Радиозондаж спутника Юпитера
Недавно российские специалисты Центра Келдыша и НПО имени С.А. Лавочкина (фирма-создатель отечественных «межпланеток») разработали проект автоматической станции с мощным ионным двигателем для исследования спутника Юпитера Европы. Аппарат будет оснащен радиолокатором декаметрового диапазона с мощностью 30 кВт и раскладывающейся антенной площадью 100 м2. Прототип антенны, сверхлегкий раскладной «зонтик» размером 19х6м, разработан и испытан в наземных условиях ОКБ МЭИ совместно с КБ «Салют» (разработчик пилотируемых лабораторий «Салют» и модулей комплексов «Мир» и Международной космической станции). Подобная антенна будет использоваться как для зондирования поверхности Европы, так и для передачи полученных данных на Землю.
Баллистика проекта непроста: тяжелая исследовательская станция начинает свою миссию, раскручивая витки спирали на электроракетных двигателях с радиационно безопасной околоземной орбиты высотой 800 км, на которую ее доставляют носитель «Протон-М» или перспективная ракета «Ангара-5», проектирование которой ведется в настоящее время российским Центром имени М.В. Хруничева . Далее с околоземной орбиты стартует «автобус» массой 18,9—21,5 т. За 330—490 суток аппарат постепенно выходит из гравитационного поля Земли и начинает межпланетный полет. Здесь его «ядерное сердце» не останавливается, и двигатели продолжают работать, а станция набирать скорость. Время перелета «Земля—Юпитер» составит 1 600—1 800 суток, из которых 530—570 суток работает двигатель — сначала на разгон, а затем на торможение.
Формула Циолковского Затраты топлива на разгон тонны груза до заданной скорости при скорости истечения газов 3 км/с
В сфере действия Юпитера траектория движения станции приобретет форму скручивающейся спирали, маневрирование для выхода на орбиту вокруг Европы продлится 280— 435 суток. Итого в общей сложности перелет займет 2 200— 2 700 суток, то есть 6—7 лет. Более половины времени полета двигатель аппарата будет находиться в работе! Отметим: все станции, летавшие к планетам юпитерианской группы, большую часть полетного времени провели в практически выключенном состоянии.
Как показали расчеты, для того, чтобы доставить на орбиту вокруг Европы полезную нагрузку 1 000—1 500 кг, нужна маршевая электроракетная двигательная установка мощностью всего 100 кВт, которую легко можно запитать от небольшого ядерного реактора.
В результате на «околоевропейской» орбите окажется грандиозный аппарат массой 7,0— 8,5 т! Его внешний вид не характерен для отечественных спутников и станций. Он будет напоминать футуристический дизайн кораблей из Голливудских научно-фантастических фильмов: объект неправильной формы, кажущийся случайным нагромождением ферм, ящиков с аппаратурой и параболических антенн сложной формы. Одним словом, атомный электроход для исследования дальнего космоса!
Космический тянитолкай
Птица в полете опирается на воздух, спортсмен-прыгун отталкивается от земли, а у корабля в безвоздушном пространстве нет точки опоры. Поэтому остается только один способ ускорения — выброс части собственной массы с максимальной скоростью в сторону, противоположную той, куда надо двигаться. Но если скорость истечения топлива мала, то большая часть энергии уходит на то, чтобы разгонять вместе с ракетой запасы рабочего тела. В результате КПД ракетной установки резко падает, когда конечная скорость становится заметно больше скорости истечения. Чисто теоретически обычные химические двигатели могут разогнать космический аппарат до скорости, близкой к световой, только топлива для этого понадобится больше, чем все разведанные запасы нефти и газа.
Американский проект JIMO. «Крылья», отходящие от осевой фермы, — это не солнечные батареи, а радиаторы для сброса в космос «отработанной» тепловой энергии
Международное сотрудничество
Отечественный проект аппарата для исследования ледяных океанов Европы выполнен в рамках Федеральной космической программы на период 2006— 2015 годов, которая предусматривает переход от оценки роли ядерной энергетики в реализации перспективных космических программ к реализации «в железе» аппаратов с использованием ядерных энергетических установок. Материалы концептуального проекта были представлены на 41-й сессии Научно-технического подкомитета Комитета ООН по космосу в 2004 году и изложены в докладе на 55-м Международном космическом конгрессе IAC (International Astronautical Congress), который проходил 4—8 октября 2004 года в Ванкувере (Канада).
Данный Конгресс вообще стал крупной вехой на пути к космической ядерной энергетике: на нем очень пристально рассматривались стратегия, архитектура, концепции и технологии развития космонавтики с использованием ядерно-электрических двигательных установок.
Американцы тоже задумываются о мирном применении энергии атома в космосе. Выдвинутая в 2002 году «Инициатива по ядерным установкам» включала в себя два направления — разработку радиоизотопных генераторов нового поколения и реакторов для питания электроракетных двигателей. Через год она была дополнена третьим направлением — разработкой большой ядерноэлектроракетной станции JIMO (Jupiter Icy Moons Orbiter) для исследования трех ледяных спутников Юпитера — Каллисто, Ганимеда, Европы.
«Инициатива» получила название «Проект Прометей» и стала одной из главных программ по созданию технологического обеспечения будущих межпланетных миссий, как автоматических, так и пилотируемых. Предполагается, что из 1 500 кг научной аппаратуры, которая будет установлена на «Джимо», примерно 350— 400 кг могут быть выделены спускаемому на поверхность Европы аппарату.
Уровень проекта «Прометей» был международным, и президент США призвал все страны участвовать в нем по мере возможности. Однако это оказалось просто декларацией: на деле Америка не содействовала международной кооперации, проект так и остался только национальным. После того как американцы взялись за данную разработку, они столкнулись с рядом очень серьезных технологических трудностей. В результате к настоящему времени основные компоненты «Джимо» существуют лишь на бумаге.
У отечественных специалистов здесь имеются огромные преимущества в виде серьезного научно-технического задела и разработок, готовых к практической реализации. По мнению ряда независимых экспертов, проект российского «атомного электрохода» настолько важен по сути и широк по объему технологических инноваций, что его можно сравнивать с полетом человека на Марс. Такая амбициозная программа, позволяющая создать практически полный набор технологий для следующей ступени освоения космоса, как раз и необходима России, чтобы восстановить передовые позиции в исследовании космоса.
