Один из читателей и подписчиков, с ником
задал большой, развернутый вопрос или даже несколько вопросов. И эти вопросы, по моему мнению, достойны столь же подробного ответа. Далее - вопросы в логической связке, и ответы на них.
Vsmetal (V):
Подскажите, пожалуйста, Владимир
а вот что 60 лет назад, что сегодня, что у нас, что в США, да и во всех других странах как данность принят постулат "Чтобы слетать на Луну нужна оочень большая ракета". Чтобы, значит, смогла уволочь она околоземную орбиту командный модуль (он же возвращаемый на Землю), посадочный модуль (на Луну), некий служебный модуль (то, что доставит все это на орбиту Луны и вернет к Земле), топливо на всю эту красоту. А, да, еще троих красавчиков в памперсах. Ну и желательно, конечно, еще рояль и банкетный набор, чтобы по возвращению на Землю прямо на месте накрыть поляну и достойно отпраздновать данное мероприятие.
ТТТ:
Да, все так, еще лунное багги для "покатушек" - какие же американские парни без своих автомобилей? клюшки для гольфа и даже молоток и перо для опыта.
V:
Там правда у Маска вроде как есть идеи, что надо топливо для корабля завозить отдельными запусками. Правда, там в описаниях какая-то путаница получается, вроде как топлива этого потребуется чуть не 2000 тонн. Хотя, как я понимаю, большая часть этого топлива нужна как раз для подъема на орбиту того топлива, что потребуется непосредственно для полета до Луны и обратно.
ТТТ:
У Маска все как то мутно. В лунной теме и в марсианской. Пиар и еще раз пиар. Потому и путаница, потому и всяческие "разборки" у них, американцев между собой. Тема, достойная отдельного рассмотрения.
V:
А рассматривался (-вается) ли крамольный вариант:
1. создаем на орбите некую станцию (если по тем или иным причинам МКС не удастся для этого применить), на ее базе организовываем условно "верфь" или "стапель"
ТТТ:
Все верно, к этому космонавтика давно подбирается. Но сложности и трудности ВКД (монтаж в космосе) сводят все это на нет. "Верфь" должна иметь "эллинг" - большой замкнутый объем с атмосферой, где бы космонавты могли работать без скафандров. Но пусть пока так. Разве что использовать А7Л - они показали себя на Луне, судя по видеозаписям, удивительно надежными (падения, абразивная лунная пыль, камни, вкупе с терморежимом), достаточно подвижными и свободными.
V:
2. закидываем туда Прогрессами необходимые блоки и модули, собираем из всего этого добра некий "челнок". Или назовем это "буксир" - более точно будет.
ТТТ:
Пока все логично. Протонами.
V:
3. теми же Прогрессами (Протонами) доставляем запас топлива. Понимаю, что перелив топлива и окислителя на орбите - это совсем не тривиальная задача, но рано или поздно ее придется решать. В крайнем случае, пускай это на начальном этапе будут некие модульные блоки - силовой каркас, двигатель, баки с топливом и окислителем - цепляем их в необходимом количестве к буксиру, по мере отработки задний блок сбрасывается, запускается следующий и т.д.
ТТТ:
Да, перелив топлива - горючего и окислителя - та еще задача. Маск пытался такое реализовать в "тепличных" условиях - со ступени на ступень - но пока неудачно.
V:
4. цепляем к буксиру полезную нагрузку в виде.. нет, не лунного посадочного модуля, цепляем модуль лунной орбитальной станции (ЛОС), которую он выведет на некую базовую орбиту Луны. Причем, если на земной орбите будут трудиться люди, то на лунной орбите на первых порах вся стыковка может производиться в автоматическом режиме. И только после того, как буксир (два, три буксира) сгоняет до Луны и обратно несколько раз и доставит на лунную орбитальную станцию все необходимые блоки, вот тогда уже засылаем туда пару человек, которые всё привезенное ранее собирают в единую систему по аналогии с околоземной.
