К Луне!

bigdrum — 16.06.2024

Масса 1750 кг[3]. Полезная нагрузка 30 кг[4]

По ссылке, если вы не поняли - Луна-25. Она выводилась РН Союз, стартовой массой в 313 тонн... Давайте посчитаем.

1,75/313=0,00559
27/2189=0,0123

Это - масса выводимого к Луне груза относительно стартовой массы комплекса на земле. Выглядит так, что увеличение ракеты дает большую весовую эффективность. Однако это не совсем так. Потому что в состав комплекса "Союз-Лйна25) входил еще разгонный блок Фрегат, который ТОЖЕ ВЫХОДИЛ НА ПЕРЕХОДНУЮ У ЛУНЕ ОРБИТУ. Масса Фрегата (заправленная) 6280 кг. Поскольку Фрегат расходовал часть топлива для разгона, то чистая вышедшая на переходную орбиту к Луне масса его составляла не менее 887 кг (сухая масса конструкции). Отчего весовая эффективность в случае Луны-25 может быть принята за (1,75+0,887)/414=0,0084. Что меньше, чем у китайской РН "Чанчжэн-10" примерно в полтора раза. Здесь мы вспоминаем еще и о технологической разнице носителей (седой королёвской "семерки" и новенькой китайской "десятки"). Очевидно, подбор топливной пары, более совершенные двигатели и более сложный и легкий высокотехнологический корпус новой ракеты дают преимущества.

Складывается впечатление, что чем больше ракета - тем лучше лететь на Луну. Однако, думается мне, это не совсем так... Суммарная масса Аполлон-16 с лунным модулем составляла немногим более 30 тонн, а стартовая масса носителя (Сатурн-5) - 2865. При этом в Сатурн-5 использовалась самая эффективная топливная пара водород+кислород. Кроме того, я хочу напомнить, что распределение масс в системе Сатурн-Аполлон изначально (поскольку носитель проектировался СПЕЦИАЛЬНО для лунной миссии) было оптимизировано, в отличие от системы Союз-Фрегат-Луна25, где носитель и разгонный блок были взяты универсальные. Что же касается "Чанчжэн-10", то для нее масса на переходной орбите заявлена как результат работы носителя, а не разгонного блока или пилотируемого корабля миссии...

Так что по зрелом размышлении, сравнив "десятку" и Сатурн-5, мы видим, что весовое совершенство суть в пропорции к массе системы вещь относительная.

Здесь есть один неочевидный момент. А именно - избыточная конструкционная прочность. Поясню.

При старте с Земли корабль испытывает перегрузки и вибрации. Соответственно, он должен иметь более прочную, а значит, более тяжелую, конструкцию. А потом этот корабль отделяется от верхней ступени РН, и дальше у его жизни не будет уже ни высоких перегрузок, ни таких вибраций (ну или опасности вибраций). Кроме того, конструктивно блок Фрегат также при выведении несет на себе массу полезной нагрузки. С учетом перегрузок он должен быть ОЧЕНЬ прочным, и значит, его масса и весовое совершенство ниже, чем могло бы быть в случае специализированного решения. А вот в программе Аполлон корабль и лунный модуль на этапе выведения были отделены друг от друга, и масса лунного модуля, помноженная на перегрузку не давила на массу корабля. Отчего корабль можно было сделать легче...

Выскажу некую максиму.

В системе с одним носителем на миссию полет к Луне ограничен необходимостью иметь и выводить к Луне лишнюю, абсолютно бесполезную массу, вся роль которой - не дать раздавить перегрузкам корабль в момент выведения. То есть - мы существенно ограничены по полезной нагрузке из-за каких-то трех-пяти минут работы РН при старте с Земли.

Логически возникает идея о создании силового каркаса, который поддерживает части корабля, но при отделении от верхней ступени остается вместе с ней. А уже к Луне корабль летит в облегченном состоянии. Для блока Фрегат это означало бы создание силового каркаса, который при отделении от РН Союз оставался бы вместе с ней, позволяя тем самым снизить разгоняемую массу, и увеличить эффективность разгонного блока. Либо системы, в которой нагрузка и разгонный блок подвешены за середину к одному силовому шпангоуту, как РН Союз на стартовом комплексе, отчего масса нагрузки НЕ ДАВИТ на разгонный блок при выведении, и он может иметь меньшую массу из-за сниженных требований по прочности.

А теперь давайте вспомним про схему миссии с несколькими стартами. То есть стартуют несколько ракет, выводят модули, которые стыкуются на орбите и образуют корабль лунной экспедиции. Традиционно такая схема считается менее надежной и более сложной. Однако, как показали российские Союзы, в своих быстрых схемах полета на МКС, вариант быстрой и точной автоматической стыковки возможен. При этом механические нагрузки на элементы лунной системы в целом получаются ниже, они были распределены, как была распределена нагрузка от корабля и лунного модуля в программе Аполлон. И поскольку в системе нескольких стартов отсутствует необходимость выдерживать нагрузки на выведении от одного модуля другим модулем, как Фрегат выдерживает массу нагрузки, помноженную на перегрузку - постольку каждый отдельный модуль может быть выполнен с меньшими затратами массы на дубовость и кондовость.

Более того, возможна предварительная сборка на орбите, например, межорбитального буксира, из нескольких унифицированных элементов, и тогда мы просто не запускаем существенно важное (чувствительное, дорогое, уникальное) оборудование, пока межорбитальная ступень миссии не будет готова...

Как мы видим, вопрос весовой эффективности в лунных миссиях есть вопрос комплексный. И более того, не однозначный. И возможно, хорошо продуманная система с несколькими стартами все-таки, на сегодняшний день, уже является более предпочтительной. Ибо электроника совершенствуется - а значит совершенствуется и баллистика с навигацией, а весовые ограничения для одного старта не позволяют прыгнуть "выше головы". В то время как в системе с несколькими стартами мы можем собрать на орбите монстра размером с МКС...

Собственно говоря, я уже высказывал идею собирать лунную станцию на орбите Земли, а потом целиком перегонять к месту работы... :)

.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив