#чтиво | Как NASA планировало полеты на Марс и Венеру

Предвкушая взрыв поддержки после посадки на Луну, NASA начало задумываться о более серьезных вещах. Представьте себе: 3 астронавта, 150 миллионов километров от Земли, разговор с «хьюстоном» с четырехминутной задержкой. Они ничего не видели в иллюминаторах, кроме звезд на фоне кромешной тьмы, последние 150 дней. С тщательно рассчитанной траекторией, астронавты медленно заходят на орбиту Венеры и видят толстый слой облаков…

Похоже на сюжет фантастического фильма, не так ли? Тем не менее, в конце 60-х годов NASA планировала миссии по отправке людей на Венеру и Марс, используя технологии эпохи «Аполлона». Эти миссии летали бы в 70-80 годах на почве людских ожиданий и повышенного интереса к покорению космического пространства после удачного приземления «Аполлона». Да, это были весьма смелые миссии, но они не нуждались ни в чем, кроме того, что уже было под рукой.

Программа Apollo Applications

Программа NASA «Аполлон» достигла пика в 1965 году. На полпути от ее создания и до конца освоения Луны, программа как добивалась успеха, так и теряла поддержку. Деньги были крайне необходимы в других местах: в решении домашних вопросов и в Юго-Восточной Азии, где бушевала Вьетнамская война.

Опасения по поводу будущего «Аполлона» после посадки на Луну привели к созданию программы Apollo Applications. Это была попытка агентства сохранить команду, которая дала жизнь «Аполлону», и использовать ее опыт в разработке других миссий, которые вывели бы человечество в космос. В основе этих миссий должна была быть научная, а не политическая идея. Сложно сказать, были бы это полноценные миссии или нет, но как минимум они показали бы, что NASA смогло бы сделать с существующими технологиями «Аполлона».

Первыми смутными целями программы было установить пилотируемую орбитальную лабораторию и отправлять миссии к ближайшим планетам на технологиях «Аполлона» — две цели, которые обеспечили бы NASA продолжением производства конфигурацией Apollo-Saturn. Но эти цели не были достаточно вескими. NASA не могло продолжать строительство одноразовых аппаратов «Аполлон» и ракет «Сатурн-5» без конкретных задач на повестке.

Mariner-2 глазами художника

Чтобы найти их, агентство обратилось к Bellcomm, подразделению AT&T, созданному в марте 1962 года для поддержки космического агентства, оценки теоретических миссий и выполнения независимого анализа. Bellcomm и привела сотрудников NASA к возможности пилотируемых миссий на Венеру и Марс.

27 августа 1962 года NASA запустило первый в истории зонд на Венеру. Mariner 2 прошел в тридцати тысячах километров от поверхности планеты 14 декабря, прежде чем выйти на гелиоцентрическую орбиту. Это была миссия по облету, а не тщательному изучению соседки, однако зонд выяснил, что у Венеры нет сильного магнитного поля и что планета очень-очень горяча. Mariner-2 выяснил также, что радиационная активность Венеры наносит ущерб не больше, чем где-либо еще за пределами магнитного поля Земли. Этот факт, наряду с твердой уверенностью того, что под облаками Венеры таится множество секретов, сделал миссию на эту планету весьма привлекательной.

Венера стала достойным объектом для изучения (учитывая то, что никто не знал, что прячется под облаками Венеры), а значит, могла дать нужный толчок развитию программы Apollo Applications.

С точки зрения Bellcomm, попасть на Венеру было нетрудно. Одним из ключевых элементов успеха «Аполлона», который был очевиден еще до полета на Луну, было то, что у космического аппарата была модульная конструкция. Имея трехсторонний космический аппарат — лунный модуль, который сядет на Луну, служебный модуль, как основной силовой агрегат, и модуль возвращения на Луну — можно было отказаться от каждой из секций, как только она переставала быть необходимой. Получается, хватало одной ракеты «Сатурн-5», чтобы запустить всю конструкцию.

Космический аппарат, предназначенный для Венеры

В основе миссии на Венеру, предложенной Bellcomm, лежал тот же модульный подход: строительство трехстороннего корабля, который сможет взлететь на одной «Сатурн-5». Венерианская миссия также задействовала бы командный и служебный модули «Аполлона» как основные. Командный модуль должен был стать ядром машины, в котором экипаж вылетал и возвращался. Он практически не отличался от лунного модуля, за исключением 430 фунтов аблятивного материала, который защитил бы корабль от воздействия атмосферы — возвращение экипажа с Венеры должно было пройти быстрее, чем возвращение с Луны.

