Привет друзья!
Давайте рассмотрим еще больше вариантов по замене СЛС, запредельно дорогой лунной ракеты НАСА. Альтернативные решения по доставке корабля Орион на орбиту Луны в рамках программы Артемида должны быть основаны на уже существующих разработках коммерческих компаний, будем собирать их как конструктор Лего. А так можно? Да, конечно, и здесь мы доказали это! Такие решения должны иметь низкую стоимость и высокую частоту полетов.
Ознакомьтесь с предыдущими двумя разделами нашего повествования:
- Какие есть альтернативы у СЛС?
- Ракеты - это не Лего?!
НАСА уделяет огромное внимание дублированию космических технологий! Что я имею ввиду? У них не один, а два разных грузовых корабля, и две разные пилотируемые системы. Несколько проектов новых космических станций. Обязательным будет дублирование лунного посадочного модуля. И это правильно, это позволяет выполнять планы даже в случае, когда что-то пошло не так. Всегда есть “план Б”. Но такого плана нет для одной из основных и критичных технологий программы Артемида - средства доставки людей на орбиту Луны - мега-ракеты СЛС.
Итак, чтобы доставить людей к естественному спутнику Земли нужна действительно тяжелая ракета. И очень мощные носители в качестве первых ступеней. И на ум сразу приходят три варианта: первая ступень ракеты НьюГлен, Фалькон Хэви, а также первая ступень Старшип - Супер Хэви.
Начнем с НьюГлен. Это почти уже готовая орбитальная ракета-носитель компании Blue Origin, владельца Амазон - Джеффа Безоса. В текущем проекте она имеет 2 ступени, но фишка в том, что изначально она проектировалась как трехступенчатая. Вторая ступень с двигателем BE-4U устанавливалась между текущими первой и второй ступенями. В такой конфигурации энергетики трехступенчатой ракеты хватит чтобы отправить корабль Орион со служебным модулем на орбиту Луны. Но что нужно для реализации такой концепции?
Во первых, БлюОриджин потребуется закончить разработку НьюГлен в текущей двухступенчатой конфигурации. Потом разработать новую ступень, которая планировалась изначально. Необходимо пройти сертификацию для пилотируемых полетов, а для установки Ориона на опушку НьюГлена потребуются новый переходный адаптер. Аэродинамика, нужно провести расчеты и подтвердить, что тут проблем не будет. Также потребуется доработка пусковой установки, хорошая новость в том, что новых компонентов топлива тут не появится, поэтому доработка пусковых конструкций, в том числе башни обслуживания, будет незначительна. И конечно же нужна конструкция, по которой астронавты смогут попасть в пилотируемый корабль. Большинство доработок не значительные. Но что в такой концепции самое сложное, так это разработка новой ракетной ступени.
Как еще можно использовать ракету Нью-Глен? Берем ее в том виде, в котором она уже практически готова, и ставим ей на макушку третью ступень Центавр5 от новой ракеты Вулкан. Почему? да потому что она сюда просто напрашивается. Самое главное Центавр5 уже готова. Работает на тех-же компонентах что и остальные ступени, то есть не нужно добавлять новых наземных систем для новых компонентов. БлюОриджин и ULA имеют хорошие отношения и опыт взаимодействия, это скажется благоприятно на интеграции. Поэтому такое предложение явно перспективно.
Что потребуется дополнительно? Модификация пускового стола, создание механической мачты для доступа экипажа к кораблю, доработка конструкции монтажной башни, уточнение аэродинамических характеристик и некоторые другие. Но такое предложение имеет значительное преимущество в сравнении с предыдущим вариантом - отсутствие необходимости разработки новой ступени с двигателем, так как Центавр5 уже лежит на блюдечке.
Получаются 2 вполне жизнеспособные ракеты в качестве замены СЛС. Да придется выполнить ряд перечисленных работ. Но сколько все это будет стоить? По нашим расчетам стоимость таких систем составит не более 600 млн долларов, что примерно в 2,5 раза дешевле, чем стоимость запуска ракеты СЛС. Также, предложенный нами носитель сможет летать, чаще, чем 1 раз в год. Таким образом, вместе с СЛС уже может быть достигнута частота полетов чаще 2 раз в год.
