“На миссию к Красной планете при использовании ракет на химическом топливе надо с орбиты Земли отправить пусковую сборку с начальной массой не менее 3000 тонн.
Большую часть этого космического корабля займет реактивное топливо – горючее и окислитель, например жидкий кислород и водород. Тогда в миссию к Марсу можно отправить корабль с полезной массой около 100 тонн. Причем лететь эта миссия к Марсу будет по «классической» схеме, используя так называемую гомановскую эллиптическую траекторию, по которой путь к нашему соседу по Солнечной системе занимает около 230 суток.
В 1960-х годах в США просчитывали проект пилотируемой миссии к Марсу, при которой на орбите Земли собирали 1200-тонный пусковой корабль, который приводился в движение с помощью нагретого в ядерном реакторе водорода. В рамках подготовки американской марсианской миссии по проекту NERVA на земле была испытана целая серия ядерных реакторов, которые позволили достичь удельного импульса в пределе 850–950 секунд, против 450 секунд для лучших кислород-водородных химических жидкостных ракетных двигателей (ЖРД). Именно такое увеличение удельного импульса позволило почти втрое снизить стартовую массу корабля – ведь чем быстрее двигатель выбрасывает реактивную массу, тем эффективнее идет разгон и торможение.
Мощность реактора NERVA должна была быть просто громадной – более 4000 МВт в тепловом эквиваленте. Это позволило бы выбросить в реактивную струю весь имеющийся на борту водород в очень коротких импульсах разгона и торможения. Водород бы одновременно выступал и охладителем реактора, унося с собой избыточное тепло – но, тем не менее, активная зона реактора кратковременно нагревалась бы почти до 3000°С.
Впоследствии от идеи «ядерного ЖРД» все-таки отказались. Все дело в том, что он использует нагреваемый водород крайне неэффективно. Скорость истечения реактивной струи, которая, собственно говоря, единственно и важна для разгона или торможения космического корабля, в нем составляет всего 9–10 км/c, лишь вдвое выше, чем у лучших ЖРД.
Однако уже в 1980-х годах и в СССР, и в США появились первые работающие прототипы ионных и плазменных двигателей. Ионные двигатели имеют скорость истечения рабочего тела в пределе 20–50 км/c, а их плазменные «коллеги» (например, разрабатываемый сейчас в США двигатель VASIMR) обеспечивают скорость истечения рабочего тела в диапазоне от 30 до 300 км/c. В таком случае оказывается, что при полете к Марсу можно обойтись гораздо более скромными реакторами. Например, поставив на 100-тонный космический корабль реактор с полезной мощностью в 2 МВт и снабдив его всего лишь 50 тоннами реактивного топлива, мы будем лететь на Марс 250 дней, а если сможем поставить на 100-тонный корабль реактор с полезной мощностью в 50 МВт, то на том же топливе полет на Марс сократится лишь до 40 дней. “
Источник: Создание «ядерного буксира» откроет России дорогу на Марс https://vz.ru/society/2019/9/4/995757.html