Могут ли Китай и Россия отправить людей на Луну?

alex_anpilogov — 18.08.2016
Посадка лунного возвращаемого модуля где-то в степях Внутренней Монголии будет выглядеть именно так. Проверено «Зондом-7».

Задача отправки людей на поверхность Луны и возврата их на Землю — это задача массы выводимой на околоземную орбиту полезной нагрузки. Больше выводим на околоземную орбиту — больше можем отправить по направлению к Луне, более простую схему доставки и возврата людей назад можно использовать. Об этом мы и поговорим в рамках небольшого цикла статей, в которых постараемся определить, каким образом нынешние Китай и Россия могут включиться в пилотируемые программы освоения Луны, испытывая обычные финансовые и технологические трудности, связанные с реализацией сложных, комплексных и затратных программ.

Исторически США и СССР использовали три проекта достижения Луны — советские программы «Протон-Зонд» (облётная) и Н1-Л3 (посадочная) и американская программа «Сатурн-Аполлон», которая сочетала в себе как облёт нашего естественного спутника Земли, так и высадку астронавтов на его поверхность. Анализируя опыт, достижения и неудачи этих программ, как и некоторых других менее известных наработок в «лунной гонке», мы сможем и во многих деталях предугадать будущее развитие нынешних российской и китайской лунных программ.

Все предыдущие программы пилотируемого освоения Луны строились на пределе технических и экономических возможностей обеих сверхдержав, которые вложили в так называемую «лунную гонку» практически невозможные по меркам современности ресурсы. Достаточно сказать, что, согласно анализу, период 1964-1973 годов, когда в США осуществлялась программа «Сатурн-Аполлон» вообще был единственным периодом в истории США, когда Америка тратила на космос стабильно больше 1% своего национального бюджета (в 1965-1966 годах — даже 4,5%), а расходы на космос (о, ужас!) составляли до 80% от оборонного бюджета США. На пике программы, в 1966-м году, в НАСА и в её подрядных организациях работало более 400 000 человек — Соединённые Штаты и в самом деле бросили в «лунный прорыв» всё лучшее, что у них было, во многом оголив смежные и конкурирующие с космосом отрасли.


Понятное дело, такое уничижительное для генералов и адмиралов положение вещей долго продолжаться не могло, в силу чего доклад Вернера фон Брауна, в котором он пытался повторить и развить успех, достигнутый им в рамках лунной программы США, был отвергнут Конгрессом США, как «нереалистичный».

Хотя сама программа была просто грандиозная: обитаемая станция на орбите Луны в 1978 году и такая же станция, но уже на поверхности Луны в 1980-м, космическая орбитальная станция на 50 человек к тому же 1980 году и на 100 человек — к 1985, экспедиция на Марс на двух кораблях с атомными двигателями в 1983. Плюс ко всему — всё это обеспечивается новым космическим челноком многоразового использования.
Пиковые траты по этой космической программе планировались на уровне в 10 млрд. долларов в год, при том, что вся предыдущая лунная программа США стоила по совокупности около 25,4 млрд. долларов США, которые были «размазаны» на практически 10-летнем периоде.


Безусловно, будь у США тот же самый запал, что возник у них после запуска Советским Союзом первого спутника Земли и первого человека в космос, эту программу можно было реализовать. Но, в реальности, даже к 1969-му году у США возникла масса иных забот, страну подтачивала продолжающаяся война во Вьетнаме, экономика понемногу замедлялась после «золотого американского века» 1950-1960-х, а космосом интересовалось всё меньше людей и, как следствие — налогоплательщиков.

В итоге Вернера фон Брауна с его романтикой в конце 1960-х годов практически отодвинули от будущих проектов в космической отрасли, а сама программа «Сатурн-Аполлон» на своём излёте выдала лишь мелкие брызги в виде орбитальной станции «Скайлэб» и совместного советско-американского полёта «Союз-Аполлон».


«Стыковка на орбите, Восток встречается с Западом». Фотосессия из журнала «Плейбой», 1975 год. О Марсе и Луне уже все, в общем-то, забыли.