Ну что, СЛС еще не выглядит уныло на фоне наших концептов? Тогда продолжим…
Далее рассмотрим концепт на базе Фалькона-Хэви для замены СЛС.
То что совсем не очевидно, так это большая тяга первой ступени Фалькона относительно НьюГлен. Поэтому с мощностью для запуска Лунного корабля проблем не будет. Если снять условие, что носители должны быть возвращаемые, для чего требуется дополнительный запас топлива, то обе эти ракеты даже избыточны для поставленной задачи. Преимуществом ракеты НьюГлен является то, что ее диаметр составляет 7 метров и более конструктивно подходит для установки новой ступени. В то время как у Фалькон диаметр всего 3.6 м., что подразумевает гораздо меньше площади для установки чего-либо, особенно более широкой ступени поверх.
Несмотря на это, сделать такое возможно, хотя и с дополнительными усилиями. Но это не проблема, и такие решения уже были. Посмотрите на корабль Старлайнер на ракете Атлас5 с дополнительной аэродинамической юбкой и сетчатой структурой. Гриб какой то.
В общем, если надо, то сделать можно. Мы знаем, что Фалькон Хэви может работать с более широкими ступенями, потому что его обтекатель для полезной нагрузки имеет диаметр 5.2 метра.
Так что же мы имеем еще с диаметром около 5 метров? Тут особо выбирать не приходится. корабль Орион и разгонный блок Центавр5. И да, мы собираемся сделать тоже самое, что сделали с концептом НьюГлен. Напихать сверху на Фалькон разгонный блок Центавр5. План реализации тогда выглядит следующим образом:
Потребуются изменения в наземной инфраструктуре, так как топливные компоненты разгонного блока Центавр5 отличаются от компонентов Фалькона - появляется жидкий водород. На площадке LC-39А когда-то использовался жидкий водород, но инфраструктура уже устарела. Новая конфигурация Фалькона должна будет пройти сертификацию для пилотируемых полетов. Что касается монтажной башни, то она уже разрабатывается. Ее придется несколько модифицировать, увеличить буквально на 10 м. В общем, список того, что надо сделать не так уж страшен. Проблем с сертификацией экипажа быть не должно, так как Фалькон9, от которого произошла Хэви, уже сертифицирован для пилотируемых полетов. Конечно нам потребуется переходник со второй ступени на третью, но это вообще не серьезный вопрос. А вот проблемы с аэродинамикой могут быть значительными, поэтому я отмечу этот пунктик здесь, как “надо повозиться”. Доработка площадки отмечена также из-за необходимости добавления водорода. А вот проблем с монтажной башней меньше, так как она уже разработана. Ее нужно лишь немного модифицировать.
С учётом всех этих несложных доработок получаем лунную ракету для корабля Орион на базе носителя Фалькон-Хэви. И это вполне реалистичный вариант!
Ну и наконец, то, без чего не может обойтись ни один разговор про ракеты… Старшип, а в нашем случае, его первая ступень СуперХэви. Она как минимум в 2 раза мощнее, чем НьюГлен и Фалькон Хэви вместе взятые. И конечно она мощнее, чем СЛС. И знаете, все становится так просто, когда у вас такая бандура диаметром 9 метров, способная толкать груз более 1500 тысяч тонн. Но это не все ее преимущества. Благодаря своей модульной конструкции, на основе одинаковых цилиндрических блоков, устанавливаемых друг на друга, а также наличию большого количества двигателей, ее легко модифицировать для достижения нужных конечных производительностей.
Существует 2 адекватных сценария доработки СуперХэви для отправки корабля Орион к Луне.
Первый сценарий, это использование второй ступени на базе существующих разгонных блоков, среди которых могут быть текущий разгонный блок от СЛС, Центавр5, или более мощный, но пока еще в проекте, новый разгонный блок программы Артемида. Из трех предложенных, самым удачным вариантом является Центавр5.
