По меньшей мере впятеро дешевле обойдется намеченная на 2018 год марсианская экспедиция, если при ее подготовке будут использованы новые разработанные российскими учеными технологии. Столь существенно сэкономить, по мнению исследователей, можно на транспортных расходах.

Базовая посылка авторов – это уменьшение затрат на получение энергии в пути и более рациональное ее использование. Иными словами, ученые не только разработали технологию, позволяющую более дешевыми методами делать легкие и эффективные солнечные батареи, но и нашли конструкторские решения, позволяющие использовать электрические двигатели практически на всем пути к Марсу и обратно. Финансовую поддержку ученым оказал Международный научно-технический центр.

Итак, первое, что предложили сделать ученые для облегчения, в прямом и переносном смысле этого слова, путешествия – это новую для космоса конструкцию солнечных батарей. Кристаллический кремний или еще более дорогой арсенид галлия исследователи попробовали заменить сравнительно дешевым аморфным кремнием. Такая замена сулит двойную выгоду. Аморфный кремний можно метрами напылять на ленту подложки, а это бесспорно и дешевле, и технологически проще, чем колоть на тонкие пластины предварительно выращенные кремниевые кристаллы.

Но сам по себе аморфный кремний – неважная замена кристаллическому. Чтобы повысить КПД сделанных на его основе батарей, ученые разработали специальную технологию. С помощью тончайшего лазерного луча и точнейшей аппаратуры его наведения авторы научились создавать в исходно «беспорядочном» слое кремния «квантовые ямы» - участки размером в 2 нм с заранее заданной атомарной структурой. Расположенные в строгом порядке на расстоянии 10 нм друг от друга, эти участки создают в слое кремния как бы искусственный порядок, превращая его в подобие настоящего кристалла. Такой псевдокристалл в батарее уже работает почти столь же эффективно, как настоящий, а в ближайших планах ученых - добиться 15%-го КПД на этих батарейках.

Если же сделать стальную подложку батарей потоньше, чем обычно, то есть не в 100 микрон, а в 20 – этот прием исследователи уже отработали, то соответственно уменьшится общий вес солнечных батарей, и пропорционально – затраты на то, чтобы оторвать их от Земли. Отсюда и экономия – не нужно тащить в космос лишние тонны стали и топлива.

В результате электроэнергии, по расчетам ученых, должно хватить на то, чтобы лететь «на электричестве», а не на жидком топливе. Чтобы обеспечить необходимую космическому кораблю скорость, авторы разработали новый вариант электрического двигателя, работающего не на ксеноне, газе очень редком и потому дорогом, а на криптоне или даже (в перспективе) на аргоне.

«До сих пор подобные двигатели применяют в основном на небольших спутниках, причем только для того, чтобы развернуть спутник - объясняет один из авторов проекта, начальник этого направления в исследовательском центре им. М.В. Келдыша Виталий Семенов. Для создания тяги в них используют ксенон. Этот выбор не случаен. Внешние электроны в объемных атомах этого газа расположены далеко от ядра, и «оторвать» их, чтобы превратить газ в ионизованную плазму, сравнительно просто. Затем уже ионизованный ксенон разгоняют в электрических полях и добиваются высоких скоростей истечения его, благодаря чему аппарат перемещается в космическом пространстве.

Наши солнечные батареи позволят «добыть» в космосе энергии достаточно для того, чтобы ионизовать более дешевые и доступные инертные газы – криптон и аргон. Конечно, это потребует больших энергетических затрат по сравнению с ксеноном, но солнечные батареи и преобразователи, тоже специально сконструированные, с этой задачей справятся.

В результате этих и некоторых других усовершенствований можно снизить затраты на марсианскую экспедицию – со $ 100 млд до $ 16-20 млд. Разумеется, точные цифры будут в значительной степени определяться составом стран-участников проекта, а это вопросы уже политические. Что же касается научной стороны дела, то предварительные исследования, проведенные нами и нашими коллегами из РКК «Энергия» им. С.П. Королева, ГП «Красная звезда», ИКИ РАН и ИМБП РАН, доказали, во всяком случае в лабораторных, а частично и орбитальных экспериментах, что технологии наши работают, и работают хорошо. Дальнейшие исследования необходимы, однако имеющийся задел позволяет надеяться на успех и наших разработок, и проекта пилотируемой экспедиции на Марс в целом».