В остальном космический корабль был бы таким же. Компьютер в командном модуле был бы основным поставщиком информации и контроля навигации на протяжении всей миссии, как это было во время полета «Аполлона» на Луну. Все, что нужно было сделать — изменить программу, рассчитать траекторию и ехать. NASA на Земле отслеживало бы все передвижения корабля.

Что более важно, CSM, то есть командный модуль, должен был стать спасательной шлюпкой экипажа. Единственный модуль, способный летать от батареи — это нужно во время повторного захода на Земле. CSM был модулем, в котором экипаж мог укрыться в случае отказа после запуска. С полностью заряженными батареями, привязанный к Венере CSM мог быть отличным убежищем на 60 дней. Там даже были запасы трехнедельного рациона для экипажа на случай, если он приземлится где-то в пустыне в конце миссии. Столько же провизии было на руках у экипажа.

Но командный модуль был слишком тесен для миссии с такой продолжительностью. Миссия на Венеру не предполагала использование лунного модуля, поэтому эта часть была снята и заменена более крупным экологическим модулем поддержки (ESM). Но ESM не запускался вместе с CSM; астронавты должны были соединить два модуля в полете. Таким же образом астронавты «Аполлона» подключали лунный модуль на пути к Луне.

Венера

Последним модулем венерианского «Аполлона» был SIV-B. Это была верхняя ступень «Сатурна-5», и ее основной функцией было движение корабля с орбиты Земли к Венере. В то время, как лунная команда отбрасывала этот модуль на пути к Луне, группа, летящая на Венеру, будет держать его прикрепленным. Он будет их основным местом для жизни после обновления. Все, что экипажу будет для этого нужно, будет храниться в ESM. Очищенный SIV-B также станет основным источником энергии во время миссии. Поскольку этот модуль самый большой, солнечные батареи на внешних панелях должны были накопить достаточно энергии для поддержки всех трех модулей и сохранить батареи CSM заряженными на всякий пожарный случай.

Все три модуля планировали усилить, чтобы защитить экипаж от микрометеоритов или больших метеоритов, хотя ни один из них не представлял особой опасности. А вот солнечные вспышки представляли собой определенную опасность, учитывая то, что экипаж летел в сторону Солнца. Пролетая Венеру, экипаж будет на расстоянии 85 миллионов километров от светила. В качестве меры предосторожности, ESM был усилен специальным щитом от радиации. Таким образом, модуль был бы безопасным даже в случае солнечного шторма.

Доклад Bellcomm за 1967 год наметил основные пункты в миссии на Венеру: в идеале было бы запустить корабль в течение месяца с 31 октября 1973 года. Идеальное время для запуска. Не только потому, что планеты выстроятся нужным образом, но и потому что был обещан год низкой солнечной активности.

Пилотируемый полет на Венеру

Экипаж ненадолго остановился бы на земной орбите после запуска с мыса Канаверал, проверил все системы, работают ли они. Потом активировал бы двигатель SVI-B, набрав скорость, необходимую для достижения Венеры. Эта активация ознаменовала бы начало 123-дневного пути, в течение которого экипаж наблюдал бы глубокий космос с помощью ультрафиолетового, рентгеновского и инфракрасного телескопов, установленных в ESM.

Примерно 3 марта 1974 года экипаж достиг бы Венеры. Телескопы широкого спектра позволили бы заглянуть под поверхность венерианских облаков; экипаж собрал бы данные о поверхности планеты, химическом составе нижних слоев атмосферы, о гравитационном поле и о свойствах различных слоев облаков. Можно было бы даже выпустить автоматические зонды, небольшие транспортные средства, чтобы отправить данные об атмосфере обратно на корабль в режиме реального времени.

Используя гравитацию Венеры, экипаж мог бы набрать достаточный импульс, чтобы вернуться на Землю. Планетарная геометрия показывала, что команда вернется за 273 дня.

На протяжении всей миссии экипаж должен был бы передавать данные ученым на Землю для контроля миссии. Это снизило бы нагрузку и сняло бы необходимость загружать экипаж камерами — командный модуль не смог бы взять много. С постоянным потоком данных ученые могли бы изменить направление корабля или попросить экипаж повторить эксперимент или наблюдения.

