Вокруг Света 2006 № 10 (2793) - [3]

Несмотря на то что New Horizons на данный момент является практически венцом технической мысли, ясно тем не менее, что ракеты с химическими двигателями почти исчерпали свой потенциал в межпланетных полетах. Можно бесконечно совершенствовать карету, но автомобиль все равно поедет быстрее, поэтому все чаще с задачей окончательного разгона и маневра справляются двигатели, использующие нетепловой способ разгона отбрасываемой массы. New Horizons не оснащен такими двигателями, но можно не сомневаться, что уже в самом недалеком будущем они перехватят пальму первенства у химических ракет.

Для того чтобы вывести космический аппарат хотя бы в район Юпитера, надо придать ему у Земли скорость не менее 14 км/с. Обычно старт таких аппаратов производится с промежуточной орбиты. Если делать это с помощью существующих ракет-носителей и разгонных блоков, оснащенных химическими двигателями, то к планете улетает очень маленький объект — в 5—10 раз меньше по массе, чем выведенный на низкую околоземную орбиту разгонный блок. А ведь космическому кораблю надо еще затормозить при подлете, чтобы стать спутником исследуемой планеты. Вот и получается, что полезная масса исследовательской аппаратуры ограничивается всего парой сотен килограммов.

Несмотря на доведенную почти до совершенства технологию существующих химических ракетных двигателей, невысокий предел скорости истечения продуктов горения становится той стеной, которую нельзя пробить… Но, как ни странно, можно объехать! Это позволяют сделать ракетные двигатели, в которых источник энергии и отбрасываемая масса разделены.

  

До исследования подледной воды на Европе дело пока не дошло

С каким багажом лететь на Европу?

В 1970-х годах американские зонды Voyager 1 и Voyager 2, пролетавшие в окрестностях Юпитера, обнаружили ледяной покров на его естественных спутниках Каллисто, Ганимеде и Европе. В 1995 году на орбиту вокруг Юпитера была выведена автоматическая станция Galileo, которая зафиксировала признаки воды под ледяным покровом Европы. Ученые предположили, что в этой воде вполне могла зародиться жизнь, пусть и в самых примитивных формах. Именно в связи с этим стали разрабатываться проекты детального исследования ледяных лун Юпитера, в первую очередь Европы. Космические автоматы, которые побывали в этом районе Солнечной системы, можно пересчитать по пальцам. Даже самый крупный и сложный из них, Cassini, для исследования ледяного панциря Европы и жидкого океана под ним не пригоден. Для этого необходим переход на качественно новый уровень: станция должна быть сложнее и, соответственно, многократно тяжелее всех запущенных до сего дня зондов. Предполагается, что такая станция выйдет на орбиту спутника малой планеты и будет изучать ее с помощью мощного радиолокатора. По прогнозам, толщина ледяного покрова Европы составляет порядка 70—80 км. Таким образом, мощность излучения радара, который сможет «достать» до подледной воды, должна составлять несколько десятков киловатт, а масса научной аппаратуры, обеспечивающей его работу, — порядка тонны! Немаленьким должен быть и передатчик, который обеспечит непрерывную доставку научной информации на Землю. Для сравнения напомним, что масса приборов станции Galileo составляла всего 118 кг, а максимальная мощность системы энергоснабжения на основе радиоизотопных термоэлектрических генераторов во время полета около Юпитера не превышала 0,5 кВт.

Обходные пути

Чем же можно заменить обычные ракетные двигатели? Например, можно нагреть до высокой температуры сверхлегкие газы (водород, гелий, метан) и заставить их течь через сопло со скоростями в 2,0—2,5 раза выше, чем у химических ракетных двигателей. Это можно сделать с помощью либо компактного ядерного реактора, либо нагревательного элемента, работающего от солнечных батарей. Ядерные ракетные двигатели для пилотируемых экспедиций на Марс , которые так стремились осуществить США и СССР на заре космонавтики, активно разрабатывали в 1960—1970-е годы. Правда, из-за опасности радиационного заражения подобные работы были остановлены на фазе наземных испытаний.

Еще более экономичны и быстры плазменные и ионные электроракетные двигатели. В них поток заряженных частиц разгоняется до высоких скоростей с помощью электромагнитного поля, почти как в ускорителе элементарных частиц. Определяющим их тягу параметром оказывается мощность энергоустановки, создающей поле и разгоняющей частицы.

В начале 1960-х годов американские специалисты экспериментировали с компактными ядерными реакторами, оборудованными турбогенераторами. Они столкнулись с низкой надежностью и большими габаритами установки. Работы по улучшению характеристик системы требовали огромных финансовых вложений, и «аппетиты» пришлось ограничить сравнительно простыми радиоизотопными генераторами с полупроводниковыми термоэлектрическими преобразователями. Последние стояли на всех зарубежных аппаратах дальнего космоса — от «Пионеров» до «Кассини» .

Отечественные специалисты сконцентрировали внимание на термоионных и термоэмиссионных преобразователях, встроенных в активную зону реактора. Они позволили резко уменьшить габариты и массу радиатора-излучателя при довольно высоком КПД установки в целом.