Марсианские страсти: часть 7
Вот вам новая картинка. Я ее взял с официального сайта проекта «Mars One». Видимо, в этой картинке главная «изюминка» инициаторов проекта, поскольку они дублируют ее в разных видах несколько раз. И она очень смешная. Вот смотрю на нее и смеюсь всё громче. Но прежде чем рассказать вам, почему она такая смешная, я всё же еще раз выступлю в защиту формулы Циолковского.
Разумеется, этой древней формулой давно никто не пользуется при серьезных расчетах. Но, как и любая другая простая формула, оперирующая законами физики, она не завышает результат, а занижает его. Пример. Когда эту формулу выводили независимо друг от друга все основоположники космонавтики: Циолковский в России, Эсно-Пельтри во Франции, Годдард в Америке, Оберт в Германии - не существовало ни одного ракетного двигателя на жидком топливе, поэтому в формулу подставлялась теоретически возможная скорость истечения продуктов сгорания для тех или иных топлив. Потом появились двигатели, и стало ясно, что этот теоретический предел не достижим - реальная скорость истечения (удельный импульс тяги) всегда меньше, причем на значительную величину: где-то на треть плюс-минус. Вообще в свое время Эйген Зенгер показал, что физическим пределом для химических топлив является величина в 500 секунд, но пока такое «предельное» топливо даже не создано и, скорее всего, создано не будет. Тут напрашивается аналогия с формулами Ньютона. Артиллерийский снаряд должен по формуле Ньютона лететь дальше, но он, сволочь такая, мало того что падает раньше, чем предписывают строгие законы, так его зачастую и сносит - в действие вступают силы, которые в формуле Ньютона не учтены: аэродинамическое сопротивление, климатические факторы. То же самое и с формулой Циолковского. В классическом виде она в подавляющем большинстве случае занижает результат и дает меньшую массу ракеты, чем потребуется в реальности. Это блестяще показал в нашей дискуссии bleubarbe, который, как и мой уважаемый оппонент, преподает основы космической науки. Согласно его расчету, для вывода на траекторию полета к Марсу 20 тонн полезного груза, понадобится не 50-тонный комплекс, как в наших приблизительных расчетах, а 90-тонный. Как видите, более тщательный расчет дает не сокращение массы, а, наоборот, ее увеличение. Что в общем и требовалось доказать.
В ходе обсуждения было сказано много слов о том, как уменьшить массу комплекса. Значение в 1000 тонн, за которое я держусь, почему-то всех пугает. ;-) Можно подумать, что 330 тонн, о которых пишет Константин Феоктистов в своем проекте, как-то облегчают ситуацию. Предлагались самые разные меры по использованию атмосферы Марса для торможения при посадке с пролетной траектории. Но всё же я попросил бы этот вариант не обсуждать - ясно, что сначала на ареоцентрическую орбиту будет выведен орбитальный модуль, потому что у Марса есть климат, и мы не можем предсказать, какие условия будут ожидать там космонавтов через 260 дней после старта. Соответственно, садиться на Марс без паузы, необходимой для оценки условий посадки, смертельно опасно. Другой вопрос - насколько легче будет спускаемый модуль, если использовать аэродинамическое торможение. Наверняка легче. Можно придумать сложную схему в духе «Спирита», можно начинать ее даже разрабатывать, но пока все эти технические решения, включая парашютные блоки, которые якобы напрашиваются, никто всерьез не обсуждает. Вы можете в этом убедиться сами, пройдя по ССЫЛКЕ, которую подсказал мне gosh100. То есть на Марс будут всё-таки высаживаться с помощью ракетных двигателей, и хоть тресни, но придется тащить на ареоцентрическую орбиту массу топлива, сопоставимую с массой полезного груза. И чем больше вы захотите посадить на Марс модулей, тем больше топлива придется туда же тащить.
