В течение более десяти лет, генеральный директор и основатель SpaceX Илон Маск намекал на возможное развитие сверхтяжёлой ракеты-носителя с космическим аппаратом, который сможет экономично перевезти 100 тонн груза или 100 человек на Марс.

Цель такого «Марсианского транспортёра колоний» (МТК) — создание на Марсе города, который в итоге должен стать самодостаточным вторым домом для человечества.

На протяжении многих лет, пока концепция МТК только развивалась, объявлялись лишь некоторые проектные показатели. В прошлом году, однако, Маск сообщил, что он, вероятно, обнародует детали позже в 2016 году. Что же мы знаем и чего ожидаем? Ниже приведены некоторые  догадки:

 

Метан

По ряду причин, SpaceX выбрала жидкий метан в качестве топлива марсианского транспортного корабля:

На Марсе его можно получить из подповерхностного льда и атмосферного углекислого газа. Это может значительно увеличить полезную нагрузку корабля, так как топливо для возвращения на Землю не нужно будет привозить на Марс.

Метан более экологичен, чем керосин (РГ-1), что упростит обслуживание двигателей между рейсами.

Метан более плотен и работа с ним менее технологически сложная, чем с жидким водородом.

Температуры кипения жидкого метана и жидкого кислорода почти одинаковы, что снижает требования по теплоизоляции между топливом и окислителем в баках.

Для уменьшения размеров носителя, жидкий метан может быть в дальнейшем «уплотнён» путем охлаждения его почти до точки замерзания.

 

RAPTOR

Корабль будет использовать совершенно новый ракетный двигатель: RAPTOR. Его схема c полной газификацией компонентов топлива при реакции метана и кислорода работает при более низких температурах и давлениях. Это означает меньшее коксование и менее агрессивную среду в двигателе, что может привести к уменьшению затрат на техническое обслуживание, меньшую усталость материала, более длительный срок службы и меньший вес двигателя.

Двигатель RAPTOR на испытаниях

Двигатель RAPTOR на испытаниях

Части двигателя RAPTOR изготавливаются на 3D принтерах из титана и сплавов вроде инконеля. 3-D печать даёт большую свободу дизайна и более быстрое моделирование, по сравнению с традиционными методами. Различные компоненты двигателя RAPTOR в настоящее время проходят испытания на испытательном стенде НАСА, именуемом Stennis E2.

RAPTOR будет выпускаться в двух версиях: атмосферной, которая будет использоваться на первой ступени ракеты-носителя и вакуумной, которая будет двигать вторую ступень и космический корабль.

По последним оценкам, тяга RAPTOR’а будет составлять приблизительно 2300 килоньютонов, что в три раза больше тяги двигателя SpaceX Merlin 1D и около одной трети от тяги Apollo Saturn F-1.

 

Марсианская миссия

Концепция двухступенчатой полностью многоразовой ракеты-носителя с космическим кораблём уже была принята. «Марсианский транспортёр колони» будет состоять из первой ступени (кодовое название BFR) и второй ступени космического корабля (кодовое название BFS). Из каких шагов будет состоять такая ​​миссия?

  1. Ракета-носитель запустит ракету второго этапа – Марсианский транспортёр, космический корабль со 100 тоннами полезной нагрузки, на низкую околоземную орбиту, затем носитель вернётся обратно на стартовую площадку.
  2. Затем ракета-носитель запустит на орбиту второй корабль — заправщик, и вернётся к месту старта.
  3. Заправщик встретится с транспортёром для перекачки топлива.
  4. Заправщик отсоединится и вернётся к месту старта.

Шаги 2-4 будут повторяться 2 раза или больше, чтобы полностью заправить транспортёр.

  1. В нужный момент, транспортёр выполнит начальный запуск двигателей и начнёт перелёт к Марсу.
  2. При приближении к Марсу, транспортёр выполнит серию высокоточных запусков двигателей для посадки и окажется на поверхности Марса.
  3. Транспортёр разгрузится на поверхности.
  4. Транспортёр заправится на Марсе при помощи топливного химического реактора.
  5. В нужный момент, транспортёр запустится с марсианской поверхности и полетит к Земле.
  6. При подлёте к Земле он выполнит серию высокоточных запусков двигателей и приземлится на стартовой площадке.

Вся эта миссия займет больше года, потому что орбитальные перелёты могут занять 6 и более месяцев. Кроме того, окно для полёта к Марсу по короткой траектории открывается раз в 26 месяцев.

