Марсианские страсти: часть 4
5.
Беспилотная космонавтика. О ней можно говорить долго, но главное достоинство ее в том, что потеря любого аппарата ничего по большому счету не значит. Разбился один, скоро пошлем второй - еще лучше первого. К тому же аппараты не хотят жрать, дышать, бриться, мыться и, извините, писать/какать. Им для жизни хватает солнечного света или изотопного генератора. Но самое приятное, что если аппарат промахнется мимо точки посадки или проработает меньше, чем положено, из-за поломок при посадке, то опять же ничего страшного не произойдет: научный результат будет получен. Когда в конце 1960-х начали изучать Марс, угробили массу межпланетных аппаратов - даже возник миф, будто бы их сбивают марсиане. Тем не менее научный мир несколько раз поменял свои представления о Марсе благодаря даже тем куцым сведениям, которые удалось получить. И вот наконец-то появилась более или менее надежная элементная база, которая позволила осуществить одно из самых выдающихся предприятий века - высадку планетоходов «Спирит» и «Оппортьюнити» на поверхность красной планеты. Это и впрямь мощное достижение: марсоходы не только бегали по Марсу, но и проработали на нем свыше шести лет. То есть аналога такому предприятию нет, что бы там ни говорили создатели «Луноходов». Мы с вами должны обратить особое внимание на опыт этих планетоходов, потому что по смыслу он близок к проекту «Mars One»: полет в одну сторону, посадка на Марс, многолетняя работа - только вместо машинок будут люди, которые, как уверяет уважаемый оппонент, надежнее любой техники. Заодно проверим применимость формулы Циолк... тьфу ты!.. формулы Ватта к этому полету.
Описание полета и высадки марсохода «Спирит» («MER-A», он прилетел раньше «Оппортьюнити») я возьму из прекрасного журнала «Новости космонавтики», который выпускают признанные специалисты, а конкретнее из статей Игоря Лисова buchwurm, отвечающего за переводные материалы. Цитировать тоже буду Игоря, ибо он намного лучше меня разбирается в небесной баллистике.
«Космический аппарат MER по своей структуре напоминает русскую матрешку. Внутри - собственно ровер, шестиколесный марсоход. Следующий компонент - посадочное устройство с тремя боковыми треугольными лепестками, раскрытие которых после посадки приводит к принудительному переворачиванию в правильное положение. Чтобы ровер уместился внутри «тетраэдра», его мачта кладется набок, панели солнечных батарей складываются причудливым образом. Снаружи на четыре грани «тетраэдра» устанавливаются по шесть надувных амортизаторов, аналогичных использованным на станции Mars Pathfinder. Весь этот «клубок» помещается на лобовой экран и прикрывается сверху хвостовым обтекателем со смонтированной на нем парашютной системой. Спускаемый аппарат собран. Осталось поместить его на перелетную ступень - и вот КА MER готов! Все это вместе имеет массу 1077 кг, из которых 179 кг приходится на ровер, 369.5 кг - на посадочное устройство, 84 кг - на лобовой экран, 209 кг - на хвостовой обтекатель и парашютную систему и, наконец, 190.5 кг - на перелетную ступень, которая заправляется 45 кг топлива для коррекций».
Здесь для нас важна общая масса аппарата, который был доставлен к Марсу: 1077 кг, то есть 1 тонна.
Теперь посмотрим, какие приращения скорости и, соответственно, затраты топлива понадобились, чтобы «Спирит» долетел до Марса.
«28 мая запуск был отложен на 3 дня, до 8 июня. В этот день было два «мгновенных» стартовых окна - в 14:05:55 и 14:44:07 EDT. Запуск не удалось выполнить из-за плохой погоды - сильный ветер, гроза. Та же история повторилась и 9 июня, и лишь 10 июня в первое из двух «окон» Delta 2 стартовала. Через 9 мин 39 сек вторая ступень вышла на опорную орбиту высотой около 170 км. После 15-минутной баллистической паузы в T+26 мин 29 сек прошло второе включение ДУ 2-й ступени с подъемом орбиты до 163x4762 км. На этой орбите отделился головной блок, и в T+30 мин 30 сек прошло включение РДТТ Star 48B. Наконец, в T+36 мин 40 сек прошло отделение КА. Сигнал от него был принят через 51 мин после старта, в 14:50 EDT».
Таким образом, разработчики марсоходов отказались от классических гомановских переходов по описанной Ваттом схеме и решили обойтись одним приращением скорости с небольшими коррекциями траектории в ходе полета. Приглядимся к твердотопливному двигателю Star 48B, который и организовал это счастье. В принципе само топливо нас не интересует, для нас важнее - полная масса разгонного блока вместе с марсоходом и удельный импульс двигателя. То есть в обозначениях Ватта нам важно знать величины Mship и Isp. Так мы проверим формулу Циолк... тьфу ты!... Ватта, ведь масса полезного груза, доставленного к Марсу нам известна - 1 тонна. Mship = 2,137 т (разгонный блок) + 1 т (марсоход с посадочной ступенью) = 3,137 т. Isp = 286 секунд (источник) Подставляем значения в формулу Циолк... тьфу ты!.. Ватта и получаем однократное приращение скорости Dv = 2,85 км/с, что близко к значению, которое фигурирует в описании миссии «Спирита» (источник) Dv = 2,46 км/с; небольшая разница в 390 м/с объясняется наличием коррекций, которые давали приращение скорости «Спирита» в ходе полета и которые учтены в расчете автоматически (по факту прибытия 1 тонны полезного груза к Марсу), то есть серьезного завышения, о котором всё время твердит мой уважаемый оппонент, формула не дает. Делаем вывод, что и наши предыдущие расчеты верны - мы нигде не ошиблись, и с формулой Циолк... тьфу ты!.. Ватта можно работать для оценки соотношения масс полезного груза и межпланетного комплекса. Ну не ура ли, товарищи?..
Но самое важное во всей этой истории другое. Как видите, создатели планетохода ограничились всего одним разгоном, причем приращение скорости 2,46 км/с далеко от принятых нами 5,6 км/с. Об этом пишет и Ватт:
«Notice that two burns are always required to transfer between orbits. If we omit the second burn, our spacecraft can only perform a flyby maneuver. The second "burn" can be supplied by something other than the spacecraft's engines (aerobraking, gravity capture, etc.), but if we want to remain in the new orbit, some sort of burn is necessary. Also, keep in mind that this procedure applies to any type of orbit: solar, Earth, Lunar, Martian, whatever».
Тем, кто уже запутался в моих выкладках и перестал понимать язык Шекспира и Линкольна, переведу, что Ватт как бы намекает: без второго приращения за счет двигателя (second burn) можно обойтись, если перед вами стоит простая, как пень, задача пролететь мимо Марса или просто попасть в него (our spacecraft can only perform a flyby maneuver). Разработчики «Спирита» выбрали второй вариант, и планетоход с посадочной ступенью буквально врезался в атмосферу красной планеты со скоростью 5,4 км/с (близко к второй космической для Марса). И начались приключения!
Продолжение следует...
С уважением,
Антон Первушин