Анонс.
Чаньэ-5
В 2020 году Китай, при помощи аппарата Чаньэ-5 доставил образец лунного грунта на Землю. Схема полета:
Схема полета похожая на Аполлоновскую - сборка стартует с Земли, выходит на низкую окололунную орбиту, разделяется, отправляет посадочный аппарат на поверхность Луны
Забор грунта, помещение его во взлетную ступень. Взлетная ступень стартует
Стыкуется орбитальным и возвращаемым аппаратом, передает грунт, отделяется.
Возвратная сборка отправляется к Земле, и в конце концов спускаемый аппарат, подобный спускаемому аппарату Союза, приземляется где то в Монголии.
К слову - доставленный тогда грунт был не очень то коричневый...
Луна-16
Луна-16 в 1970 году использовала схему без стыковки
Взлетный аппарат после старта с Луны имел достаточно топлива, что бы самостоятельно уйти с орбиты Луны.
Спускаемая капсула - скромных размеров
Чаньэ-6
Чаньэ-6 повторил схему своего предшественника, только прилунение было на обратной стороне Луны. И грунт оттуда же. Год назад, в 2024 году.
Но китайцы - они очень своеобразная нация, закрытая, с двойным и тройным дном. Для чего используется такая схема доставки грунта - сложно сказать. Но можно предположить - это одновременно есть тренировка их будущего пилотируемого полета на Луну.
С большой долей вероятности он (пилотируемый полет Китая) будет выполнен по схеме вот такого беспилотного полета - все этапы отработаны автоматами, пилотируемая миссия будет масштабирована.
Все достаточно логично, в отличии он американской (хотя присоединилось много стран - но это насовский проект распила бюджета) Артемиды, с какими те бредовыми схемами полета.
Возвращаемся к стыковкам
Как показывает китайский опыт - стыковаться на орбите Луны сейчас, при сегодняшнем уровне развития техники, роботов, компьютеров, электроники, и много чего еще - не только можно, но и вполне успешно.
Про стыковки на орбите Земли - здесь опыта много больше, а стыковка к МКС это уже просто рутина.
Физика, небесная механика
Земля
Орбитальная скорость на НОО - чуть меньше 8 км/с. С увеличением высоты орбитальная скорость снижается.
Период обращения - примерно 1,5 часа. С увеличением высоты период обращения возрастает.
Луна
Орбитальная скорость на НОО (низкой окололунной орбите) - чуть меньше 1,7 км/с - примерно в 4,5 раза ниже, тем на орбите Земли.
Период обращения - около 2 часов - что больше, чем на орбите Земли.
Прямое сравнение условий
Луна - это лайт-вариант в сравнении с Землей.
Для начала - больший период обращения. Все происходит медленнее. Есть больше времени для раздумий, для принятия решения, для исправления ошибки, если она возникла. Быстродействие всяческих расчетных систем может быть меньше, без какого либо ущерба для результата.
Меньшая орбитальная скорость. Если орбитальная скорость меньше - то и отклонение этой скорости (в относительной величине или в процентах) - тоже меньше. Это дает значительный выигрыш по энергетике - то есть по запасам топлива. Причем по энергетике - это квадратичная зависимость. Приведем пример. Допустим, для стыковки на орбите Земли и Луны исходная ошибка скорости составила 10%, и эти 10% нужно набрать. Для земной орбиты это 0,8 км/с, для лунной орбиты это 0.17 км/с. Разница в 4 с лишним раза. Но по энергетике и топливу - это более чем в 16 раз различие.
То же самое относится к изменению плоскости орбиты - Луна так же выгоднее.
То есть - на орбите Луны все гораздо оптимистичнее, чем на орбите Земли? И если мы как то (кое как, плохонько) умеем стыковаться на орбите Земли - то на Луне - "лафа"?
Да, но... Это если на Луне есть топливозаправка. Прилунились, налили топлива, сколько сочли нужным - и полетели. Тогда и Солнечную систему осваивать будет проще. Пока же не то, что заправка - просто прилуниться проблема (процент "кривых" прилунений на диво высок), а уж оставить след космического бахила - где то из области фантастики или Голливуда - о заправках можно только мечтать.
И все топливо для маневрирования в ходе стыковки нужно везти с собой. А это значить - его нужно тащить с собой с поверхности Луны на орбиту, тратя тягу и топливо взлетного двигателя. А до этого - нужно его прилунять, тратя топливо на посадку (и на топливо на взлет). До этого - тормозить на орбите Луны. До этого разгонять к Луне. И т.д. Вспомните, про мудреца, шахматную доску с 64 клетками, и одно зернышко на первой клетке. И последующая геометрическая прогрессия.
НОО Земли - это всего лишь вторая или третья шахматная клетка (так считать). У Луны - на 4-6 клеток больше - зависит от того, как считать.
Выигрыш на орбите Луны компенсируется стартовой массой РН. Значительно большей стартовой массой.
Но только ли в этом все проблемы? Ведь если у нас (точнее у американцев) вдруг есть рекордный Сатурн-5 с его рекордными 140 т ПН на НОО - тогда все складывается? Ну "прохохотали" они уникальный РН, деградируют (с СЛС и Старпшиком) - но ведь тогда - могли?
Продолжим разбор в следующей части.