 

Носитель

Одноступенчатая ракета-носитель будет запущена с земли подобно первой ступени Falcon 9. При этом, для получения достаточной тяги, может потребоваться до 30 атмосферных RAPTOR’ов.  Следовательно, ракета может быть огромной: 15 метров в диаметре и 120 метров в высоту, выше, чем ракета Сатурн V, и в полтора раза шире ракеты-носителя, перевозившей людей на Луну.

 

Сравнение размеров ракет МКТ, Falcoln 9 и Сатурн V

Сравнение размеров ракет Сатурн V,  МТК и Falcoln 9

Космический корабль

Космический корабль будет использовать несколько вакуумных двигателей RAPTOR и тоже будет большим: 60 метров в высоту и 15 м в ширину. Корабль с носителем будет иметь высоту 180 метров, более чем в полтора раза выше Сатурна V.

Планируются два варианта космических кораблей: низкоорбитальный заправщик и транспортёр.

Заправщик будет иметь дополнительные топливные баки, которые могут быть использованы для дозаправки космических транспортёров на низкой околоземной орбите. У всех космических кораблей будут порты для перекачки топлива.

Транспортёр будет доставлять до 100 тонн груза или пассажиров на Марс. За первое десятилетие, полеты будут в основном грузовые, с, возможно, не более десятью пассажирами в миссии; а спустя десятилетия, перевозка по меньшей мере 100 пассажиров может стать явью. Для того чтобы обеспечить эту универсальность, транспортёр, вероятно, будет включать большой грузовой отсек, который может быть загружен как грузовыми, так и пассажирскими модулями. Место для одного пассажира может быть меньше, чем на круизном судне и больше похоже на место во внедорожнике. В какой-то момент в будущем, возможно, имеет смысл для SpaceX вкладывать значительные усилия в разработку действительно комфортных пассажирских кают, но это может быть ещё на два десятилетия позже.

В первое десятилетие, из-за небольшого количества пассажиров, может быть удобно будет перевозить их к транспортёру на Dragon 2, устранив потребность в массивной системе аварийного спасения пассажиров.

Благодаря разделению пассажирских модулей, один или несколько могут оставаться на транспортёре, чтобы обеспечить перевозку пассажиров обратно на Землю, в то время как выгруженные модули могут быть использованы в качестве марсианских обитаемых помещений.

Некоторый разгрузчик также может потребоваться, чтобы переправить эти модули на марсианскую поверхность.

При подъёме с Земли, космический корабль, вероятно, будет иметь возвращаемый головной обтекатель. Для спуска на Землю потребуется большой теплозащитный экран. Для спуска на Марс, SpaceX еще не указало, будут ли использоваться механические системы торможения.

SpaceX выразил заинтересованность в электрических ракетных двигателях для того, чтобы уменьшить время орбитального перелёта (и, как следствие, уменьшить воздействие космического радиационного облучения), особенно, если будут использоваться солнечная или ядерная энергетические установки при полёте к Марсу.

Небольшое укрытие радиации будет необходимо для защиты пассажиров при вспышках Солнце. Поскольку вода — это наилучшая защита от солнечных высокоэнергетических протонов, водные резервуары могут обеспечить наилучшую защиту.

Остаётся открытым вопрос о том, как пассажиры будут защищены от физиологических последствий длительной невесомости. Если защита будет основываться на физических тренировках, то это может повлиять на расположение пассажирских модулей. С другой стороны, если создать на корабле центростремительное ускорение вместо земного ускорения свободного падения, то это скажется на конструкции всего траспортёра.

 

Стартовая площадка

Описываемый корабль будет слишком большим для стартового комплекса 39А в Космическом центре имени Кеннеди (на аренду которого SpaceX подписала с НАСА двадцатилетний договор). Следовательно, будет нужна новая, большая стартовая площадка, возможно, на новом космодроме Браунсвилл, Техас.

Площадка 39А.

Площадка 39А.

Большой диаметр ракеты-носителя и космического корабля сделает их слишком большими для транспортировки, завод-изготовитель должен будет находиться вблизи космодрома. Пусковому комплексу понадобится также и  большое здание для сборок аппаратов, подъёмно-транспортная установка и система производства, хранения и распределения жидких метана и кислорода.

 

Марсианская база

На марсианской посадочной площадке должны быть средства хранения и производства метано-кислородного топлива, получаемого из углекислого газа и льда. Такая фабрика будет оснащаться компактным ядерным реактором (6 метров в высоту и 5 метров в диаметре), что также будет давать тепло. Для того, чтобы извлечь воду, может потребоваться некоторое количество разведочного бурения.

Для установки на Марсе такой базы, необходимо успешное завершение одной или нескольких беспилотных грузовых миссий перед отправкой туда людей.

Нельсон Бридуэлл