Пилотируемый полёт на Марс

[Дэйв Боуман]

показан корабль для полета к Луне с аэродинамическим торможением, корабля для полета к Луне с ЯРД - многоразовый, корабль для полета к Марсу.

У меня по последнему была статья, где расписано.

По памяти:
- жилой модуль - 70 т
- посадочный - около 65 т
- 4 бака с Н2 массой по 68 т
- центральны1 - 136 т Н2
- бак для запуска ЯРД - 3,6 т Н2
- ЯРД тягой 34 т (мощность 1600  МВт), элктрическая мощность 20-50 кВт
- стартовая масса ок. 680 т
- время полета 1 год 4 месяца.

[Marlin]

И так, основные критерии экспедиции:
- выполнение проекта в срок 10-15 лет
- минимальная (или премлемая) стоимость проекта
- при реадлизации проекта избежать чрезмерной нагрузки на космическую отрасль - осуществлять проект не в ущерб или без резкого сокращения других программ
- максимальная надежность средств выведения, систем корабля и пр.
- законченность программы - даже если как и "Аполлон" она потом не получит дальнейшего развития.

А зачем всё это нужно? Тратить деньги только для того, чтобы полететь. Мне тоже хочется увидеть всё скорее, но не до такой-же степени. Необходима цель и эта цель - освоение. И без обкатки технологий на Луне, без сборки станции на лунной орбите не обойтись. Самое трудное это подьем с Марса. И я считаю, что этот полет должен быть международным

[Дэйв Боуман]

И так, основные критерии экспедиции:
- выполнение проекта в срок 10-15 лет
- минимальная (или премлемая) стоимость проекта
- при реадлизации проекта избежать чрезмерной нагрузки на космическую отрасль - осуществлять проект не в ущерб или без резкого сокращения других программ
- максимальная надежность средств выведения, систем корабля и пр.
- законченность программы - даже если как и "Аполлон" она потом не получит дальнейшего развития.

А зачем всё это нужно? Тратить деньги только для того, чтобы полететь. Мне тоже хочется увидеть всё скорее, но не до такой-же степени. Необходима цель и эта цель - освоение. И без обкатки технологий на Луне, без сборки станции на лунной орбите не обойтись. Самое трудное это подьем с Марса. И я считаю, что этот полет должен быть международным

Да мне просто физически дожить до него хотелось бы. Мне же не 20 лет.

А в чем трудность подъема?

[Marlin]

Чтобы выйти на марсианскую орбиту и встретиться с кораблем возвращения, взлетному модулю понадобится разогнаться до скорости 5,6 км/с, потребив при этом 26 т горючего. Модуль будет одноступенчатым – многоступенчатая система подвергла бы астронавтов дополнительным перегрузкам при последовательном запуске двигателей. Команда покинет поверхность планеты за несколько дней до открытия окна запуска, чтобы иметь достаточно времени для стыковки с кораблем возвращения, перехода в транзитный модуль вместе с необходимыми научными образцами, проверки и запуска всех систем.

Не отработана система заготовки топлива, заправки модуля, старта на метановом двигателе. Это не от Луны отталкиваться, где взять столько топлива? Всё необходимо дублировать, любой сбой и конец.

[Дэйв Боуман]

Чтобы выйти на марсианскую орбиту и встретиться с кораблем возвращения, взлетному модулю понадобится разогнаться до скорости 5,6 км/с, потребив при этом 26 т горючего. Модуль будет одноступенчатым – многоступенчатая система подвергла бы астронавтов дополнительным перегрузкам при последовательном запуске двигателей. Команда покинет поверхность планеты за несколько дней до открытия окна запуска, чтобы иметь достаточно времени для стыковки с кораблем возвращения, перехода в транзитный модуль вместе с необходимыми научными образцами, проверки и запуска всех систем.

Не отработана система заготовки топлива, заправки модуля, старта на метановом двигателе. Это не от Луны отталкиваться, где взять столько топлива? Всё необходимо дублировать, любой сбой и конец.

мне то, что Вы коментируете, кажется некоторым дилетанством. На орбите Марса высотой 1000 км  (круговая орбита) скорость около 3,5 км/с. Можно взять книгу, посмотреть гравитационный параметр Марса и вычислить.

Советские разработки конца 80-х - модули взлетные 2-х ступенчатые.

Зачем там что-то заправлять? Есть долгохнанимые топлива.