ТТТ:
А вот здесь все не так просто. До Луны буксир отправить можно. А вот обратно - нет. Вернее отправить можно, но использовать второй раз - нет. Разберем подробнее. Вот система Земля-Луна и точки Лагранжа
Точки Лагранжа точки в пространстве в системе двух тел, где силы притяжения этих тел и силы, вызванные вращением, взаимно уравновешиваются.
Нас интересует Л1. В этой точке сила притяжения тянет (тестовую пробную частицу) к Земле. Сила притяжения Луны тянет ту же частицу к Луне. Силы притяжения почти равны - но сила притяжения Земли в этой точке немного больше, поскольку эта точка (и пробная частица) перемещается в пространстве по траектории, близкой к круговой и для данной траектории необходима центростремительная сила.
В точке Л1 наша пробная частица неподвижна относительно Земли и Луны. И никуда не двигается. Силы, действующие на нее взаимно уравновешиваются.
Если мы сместим эту пробную частицу в сторону Земли, то равновесие сил нарушится. Сила притяжения Земли будет преобладать. И пробная частица начнет "падать на Землю" постепенно увеличивая скорость - сила притяжения Земли действует постоянно, да еще и по мере приближения к Земле будет увеличиваться. И непосредственно в окрестностях Земли эта пробная частица приобретет скорость, близкую к второй космической, несколько меньшую.
То же самое будет, если частицу из Л1 столкнуть в сторону Луны. Только скорость частица наберет близкую к второй космической лунной скорости.
Теперь рассматриваем буксир. С орбиты Земли, с первой космической скорости, включив двигатель и израсходовав много топлива, буксир наберет вторую космическую и пойдет (по инерции, без двигателя) в точку Лагранжа Л1. Или где то рядом с ней - это не принципиально. По мере приближения к этой Л1 его скорость будет уменьшатся - полет выполняется против действия силы притяжения Земли. И в окрестностях Л1 скорость уменьшится, до очень малой величины - все зависит от "запаса скорости" полученного в начальном импульсе. Где то там буксир оставит свою полезную нагрузку и пойдет обратно к Земле. И наберет опять скорость, близкую к второй космической. Что бы пристыковаться к "верфи" нужно будет уменьшить скорость. со второй космической до первой. На это потребуется много топлива.
Грубый расчет. При старте с орбиты Земли космический аппарат должен "сжечь" топлива примерно в половину своей стартовой массы. При возврате и торможении то же.
Примем сухую массу буксира в 5 т. Тогда для торможения у "верфи" потребуется топлива 5 т. То есть с Л1 буксир должен уйти массой 5+5=10 т. А что бы туда выбраться, буксир без учета ПН должен потратить 10 т топлива. То есть с "верфи" буксир должен уйти масой 10+10=20 т. Это масса ПН Протона. И все это нужно только для того, что бы буксир слетал туда-сюда.
А ведь еще есть полезная нагрузка. Которая нужна у Луны. Со своим топливом - иначе у Луны она превратится в мёртвый груз. Пусть она тоже будет массой 5 т. И топливо 5 т. 5+5=10 т. Что бы это ушло к Луне с НОО нужно еще 10 т топлива - на буксире или в отдельном баке. 10+10=20 т. Это уже масса ПН второго Протона. И так далее - проблемы нарастают.
Потому буксир туда-сюда отметается в принципе. Пока не будет что то на электроракетных (ионные, плазменные, холовские) двигателях. Но, не попильный Зевс, разумеется.
Но полет в одну сторону через базовую станцию на НОО - вполне логично, если решить предыдущие пункты - по космической верфи и по заправочной станции.
Дело в том, что основные нагрузки все элементы КА получают при выводе на НОО - перегрузки в процессе выведения могут достигать 3-6 G.