Высказывались соображения, будто бы существующие проекты полета на Марс хуже по массе, чем проект «Mars One», поскольку они подразумевают возвращение экипажа. Звучит парадоксально, но в реальности всё с точностью до наоборот - пилотируемая экспедиция в одну сторону тяжелее и намного дороже, чем экспедиция с возвращением. Если отбросить морально-этические соображения (хотя подозреваю, что они окажутся на первом месте, когда речь зайдет о реальной экспедиции на Марс, а не о виртуальном реалти-шоу), то давайте вспомним, что корабль, который летит к Марсу и обратно, заметно легчает на всем протяжении полета: после сжигания топлива сбрасываются разгонники, на Марс садится легкий модуль, еще более легкий модуль взлетает с Марса, затем сбрасываются разгонники марсианского орбитального модуля, и к Земле возвращается маленький симпатичный корабль размером с «Салют-1», а уж посадку совершает спускаемая капсула массой всего-то в тонну-полторы. Если же мы отправили людей на Марс навсегда без возможности возвращения, нам придется наращивать космический флот многие годы, разгоняя до второй космической всё больше модулей. Даже на самом первом этапе подготовки к высадке нам придется сбросить на Марс от 10 до 100 тонн расходных материалов (тут я беру весь спектр оценок, который дали участники дискуссии - моя оценка в 60 тонн легла близко к среднему арифметическому), а это сотни тонн на опорной околоземной орбите, что способно подорвать экономику даже очень богатого государства. Напомню, что международный проект МКС (а станция сегодня весит 420 тонн), подразумевающий непрерывное снабжение с Земли, обходится довольно дорого: только США потратят на нее до конца 2016 года свыше 100 миллиардов долларов. Думаете, с Марсом будет проще и дешевле? А я думаю, что намного сложнее и дороже - ведь до орбиты в сущности рукой подать, а Марс движется, и «окна» полета к нему открываются раз в 26 месяцев, то есть каждый раз в каждое «окно» вам придется запускать флот кораблей, чтобы поддерживать существование базы. И не дай бог хотя бы один корабль не долетит.
Посмотрим с этой точки зрения на проект «Mars One». Зайдя на официальный сайт, мы находим «дорожную карту» проекта с соответствующими иллюстрациями. Этапы освоения Марса выглядят следующим образом:
1. 2013 год. Создание прототипа марсианской базы на Земле: шесть посадочных модулей корабля «Red Dragon» плюс какое-то непонятные вспомогательные сооружения на заднем плане.
2. 2014 год. Запуск к Марсу коммуникационного спутника - это логично: без связи на Марсе делать нечего.
3. 2016 год. Пробная отправка грузового модуля, изготовленного на основе корабля «Red Dragon», на Марс с целью демонстрации возможностей. Модуль сядет в районе поблизости от будущей базы и доставит на Марс 2,5 тонны провианта или «других материалов».
4. 2018 год. Отправка планетохода для поиска подходящего места для базы - забавно, что место будут искать уже после того, как сядет первый модуль. Где логика, извините?..
5. 2021 год. Красота! Обожаю эту картинку! И всё время смеюсь, когда на нее смотрю. База собрана в автоматическом режиме. На Марс доставлены еще пять модулей (еще один с провизией, два жилых, два с ресурсами СЖО) и один планетоход. Обратите внимание, как стоят эти шесть модулей. Впритирку! Расстояние между ними меньше метра! То есть возможны два варианта: либо они так сели на Марс, либо их кто-то притащил. Кто притащил-то? Планетоходы, что ли? Не поверю, хоть убейте, что планетоход массой в тонну способен тащить по марсианскому бездорожью модуль на опорах массой больше 2,5 тонн (напомню, что столько весит только полезный груз, заявленный разработчиками проекта, а сам модуль даже с опустевшими баками потянет еще на 2-3 тонны). Колес у модулей в упор не вижу. Значит, садились впритирку? Мы тут, понимаешь, обсуждаем разные способы посадки с разбросом от 200 км до 2 км, а модули должны сесть менее чем в метре друг от друга, причем еще и не задеть соседние струей от тормозных двигателей. Феерическая красота! :-))) Что вы там говорили об аэродинамическом экране? Забудьте. Такая ювелирная точность посадки требует полной управляемости на всей траектории спуска и запас топлива для "вертолетной" посадки, причем управление с Земли невозможно из-за задержки сигнала, хоть сотню коммуникационных спутников подвесь.
