Опубликовано: 20/01/2021
(Обновлено: 20/01/2021)

Красный флаг мог развиваться на красной планете ещё полвека назад, однако планам по освоению Марса не суждено было сбыться. Подробно о советском тяжелом межпланетном корабле, гигантских ракетах и гениальных конструкторах в атмосфере 1970-ых годов.

За полетом “Спутника” в 1957 году, очень скоро последовали полеты гораздо более совершенных космических аппаратов, беспилотные и пилотируемые. Однако возможности космонавтики, были существенно скованы мощностью, а точнее грузоподъемностью, имевшихся в наличии ракет-носителей.

«Лунная ракета» с прицелом на Марс

Поэтому уже в конце 1950-х годов Сергей Павлович Королев, понимая, что развитие космонавтики немыслимо без увеличения массы космических аппаратов, выводимых на околоземную орбиту, начал поиск методов путей решения этой проблемы. Одним из них было создание сверхмощных ракет-носителей, позволяющих выводить на орбиту тяжелые полезные грузы.

Пилотируемый полет на Марс в СССР

Космическое путешествие на Марс занимает человечество многие века. А вот технические возможности для перелета появились совсем недавно

К 1960 году уже была сформулирована концепция новой ракетно-космической системы, краеугольным камнем которой стал проект ракеты-носителя Н-1, способного выводить на орбиту тяжелые искусственные спутники Земли. Это сейчас мы знаем об ракете Н-1 в первую очередь как о “лунной ракеты”, но в перспективе перед ней открывались совсем другие горизонты и расстояния.

И конечно же, особенно заманчивой представлялась идея пилотируемой экспедиции на Марс. Проект этот выглядит фантастически сложным и в наше время.

По расчетам специалистов, для ее проведения необходимо было при 20 — 25 пусках ракеты Н-1 собрать (состыковать) на низкой околоземной орбите из отдельных блоков марсианский пилотируемый комплекс (МПК) стартовой массой около 1630 т. После экспедиции продолжительностью более 2,5 года (непосредственная посадка на Марс, пребывание на Красной планете, старт и обратный полет) к Земле возвращается лишь часть корабля массой всего 15 т. Разумеется, в 1960-х, такой проект не мог быть реализован.

Но был и более реалистичный вариант, фактически «марсианский экспресс»: «безостановочный» облет Марса или Венеры, без посадки непосредственно на планеты, но с выводом на их орбиты искусственных спутников.

В этом случае космический корабль выводился бы на такую траекторию полета, которая пересекает одновременно орбиты Земли и планеты назначения и позволяет ему, подобно бумерангу, через некоторое время возвратиться в район Земли и со второй космической скоростью войти в ее атмосферу.

Так, например, корабль, теоретически стартовавший 8 июня 1971 года (Марс и Земля располагались на наименьшем расстоянии), мог через 10,5 месяца пролететь в непосредственной близости от Марса, что позволяло экипажу провести исследования Красной планеты в пролетной траектории и, к примеру, сбросить на ее поверхность автоматические посадочные зонды. После облета Марса следует сравнительно небольшая коррекция траектории, корабль возвращается на Землю. Полная продолжительность такой экспедиции — три года, один месяц и двое суток.



Проект тяжелого межпланетного корабля для полета на Марс

Проработка тяжелого межпланетного корабля (ТМК) велась в отделе, руководимом Михаилом Клавдиевичем Тихонравовым. Поначалу темой занимались в свободное от основной работы время. В инициативном порядке на ней работали две группы проектантов – под руководством Глеба Юрьевича Максимова (конструктор 1-го искусственного спутника Земли) и Константина Петровича Феоктистова (проектировал космические корабли “Восток”, “Союз” и ряд других).

Ракета-носитель Н-1, именно с ней связывали надежду на предстоящие пилотируемые полеты к Луне и Марсу

Ракета-носитель Н-1, именно с ней связывали надежду на предстоящие пилотируемые полеты к Луне и Марсу

Учитывая большую продолжительность гипотетического полета на Марс, авторы проектов нового космического корабля особое внимание уделяли системе обеспечения жизнедеятельности экипажа. Созданные к тому времени системы, основанные на запасе кислорода, воды и продуктов питания без их возобновления, не позволяли реализовать программу из-за огромной массы запасов.

Поэтому нужны были системы обеспечения жизнедеятельности с так называемым замкнутым циклом. Рассчитывали прежде всего на биологические системы, упрощенно повторяющие замкнутую экологическую систему Земли. Однако полный кругооборот веществ в небольшом объеме корабля организовать трудно, а вот «замкнуть» систему по таким жизненно важным составляющим, как вода и кислород, представлялось возможным.

