Может ли человек достигнуть Плутона всего за год?

4 июля должно произойти поистине уникальное историческое событие — автоматическая межпланетная станция «Новые горизонты» приблизится к Плутону на расстояние 12 500 километров от поверхности карликовой планеты. Это станет не только научной сенсацией, но и одним из самых выдающихся достижений НАСА.
Однако что же будет дальше?

Что если зонд откроет что-то по-настоящему невероятное за 9 дней наблюдений за карликовой планетой? Например, уникальный химический состав на поверхности, который, как и кислород в земной атмосфере, может быть результатом биологических процессов. Пусть это и невероятное предположение, но что если он зафиксирует на поверхности явно искусственные объекты — гигантские пирамиды или следы древней цивилизации?

В случае ошеломляющего открытия НАСА вполне может пропустить следующий логический шаг — исследование небесного тела при помощи робота — и отправить к ней пилотируемую миссию. Но является ли такая миссия возможной в ближайшем будущем, учитывая технологические ресурсы, которыми обладает человечество?

Наиболее перспективным двигательным установкам, которыми мы обладаем сегодня, потребуется от 10 до 15 лет, чтобы доставить космический аппарат весом 1,6 килограмма на орбиту Плутона. МКС находится на орбите Земли с 31 октября 2000 года, хотя сверхмощных двигательных установок на ней нет. Разумеется, нельзя сравнивать МКС и пилотируемый космический корабль, отправляющийся к Плутону — в течение последних 14 лет на МКС доставлялось все необходимое и была постоянная смена экипажей с Земли.

В отличие от МКС, астронавты такой миссии были бы полностью изолированы, а их системы обеспечения должны быть полностью автономны. Такого опыта пока не было — самый долгий период нахождения человека в космосе на сегодняшний день составляет 437 суток. Что если ввести астронавтов в режим гибернации (длительный сон)? Дело в том, что в настоящее время ученые не знают, как ввести человека в гибернацию и затем пробудить его к жизни. Поэтому следует полагаться лишь на технологии, которыми мы располагаем сейчас, утверждает разработчик Тим Де Бенедиктис в статье, опубликованной на Space.com.

Так существуют ли технологии, способные доставить многотонный управляемый космический корабль к Плутону в течение, скажем, года? Удивительно, но ответ — да. И мы знакомы с этой технологией еще с 1950-х годов. Любители научной фантастики, наверное, сразу поймут, о какой технологии идет речь — это проект «Орион». Идея заключается в том, что движение корабля происходит за счет взрывов тысяч маленьких ядерных бомб, расположенных сзади. Ядерный заряд подрывается на малой дистанции от корабля (100 метров), а большая часть продуктов взрыва направляется в хвост, где массивная пластина принимает импульс, который передается кораблю через систему из огромного количества амортизаторов. Выхлопные скорости — от десятков до сотен километров в секунду, но с миллионами тонн тяги.

Оригинальные разработки относятся к ранним 1960-м, однако в 2000-х НАСА пересмотрели идею разгона корабля толчками плазмы от ядерных взрывов (извне корабля) уже под другим названием — External Pulsed Plasma Propulsion. Самый маленький ядерный космический аппарат будет иметь массу около 900 тонн, хотя оригинальная команда разработала передовую технологию межпланетных полетов, способную доставить 10000-тонный космический корабль к Сатурну и обратно за три года. Хотя такой корабль можно запустить прямо с Земли, ядерные осадки сделают идею несостоятельной.

Однако возможно сконструировать корабль прямо на орбите (на МКС) и запустить к Плутону оттуда. Год или два спустя корабль замедлит скорость у орбиты Плутона и выключит двигатели. При управляемом спуске к поверхности можно использовать ракеты на обычном топливе. Гравитация на поверхности карликовой планеты равна 1/12 земной или половине лунной. Посадка на поверхность с низкой орбиты (100 километров) потребует половину Дельта-v (изменение скорости в результате работы реактивного двигателя, необходимое для выполнения маневра) того же показателя при посадке на Луну с той же высоты (800 м/c и 1700 м/c соответственно).

Посадка на Плутон любого космического аппарата (не говоря уже об управляемом корабле) станет вызовом. В отличие от Луны, у Плутона есть тонкая атмосфера из азота, метана и окиси углерода. Атмосферное давление на поверхности изменяется от 6,5 до 24 микробар — примерно как на высоте 80 километров на Земле или приблизительно 1/1000 плотности атмосферы Марса на его поверхности. Скорее всего, потребуется использовать теплоизоляционный экран, но такие показатели недостаточны, чтобы использовать возможность аэродинамического торможения (парашют).

Многоразовый пилотируемый космический корабль компании SpaceX Dragon V2 сочетает в себе использование термоизоляционного щита и реактивных двигателей для посадки. Возможно, это шаг в верном направлении — у корабля достаточно топлива для осуществления маневра при посадке с низкой орбиты (топлива хватит для Дельта-v 300 м/с), поэтому дополнительное топливо могло бы быть использовано для посадки, взлета и стыковки с кораблем на орбите.

Другая опасность — на поверхности Луны много силикатных пород, однако Плутон покрыт льдом. И не только водяным льдом, но замороженным метаном, угарным газом и азотом. Есть реальная опасность, что контакт с горячими выхлопами ракеты (несколько тысяч градусов) может испарить посадочную площадку.