Построенная и запущенная в рамках лунной гонки американцами супер-ракета «Сатурн-5» оказалась практически избыточной для массы применений вне самой лунной гонки.
Уже указанные колоссальные расходы американцев на лунную программу «Сатурн-Аполлон» во многом определялись именно сверхрасходами на каждый из запусков «Сатурн-5». В ценах 1965-1973 годов каждый из запусков «Сатурна-5» обходился в сумму около 200 млн. долларов, что в ценах 2014 года соответствует где-то 1,2 млрд. долларов.
Единственной же полезной нагрузкой за пределами космической программы США для «Сатурна-5» оказалась околоземная орбитальная станция «Скайлэб», запущенная в 1973 году.
Кроме того, стоит учесть, что даже по нынешним меркам соврешенство «Сатурна-5» достигалось в 1960-е годы во-многом за счёт использования весьма дорогостоящих и экзотических материалов — тугоплавких и жаростойких никелевых сплавов, прочных алюминиевых и титановых сплавов, а также лёгкого бериллия. Тогда все эти материалы стоили относительно дешевле нынешних цен на них.


Все запуски «Сатурна-5» — от первого и до последнего.

Но такова была цена беспроблемного полёта к Луне — меньшая ракета-носитель просто не позволяла уместить в выводимую ею полезную нагрузку все необходимые для полёта на Луну компоненты.
Высокую стоимость запуска «Сатурна-5» можно косвенно оценить и по нынешним заявлениям чиновников НАСА, касающихся новой американской сверхтяжёлой ракеты, SLS.
Основным опасением при её создании, как ни странно, является не техническая или технологическая сложность (тут всё просто, как часто и бывает в космической отрасли тут действует принцип «а давайте возьмём молоток побольше»), а именно финансовые показатели.
Так, в том числе и за счёт использования уже отработанных компонентов от программы «Спейс Шаттл» и, возможно, даже модифицированных двигателей от «Сатурна-5», стоимость нового носителя SLS по расчётам должна составлять около 500 млн. долларов в ценах 2014 года, что всё-таки составляет не более 40% от стоимости старичка «Сатурна-5» и лишь около трети стоимости единичного запуска (более 1,5 млрд. долларов) оказавшегося финансовой катастрофой программы «Спейс Шаттл».

Интересно и то, что даже монстр вида «Сатурна-5», на создание которого пришлось ассигновать 0,5% американского ВВП, 4,5% бюджета и привлечь чуть ли не полмиллиона людей, был недостаточен для реализации так называемой «прямой» схемы высадки на Луну, когда все последующие операции — торможение на окололунной орбите, высадку на поверхность, взлёт с неё и возвращение на Землю, производятся с помощью одного-единственного аппарата. В такой идеологии строилась ранняя американская лунная пилотируемая программа, Lunex, для которой даже были исполнены в металле некоторые компоненты, но она так и не смогла «взлететь», так как ценник необходимой для её воплощения был не просто «конским», но уже каким-то просто «слоновьим».







Посадочный и возвращаемый модули программы Lunex. Общий вид и чертёж.

Посадочный и возвращаемый модули программы Lunex выглядят совершенно футуристично даже сейчас: вертикальная мягкая посадка всей 15-метровой «башни» лунного модуля на Луну, вертикальный взлёт возвращаемого отсека, двойной вход в атмосферу Земли «по-самолётному», подобно будущим «Спейс-Шаттлам», посадка на обычные ВПП, сохранение модуля для будущих полётов.

Однако вся эта красота упиралась в одно-единственное ограничение: для всей инженерной красоты Lunex-а нужна была ракета с грузоподъёмностью минимум в 170 тонн, которая бы смогла вывести на траекторию полёта к Луне необходимые 68 тонн конструкции Lunex-а.

Похожий одностадийный, «прямой» подход исповедовала и ранняя советская программа пилотируемого исследования Луны. В советском варианте старт к Луне в одностадийном варианте должен был осуществляться с помощью столь же монструозной, как и так и не созданная американцами «Нова», ракеты УР-700, «старшей сестры» нынешнего «Протона», УР-500.
Как и в случае американского «Аэроджета», который оставил нам в наследство от «Новы» без преувеличения самый большой из когда-либо созданных человечеством твердотопливных двигателей, проект УР-700-ЛК-700 ознаменовался созданием одного из самых мощных однокамерных жидкостных реактивных двигателей, РД-270:


Фотографии музейного образца РД-270.