Для регенерации кислорода из выдыхаемого космонавтами углекислого газа должны были применяться контейнеры с водорослями типа хлореллы. Запасы пищи предполагалось хранить в сублимированном виде и тщательно отбирать перед полетом с точки зрения пищевой ценности и удельной массы. Для пополнения рациона в бортовой гидропонной оранжерее корабля предполагалось выращивать овощи, что позволило бы снизить массу запасов продуктов на 20 – 50%. Так как оранжерея составляла неотъемлемую часть всех проектов ТМК, серьезной проблемой стал подвод света к растениям. Эта задача была блестяще решена с применением крупногабаритных наружных солнечных концентратов.

Для отработки прототипа замкнутой системы жизнеобеспечения на Земле ОКБ-1 в содружестве с Институтом медико-биологических проблем (ИМБП) и заводом «Звезда», разрабатывающим катапультные системы для самолетов, скафандры и системы жизнеобеспечения, построило аналог жилого отсека ТМК – наземный экспериментальный комплекс (НЭК), в котором испытатели Г.Мановцев, В.Улыбышев и А.Божко провели целый год.

Одной из проблем, так и не разрешенных участниками проекта, было практически полное отсутствие знаний о длительном воздействии невесомости на организм человека. Чтобы уйти от проблемы, был предложен вариант ТМК с искусственной тяжестью, создаваемой вращением отдельных блоков вокруг оси. Однако сравнительно небольшие размеры «центрифуги» приводили к возникновению кориолисовых ускорений, искажающих восприятие человеком тяжести и вредно воздействующих на организм. Путевку в жизнь получила идея использовать вращение не на всем протяжении полета, а лишь на отдельных его участках, да и то кратковременно.

Тяжелый межпланетный корабль конструкции Глеба Максимова

Проект тяжелого межпланетного корабля конструкции группы Глеба Максимова представлял собой трехместный корабль, запускаемый на орбиту Земли при одном пуске Н-1 с выводом на траекторию полета к Марсу с помощью штатного кислородно-керосинового разгонного блока.

В состав корабля включались жилой, рабочий (со шлюзом для выхода в открытый космос), биологический, агрегатный отсеки, спускаемый аппарат и корректирующую двигательную установку. После выведения на траекторию полета на корабле развертывались солнечные концентраторы и батареи электропитания, а также антенны связи с Землей и начинался многомесячный безостановочный полет.

Тяжелый межпланетный корабль конструкции Константина Феоктистова

Второй проект, разработанный группой К.Феоктистова, поначалу базировался на сложной многопусковой схеме со сборкой ТМК на орбите Земли и последующим разгоном корабля к Марсу.

Проектанты, имеющие опыт создания пилотируемых кораблей, вскоре поняли, что уложиться в жесткие рамки стартовой массы, которые предлагались первой группой, вряд ли возможно. Стремясь получить резерв массы, они обратили внимание на электрореактивные двигатели, отличающиеся высокой экономичностью и дающие реальную возможность либо снизить стартовую массу на орбите Земли, либо увеличить полетную массу самого космического корабля.

Сборка марсианского тяжелого межпланетного корабля на орбите Земли

Сборка марсианского тяжелого межпланетного корабля на орбите Земли. Ориентируясь по размерам пристыкованного на рисунке «Союза», можно прикинуть размеры космического корабля. Побольше, чем нынешняя МКС!

В итоге, в начале 60-х годов группе К.Феоктистова удалось разработать проект ТМК со стартовой массой около 75 т, что позволяло надеяться на его выведение за один пуск ракеты-носителя Н-1. При этом масса корабля на траектории полета к Марсу составляла 30 т! К сожалению, крупным недостатком проекта было то, что из-за чрезвычайно малой тяги новейших электро-реактивных двигателей (всего 7,5 кг) разгон корабля должен был производиться по раскручивающейся спирали в течение… нескольких месяцев!

Серьезной проблемой, препятствовавшей широкому использованию электро-реактивных двигателей, являлось то, что для их функционирования необходимо наличие на борту космического аппарата очень мощного источника электроэнергии. Например, требовались огромные панели солнечных батарей площадью около 36 тыс. кв. м.

Конечно, о столь крупногабаритной конструкции тогда не могло быть и речи, поэтому для электропитания двигателя марсианского корабля предполагалось использовать компактный ядерный реактор с безмашинным способом преобразования тепловой энергии. Таким образом, расчетный “корабельный” вариант двигателя для марсианского космического корабля должен был состоять из ядерного реактора мощностью 7Мвт, двигателя с удельным импульсом 10 000 с, удлиненного конического бака с рабочим телом для управления и огромного радиатора-испарителя в форме длинного цилиндра.