Экипаж вернулся бы на Землю примерно 1 декабря 1974 года. Вся миссия заняла бы 400 дней.

400 дней жизни в космосе

К 400-дневной миссии пришлось бы готовить экипаж и корабль, но это не было невозможно. Самой сложной частью была бортовая переработка и система хранения данных.

Экипажу предоставлялось 500 фунтов воды (около 200 литров). 100 из них хранились в ESM и должны были перерабатываться на протяжении миссии, обеспечивая экипаж свежей питьевой водой, другие же 400 были зарезервированы на случай чрезвычайной ситуации. Атмосфера также подвергалась переработке. Но вместе канистр из гидроксидом лития, которые «Аполлон» брал на Луну (угольные фильтры удаляют углекислый газ из воздуха, но канистры нельзя использовать повторно), миссия Apollo-Venus полагалась на молекулярное сито. Оно поглощало бы атмосферную воду из пота астронавтов и их дыхания, впитывая в силикагель. Были на борту и канистры, но как в случае с дополнительной водой в CSM, они были на всякий пожарный.

От лунной миссии венерианская отличалась не только системой очистки атмосферы: вся атмосфера была другой. В то время как миссии Mercury, Gemini и Apollo все использовали чистую кислородную атмосферу, миссия Apollo-Venus должна была впервые получить двойную газовую систему: 70 процентов кислорода и 30 процентов азота. Такое решение было продиктовано не только страхом бортового пожара. Просто никто не был уверен в том, как экипаж физиологически воспримет 400-дневное заключение в атмосфере чистого кислорода. Более сложная и тяжелая система была разработана для безопасности экипажа.

Как и система среды, экипажу придется быть автономным в этой миссии. Десять килограмм медикаментов означало то, что астронавтам нужно было следить друг за другом, лечить самые незначительные порезы и синяки. Также не должно было оставаться никакого мусора: мешки для фекалий и прочего в ESM вмещали бы до 100 килограмм мусора, нейтрализовали его, и в них можно было бы хранить как отходы, так и избытки пищи.

С точки зрения человеческого фактора, повседневная жизнь космонавтов должна была балансировать между работой и игрой. Десять часов ежедневно каждый посвящал бы миссии ­— экспериментам, наблюдениям, общему техническому обслуживанию аппарата. Оставшееся время отводилось на отдых. Сюда входила еда и сон. Каждому астронавту отводилось по два часа времени ежедневно, во время которых можно было почитать, посмотреть фильмы или поиграть в игры. Во избежание мышечной атрофии, космонавтов обязали работать с велотренажером.

Предложение Bellcomm 1967 года было вполне жизнеспособным — как, в принципе, и планируемая миссия на Марс 2020 года — но у нее был один крупный недостаток. Взамен на 400 суток полета экипажу предложили просто мимолетно взглянуть на планету. Орбитальная миссия дала бы команде больше времени для изучения Венеры, что оправдало бы такую долгую миссию. И в исследовательском центре Льюиса при NASA нашли способ доставить людей на орбиту возле Венеры.

Орбитальная миссия на Венеру шла бы тем же путем, что и облет, но необходимое планетарное выравнивание для вывода экипажа на орбиту увеличило бы длительность миссии до 320 дней. После достижения главной цели, космический аппарат вышел бы на высокую эллиптическую орбиту. Спустя 40 дней экипаж отправился бы в 205-дневное путешествие на Землю.

За время пребывания возле Венеры, экипаж прошел бы по три радиуса планеты на каждой орбите, достаточно близко, чтобы радиооборудование смогло пробить облака. Но такая эллиптическая орбита была бы немногим лучше, чем обычный облет.

И хоть 565-дневная миссия ради двух дней близкого наблюдения не была идеальной, это все же было лучше, чем лететь в таком же режиме, чтобы посмотреть на Марс. Даже в случае запуска в идеальном окне, миссия на Марс потребовала бы больше топлива и ресурсов, тем самым стала бы более дорогой. При тех же условиях отправления, экипаж бы достиг красной планеты за 252 дня, где оставался бы примерно 20 дней, а потом отправился бы в 178-дневное путешествие домой.

Но был и другой способ отправить людей к соседним планетам, который выглядел куда более лицеприятным для инвестиций: посетить две планеты в рамках одной миссии.

