Еще раз о наступившем будущем

В 2021 году произошло историческое событие которое ни кто не заметил - установка MOXIE доказала что химия на Марсе работает так же как на Земле и из СО2 можно производить кислород электролизом. Историчность этого события в том что оно похоронило саму концепцию ядерных ракетных двигателей, по крайней мере до начала космических войн, либо открытия месторождений самородного метана в космосе. Чтобы взлететь с поверхности Марса и разогнаться до 6 км/с (вторая космическая Марса, плюс потери, плюс гиперболический избыток скорости для отлета к Земле) ЯРД со скоростью истечения 9 км/с потребуется 0.95 тонн водорода на тонну конечной массы. Проект ступени Nerva 2 на 131 тонну водорода приходится 27 тонн сухой массы или 4,81 тонн  водорода на тонну ступени. Итого на тонну конечной массы ядерного марсолета приходится 0.2 тонны ядерной ступени.

Теперь допустим что мы выкинули ядерный двигатель с его биологической защитой и поставили вместо него пустой бак для кислорода, который наполнили тем что синтезировали на Марсе и кислород-водородный ЖРД. Для отлета к Земле теперь нужно 2.8 тонн водород-кислорода из которых привозного водорода 1/7 часть или 0.4 тонны. Технологии хранения жидкого водорода нужны как ядерному, так и химическому кораблю, вот только у химического этого водорода меньше. Как пример водород-кислородной ступени возьмем Центавр V2.  На 20.8 тонн топлива приходится 2.25 тонн ступени или 9.25 тонн топлива  на тонну ступени. На тонну конечной массы приходится 0.3 тонны  конструкции.

Если мы перейдем на керосин, который на Марсе скорее замерзнет чем испариться у второй ступени Фалькона-9 ФТ 75.2 тонн кислорода на 32.3 тонны керосина при 4 тоннах конструкции и скорости истечения 3.4 км/с. Нам нужно 4.84 тонны топлива на тонну конечной массы. Из них керосина 1/3.33 или 1.45 тонн. Конструкции на тонну топлива 1/26.88 или 0.18 на тонну конечной массы

Если же мы летим на метан-кислород которого в тонне топлива 1/3.6 при удельном импульсе в вакууме 3.6 км/с получим 4.29 тонны топлива на тонну конечной массы, из них 1.19 тонн приходится на метан. Конечная масса должна быть одного порядка с фальконовской если не обвешивать ступень аэродинамикой, как у Старшипа. Плотность керосина 800 кг/м3 против 400 кг/м3 у метана, но метана в смеси почти вдвое меньше. Короче пусть будет 1/20 и 0.22 тонны ступени в конечной массе.

Сведем все в таблицу:

Как видно из таблицы, кислород-водородный получается легче ядерного, остальные тяжелее, но не принципиально. Да, в таблице не учтен топливный завод, но его достаточно запустить один раз, максимум два ради резервирования. Длительное хранение кислорода на Марсе - вопрос отбора части мощности холодильника топливного завода на ожижение испарившегося кислорода.

Да, почти во всех проектах ядерных марсолетов с Марса на ЯРД не взлетали, а взлетали на химии к ядерному кораблю на орбите. Вот только возможность использования марсианского кислорода означает что ядерный корабль на орбите просто не нужен - химический челнок сам до Земли долетит. Да, если добывать только кислород гонять один многоразовый Старшип туда-сюда как на презентациях Маска, в которых добывается еще и метан, не получится. Придется завозить метан одноразовыми (по причине отсутствия метана на обратно) танкерами, но гораздо меньше чем в варианте с завозом еще и кислорода. Либо делать одноразовые посадочную и возвратную ступень.

Ядерный двигатель имеет преимущество в максимально достижимом приращении скорости ступени - до 18-20 км/с с одной ступени против 8-10 у ЖРД. Но для большинства перелетов в Солнечной это преимущество не нужно:

А там где нужно это взлет с Земли, Венеры или выход на низкие орбиты вокруг Гигантов без дозаправок на спутниках. С первым засада даже не в экологии, а в тяге Нервы-2 30 тонн при начальной массе 158 тонн без полезной нагрузки. Так что возможно ЯРД я еще польстил.