Для защиты экипажа и систем от рентгеновского излучения при работе ядерного реактора служил теневой радиационный экран, расположенный непосредственно за реактором, а для защиты жилых помещений космического корабля от инфракрасного излучения радиатора — тепловой экран. За ним помещалось радиационное убежище с биозащитой.

Другие блоки тяжелого межпланетного корабля включали рабочий и жилой отсеки со спускаемым аппаратом.

Большие по сравнению с проектом группы Г.Максимова запасы по массе позволяли разместить на ТМК группы Феоктистова требуемое количество приборов и систем. Полная продолжительность экспедиции к Марсу составляла три года, из которых общее время работы электро-реактивных двигателей – около года.

Итоговый проект полета на Марс тяжелого межпланетного корабля

К середине 1960-х годов почти все силы ОКБ-1 Сергея Королева были брошены на реализацию приоритетной программы высадки на Луну (Н-1Л – т.е. ракета-носитель Н-1 “Лунная”), что стало существенно тормозить разработку “марсианского” тяжелого межпланетного корабля.

Работы по первому и второму вариантам космического корабля выявили целесообразность создания специального наземного экспериментального комплекса, что и было реализовано. Менее напряженный в «весовом» отношении вариант группы К.Феоктистова казался более перспективным, и работы по нему значительно продвинулись, вылившись в целое направление по разработке “космических” электро-реактивных двигателей и ядерных энергетических установок.

28 мая 1969 года Василий Павлович Мишин, возглавивший ОКБ-1 после смерти С.П.Королева, подписал аванпроект ракетно-космической системы Н-1М (т.е. ракета-носитель Н-1 “Марсианская”), в котором рассматривались пути модификации базового носителя для существенного расширения его возможностей.

В соответствии с планом модификации Н-1 велась и разработка проектов новых кораблей для полета к Луне и планетам. Одним из наиболее удачных стал аванпроект марсианского экспедиционного комплекса, подготовленный группой К.Феоктистова, имевший следующие отличительные черты:

  • продолжительность полета на Марс и обратно корабля с экипажем из шести человек – 630 сут;
  • пребывание на орбите искусственного спутника Марса 30 сут;
  • пребывание на Марсе посадочного отсека с экипажем из трех человек 5 сут.

В качестве основных двигателей корабля должны были применяться электро-реактивные двигатели с электропитанием от ядерной энергетической установки, в качестве вспомогательных – жидкостные реактивные двигатели.

Тренировочный модуль для марсианской миссии предполагалось создать на орбите Земли путем стыковки двух беспилотных блоков массой примерно по 150 т, выводимых в космос модифицированным вариантом ракеты Н-1.

Первый блок — марсианский орбитальный комплекс (МОК) и марсианский посадочный комплекс (МПК), второй — энергетический комплекс, включающий уже более совершенную ядерную энергетическую установку нового класса.

После стыковки под действием тяги предполагался медленный разгон корабля по постепенно раскручивающейся спирали. После выхода МЭК из зоны радиационных поясов Земли следовало осуществить подсадку экипажа на комплекс с использованием кораблей типа 7К-Л1 («Зонд»), оснащенных средствами сближения и стыковки на высокой околоземной орбите и запускаемых на траекторию полета с помощью РН «Протон» с разгонными блоками «Д». Детальную проработку транспортных кораблей предполагалось выполнить позже.

Советский тяжелый межпланетный корабль на орбите Марса

Советский тяжелый межпланетный корабль на орбите Марса, в представлении художника

Блок ядерной энергетической установки представлял собой два «запараллеленных» реактора большой мощности, расположенных в крайней точке комплекса и экранированных от других систем теневой защитой и коническим баком с рабочим телом двигателей (расплавленный литий). Междутеневой защитой и баком по кольцу электроплазменные движители (собственно электро-реактивные двигатели), выхлопные струи которых, бьющие под небольшим углом к образующей конуса бака, также служили своеобразным радиационным экраном от излучения реакторов.

Далее следует телескопический раздвижной двухсекционный радиатор-излучатель энергоустановки, в передней части которого имеется агрегат для стыковки с другим блоком, включающим МОК и МПК.

Здесь же расположены теневой экран для тепловой защиты обитаемых отсеков комплекса. За ним возвращенный аппарат МОК, который должен был входить в атмосферу Земли со скоростью, превышающей вторую космическую.