Он очень эффективный, но его нужно выводить непосредственно на орбиту, чтобы он мог выполнить свою задачу. Но есть одно “но”. Время активной жизни ступени СуперХэви достаточно короткое, и доставить такой блок на орбиту она сможет лишь при условии, что топлива на управляемый возврат на Землю уже не останется. Какие потребуются доработки?
СуперХэви нужно будет укоротить, а также убрать 14 двигателей. В итоге высота снизится с 70 до 46 метров, а двигателей останется 19. Ставим на опушку Центавр5 с кораблем Орион, и что получаем в итоге? Наш предложенный носитель рядом с ракетой СЛС. Они имеют одинаковую производительность для вывода одного и того же корабля к Луне. Но выглядят как то не идентично. И это как раз то, о чем я говорю, когда критикую маршевые ступени на водороде. Они получаются ну очень громоздкие, как будто качок под синтолом.
Какие доработки нам потребуются? разработка адаптеров для перехода с СуперХэви на диаметр разгонника Центавр5, а также модернизация пусковой установки из-за уменьшения длины получившейся ракеты и появления водорода в качестве компонента топлива. И вроде бы все прекрасно в такой конфигурации, кроме одного. Мы теряем многоразовость первой ступени, тем самым увеличивается стоимость миссий и снижается их частота.
Что делать? Искать выход…Это мы умеем.
Для этого на СуперХэви нам нужно поставить вторую маршевую ступень. Это позволит СуперХэви вернуться и сохранить многоразовость. Какая же вторая ступень нам подойдет? хм… Конечно же Старшип. Но для запуска корабля типа Орион на Луну мы можем его значительно упростить и удешевить. Не нужна тепловая защита и эти аэродинамические рули, потому что мы не планируем чтобы эта ступень была возвращаемой, только Супер-Хэви. А поскольку Орион имеет собственный обтекатель и устанавливается на носитель как единое целое, обтекатель Старшипа тоже не нужен! Остаются баки и двигатели. SpaceX уже отработали огромное количество конфигураций Старшипа сложнее, чем рассматриваемая нами, и могут собрать такую примерно за месяц на своем космодроме в Бока-Чика. Что останется сделать, так это разработать переходный адаптер.
По факту у нас даже получилась не Лего-ракета, а существующая ракета СтарШип, просто с установленной другой полезной нагрузкой. И я скажу вам, друзья, тут сложно найти какие-то значительные недостатки в такой архитектуре. Конечно, нужно будет сертифицировать такую систему. Однако Старшип итак планируется сертифицировать, и это будет проще, так как Орион уже имеет систему аварийного спасения. Также огромным преимуществом является то, что такая конфигурация переразмерена по мощности, что позволит отправлять Орион по любой, даже не самой эффективной с точки зрения баллистики траектории. А это в свою очередь благоприятно с точки зрения обеспечения безопасности, случись если что!
И что самое интересное, смотрите! Такая ракета может запустить Орион с 4 астронавтами и еще, внимание, 40 тоннами полезной нагрузки к Луне. И все это роскошество в условиях возвращаемой первой ступени. А что наша СЛС. Во первых, она одноразовая и все ее конфигурации, могут поднять только 1 тонну дополнительных грузов. Лишь в будущем планируется модернизация до 12 и 17 тонн соответственно, но это в будущем!
В сухом остатке, какие из предложенных нами конфигураций наиболее реалистичные? Мне кажется две.
Первая из них - ракета НьюГлен с третьей ступенью Центавр5. НьюГлен изначально планировалась быть трехступенчатой. И она заточена быть сертифицированной под пилотируемые полеты.
Вторая конфигурация - СуперХэви с модифицированной второй ступенью Старшип. Тут…ну почти ничего делать и не надо. Сертифицируем ее для пилотируемых миссий, и она на много мощнее, чем даже будущие версии СЛС. Будет самой дешевой. И из-за многоразовой первой ступени сможет летать гораздо чаще, чем СЛС, несколько раз в год точно.
А вы как думаете?