечь зияющую пропасть межпланетного пространства, отделяющую Землю от других планет Солнечной системы, очень трудно. На данный момент путешествие от Земли до окруженного кольцами газового гиганта Сатурна занимает восемь лет – и еще больше времени необходимо, чтобы достичь внешних границ Солнечной системы.

Медленно перемещаться по космосу, где смертельные дозы радиации сменяются безвоздушным холодным вакуумом, не просто неудобно – это еще и очень опасно. Находясь там, люди полностью зависят от бесчисленных технологий жизнеобеспечения, которые должны работать безупречно. Так что чем дольше человек остается в космосе, тем больше вероятность того, что что-то пойдет не так и его жизнь окажется под угрозой.

Проблема заключается в современных ракетных технологиях. Ракеты работают за счет сгорания – химической реакции, при которой легковоспламеняющееся топливо объединяется с кислородом для сжигания, в результате чего высвобождается энергия – она выталкивает газы через сопло двигателя на очень высокой скорости и толкает ракету в противоположном направлении. Но химическое сгорание – это относительно низкоэнергетический процесс, то есть ракетные двигатели поглощают огромное количество топлива, которое должно быть перенесено ракетой в космос, что делает их довольно медленными.

К счастью для нас, химические ракеты – далеко не последнее слово в космической технике. В ближайшие десятилетия мы можем ожидать, что аппараты будут приводиться в движение ядерными двигателями, а новый вид ионного двигателя сократит время полета до Марса с нескольких месяцев до нескольких недель.

Существуют и другие идеи, такие как «солнечный парус» – гигантский светоотражающий лист, напоминающий фольгу. Он позволит космическому аппарату лететь за счет света, исходящего от нашей звезды. Даже способ, которым мы покидаем Землю и ближайший космос, должен измениться. Например, ученый и писатель Артур Кларк был активным сторонником «космических лифтов» – кабелей, подвешенных к орбитальным платформам, для подъема полезных грузов с поверхности Земли в космос.

Ядерный век

Использование ядерных технологий для запуска космических аппаратов восходит к первым космическим программам. Фактически еще во время Второй мировой войны американские ученые в рамках Манхэттенского проекта, стремясь создать первую атомную бомбу, начали рассуждать о применении этой технологии в ракетах. Проект, получивший название Project Roper, был запущен в начале 1950-х годов в Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико. Его целью была разработка ядерного двигателя для американской МБР «Атлас». Однако к концу 1950-х годов стало ясно, что такой двигатель будет слишком мощным для этой ракеты. Тем не менее в то же время ученые начали оценивать актуальность ядерной энергетики для новой космической программы. В августе 1960 года NASA создало Управление космических ядерных установок. Его основная работа заключалась в том, чтобы курировать Project Rover, вскоре переименованный в Nuclear Engine for Rocket Vehicle Application («Ядерный двигатель для применения в ракетостроении»), или NERVA.

Артур Чарльз Кларк (1917–2008)

Артур Чарльз Кларк родился в городе Майнхед в графстве Сомерсет 16 декабря 1917 года. Во время Второй мировой войны он работал над созданием радара для Королевских ВВС Великобритании. В 1945 году в статье, опубликованной им в журнале Wireless World, были изложены принципы использования спутников для глобальной связи. Геостационарные спутниковые орбиты до сих пор иногда называют орбитами Кларка. После войны он получил степень по математике и физике в Королевском колледже Лондона. А затем стал президентом Британского межпланетного общества[13]13
  Британское межпланетное общество – организация, основанная инженером Филиппом Е. Клитором в 1933 году в Ливерпуле. Занималось проведением и популяризацией космических исследований.


[Закрыть] и начал публиковать популярные книги о космических путешествиях. В 1930-е годы Кларк приступил к созданию собственных научно-фантастических произведений. Его первый роман «Да не настанет ночь» вышел в 1948 году. Писатель сосредоточился на «твердой» научной фантастике – основанной на доказанных или по крайней мере правдоподобных научных концепциях. Наиболее известен его роман «2001: Космическая одиссея», опубликованный в 1968 году, а «Фонтаны рая» 1979 года популяризировали концепцию космических лифтов. В 2000 году Кларк был посвящен в рыцари за заслуги в литературе. Он умер в своем доме в городе Коломбо на Шри-Ланке 19 марта 2008 года.

NERVA – ядерный тепловой двигатель, а значит, для непосредственного нагрева топлива ракеты используется энергия ядерных реакций, а не химического сгорания. Основная идея заключается в прокачке водорода через горячий ядерный реактор и нагреве его до температуры более 2200°С. При такой температуре газ может затем проходить через сопло ракеты, образуя высокоскоростной выхлоп (его скорость около 7 км/с), приводящий в движение космический аппарат.

Работа реактора основана на принципе ядерного деления. Это та же самая технология, что применяется на атомных электростанциях, когда вследствие расщепления крупных тяжелых атомов – в данном случае урана – выделяется энергия. Реактор NERVA вырабатывал 1137 МВт – мощность, достаточная для одновременного нагрева более 600 000 электрических чайников.

