___lin___ (___lin___) wrote,
___lin___
___lin___

Марс, Венера - разом?



Американский конгресс обсудил планы полета к Марсу и Венере через 8 лет.
Заметка об этом была опубликована на nasaspaceflight.com, перевод от Антона Антонова.
UPD - 1-го марта в статье поменялись картинки - исчез модуль Solar Electric Propulsion.


Текущие планы американских пилотируемых полетов в дальний космос базируются на двух программах. Это разработка сверхтяжелой ракеты-носителя Space Launch System (SLS) и тяжелого корабля на четырех астронавтов Orion. В рамках испытаний спускаемый аппарат этого корабля уже в сентябре 2014 года будет впервые выведен на орбиту Земли высотой около 3000 км. Это первое испытание называется EFT-1, т. е. Exploration Flight Test-1. Первый пуск ракеты SLS с беспилотным кораблем Orion (EM-1, exploration mission) в качестве груза должен состояться в 2017 году.

Первый пилотируемый запуск EM-2 запланирован на 2021 год. Планировалось, что в этой миссии американские астронавты будут отправлены в район Луны, где их уже должен ждать подогнанный автоматическими станциями астероид. Первоначальный план предполагал простой облет Луны. Здесь стоит сделать отступление и отметить, что планы использования SLS/Orion после 2021 года не определены. Прорабатываются различные концепции, включая долговременные полеты к околоземным астероидам и даже высадку на Марс в 2030-х годах. Вчера в конгрессе NASA предлагало идеи уже давно объявленной миссии 2021 года, а не последующих.

Полет к астероиду в ходе миссии EM-2 в 2021 году может не состояться по весьма прозаическим причинам - из-за нехватки финансирования NASA. Программа захвата астероида уже в этом году прорабатывается только на бумаге, поскольку средства на нее не были выделены. В этой ситуации американские космочиновники нашли парадоксальный выход. Предложенная ими программа не включает сложные операции: захват и доставку астероида, или же высадку людей на другую планету. На словах NASA возвращается к идеям программы "Созвездие": в дальний космос через Луну. На деле же американцы отказываются от простого полета в системе Земля-Луна в пользу межпланетного, объясняя это подходящими условиями в Солнечной системе. В 2021 году удачное взаимное расположение планет позволит достичь Марса в относительно короткие сроки, еще и совершив при этом пролет мимо Венеры. Вся экспедиция должна занять около полутора лет, тогда как в других условиях на нее потребовалось бы 2-3 года.

Давайте рассмотрим подробно предложенный план полета. Традиционно, в 2021-м старт к красной планете должен состояться в конце года - 22 ноября. Корабль Orion будет выведен на орбиту 130-тонной конфигурацией ракеты SLS. В качестве двигательного модуля, который выводится тем же пуском, предлагается использовать солнечную электрореактивную двигательную установку (Solar Electric Propulsion, SEP). Пролет мимо Венеры должен состояться через четыре месяца после старта - 4 апреля 2022 года. Использование гравитации этой планеты позволит направить корабль к Марсу. Через полгода, 12 октября, корабль с астронавтами достигнет Марса. Облет планеты продлится около 40 часов, а гравитационный маневр направит корабль обратно к Земле. Спускаемый аппарат Orion приводнится в Тихом океане 27 июня 2023 года.

Несмотря на относительную простоту такой миссии по сравнению с астероидной, у нее остаются и недостатки. Первый из них - необходимость разработки обитаемого модуля, в котором астронавты должны будут прожить полтора года (Crew Transfer Hub). Он может быть легким и сравнительно небольшим (в конце концов, миссия не потребует работы людей в открытом космосе), но потребует хорошей защиты от радиации солнечных вспышек. Более значительных вложений потребует двигательный модуль SEP, который пока что находится на начальном этапе разработки. Наконец, потребуется решить и много мелких проблем с надежностью систем жизнеобеспечения. Статистика их работы на МКС оптимизма не внушает.


Итак, схема у них очень интересная.

