Марс уже много лет привлекает нас своей схожестью с Землей. Сила тяжести на нем составляет чуть меньше половины от земной, а средняя температура около -60 °С, притом, что в полдень на экваторе она достигает целых +30 °С. Сутки длятся столько же, сколько и на Земле, а также есть смена времен года. Казалось бы, бери и лети...
Есть проблемы, связанные, в первую очередь, с техническими особенностями полета. Дело в том, что мы до сих пор не имеем ракеты-носителя, способной доставить достаточное количество людей и груза на красную планету. Все существующие ныне варианты больше подходят для очередного посещения Луны.
Однако, не так давно американский инженер и миллиардер Илон Маск анонсировал проект пилотируемого полета и создания самоподдерживающейся колонии на Марсе. Этот проект носит название "Межпланетная транспортная система" (англ. Interplanetary Transport System, ITS). О нем мы и поговорим.
Особенности проекта
Ключевыми аспектами этой идеи являются:
- Многоразовое использование всех компонентов
- Дозаправка на орбите
- Производство топлива на Марсе
- Выбор правильного топлива
Вся система будет состоять из нескольких элементов: ракета-носитель (РН, или ускоритель), непосредственно корабль и заправщик. Общая высота системы составит 122 м, а масса при старте — 10 500 т, тяга при запуске — 128 МН. Максимальная масса выводимой на низкую околоземную орбиту полезной нагрузки составит 550 т в одноразовом варианте и 300 т по возвращению ускорителя на стартовую площадку. По словам Маска, первичные части планируется изготавливать из особого сорта нержавеющей стали.
Ракета-носитель
РН будет представлять собой нечто очень похожее на уже существующую и успешно эксплуатируемую Falcon 9, только значительно больше в размерах. Приблизительная высота составит 77 м, при массе около 275 тонн.
Масса топлива составит приблизительно 6700 т, и около 7 % от общего его количества будет использовано для возврата и посадки непосредственно на место запуска. Планируется использование трёх решётчатых рулей, по типу уже существующих у Falcon 9, что обеспечит максимальную точность приземления.
Ракету планируется оборудовать 42 жидкостными ракетными двигателями замкнутой системы Raptor, расположенными по трём окружностям вокруг центрального двигателя (1-6-14-21). Семь двигателей центральной секции будут способны отклоняться от центральной оси, обеспечивая контроль вектора тяги, остальные двигатели будут закреплены неподвижно. Каждый двигатель будет способен развивать тягу в 3050 кН на уровне моря, с удельным импульсом 334 с. Суммарная тяга двигателей на уровне моря составляет 128 000 кН, в вакууме — 138 000 кН.
Илон Маск заявил, что ракета-носитель сможет быть использована до 1000 раз.
Межпланетный транспортный космический корабль
Так как вся система будет двухступенчатой, космический корабль будет являться второй ступенью, которая будет осуществлять выход на орбиту за счет собственного топлива после завершения работы первой ступени. Посадка будет осуществляться в привычном для SpaceX вертикальном виде. Корабль будет иметь специальные посадочные стойки, выдвигающиеся в нужный момент. Планируется, что непосредственно на корабле будут установлены 9 вышеупомянутых ЖРД Raptor: по окружности 6 штук с увеличенным соплом, в центре — 3 штуки со стандартным соплом.
Электроснабжение будут обеспечивать 2 раскладывающихся крыла солнечных батарей, а абляционное теплозащитное покрытие PICA третьего поколения позволит выдерживать высокую температуру при входе в марсианскую атмосферу.
Изначально планировалось, что корабль сможет транспортировать на НОО (низкую околоземную орбиту) до 300 тонн груза, а на отлетную траекторию к Марсу (с дозагрузкой и дозаправкой) — до 450 тонн! Вне презентации, в частности, Илон высказал мысль о том, что для обеспечения нормальной жизнедеятельности и работоспособности на Марсе нужно исходить из расчета от 10 до 100 тонн на человека.
По планам SpaceX, межпланетный корабль может быть использован для повторных полётов до 12 раз.
Заправщик
Раз уж речь зашла о дозаправке, то нужен и специальный "танкер", который сможет эту функцию выполнить.
Этот заправщик будет выглядеть точно так же, как и сама вторая ступень ITS, только, конечно же, без пассажирских отсеков. Сделано это будет для уменьшения стоимости разработки и постройки. Отсутствие дополнительного оборудования снизит его массу, по сравнению с кораблем, до 90 тонн, а масса топлива, которое он сможет перевезти составить 2500 тонн, включая около 380 тонн непосредственно для дозаправки.
Ожидается, что заправщик сможет использоваться до 100 раз.
Топливо
Для реализации проекта было выбрано криогенное топливо на основе жидкого метана (само топливо) и жидкого кислорода (окислитель). Это связано с тем, что Маск планирует добывать и производить его непосредственно на Марсе из углекислого газа и воды с помощью реакции Сабатье. Также, использование газообразного и сжатого метана позволит отказаться от использования сжатого гелия и сжатого азота для создания высокого давления в топливных баках и системах ориентации.
Стартовый комплекс
В настоящее время SpaceX передана в аренду на 20 лет стартовая площадка LC-39, с тремя стартовыми столами. Она расположена на территории Космического центра Кеннеди на мысе Канаверал. Также, сейчас идет постройка абсолютно нового космодрома около в деревне Бока-Чика, возле города Браунсвилл, Техас. Рядом будет находится центр управления полетами, а также уникальный сборочный комплекс, который должен будет обеспечивать новый корабль каждые 72 часа.
Схема полета к Марсу
Планируется, что после запуска корабль достигнет скорости 8650 км/ч. Далее уже отдельно вторая ступень (сам корабль), используя все 9 двигателей, продолжает полет до тех пор, пока не закончится топливо, после чего он ждет заправщика. После заправки полет продолжается. Всего требуется 5 дозаправок. Далее корабль выходит на полуэллиптическую орбиту к Марсу, и начинается сам полет длительностью 115 дней. После достижения планеты корабль использует атмосферу Марса для гашения скорости до 1,5 км/с и совершает вертикальную посадку. Максимальные перегрузки при этом должны составить 4-6 g.
Стоимость полетов
Стоимость топлива составит около $168 за тонну, а доставка одной тонны на Марс обойдется менее, чем в 140 тыс. долларов.
Дальнейшие перспективы
По заявлению Маска, при создании дополнительных заправочных станций в Солнечной системе имеется возможность осуществлять полеты на спутники Юпитера и Сатурна, а также на дальние рубежи: к поясу Койпера и облаку Оорта.
Заключение
Изучив этот проект и непосредственно первоисточники, хочется сказать, что это очень амбициозные планы. Глядя на то, чего добилась SpaceX за последние годы, верится, что у компании есть все шансы добиться своего и исполнить одно из главных желаний человечества — достичь Марса.
P.S. Советую посмотреть данный ролик, демонстрирующий будущие полеты. Приятного просмотра!
Благодарю за прочтение! Подписывайтесь, оценивайте, комментируйте! До встречи!
Обязательно ознакомьтесь:
Астрономия в СССР. Достижения советских ученых
Одиноки ли мы во Вселенной? Поиск внеземной жизни
Вселенная осознанно симулирует свое существование. Возможно ли это?