Для осуществления подобных полётов будут разработаны:
— РН Ангара-А5
— КА «Федерация»
— Лунный корабль
— КВТК (Кислород-водородный разгонный блок тяжёлого класса)
Примерная схема полёта такова:
1. Вывод «Федерации» массой 16.5 тонн на низкую орбиту Земли.
2. Стыковка «Федерации» с КВТК, перелёт на орбиту Луны.
3. Запуск лунного корабля на орбиту Земли.
4. Стыковка лунного корабля с КВТК, перелёт на орбиту Луны.
5. Стыковка «Федерации» с лунным кораблём.
6. Посадка на Луну, исследования.
7. Взлёт с Луны.
8. Отстыковка лунного корабля, полёт «Федерации» к Земле, вход в атмосферу на второй космической скорости.
Для первых четырёх пунктов будет использоваться РН Ангара в конфигурациях с различной грузоподъёмностью.
Я попытаюсь предложить альтернативный вариант полёта, при котором можно было бы сделать это намного проще и сэкономить множество средств, не разрабатывать «Федерацию» и Ангару.
1) Ещё во времена Лунной гонки в СССР был разработан КА Союз 7К-ЛОК:
Он весил 9.95 тонн и предназначался для полётов к луне двух человек с высадкой одного из них на Луну. По сути он является модифицированным "Союзом" с увеличенной теплозащитой спускаемого аппарата и большей автономностью полёта. Я предлагаю модифицировать Союз 7К-ЛОК для полётов 3 человек к Луне. Это увеличит массу примерно до 11 тонн. Выводить его на орбиту будет РН РН Зенит-2 либо РН Союз-2-3.
2) Лунный корабль придётся разрабатывать с нуля в любом случае. Американский лунный модуль весил 15 тонн, на нём высаживались на Луну 2 астронавта за один полёт.
Но его можно сильно облегчить. Там стояли 6 аккумуляторов: 2 во взлётной ступени массой по 56.7 кг каждый и 4 в посадочной массой по 61.2 кг каждый. Ёмкость аккумуляторов во взлётной ступени была 16600 ватт-часов, в посадочной 46500 ватт-часов. Итого 63100 ватт-часов. Во время миссии Аполлон-14 астронавты пробыли на луне 33 часа. Следовательно мощность, потребляемая лунным модулем приблизительно равна 1.9 кВт/ч. Из-за несовершенства космической техники в те времена был такой огромный расход электроэнергии. Для подъёма этих 2-х аккумуляторов на орбиту Луны (dV=2300 м/с) было необходимо примерно 120 кг топлива. Итого получаем лишние 230 кг во взлётной ступени. Для посадки всего этого добра на Луну (230+245 кг) было необходимо около 500 кг топлива. Итого получаем лишние 1000 кг из-за одних аккумуляторов. Их можно заменить парой топливных элементов.
Также можно использовать композиты, это сэкономит ещё лишние 500-1000 кг. Итого масса лунного корабля с экипажем из 2-х человек составит около 13.5 тонн.
3) Модернизация разгонных блоков ДМ и ДМ-03 для возможности стыковки их друг с другом.
Итак, сейчас я опишу возможную хронологию полёта к луне со всеми техническими обоснованиями:
1. Запуск лунного корабля массой 13.5 тонн на НОО высотой 200 км с помощью РН Зенит-2 (Либо Союз-2-3)
2. Запуск разгонного блока «ДМ» (Масса топлива 15 тонн, масса пустого 3.4 тонн. Итого 18.4 тонн) с помощью РН Протон-М, стыковка с лунным кораблём.
3. Запуск четырёх разгонных блоков «ДМ-03» (Масса топлива 18.7 тонн, масса пустого 2.3 тонны. Итого 21 тонна. УИ=361 сек.) с помощью РН Протон-М, параллельная стыковка сзади разгонного блока «ДМ».
4. Запуск обновлённого Союза Союз 7К-ЛОК с помощью РН Зенит-2 (Либо Союз-2-3), стыковка с собранным комплексом.