Разгон у Земли (в глубоком гравитационном колодце) с помощью кислородно-водородной ступени (upper stage на картинке), а энергодвигательный модуль мощностью всего 25-40 кВт используется для доразгона/маневров на траектории (есть вариант, когда на пути от Марса на траектории проводят торможение - время полета увеличивается незначительно, зато уменьшается скорость входа - такой вариант разобран в книге "Космическая эра. Прогнозы на 2001 год").
Гибридная схема, сверхтяжелый носитель, водород - всё по уму - молодцы американцы (UPD. Не всё так просто с гибридной схемой).
Сравниваешь с предложениями РКК "Энергия" - и всё становится понятно :)

Главное - в результате подобного облета, NASA получает почти все технологии, необходимые для полноценной марсианской миссии.
Сверхтяжелый носитель (для облетной миссии планируют использовать носитель первого этапа).
Жилой модуль (СЖО, защита от радиации).
Энергодвигательный модуль (для полноценной экспедиции его можно увеличить).
Вход в атмосферу с межпланетной траектории.
А опыт посадок на Марс у них уже есть. Хотя, конечно, пока относительно небольших грузов - для посадки пилотируемого корабля нужно будет пройти большой путь.

Немного про развитие проекта SLS (из статьи в сентябрьском номере НК за 2013 год):
Прототип ракеты - Block 0 - должен был состоять из двух четырехсекционных (стандартных) твердотопливных ускорителей шаттла и центрального блока на основе внешнего топливного бака (ET) обычной длины, в котором оживальное верхнее днище бака жидкого кислорода заменено эллиптическим. Центральный блок оснащается тремя двигателями RS-25D. Верхней ступени нет. В настоящее время данный вариант не рассматривается.

Носитель первого этапа (Block 1) способен вывести на низкую околоземную орбиту 70 т полезного груза. В его основе - удлиненный центральный блок прототипа (Block 0) c четырьмя маршевыми кислородно-водородными двигателями RS-25D, а также два пятисекционных стартовых ускорителя. В качестве разгонного блока (2-й ступени) используется «временная» криогенная верхняя ступень ICPS - модификация верхней ступени носителя Delta IV Heavy с высотным кислородно-водородным двигателем RL-10B-2. Данный вариант ракеты предназначен для сертификации ракеты и корабля.

Носители второго этапа (Block 1A/B) будут обладать грузоподъемностью до 105 т на низкой околоземной орбите. Это достигается за счет установки до пяти RS-25D на центральной ступени и использования усовершенствованных ускорителей. Ракета оснащается усовершенствованной верхней ступенью ICPS с увеличенными баками.

Кроме новых ускорителей, носители третьего этапа (Block 2) комплектуются специально спроектированной мощной верхней ступенью EDS (Earth Departure Stage) с двумя кислородно-водородными двигателями J-2X. Эти мероприятия позволяют довести грузоподъемность ракеты до 130-145 т.

По срокам:
Block 1 - 2017 год.
Block 1A - 2022 год.
Block 2 - 2032 год.

UPD. Прикинул парочку траекторий с использованием SEP и двигателей малой тяги.  40 кВт мощности явно недостаточно.
Для перелета Земля - Венера (уже после выхода из сферы действия Земли на ЖРД) потребуется ~800 суток работы двигателя.
Расчет, конечно, грубый - но понять порядок цифр можно. Для межпланетных полетов пилотируемых комплексов (даже за сферой действия Земли) на ЭРД нужны мощности от 500 кВт и выше.
Отечественный буксир - как раз 1 МВт (впрочем, ходят слухи, что его мощность решили снизить до 0,3 - 0,5 МВт).

Для сравнения - в одном из российских планов марсианской экспедиции - 4 (!) реактора и 4 МВт электрической мощности.
На два порядка (!) больше, чем в американском облетном проекте.

UPD.2. Внезапно в статье поменялись картинки и исчез SEP. Теперь облетный комплекс только с ЖРД (картинка №1 и №2).
Причем, возможно под SLS Block 1A или новый вариант "полу-Block 1A".
Tags: космос
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 12 comments