6. 2022 год. База заметно выросла. Появились какие-то непонятные сооружения на заднем плане: в записке сообщается, что это заводы про производству кислорода и воды. Видимо, планетоходы забрались в модули - интересно, каким образом? - и извлекли из них материалы для строительства. Как поместились эти мощные конструкции в небольших модулях, не уточняется. Наверное, они надувные. И производство такое же надувное. В общем сплошное надувательство. ;-)
7. 2023 год. 14 сентября 2022 года первая экспедиция из четырех человек отправляется на Марс. Судя по картинке, они сели где-то в стороне, а до базы добирались пешком. На каком корабле они прилетели, остается загадкой. Будем считать, что это тот же «Red Dragon».
8. 2025 год. На Марс прилетает следующая экспедиция. Только этих гавриков тут не хватало. Ведь для их обеспечения нужно доставить еще... считаем... пять модулей. И снова придется сажать их с ювелирной точностью. Один, судя по картинке, сел не слишком-то удачно. Придется гаврикам к нему побегать.
Итак, к 2025 году на поверхность Марса с ювелирной точностью планируется доставить 2,5*12 = 30 тонн. Вы все еще думаете, что экспедиция с возвращением будет тяжелее всего этого праздника марсианской жизни?
Теперь давайте посмотрим на характеристики нашей главной надежды - корабля «Red Dragon». Ой! Что это? Не может быть! Оказывается, «Red Dragon» может доставить всего лишь 1 тонну полезного груза при массе комплекса на опорной орбите в 50 тонн (один запуск ракеты-носителя «Falcon Heavy», которая, кстати, еще не построена) и при собственной массе 6,5 тонн. Откуда же возьмется 2,5 тонны? Допустим, к 2016 году удастся сконструировать новый, более тяжелый, корабль, который назовут «Red Dragon +1,5», но ведь соотношение масс останется тем же - 50:1 (У вас есть основания считать, что оно изменится? С удовольствием выслушаю аргументы). Значит, масса комплекса на околоземной орбите будет 2,5*50 = 125 тонн. Одного комплекса! Умножаем это дело на 12 и получаем... 1500 тонн. И это без учета коммуникационного спутника и двух планетоходов.
А ведь я говорил, что разделение полезной нагрузки на блоки будет по общей массе намного больше! Надеюсь, теперь мой вывод стал более понятен? Напомню, что эксплуатация МКС, которая втрое легче, обойдется за 15 лет в 100 миллиардов долларов только США. Кто сказал, что проект «Mars One» будет дешевле? Посчитайте. Только выведение 1500 тонн на опорную орбиту обойдется вам (по минимальной стоимости запуска «Falcon Heavy» в 2200 долларов за килограмм) в 3,3 миллиарда долларов, а ведь выведение - только один из этапов, причем не самый дорогой. Я оцениваю общий бюджет в те же 100 миллиардов (замечу в скобках, что программа марсохода «Curiosity» обошлась в 2,5 миллиарда долларов, а первая пробная миссия легкого «Red Dragon» с доставкой 1 тонны до поверхности Марса оценивается предварительно в 0,6 миллиарда долларов). Надеюсь, кто-нибудь даст более точный расчет - приму любое значение, если оно будет обоснованным. :-)
На этом стоит и закончить. Проект «Mars One» не выдерживает критики ни с позиции технических возможностей, ни с позиции экономики, ни с позиции здравого смысла. Давайте обсуждать что-нибудь более реальное...
Спасибо всем, кто принял участие в этой дискуссии. И отдельное спасибо моему уважаемому оппоненту, который поднял важные вопросы и сделал ценные замечания.
С уважением,
Антон Первушин