В предыдущей статье рассматривался эскизный расчёт (в первом приближении) ракеты-носителя (далее РН) тяжёлого класса, совместимой с пусковой инфраструктуры ракет семейства "Ангара". Ракета в расчёте была безымянной и это упущение сейчас будет исправлено.
Ракета-носитель, выводящая на низкую околоземную орбиту минимум 41 тонну полезной нагрузки, отныне будет называться "Тагил"
В честь реки Тагил, как в честь другой реки названа РН "Ангара".
Итак, решаем задачи по мере их близости к Земле. Первая задача
Детальная геологоразведка Луны с упором на поиск воды и метана
Для этого необходимо доставить на лунную поверхность не менее 10-15 автоматических станций (АМС). Основные задачи миссий
- бурение (до 50 метров на первом этапе) с отбором и анализом кернов в экспресс-лаборатории АМС
- подготовка кернов к оправке на Землю
- сейсморазведка, в том числе активная
- геофизический каротаж скважин
- георадарное сканирование
- доставка луноходов для геологических исследований не только мест посадки АМС
Всё вышенаписанное требует изрядного количества научной аппаратуры и энергии. В качестве источника энергии будут использоваться солнечные панели и РИТЭГ, суммарной мощностью несколько киловатт. Лунной ночью РИТЭГ обеспечит обогрев научных приборов и продолжение непрерывной работы АМС без "засыпания" на две недели.
Определим максимальный вес лунной АМС, исходя из возможностей РН "Тагил".
Расчёт ΔV для посадки на Луну:
Исходные параметры ракеты:
- Первая ступень: 800 т топлива (керосин + жидкий кислород)
- Вторая ступень: 150 т топлива (керосин + жидкий кислород)
- Полезная нагрузка (ПН) на НОО Земли (200 км): 41 т
Компоновка ПН (41 т) на НОО Земли:
- Третий разгонный блок (буксир) для перелёта Земля–Луна.
Сухая масса: 3.5 т (двигатели, баки, системы управления).
Топливо: 30.5 т (керосин + жидкий кислород)
- Итого: 34 т.
- Автоматическая станция (бурильная установка + посадочный модуль).
Масса: 7 т.
Расчёт ΔV буксира с ПН:
- Начальная масса: 34 + 7 = 41 т.
- Конечная масса: 3.5 + 7 = 10.5 т.
- ΔV:
Достаточно с запасом на маневрирование (4.86 > 4.02).
Этапы миссии:
- Выведение на НОО Земли (200 км):
Ракета доставляет 41 т: буксир (34 т) + станция (7 т). - Перелёт к Луне:
Буксир (керосин/жидкий кислород) тратит 30.5 т топлива на разгон и торможение с выходом на низкую окололунную орбиту (НОЛО) высотой 200 км - Отделение на НОЛО (200 км):
Буксир (3.5 т) остаётся как ретранслятор.
Станция (7 т) начинает посадку. - Посадка АМС на поверхность Луны:
2 включения двигателя: торможение → зависание → мягкая посадка.
Время работы: 350 секунд (расход 5.4 кг/с).
Сценарий работы станции на Луне:
- Бурильная установка (1.5 т):
Глубина бурения: до 50 м (поиск водяного льда). Геофизика. - Энергосистема:
Солнечные панели, РИТЭГ (радиоизотопный генератор, 300 Вт). - Связь:
Ретрансляция через буксир на НОЛО → Земля. Прямая связь с ЦУП на Земле