Экипаж после длительного полета в невесомости мог плохо переносить перегрузки, а потому разработчики предусматривали выбор рациональных форм спускаемого аппарата с повышенным аэродинамическим качеством. Рассматривались типичная «союзовская» «фара» увеличенного размера (диаметр—4,35 м, высота—3,15 м), чечевица дна метром 6 м или клиновидное аэродинамическое тело.

Далее шли отсеки комплекса МОК. Они имели вертикальное построение в семь этажей: приборно-агрегатный, рабочий, лабораторный, биотехнический, жилой, салон и отсек двигателей ориентации.

Какой предполагалась советская программа пилотируемого полета на Марс

Предполагалось, что после окончания активного участка разгона «Земля – Марс» двигатели тяжелого межпланетного корабля выключаются, энергетическая установка переходит в режим «холостого хода» и комплекс в течение 150 сут совершает пассивный полет. Затем начинается второй активный участок полета к Марсу — торможение перед входом в сферу действия Красной планеты (61 сут), полет по скручивающейся спирали для выхода на орбиту (24 сут), в результате чего МЭК оказывается на околомарсианской орбите.

Во время 30-суточного пребывания на орбите Марса от комплекса отделяется МПК, который совершает мягкую посадку на поверхность планеты.

МПК имел раскрываемый аэродинамический экран, снаружи которого крепился сбрасываемый навесной отсек для стыковки на орбите и торможения и схода МПК с орбиты. Также он был оснащен посадочной ступенью с жидкостным реактивным двигателем, цилиндрическим жилым отсеком, соединенным с кабиной космонавтов посредством люка-лаза, а также двухступенчатой взлетной частью МПК со сферической кабиной.

Выполнив исследования, с Марса должна была стартовать взлетная часть МПК, которая выходит за орбиту, осуществляет взаимный поиск, сближение и стыковку с МОК. Космонавты переходят в жилые отсеки орбитального комплекса, а ненужный уже посадочный корабль сбрасывается.

Двигатели МОК включаются на режим разгона, который продолжается 17 сут в сфере действия Марса и еще 66 – вне его пределов. После длительного пассивного участка, когда траектория комплекса проходит на максимально близком расстоянии от Солнца (между Венерой и Меркурием), следует 17-суточный активный участок возврата.

Фактически это коррекция траектории с целью уменьшения длительности полета путем увеличения скорости. Далее снова идет пассивный участок, а за трое суток до полета к Земле ядерная энергетическая установка включается вновь, уменьшая скорость комплекса. При входе в сферу действия Земли от МЭК отделяется спускаемый аппарат.

Ракета-носитель Н-1 способная выводить на орбиту Земли 80 тонн груза. Именно с ней связывали надежды на полеты к Марсу и Луне в 1960-х г.г.

Ракета-носитель Н-1 способная выводить на орбиту Земли 80 тонн груза. Именно с ней связывали надежды на полеты к Марсу и Луне в 1960-х г.г.

Закрытие программы космического пилотируемого полета на Марс

И тут, случилось то, чего в начале 1960-г.г. не мог предвидеть даже гений Сергея Королева. Проект 20 лет назад казавшийся фантастикой, сейчас был фактически на грани осуществления, но… по стечению обстоятельств, оказался просто не нужен, т.к. стал бесперспективен.

В начале 1970-х г.г., стало уже вполне очевидно – советская «лунная программа» с ее первоначальным престижно-пропагандистским напором провалилась, во многом из-за ряда аварий недостаточно доработанной “до ума” ракеты-носителя Н1.

Идеи «быстрее-выше-сильнее» (и за любые деньги!) начали отходить в прошлое, советская космонавтика постепенно переключалась на создание долговременных орбитальных станций, одной из целей которых было выяснение возможности длительно летать в космосе без искусственной тяжести.

По мнению многих отечественных специалистов, работа по станциям могла идти не “вместо”, а “в рамках” проекта тяжелого межпланетного корабля. Необходимо было постепенно доработать ракету Н-1, которая при всех недостатках, была в целом удачным проектом. Это в свою очередь позволяло уже создать тяжелую орбитальную станцию как этап строительства все того же тяжелого межпланетного корабля.

Не нужно было никаких «лунных гонок», требовалось только терпеливо работать и копить опыт, что в обозримом будущем позволило бы вполне реально приступить к реализации непосредственно «лунной» или «марсианской» программы.

Но, решение было принято. Последовавшее за этим прекращение работ по одному из ключевых элементов обеих программ – ракете-носители Н-1 – поставило крест на полетах и к Луне, и к Марсу…


Компиляция на основе открытых источников сети интернет, в том числе изданий «Вестник воздушного флота», N 7-8 за 1996 год, «Пилотируемый полет на Марс… четверть века назад»