При разгоне к Луне можно обойтись 1G или даже меньшими ускорениями. Получается этакая ажурная лёгкая конструкция, почти сколь угодно громоздкая - ни атмосфера ни перегрузки ей не грозят
В остальном - все так же логично
V:
5. вот теперь уже тащим к ЛОС блоки-модули для сборки лунного посадочного модуля, который так же для начала в автоматическом режиме спустится на поверхность и доставит туда первый блок для лунной станции. Далее, по аналогии с п.4 повторяем это для лунных условий.
Да, скорее всего в пересчете на деньги такой вариант будет стоить кратно дороже, чем однократный запуск. Но в отличие от него, нереального даже по нынешним техническим возможностям, для его реализации в наличии есть всё. Ну или почти всё, задачу накопления топлива на орбите (орбитах) все-таки придется решать.
А самое главное, при данном варианте многократно повышается безопасность полетов - люди вылетают на уже подготовленную площадку, где есть все необходимые ресурсы (с кратным резервированием) для нормальной жизнедеятельности, а самое главное - для гарантированного возвращения на Землю.
В конце концов, пока мы не найдем замену химическому топливу для подъема с Земли, освоение заоколоземного пространства будет происходить именно таким образом - с промежуточными остановками. В этом я совершенно убежден.
Да, я прекрасно понимаю, что базовая околоземная орбита для долговременной станции и орбита для старта к Луне - это несколько разные вещи, и что для перехода с одной на другую и обратно (и около Луны - то же самое) потребуются некоторые усилия. Ну так и для стыковки с МКС тоже требуется корректировка орбиты. Ничего, справляются как-то.
ТТТ:
Насчет "кратно дороже". Если вопросы стыковки у Луны настолько просты, как об этом говорит официальная версия Аполлуниады, и ее защитники - вовсе нет.
В случае, если результат - одинаков.
Вот посмотрим на официальную версию.
К Луне отправили за один пуск КМ+СМ+ЛМ
Вся сборка вышла на низкую окололунную орбиту. Разделились, слетали, вернулись, пристыковались, стартовали к Земле.
Теперь берем "дохлую" (в сравнении с Сатурном) СЛС.
Она не такая хорошая как Сатурн по причине дешевизны - так заявляют официалы. И за один раз все сразу отвезти к Луне не может.
Значит два пуска. Одним отправляют к Луне Орион с экипажем, вторым - посадочный модуль. Встречаются на низкой окололунной орбите, астронавты переходят в спускаемый модуль, прилуняются, затем возвращаются на низкую окололунную, стыкуются, переходят в Орион, возвращаются на Землю.
При результате, аналогичном аполлоновскому, но при двух пусках значительно более дешевых РН, общая стоимость точно будет не выше. Выше - если на Луну будет доставлено много больше, нежели по оф версии с Аполлонами.
Но нам рассказывают нечто другое. Что после старта СЛС+Орион на Луну должен лететь Старшип. Который пока даже на орбиту не вышел. И для полета к Луне нужно десяток (или два десятка) запусков Старшипов, с переливом топлива на орбите Земли.
Какая то "муть" - об этом говорят даже американские специалисты и политики.
На мой взгляд - все проще.
"Дохлая" СЛС. Она такая потому, что запуск мощного водородника на высоте - не решенная задача. Потому даже Орион без экипажа не может выйти на низкую окололунную орбиту. Про это:
В этой ссылке на статью - другие ссылки на предыдущие статьи по этой теме.
Но выйти на орбиту Луны КК с экипажем (и потом вернуться) это только половина задачи или даже меньше.
Нужны посадочный модуль, скафандры, нужен опыт прилунения и возврата, нужен опыт и соответствующее оборудование для стыковке на орбите - ничего этого нет.
Весь этот комплекс нерешенных проблем заставляет НАСА постоянно переносить сроки вправо.
Про идеальную схему
Об этом была интересная публикация в ТМ в 80-е годы прошлого века:
Если кратко:
База на поверхности Луны. Центр Королева.
Орбитальная база на низкой окололунной орбите. Юрий Гагарин.
В точке Лагранжа автоматический танкер Лагранж.
Земная орбитальная станция. Коперник.
