Полет в небытие

   На экспедицию отводится небольшое время, за которое Марс и Земля еще не успеют сильно разойтись в пространстве. В противном случае ей придется ждать целых два года, чтобы планеты оказались в нужных точках орбит. Старт может происходить только в расчетное время - время "сезона".

   Особый интерес, с точки зрения улучшения характеристик полета к Марсу, представляют схемы, в которых либо до достижения Марса, либо по возвращении к Земле осуществляется пролет около Венеры, с целью использования гравитационного влияния на формирование последующей траектории. Суммарные энергетические затраты, связанные с сообщением космическому аппарату характеристической скорости, необходимой для достижения конечной цели - Марса, с учетом противостояния планет, могут оказаться меньшими, если полет будет осуществляться пролетом через Венеру. В этих случаях полет может быть сокращен в общей продолжительности до 500 суток, вместо 600 расчетных в других сочетаниях траекторий полета.

   Увеличение полезного груза и сокращение времени полета к Марсу и планетам можно получить с применением электрического ракетного двигателя. Этот двигатель имеет малую тягу, но высокий удельный импульс.

Космические двигатели

   Путешествие к Марсу посредством современных жидкостных ракетных двигателей без использования каких-либо других средств создания приращения скорости летательного аппарата потребует около двух лет полета, а стартовая масса такого аппарата превысит 1500 т. Чтобы сократить как время полета, так и стартовую массу летательного аппарата, необходимо создать новые, более экономичные и легкие двигательные установки, развивающие большую тягу и отличающиеся более высокой удельной тягой.

   Требуемое для осуществления межпланетных перелетов ускорение может быть достигнуто с помощью лишь нескольких типов двигателей, среди которых криогенный жидкостной двигатель на компонентах кислород-водород, ядерные ракетные двигатели, а также гипотетические схемы двигателей, использующие термоядерную реакцию.

   Наилучшие перспективы на ближайшие два десятилетия для осуществления относительно непродолжительных (около года или меньше) полетов имеют ядерные тепловые двигатели с твердой или газообразной активной зоной.

   В отечественной технике они именуются, следуя собственной терминологии, твердофазными и газофазными. Исходными в классификационной схеме ядерных ракетных двигателей (ЯРД) являются двигатели, использующие тепловую и кинетическую энергии продуктов ядерных реакций. В свою очередь они делятся на реакторные, импульсные, радиоизотопные, аннигиляционные. Реакторные подразделяются на энергоустановки с использованием деления ядер и с синтезом ядер - термоядерные. Системы с делением ядер разделяются на твердофазные, газофазные и коллоидные. Двигатели твердофазные и радиоизотопные испытаны на стендах.

   Значения удельной тяги, удельной массы, а также отношения тяги к массе этих двигателей выглядят весьма привлекательными.

   Ядерный ракетный двигатель использует энергию, выделяющуюся при разложении ядерного "горючего", для нагревания рабочего вещества. Рабочее тело пропускается через ядерный реактор, в котором происходит реакция деления атомных ядер. Отпадает необходимость в окислителе.

   Процессы, при которых выделяется ядерная энергия, подразделяют на реакции деления тяжелых ядер, реакцию синтеза легких ядер.

   Удельная массовая энергия искусственных радиоактивных изотопов значительно выше, чем у химических топлив. Однако применение подобных двигателей на ракетных летательных аппаратах связано с трудностями, так как изотопы выделяют энергию постоянно.

   Ядерные реакторы деления используют энергию изотопа урана-235. Ядерное горючее уран-233, -235, -238, плутоний-239 значительно дешевле изотопного, обладает на порядок большей удельной массовой энергией и позволяет регулировать процесс тепловыделения. В качестве рабочего тела могут быть применены жидкий водород, аммиак, гидразин. Удельные импульсы соответственно - 900, 500, 450 с.

   Практические разработки ядерных двигателей, использующих твердое ядерное горючее были начаты одновременно с введением в строй первых атомных электростанций в 1953 г.

   В космосе уже побывали американская установка "Снап-ЮА" и советская "Топаз".

   Двигатели, использующие термоядерную реакцию синтеза, обладают уникальными характеристиками: удельный импульс превышает 18 000 секунд, причем для работы используется водород, который является основным компонентом окружающей космической среды.