Однако, кроме РД-270, который без преувеличения мог бы стать очень достойной машиной, в результате почти что десятилетних усилий и работ над комплеком УР-700-ЛК-700 было сделано до обидного мало. Несмотря на достаточно серьёзные усилия в деле создания УР-700, несмотря на масштабную поддержку её главного конструктора, Челомея, со стороны военного ведомства СССР, её стоимость оказалась просто неподъёмной для СССР. В итоге же, уже к 1970-му году все работы над проектом УР-700-ЛК-700 были свёрнуты — вперёд ушли другие проекты, которые как в США, так и в СССР использовали более простые, комбинированные схемы полёта и высадки на Луну.

В итоге проект ЛК-700 так и остался «проектом будущего»: в СССР тоже (и в первую очередь — по финансовым, а не по техническим показаниям) не смогли создать ракету, способную вывести на низкую околоземную орбиту не меньше 150 тонн груза и забросить на траекторию к Луне минимум 70 тонн.



Макет посадочной и взлётной ступеней лунного модуля программы УР-700-ЛК-700.

Конечно, как и в случае с американской «Новой», проект УР-700 был где-то на грани достижимого в ракетной технике. В нижних ступенях ракет использовался весьма токсичный несимметричный диметилгидразин (НДМГ) в паре с не менее ядовитым азотным тетраксидом (АТ), а разгонный блок вообще хотели сделать на весьма экзотической паре и тоже токсичной паре фтор-водород.
Однако основной причиной закрытия программы ЛК-700 стала именно финансовая: СССР просто не «тянул» сразу все начатые в ранних 1960-х годах программы пилотируемого освоения Луны.


Сравнительные размеры (слева направо): корабль программы «Аполлон», корабль программы Н1-Л3 с разгонным блоком Д, лунный корабль ЛК-700.


Этапы полёта корабля ЛК-700 до Луны и обратно.

В итоге и в США, и в СССР отказались от прямых, одностадийных схем полёта к Луне. Даже в момент наивысшего расцвета космонавтики, когда обе супердержавы тратились на космос не по остаточному принципу, создание ракеты с грузоподъёмностью в 150-200 тонн на низкой околоземной орбите и 70-100 тонн на траектории полёта к Луне (по «правилу стелля», хороший криогенный блок может обеспечить столько же от грузоподъёмности к Луне, сколько и весит сам, для «керосинки» параметры немного хуже), оказалось им не по плечу — в первую очередь из-за неподъёмной стоимости такого сверхсупертяжа.

В итоге и СССР, и США использовали проектирования для полёта к Луне схему, предложенную советским учёным Юрием Кондратюком (Шаргеем), которую впоследствии назвали «трассой Кондратюка».
В отличии от прямых схем, схема Кондратюка обеспечивала лучшее весовое совершенство, за счёт того, что лунный корабль разделялся на две части: орбитальную и посадочную, каждая из которых концентрировалась на своей задаче: либо на обеспечении манёвров на пути к Луне и обратно, либо же на посадке на поверхность нашего искусственного спутника. Дублирование некоторых конструкций и систем жизнеобеспечения в этом случае окупалось тем, что необходимый для обратного манёвра к Земле запас топлива не сажали и не поднимали на Луну, а сам лунный модуль — не тащили назад с Луны или к Земле, бросая его частями по дороге домой.


«Трасса Кондратюка», ставшая уже классической после реализации программы «Аполлон», возникла лишь по причине того, что «Сатурн-5» мог вывести на траекторию полёта к Луне «всего лишь» 47 тонн груза.

Именно ограничения на грузоподъёмность и без того немальнекого и очень недешёвого «Сатурна-5» определили итоговый выбор «трассы Кондратюка» для программы «Сатурн-5-Аполлон».
Однако, не лучше, а даже намного хуже обстояли дела с основной лунной программой в СССР. Лунная программа СССР, которая базировалась на использовании такой же дорогой и мощной ракеты Н-1, по своим параметрам совершенно не дотягивала до возможностей УР-700 или даже «Сатурна-5».
В последних модификациях Н-1 могла вывести на низкую околоземную орбиту не более 100 тонн, а к Луне отправить и того меньше — не более 36 тонн.