5. Запуск двигателей четырёх разгонных блоков «ДМ-03». dV = 3150 м/с, этого достаточно для полёта к луне.
6. Запуск двигателя блока «ДМ». dV=1520. Торможение, выход на орбиту Луны 100х100 км.
7. Отстыковка лунного корабля, посадка на Луну. 2 человека проводят исследования на луне, а один ждёт их в Союзе.
8. Взлёт лунного модуля, стыковка на орбите Луны, переход всех космонавтов в "Союз", отсыковка лунного корабля, отход на безопасное расстояние, включение двигателей лунного корабля, падение ЛК на Луну.
9. Запуск двигателя Союза, полёт к Земле, вход в атмосферу на 2-ой космической скорости, приземление.
Плюсы предложенной мною схемы полёта по сравнению со схемой Роскосмоса:
1) Стыковка на Лунной орбите намного сложнее, чем на Земной, для этого нужно больше топлива и точные расчёты. Поэтому стыковка будет проходить на орбите Земли.
2) Нет необходимости в разработке новой РН и "«Федерации» ", что сэкономит средства, и позволит произвести больше полётов на Луну.
Комментарии (41)
DancingOnWater
29.01.2016 13:18+1>>1) Стыковка на Лунной орбите намного сложнее, чем на Земной. Поэтому стыковка будет проходить на орбите Земли.
Не вижу проблем, если честно. Уравнения небесной механики неустойчивы вдоль траектории, но это не проблема для стыковки.
Saturn_V
29.01.2016 13:37-2Для стыковки на орбите Земли можно использовать GPS/Глонасс, на Луне таких систем нет. Если во время стыковки на околоземной орбите произойдёт какая-либо поломка, то можно будет прервать полёт, войти в атмосферу и приземлиться.
Rumlin
29.01.2016 13:43+3Точный выход двух кораблей на одну и ту же орбиту сложен. Вот здесь можно посмотреть. Для коррекции орбит понадобится топливо, а доставить топливо на лунную орбиту намного дороже, чем всё это же сделать на земной орбите.
DancingOnWater
01.02.2016 10:11Но и маневрировать вокруг Луны несравненно проще
Rumlin
01.02.2016 17:34«Жить хорошо, а хорошо жить ещё лучше!» — к сожалению выбор будет в сторону более бюджетного решения, как бы разработчикам не хотелось что-то сделать проще, но дороже.
Rumlin
29.01.2016 13:24+2Производство Зенит-2 остановлено, это вполне может быть лоббизм на фоне политических событий.
Или сомнения в надежности гарантированных поставок. Т.к. производство не в РФ, т.е. определенный риск по гарантированому качеству или поставкам изделий в срок. Если ракеты не будут производить по паре штук в год, то к моменту разработки лунного корабля, может быть утеряно производство.Saturn_V
29.01.2016 13:44Прочитал Ваши ссылки. Тут 2 варианта развития событий: помириться с Украиной и использовать «Зенит», либо доводить до ума РН Союз-2-3 (он должен выводить на орбиту «Клипер» массой 14.5 тонн).
Rumlin
29.01.2016 14:26Я так понимаю у Союза-2-3 всё зависит от двигателей. И перспективы на двигатели призрачные.
DancingOnWater
29.01.2016 14:23+2Южмаш и Кб Южное умирает. Госзаказ, который пообещал Порошенко осенью 2014, так и не поступил. Само предприятие и кб попали в программу реструкторизации.
Увы, великолепной РН Зенит больше нет.Saturn_V
29.01.2016 14:24Жаль конечно, что пропадает такая ракета. Тогда нужно доводить Союз-2-3 до ума и использовать его.
IronHead
29.01.2016 13:25+3<цитата>«Я предлагаю модифицировать 7К-ЛОК для полётов 3 человек к Луне.» </цитата>
Кому вы это предлагаете? Читателям гиктаймс? Роскосмос все равно все сделает по своему (или, с большей вероятностью — не сделает из за нехватки средств)
pnetmon
29.01.2016 13:54>>1. Вывод «Федерации» массой 16.5 тонн на низкую орбиту Земли.
Лунная Федерация имеет большую массу.
Пилотируемый аппарат запускают последним в группе запусков.Saturn_V
29.01.2016 14:06В википедии написано, что для полётов на орбиту земли масса корабля будет 12 тонн, а для полётов к Луне 16.5.
Логически да, запускать пилотируемый аппарат нужно последним. Но в видео от Роскосмоса он запускается первым. Наверное, космонавты будут проводить исследования на орбите Луны в то время, пока лунный корабль будет лететь к ним.pnetmon
29.01.2016 15:48Это не соответствует заявленным 19, х тоннам
Видео — это видео, их много делали и разных. Можете почитать www.vpk-news.ru/articles/26713
Zippospb
29.01.2016 14:00+1Ранее читал данную статью: geektimes.ru/post/268662
А теперь вопрос: вы уверены, что модифицировать разработанный в 60х годах лунный модуль будет проще и дешевле, нежели разработать новый?Saturn_V
29.01.2016 14:01-1Сейчас «Союз» активно используется для полётов на МКС. Намного проще модифицировать его для полётов на Луну, чем разрабатывать с нуля «Федерацию».
Duumvir
29.01.2016 15:56Зенит-2 собирали на Украине, так что он никак не подходит под описанную схему. Да и основная проблема с советским наследием в том, что очень много из документации утеряно, и логичнее сделать всё новое.
v_alert
29.01.2016 15:57+1А еще дешевле было бы вообще не запускать на луну ничего. Живут же люди как-то без космических программ.
Не знаю, я как-то рад любым научным разработкам, и российским, и нет.
marvincfs
29.01.2016 15:58+2Ангару уже пилят и от нее вроде как не собирались отказываться, вы же предлагаете взять «старое» и «чужое» с риском срыва поставок и довести под свои цели. При этом еще и отказаться от доведения до ума Ангары, ведь если ее все время подменять чем то другим — какой смысл в Ангаре?!
zapimir
29.01.2016 22:08Их можно заменить парой топливных элементов
Во-первых, забавно вы считаете аккумы выкинули, а топливные элементы невесомые видимо?
Во-вторых заменить парой нельзя. Нужно минимум 4, так как нужно чтобы они были во взлетной и посадочной ступени, к тому же должно быть дублирование, на случай выхода из строя (потому собственно у американцев их было 6, так как не очень хотелось остаться на Луне без энергии).Saturn_V
29.01.2016 23:08А можно даже и без них. Энергоёмкость современных аккумуляторов составляет около 200 Вт*ч/кг. У «Союза» расход энергии 250 Вт/час, пусть у лунного корабля будет намного больше, 400 Вт/час. Тогда на 1 час будет необходим аккумулятор массой 2 кг, на день-около 50 кг. Нахождение на Луне будет не более 2 суток, масса аккумуляторов не превысит 100 кг. Дёшево и сердито.
zapimir
30.01.2016 01:18Вы слишком поверхностно считаете. 200 Вт*ч/кг это для качественного лития, причем без корпуса и какой-либо электроники типа платы защиты, охлаждения и т.п. У Теслы к примеру аккум на 85 кВт*ч весит 540 кг, т.е. чуть больше 150 Вт*ч/кг.
Но юзать несколько тысяч банок 18650 в КК стремновато, если же взять более безопасный литий-железо-фосфат. То по вашим же расчетам при среднем расходе в 400 Вт/час получается за 48 часов 19,2 кВ*ч, т.е. при номинальном напряжении 3,2 В получаем 6000 А*ч. К примеру, аккумы того же Лиотеха, есть максимальной ёмкостью 770 А*ч и весит 26,5 кг, получится 6000 / 770 примерно 8 аккумов, плюс дублируем для безопасности (или вы хотите на Луну лететь без резервирования источника питания?) получится 16 аккумов, т.е. 16 * 26,5 = 424 кг.
Понятное дело, что 400 Вт это пальцем в небо. Но я лишь хочу показать, что вы мыслите не совсем в ту сторону. ИМХО, больше толку будет от применения современных, как материалов, так и систем проектирования, а также цифровой системы управления. Что снизит и вес корабля, и расход энергии.Saturn_V
30.01.2016 07:56А зачем дублировать аккумы увеличением их числа аж в 2 раза? Если сломались аккумы, то можно сократить время миссии на Луне, и взлететь раньше. Все сразу отказать они не могут, даже одного аккума хватит на 6 часов. Поставить их 2 во взлётную ступень и 4 в посадочную.
Rumlin
30.01.2016 08:09+2По-моему раньше взлететь не получится — взлететь надо в необходимое время, чтобы со стыковаться с пролетающим на орбите модулем.
Saturn_V
30.01.2016 13:44Получится. Луна делает 1 оборот вокруг своей оси за 27.3 дня. Ещё экваториальная скорость вращения 4.6 м/с. Если придётся взлетать на несколько часов ранее, то просто нужно будет скорректировать орбиту. Возможно стыковка будет проходить немного дольше.
zapimir
30.01.2016 09:18+1Ну в 2 раза это условно, на тех же Аполоннах было 2 шины питания. На самом деле это гадание на кофейной гуще.
Все сразу отказать они не могут
Расскажите это астронавтам Аполлон-13, что одного аккума хватит. Всякое может быть, в случае аварии, они могут и по очереди выходить из строя, а тем более литий (даже железофосфатный) при повреждении «веселее» себя ведет, чем серебряно-цинковые.
omega-hyperon
30.01.2016 17:211) Для длительного функционирования предназначался предшественник блока «ДМ» — блок «Д», «ДМ» и его модификации живут не более 12 часов, т.к. в разгонных блока данного семейства используется криогенный компонент топлива, окислитель — жидкий кислород.
2) Малый срок существования данных разгонных блоков требует высокого темпа пусков, если собирать их в описанные выше «вязанки», но это входит в противоречие с имеющимися возможностями по пускам РН «Протон-М». Раньше, на этапе эксплуатации предыдущей версии ракеты, «Протон-К», на космодроме Байконур под нее было построено 4 пусковых установки, также была возможность задействовать дополнительных специалистов, что позволяло производить запуски с интервалом всего в 2-3 дня (что использовалось при запуске автоматических межпланетных станций, чтобы уложиться в пусковое окно). Сейчас, под пуски Протон-М, используется всего 2 пусковые установки, а 2 выведены из эксплуатации, минимальный промежуток между пусками составляет на современном этапе 2,5-3 недели, что делает невозможным даже сборку из 2-х блоков «Д», не говоря уже о четырех или пяти.
3) Откуда dV=1520? Там же метров 900, даже с учетом коррекций траектории.Saturn_V
30.01.2016 18:3213.5 тонн (ЛК)+11 тонн (Союз) + 3.4 тонны (пустой «ДМ»)= 28 тонн.
28 тонн + 15 тонн(топливо в «ДМе»)= 43 тонны.
dV= In(43/28)*9.8*361(УИ «ДМа»).
dV= 0.43*9.8*361=1517 м/с.
Тогда как вариант можно переделать блок «ДМ» под использование НДМГ/АТ. Это уменьшит УИ с 361 примерно до 320-325. Тогда нужно будет стыковать 5 «ДМов» вместо четырёх.omega-hyperon
30.01.2016 20:39Можно поступить с последним разгонником как в программе Н1-ЛЗ — использовать его для посадки ЛК. Собственный двигатель ЛК включался только на конечном этапе прилунения, а затем — для взлета. За счет этого можно сделать ЛК одноступенчатым, т.к. функции первой ступени на себя возьмет здесь «ДМ».
YuriyIvanov
30.01.2016 20:10Грустно наблюдать как за более чем пол века не придумали чего-либо концептуально нового… Схема почти один к одному с апполоном.
Rumlin
30.01.2016 21:02К слову оказывается схема у Аполлона «от бедности». Было создано решение одной единственной задачи — политическая задача первой высадки на Луну. Применить для других целей этот комплекс было сложно. Возможно бы если бы было другое универсальное решение, то полеты на Луну продолжались бы и там уже были бы лунные базы.
Процитирую замечательную книгу «Золотой век космонавтики: мечты и реальность», Москва, 2015:
Две цитатыЦелых 14 месяцев после речи Кеннеди Агентство обсуждало преимущества и недостатки различных способов миссии. По крайней мере, в первой половине этого периода многие руководители и специалисты NASA были уверены, что путь к Луне лежит через стыковку на околоземной орбите EOR (Earth Orbit Rendezvous). В этом случае лунный корабль собирался из компонентов, доставленных на орбиту при двух или более пусках ракет-носителей класса Saturn-5. Миссия EOR требовала разработки некоторых технологий, которые можно было легко использовать при создании первой американской космической станции. Подразумевая такую возможность, группа MSLRG в Лэнгли с середины 1961 года и до середины 1962 года работала в направлении исследования основных проблем проектирования и эксплуатации орбитальной станции.
Однако NASA выбрало схему со стыковкой лунного модуля с командным модулем корабля Apollo на окололунной орбите LOR, что позволяло обойтись одним пуском «Сатурна-5» и удешевить стоимость всей программы. Что, как потом выяснилось, самым пагубным образом сказалось на судьбе американских планов в отношении орбитальных станций.
Во-первых, была фактически дезавуирована непосредственная важность операций на околоземной орбите, и планы создания космической станции отодвинулись куда-то вдаль.
Во-вторых, цель высадки человека на Луну к концу десятилетия потребовала сосредоточения всех сил и средств. Соответственно, исследователям, работавшим по космической станции, пришлось конкурировать с «Аполлоном» за поддержку и ресурсы.
По прошествии многих лет инженер Центра пилотируемого космоса MSC (Manned Space Center) Джеско фон Путткаммер (Jesco von Puttkamer) говорил: «Причиной, по которой кое-кто из нас хотел выполнять миссию по схеме EOR, был не только полёт к Луне, но и более далёкие планы: орбитальные операции, космическая станция, плацдарм. В этом случае схема LOR была вопросом, решаемым раз и навсегда, очень ограниченным и негибким».
***
Что касается гражданских проектов орбитальных станций, то к августу 1965 года руководство NASA все больше склонялось к идее, что такие исследования необходимо резко ограничить по политическим и экономическим мотивам. Затраты на программы Gemini и Apollo быстро обогнали первоначальные оценки, страна всё более и более увязала в дорогостоящей войне во Вьетнаме. Космическое агентство в очередной раз поняло, что, если какое-то пилотируемое направление должно получить финансирование и превратиться в реальность, то ему необходимо стать частью программы Apollo. Соответственно, в Центре Лэнгли стартовала двухэтапная программа: начав с «орбитальной мастерской», предполагалось построить затем станцию, подобную «мобилизованной» MORL.pnetmon
31.01.2016 00:30От бедности?
А что они могли поселение на Луне сделать?
У них орбитальной станции небыло?
Читать надо специалистов принимавших участие в проекте и на их языке.Rumlin
31.01.2016 05:57Вы не внимательно прочитали — не была сделана универсальная платформа, которая могла использоваться для любых задач. Было сделано решение только одной задачи — высадиться на Луну. По окончанию программы НАСА оказалось вынуждено строить шатлы для работ на земной орбите, но опять же из-за дороговизны осталось без возможности пилотируемых полетов куда либо за пределы земной орбиты. И без орбитальной станции. Скайлэб был последним вздохом программы Аполлон.
Выше цитируется инженер Jesco von Puttkamer, сама книга много обращается к воспоминаниям участников и официальным документам.pnetmon
31.01.2016 11:51>>К слову оказывается схема у Аполлона «от бедности»… Возможно бы если бы было другое универсальное решение, то полеты на Луну продолжались бы и там уже были бы лунные базы.
Универсальная платформа должна стоить еще очень большую сумму.
При этом пишется «В этом случае лунный корабль собирался из компонентов, доставленных на орбиту при двух или более пусках ракет-носителей класса Saturn-5» — а этот РН очень дорогой, и тут предлагается несколько пусков для одного полета на Луну
>>Однако NASA выбрало схему со стыковкой лунного модуля с командным модулем корабля Apollo на окололунной орбите LOR, что позволяло обойтись одним пуском «Сатурна-5» и удешевить стоимость всей программы.
Стыковка происходила не на Лунной орбите, а после импульса и полете к Луне.
Орбитальная станция у них была. Проблема что шаттлы не так быстро полетели и не успели поднять орбиту. И что заместо полета к станции был ЭПАС.
Шаттлы начали строить для Земной орбиты, и шаттлом можно было собрать при наличии денег что хотели собрать одноразовыми Сатурнами-5.
MORL — от наблюдения за поверхностью Земли с использованием людей отказались в пользу автоматов.
К книге — в первоисточниках может быть с другим оттенком.
TxN
30.01.2016 21:00+1Мне кажется, что подходить к проблеме со стороны «ничего нового придумывать не надо, пока мы можем доделывать под свои нужды старое» несколько неправилен, если речь заходит о космосе.
Во-первых, «Ангара» и «Федерация» разрабатываются не только для лунной программы, но и для использования на околоземной орбите, то есть эти разработки не станут одноразовыми, годными только для одного — дать паре человек походить по лунной поверхности.
Во-вторых, лунный корабль на базе «Союза» это разработка времен космической гонки, и его основная цель это просто сам факт нахождения гражданина СССР на поверхности естественного спутника Земли. В наше время, конкуренты СССР по космической гонке уже опередили нас, и первый человеком, ступившим на поверхность Луны, стал гражданин США. То есть, имиджевый и политический эффект от полета человека ради полета будет на порядок слабее.
В-третьих, если летать на луну, то надо на ней чем-то заниматься (это вытекает из второго пункта, имиджевый полет не имеет смысла), это значит, что нам надо везти какое-никакое научное оборудование, и желательно иметь запас автономности побольше, чтобы можно было выполнить больше научной работы, собрать больше более качественного материала для исследований, и прочее. Иначе гораздо выгоднее будет просто отправить вместо одного обитаемого КК на Луну несколько беспилотных аппаратов, которые дадут большую пользу науке.
Да и если исходить из того, что база на Луне все же когда-нибудь будет построена, то иметь более тяжелые ракеты и более современный и грузоподъемный корабль, который будет годиться для задач дальнейшего освоения Луны. Предел же модернизации советских технологий уже практически исчерпан, и описанная в посте схема — максимум того, что можно с этими технологиями осуществить. Но эти полеты будут по сути бессмысленными — научной пользы будет немного, а опыта инженеры, работающие над этой программой получат меньше, потому что будут использовать уже обкатанные технологии. На такое Роскосмосу идти точно не стоит, это уже чистая политика. Тем более, что после этого лунную программу можно будет с чистой совестью закрыть, «слетали же, чего вам еще надо?» В случае с «Федерацией» и «Ангарой» останутся хотя бы современные технологии, которые будут использоваться для других целей.
scrutari
В последнее время все публикации об освоении космоса в России написаны с использованием будущего времени. Статьи, в принципе, про одно и то же, только даты все время сдвигаются вперед, как в «Симпсонах».
Mad__Max
Вообще это не последнее время, а на самом деле уже давно так. Просто не так сильно бросалось в глаза. Если «отмотать» достаточно далеко во времени назад, то выясниться что уже прямо сейчас (вроде в 2015м по изначальном планам, 2017 по пессимистическим) у нас уже есть действующая база на Луне построена и идет начало добычи ресурсов на месте из реголита (включая мифический Гелий-3).
DancingOnWater
А наса к этому году уже обещала на Марс слетать