В прошлом материале я рассказал о полетах в ближний космос, пора лететь дальше.
Любое путешествие в прекрасное космическое далёко начинается с геопереходной орбиты. ГПО – это, когда вы, находясь на низкой орбите, в определенный момент придаете ускорительный импульс своему космическому аппарату, тогда траектория вашего движения приобретает форму эллипса, апогеем которого можно дотянуться до геостационарной орбиты (35 тыс. км), либо даже до Луны (356-370 тыс. км). Достигнув апогея эллипса, применяя различные механизмы торможения, можно оставаться, например, на орбите Луны. Теоретически таким же образом можно дотянуться до Марса. Ключевым агрегатом такого движения является разгонный блок космического аппарата. Если к Луне человечество уже совершало возвратные полеты, то к более дальним планетам Солнечной системы, это всегда был билет только в один конец.
Торможение у Марса, спуск аппарата к поверхности планеты и дальнейший старт к орбите Марса; затем разгон корабля в сторону Земли – всё это огромные энергетические затраты, требующие соответственные объёмы топлива.
Если использовать в двигателях разгонного блока энергию химической реакции горения (неважно: пороха, керосина, гептила, водорода, метана), то низкий удельный импульс такого двигателя для межпланетных перелетов туда и обратно потребует немыслимое количество этого самого топлива. Представьте, что вам необходимо отправить спичечный коробок из Калининграда во Владивосток, для этой цели вы бронируете железнодорожный вагон и таким образом осуществляете доставку, причем, только в один конец. В космическом межпланетном перелете это соотношение «вагон – коробок спичек» будет соответствовать соотношению «масса топлива – масса полезной нагрузки».
Маск намерен дополнительно к основной ракете Falcon Heavy запускать еще пару-тройку, которые будут доставлять топливо. Это напоминает известную шутку про страуса, у которого мозг меньше, чем глаз, за то яйцо больше, чем голова. Ничего, что размер полезной нагрузки как у комара хобот, за то топливные баки как у слона…
Преодолеть этот дисбаланс можно единственным способом: увеличением удельного импульса. Импульс – это произведение массы на скорость: mv . Представьте, что навстречу друг другу медленно катится большой чугунный шар массой 20 кг и скоростью 0,01 км/ч и летит маленький стальной шарик 0,01 кг, но со скоростью 50 км/ч. Так вот, маленький стальной шарик заставит двигаться чугунный шар в обратном направлении, потому что его импульс (сила удара) будет существенно больше, чем у тяжёлого чугунного шара.
Современные двигатели, применяемые в космическом пространстве, различных типов: ионные, плазменные, электрические с лазерным детонатором, использующим ядерный источник энергии и т.п.; все они пытаются компенсировать небольшую массу топлива огромной скоростью частиц газа, вырывающихся из сопла ракеты. К сожалению, использовать такие двигатели для старта с поверхности земли невозможно, потому что им не хватает мощности. Если использовать все тот же образ двух шаров, то стальной шарик, конечно, заставит тяжелый чугунный шар двигаться в обратном направлении, но и сам при этом «бездыханным трупиком» упадет вниз. В открытом космосе гравитация Земли существенно слабее, эффективность двигателей с маленькой массой топлива обратно-пропорционально уменьшению гравитации возрастает.
Роскосмос в декабре 2020 года заключил официальный контракт с питерским КБ «Арсенал» на разработку аванпроекта ядерно-ионного космического буксира «Нуклон». Этот космический тягач нового поколения будет таскать по геопереходной орбите к Луне и другим планетам солнечной системы полезные грузы, в том числе космические аппараты, массой до 10 тонн. Текущая задача – придумать и построить работающую систему доставки к 2033 году – это дата максимального сближения Марса и Земли. Теоретически Нуклон способен тащить 10 т груза к Луне 200 суток. Долговато? Ну, как говорит Президент одной не самой развитой космической державы: «Ничего, к этому времени наши ребята ещё чего-нибудь придумают».
А что же наш «керосинщик» Илон Маск? Разумеется, никакими ядерными технологиями ионных, плазменных и прочих двигателей он не обладает по определению. Более того, в названии его ракетоносителя «Falcon 9» цифра девять означает использование девяти «волшебных» двигателей Merlin указывает на их неконкурентоспособность по удельному импульсу и мощности с российскими РД 171, 181, 191. Наши Протоны и Ангара А 5 выполняют аналогичные по грузоподъёмности задачи усилиями лишь 5 двигателей первой ступени. Более того, по своим характеристикам Merlin подозрительно схож с двигателями второй ступени украинского КБ «Южное».
Вот и «лечит» господин Маск недоразвитую часть народонаселения планеты россказнями о том, как его примусы типа Starship отправят миллион человек на Марс. А, может быть, он сам пребывает в блаженном упоении от собственного канабисного бреда? Господа маскофилы! Можете начинать свой гневный вой.