Такой небольшой вес советского «лунника» при сравнимых с «Сатурном-5» размерах и массе самой Н-1 определялся тем, что все ступени Н-1, включая и разгонный блок Д, были керосиновыми, в то время, как американцы на верхних ступенях «Сатурна-5» использовали более мощную пару водород-кислород, которая обеспечивала лучший удельный импульс, особенно в космосе, что было критически важно для разгона аппаратов к Луне.


Уникальная фотография: две ракеты Н-1, стоящие рядом, на соседних стартовых столах, лето 1969 года. 3 июля 1969 года, за две недели до полёта «Аполлона-11» одна из этих ракет взорвётся на 23-й секунде полёта и разрушит оба стартовых стола.

Программа Н-1 наглядно показала все трудности, связанные с созданием тяжёлых ракет-носителей: практически штучные изделия так и не удалось наладить сборкой непостредственно на пусковой площадке, а финансовые трудности не позволили СССР в то время создать прямо на Байконуре толковый МИК (монтажно-испытательный комплекс). С другой стороны, как показал последующий опыт не менее сложного проекта «Энергия-Буран», создание хорошего МИК, который позволяет проводить все операции не под открытым небом, дождём, ветром и снегом, позволяет избежать массы брака даже на таких сложных и комплексных проектах, как сверхтяжёлые ракетоносители.

Однако, как показывает нынешнее состояние экономики России, которое не позволяет в полной мере финансировать даже текущие потребности «Роскосмоса», и отнюдь не безграничные возможности Китая — в отличии от США, у России и Китая очень немного возможностей построить новые или возродить производство старых сверхтяжёлых носителей. В силу этого при анализе будущих возможностей освоения Луны нам стоит более внимательно посмотреть не на программу Н1-ЛЗ или «Сатурн-5-Аполлон», а на «вторую линейку» лунных программ.

Облётная программа «Зонд», которую СССР реализовывал с помощью проверенной, но маломощной для Луны ракеты «Протон», тоже безбожно отставала по срокам от мощных усилий американцев, да ещё и поддержанных столь весомыми финансовыми вливаниями в рамках единой программы «Сатурн-Аполлон».

В итоге, поскольку основной задачей облётной программы «Зондов» мыслился приоритет в пилотируемом облёте Луны советскими космонавтами, работу над ней в 1970-м году свернули, так и не запустив космонавтов СССР к Луне. Однако на запусках «Зондов» были отработаны все этапы такого рода программы — от старта космического корабля к Луне и вплоть до возвращение спускаемого аппарата на Землю, с учётом двух маршрутов захода на обратную посадку — по «северной трассе», с приводнением в акватории Индийского океана и по «южной трассе», с приземлением на территории СССР.

Именнменно опыт программы «Протон-Зонд» будет интересен нам при анализе перспектив китайской (да и российской) программы возврата к пилотируемому освоению Луны, так как создание сверхтяжёлой ракеты-носитея пока что не представляется реалистичным ни в современной России, ни в нынешнем или будущем Китае. Те ракеты, которые либо есть, либо планируются к использованию в лунных программах России («Ангара-5») и Китая («Великий поход-5» он же «Чанчжэн-5», СZ-5) по грузоподъёмности относятся к тому же классу, что и использовавшийся в программе «Зонд» ракета-носитель «Протон» и значительно отстают по грузоподъёмности и от монструозного «Сатурна-5», и от королёвского супертяжа Н-1, который планировали использовать для запуска сцепки Л3-ЛК. В силу этого, как говорится, «по одёжке и протянем ножки».


Спускаемый аппарат «Зонда-7» в подмосковном выставочном зале МВТУ им. Баумана в Орево. Он облетел Луну!

Тем более, как вы заметили на первой фотографии — китайские космонавты в 2012-м году по-прежнему сидят на фоне всё той же «фары» от «Союза»-«Шеньчжоу»-«Зонда», которая облетела Луну при помощи достаточно скромного ракетоносителя и успешно вернулась обратно.


А это — «Шэньчжоу-5». Он пока что к Луне не летал, но вполне может.

И об этом — в следующем материале.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив