В качестве подъемного газа можно использовать несколько вариантов. Самым эффективным будет водород — как и на Земле. Кстати, на Марсе, в отличие от Земли, он не представляет угрозы возгорания. Хотя его, может быть, сложно добыть, ибо для вытеснения 440 кг атмосферного углекислого газа нужно 20 кг водорода. Это, в свою очередь, требует электролиза 180 кг воды. А поскольку для электролиза 1 кг воды необходимо 5,5 кВт‑час энергии, общий расход электричества составит 990 кВт‑час.
При марсианских ценах на электроэнергию получится очень дорого. (Почти столько же энергии необходимо для питания жилого блока в течение двух недель). Что еще хуже, вне поселка вы можете вообще не иметь возможности купить этот живительный ресурс. Поэтому если вы не уверены, что успеете обернуться за одну заправку шара, использование водорода может стать нерациональным.
К счастью, есть дешевая альтернатива — водяной пар. С молекулярной массой 18, старая добрая вода в марсианской атмосфере с ее массой 44 может дать хорошую подъемную силу. Всего-то и нужно сделать — убедиться, что внутренняя температура шара держится на отметке выше 5 °C, дабы вода могла поддерживать давление газа более 8 мбар разреженной атмосферы Марса. Это условие можно легко выполнять в дневное время, используя шар, окрашенный в черный цвет — для поглощения солнечного тепла. Ночью же такой шар, если его не подогревать, сожмется, когда весь пар превратится в лед, и упадет. Поэтому нужно будет обязательно приземлиться до наступления темноты.
Еще одна популярная техника полета предпочитает водяному пару углекислый газ. Этот способ требует большего нагрева шара, чем может обеспечить один лишь его черный цвет. Однако блестящий металлизированный алюминиевый чехол может аккумулировать достаточно энергии для поддержания температуры 50 °C — чего вполне хватит для взлета. (Золотая металлизированная сумка днем может дать даже 90 °C и обеспечить еще бо́льшую подъемную силу. Но такие воздушные шары имеют тенденцию покидать своего хозяина при наземной ночной парковке, поэтому я их категорически не рекомендую.) Поскольку горячий углекислый газ не так эффективен, как водород и даже водяной пар, подобные обогреваемые солнцем воздушные шары для поднятия той же массы должны быть больше остальных. Но зато их подъемный газ доступен как воздух (потому что он и есть воздух). Более того, поскольку такой шар может получать газ прямо во время полета, его можно спускать по своему желанию, а также маневрировать вверх и вниз, ловя наилучшие воздушные потоки на пути к месту назначения.
Несмотря на легкость и удобство таких систем, некоторые не верят в надежность и точность ветра. Для них, а также для тех, кто боится неверного порыва ветра, обрыва строп или столкновения своего пленочного шара с милым марсианским камешком и последующего разрыва, существуют крылатые летательные аппараты.
Самолеты
Полет на крылатом аппарате так же возможен в разреженной атмосфере Марса, как и в земной стратосфере. И, как и на Земле, есть два варианта самолетов — с дозвуковой скоростью и со сверхзвуковой.
Дозвуковые летательные аппараты, имеющие скорость около 700 км/ч на Марсе, имеют преимущество в виде длинных прямых крыльев, обеспечивающих лучшие аэродинамические качества, чем маленькие дельтовидные крылышки сверхзвуковых самолетов. Помимо этого, для ускорения они могут использовать пропеллеры вместо ракетных двигателей. Эти два фактора при полетах на длинные дистанции делают их более эффективными, чем сверхзвуковые самолеты. Впрочем, и более неуклюжими и плохо управляемыми при возможных взаимодействиях с ландшафтом при взлете и посадке. Фактически из-за недостатка взлетных полос в большинстве поселений Марса, чтобы быть полезным, самолет должен уметь не только горизонтально летать, но и вертикально взлетать и садиться. В случае с дозвуковыми птичками, это может быть реализовано с помощью системы поворотных винтов. А сверхзвуковые ракетопланы для взлета и посадки в стиле древнего британского «Харриера» могут использовать подфюзеляжные реактивные двигатели.
Древняя разработка НАСА — дозвуковой марсианский самолет. Очевидно, там не знали, что пропеллер должен вращаться. Рисунок НАСА
Ракетные прыгуны
В наш век вы можете задаться вопросом: зачем вообще нужны крылья? Если использовать ракеты, зачем вообще продираться сквозь атмосферу, а не покинуть ее и путешествовать в вакууме? Ответ состоит в том, что для полетов на короткие и средние расстояния лучше использовать крылатые средства передвижения и существенно экономить на топливе, необходимом для баллистических систем. Кроме того, крылья дают больше маневренности и позволяют вносить корректировки курса вообще без использования топлива. Это может оказаться серьезным преимуществом, если, прибыв на важную встречу, вы обнаруживаете на ней совсем не тех людей, которых ожидали. Но следует сказать: ничто, кроме суборбитальной баллистической ракеты, не перенесет вас через полпланеты меньше чем за час.
Да, скорость — это хорошо. Она компенсирует затраты на горючее. С точки зрения производительности, использование того же самого метан-кислородного топлива, которым заправлялись древние орбитальные ракеты, — ваш лучший выбор. Но если вы не договорились с местными Сестрами о его поставке из ближайшего космопорта, стоить оно вам будет дорого. Как раз поэтому многие владельцы ракетных прыгунов предпочитают использовать ядерные двигатели.
Ядерный ракетный двигатель (ЯРД) — очень простое устройство: не путать с огромными и сложными системами ускорения из ядерных электрогенераторов, теплоотводов и ионных приводов, используемых межпланетными ядерниками. Являясь, фактически, вариацией середины XX века на тему летающего парового котла, ЯРД работает, используя твердотопливный реактор атомного распада — чтобы прямо испарять и нагревать жидкость, которая затем выбрасывается из ракетных дюз и обеспечивает тягу. Прелесть этих устройств в том, что, поскольку энергия поступает из реактора, теоретически в качестве рабочего тела можно использовать любую жидкость. Если хотите увеличить скорость истечения из двигателя, лучше всего подойдут жидкости с низкой молекулярной массой, например водород. Что, собственно, и было первоначальной идеей. Используя водород, хороший ЯРД может достичь скорости истечения 9 км/с, что вдвое превышает показатель лучших химических ракетных двигателей (водород/кислород; 4,5 км/с) и в 2,5 раза — более удобных метан-кислородных моделей (3,7 км/с). Таким образом, используя всего половину рабочего тела, водородный ЯРД может передать такой же импульс, как лучшая химическая ракета. Это очень полезно — например, если топливо нужно поднять с поверхности Земли на низкую околоземную орбиту, а вы платите за каждый доставленный килограмм. Но в принципе подойдет любое жидкое горючее — даже старый добрый углекислый газ. Да, он — с его высокой молекулярной массой — довольно неудачное рабочее тело для ядерной ракеты: максимальная скорость его истечения составляет всего 2,3 км/с, что по стандартам высокомерных инженеров химических ракет НАСА просто смешно. Но смысл в том, что на Марсе углекислый газ есть везде, и он бесплатен.