Планетарный бильярд Bellcomm

Не только Венера была привлекательной целью для миссий «аполлонов». Марс был другой мишенью. Исследовательское агентство определило возможности облета Марса в период с 1978 по 1986 год, что вполне укладывалось в сроки повышенного интереса к космосу со стороны людей на гребне славы лунной поездки «Аполлона». Как и облет Венеры, этот полет использовал бы свободную траекторию возврата: команда должна была сделать петлю вокруг планеты и вернуться домой. За время полета астронавты сделали бы наблюдения и провели эксперименты, а также развернули бы зонды. Была даже возможность сделать забор почвы с помощью зонда.

Но даже при условии траектории свободного возвращения, полет на Марс требовал больше топлива для начала. Больше, чем для облета Венеры. Поэтому Bellcomm предложила интересное решение. NASA могло бы послать экипаж сперва на Венеру, а потом, используя импульс облета Венеры, заглянуть на Марс на обратном пути. Это был тот же прием, который предпринял «Вояджер» в 70-х годах.

Исследователи Bellcomm выяснили, что Венера и Марс часто выравниваются, представляя широкие возможности для миссии двойного облета. В период с 1978 по 1986 годы было пять благоприятных окон для запуска венеро-марсианской миссии. Некоторые варианты даже рассматривали тройной облет: со вторым залетом на Венеру по дороге домой.

Одно окно Bellcomm определила в 1981 году. Сценарий должен был развернуться 26 мая и превратиться в 790-дневную миссию. Начинался он похоже с венерианским вариантом: команда облетает Венеру 28 декабря, попадает на Марс 5 октября 1982 года и снова проходит Венеру 1 марта 1983 года перед возвращением домой 25 июля. Наименее благоприятная дата запуска в 1981 году добавляла только 60 дней полету, поэтому была вполне жизнеспособна. В ноябре 1978 года также были варианты двойного облета (Земля-Венера-Марс-Земля) и даже тройного (Земля-Венера-Марс-Венера-Земля).

Такие многочисленные облеты в рамках миссии, будучи в два раза более продолжительными, чем венерианские, довели бы астронавтов и космический корабль до предела возможностей. Но научная отдача была бесценной. Поскольку планеты всегда вращаются вокруг Солнца и вокруг собственной оси, каждая миссия, даже каждый шаг миссии привел бы астронавтов на разные часты планеты. Некоторые траектории приводили экипаж на дневную сторону около экватора, в то время как другие забрасывали на темную сторону рядом с полюсом. В каждом из случаев, инфракрасные датчики и картографические радары могли делать за астронавтов всю работу в случае невозможности разглядеть детали невооруженным глазом. Не было плохих моментов в этих миссиях.

Skylab

С самого начала, программа Apollo Applications столкнулась с реальной проблемой: у NASA не хватало денег, чтобы продолжать строительство аппаратного обеспечения «Аполлон» или запускать великие миссии в лучших традициях этой серии; кризис ухудшился по мере того, как лунная программа подходила к концу.

Но не только недостаток средств обрек миссии по облету Венеры и Марса. Предложения Bellcomm никогда не были рекомендациями. Они, скорее, были исследованиями, проверкой концепции, чтобы показать, какие типы миссий может запустить NASA с технологией Apollo и как оно может модифицировать эту технологию как часть программы Apollo Applications. Идеи должны были служить в качестве руководства агентства при разработке будущих миссий. Но по большей части, они никогда не выходили за пределы первоначального исследования Bellcomm.

За одним исключением. Дальновидные планы на межпланетные пилотируемые миссии NASA осели в виде орбитальной космической станции, которая наконец полетела под названием Skylab. Вместо того, чтобы остаться на орбите, ступень SIV-B «Сатурна-5» вернулась в земную лабораторию и стартовала на орбиту Земли 14 мая 1973 года. Три экипажа населяли станцию в течение 171 дня в последующий год.

Девять лет жизни Skylab казалось вполне достаточным во время запуска, но к концу десятилетия NASA не смогло поддерживать его. Орбита станции нарушилась и она упала на Землю. Skylab, последнее рабочее оборудование программы Apollo Applications, сгорело в атмосфере 11 июля 1979 года, рассеяв останки над Австралией.

Что ж, сегодня NASA переживает куда лучшие дни, чем тогда, когда агентство могло вывести человечество в космос, но ему не хватило денег.