Первый запуск полностью работоспособного двигателя NERVA состоялся 24 сентября 1964 года на испытательном полигоне Джекэсс Флэтс в штате Невада. Все наземные испытания проходили успешно в течение 1960-х годов. Полагали даже, что NERVA станет двигателем разгонного блока при запуске «Аполлонов». Однако шансы, что технологию примут вовремя, чтобы достичь цели, поставленной Кеннеди, – оказаться на Луне в конце десятилетия, – все же были невелики.

По мере нашего продвижения в Солнечной системе ядерные двигатели – единственная действительно жизнеспособная технология, которая позволит человеку достичь поверхности Марса и других миров.

Сонни Митчелл (2017)

Вместо этого NASA предпочло оставить NERVA для потенциальной миссии на Марс в конце 1970-х годов и, возможно, использовать для запуска «Вояджеров», отправлявшихся в грандиозное путешествие к внешней окраине Солнечной системы. Но, увы, ничего этого не произошло. Из-за огромных расходов на «Аполлоны» и войну во Вьетнаме президент Никсон свернул проект в январе 1973 года. На сегодняшний день NERVA еще не летал.

Однако теперь ядерные двигатели могли бы вернуться. На заседании Национального космического совета США в Шантильи в штате Вирджиния 20 августа 2019 года глава NASA Джим Брайденстайн призвал к возрождению технологии NERVA. В мае того же года Комитет по ассигнованиям Палаты представителей Конгресса США одобрил выделение NASA 125 миллионов долларов для проведения исследований в области ядерных силовых установок. Команда из Центра космических полетов имени Джорджа Маршалла в Хантсвилле в штате Алабама наблюдает за исследованиями, и с промышленными компаниями уже заключены контракты на производство оборудования.

Кроме того, NASA сейчас разрабатывает протоколы безопасности, необходимые для запуска ядерного реактора в космосе. Учитывая программу (Артемида», предназначенную для доставки астронавтов на Луну, и строительство «Лунных врат», призванных служить перевалочной базой для полетов в дальний космос, считается, что двигатели типа NERVA могут получить шанс доказать свою ценность уже в 2024 году.

Подготовка системы

Ядерные ракетные двигатели всего лишь нагревают топливо с помощью ядерного реактора, а не поджигают его. Другой подход заключается в использовании энергии, вырабатываемой реактором, для приведения в действие электрического двигателя. Вы помните, как это могут делать ионные двигатели, ускоряя заряженные частицы, или ионы. С конца 1990-х годов аппараты, оснащенные ионными двигателями, – к настоящему времени их насчитывается более полудюжины – летают в космос, что говорит о том, что такие двигатели представляют собой тщательно опробованный и испытанный вариант. Все они работают на солнечной энергии, преобразовывающей свет в электричество, которое, в свою очередь, приводит в движение двигатель. Но это означает, что подобные аппараты ограничены в полетах окрестностями нашей звезды.

На протяжении десятилетий люди знали, что использование химических двигателей в космических путешествиях не продвинет нас далеко. Применять такие двигатели – это как исследовать Дикий Запад на конях и повозках вместо пароходов или поездов.

Франклин Чанг-Диас (2009)

Аппараты, отправляемые во внешнюю Солнечную систему, вдаль от солнечного света и тепла, должны брать источники энергии с собой. «Галилео» и «Кассини», летевшие к Юпитеру и Сатурну и запущенные в космос с помощью обычных ракет, использовали радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) для питания своих систем связи и научных приборов. РИТЭГ – это, по сути, небольшие куски радиоактивного вещества, такого как оксид плутония, например. Радиоактивность заставляет атомы вещества самопроизвольно распадаться и генерировать тепло, которое затем преобразуется в электричество. Но РИТЭГ – довольно примитивные устройства, и есть предел тому, сколько энергии из них можно извлечь. Иметь на борту полноценный ядерный реактор – гораздо более логичное решение: он обеспечивает космический аппарат достаточным количеством энергии для работы всех основных приборов, а при необходимости и электрического двигателя – и делает это практически в любых условиях.

В ближайшие годы ядерные электроракетные установки могут обрести популярность благодаря новому виду двигателя с электрическим приводом под названием Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket («Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом»), или VASIMR. Удельный импульс, как вы помните из второй главы, – это величина тяги, которую двигатель генерирует на единицу массы сгоревшего топлива. И чем она выше, тем эффективнее двигатель. По техническим причинам удельный импульс измеряется в секундах. Главный двигатель «Спейс шаттла» (в котором сжигается жидкий кислород и жидкий водород) обладает удельным импульсом величиной около 450 секунд, которого он достигает, разгоняя свои выхлопные газы до скорости свыше 4000 м/с. Ионный двигатель может значительно улучшить эту характеристику, развивая удельный импульс примерно до 3000 секунд при скорости выхлопа до 50 000 м/с. Но у VASIMR есть потенциал побить и этот рекорд. Его удельный импульс может равняться 12 000 секунд, а скорость выхлопа – ошеломительным 120 000 м/с.