Масса взлетно-посадочного комплекса, разработанного в России (я показывал его картинку выше) - 35 т. Модули, разрабатываемые в СССР и США в конце 80-х - масса ок. 60 т.

Я вечерком сегодня покажу схемы таких модулей. 

[Александр Хороших]

Ещё раз.
1.

Тяговооруженность может пострадать так как высокоимпульсные двигатели обычно тяжелее, но это же разгонный блок которому работать в космосе, тяговооруженность скажем в 0.6 для него - высокое значение. Даже наоборот двигателей можно поставить меньше.

Тогда проигрываем в ХС - см. гравитационные потери.
The ten vessels would fire their 200-tonne-thrust engines for 66 minutes and set course toward Mars. Delta V for the manoeuvre was 3960 m/s. The calculated ideal figure was 3310 m/s, but the total requirement was greater, allowing for 10% reserves and 3.5% in losses due to the low thrust/weight and long burning time during the manoeuvre.
2. Будет две ступени, т. к. корабль выводится в два приёма. Значит, и мюПН будет хуже.

Вопрос тогда таков: в перврй марсианской пилотируемой экспедиции какой двигатель будет вероятнее всего использоваться: ядерный или химический?

ЯРД. Корабль на ЯРД имеет массу порядка 250-400 т. и позволяет реализовать быстрые перелёты. Масса корабля на ЖРД - 800-1600 т., и время экспедиции увеличивается.

Время пребывания на Марсе - речь идет о простой экспедиции - 30 дней с головой.

Ну, сравните по человеко-суткам время экспедиции у США и от РККЭ. И при этом США выводят на орбиту 6 ракетами 780 т., а мы 20 "Протонами" - 400. Как говорится, почувствуйте разницу. Вот до чего ЭРД доводят.

У США был проект с аналогичным подходом.

Ну, и где он сейчас?

5. Время пребывания в невесомости всеравно будет не меньше 1-1,5 лет.

Внимательно читайте планы Reference Mission 5.0. Время перелёта - 180 сут., на МКС уже отработано.

По крайней мере, можно их менять.

Кхм, я вот тут посчитал. У лучших СБ по удельной мощности (GaInP/GaAs/Ge) этот парметр достигает 22 Вт/кг. В проекте от РККЭ указывается мощность СБ - 15 МВт. Тогда масса СБ=15МВт/22Вт/кг=682 т. Как такое может быть? В общем, ясно, что СБ будут иметь значительную массу. Так или иначе, но перспектив у СБ нет, и это ясно - достаточно сравнить их с ядерными реакторами по удельной мощности, особенно при таких больших мощностях.

[anovikov]

Ну тут 66 минут!!! При тяговооруженности даже 0.2 водородный двигатель потратит минут 30 максимум.
Гравитационные потери на межпланетных траекториях совсем невелики. Например, у Saturn V при TLI она была в районе 0.6 и гравитационные потери составляли 150 м/с из 3200 всего затрачивыемых в импульсе. А в этом случае будет еще меньше.

[Александр Хороших]

Вот, не знаю, выношу на ваш суд: Марс-проект фон Брауна

[Дэйв Боуман]

С-300

1. Я давал Вам ссылку - наверное надо просто вставить сюда данные и схему советского корабля. В нем многоразовая только батарея. При мощьности 15 МВт ее масс (всего энергетического блока) - ок. 40 тонн.

2. С каким ЯРБ будет масса 250-400 т? С стердой активной зоной (ЯРД NERVA-1 и его модификации) массы были немалые. То, что я показал, под ракету ALS - 680 т. Советский проект - перед рисунком ссылка - ок. 800 т.

Снизить массу до 400 т можно, создав легкие жилые отсеки - до 40 т, сделав взлетно-посадочный марсианский корабль массой ок. 35 т.

Масса 250 т - это для газофазного ЯРД с импульсом ок. 5000-6000 с. Тогдда и время экспедиции можно ужать.

Опять таки - время экспедиции определяется типом траектории. Я отсканирую траектории и время с книги, вставлю.

Тяговоруженность ЖРД будет выше - гравитационные потери небольшие. У ЯРД наоборот - разгон у таких кораблей происходит не за один этап, а за несколько.

У американцев был проект корабля, который выводился на ЭРД, работающих от ЯЭУ на орбиту 36 000 км - потом должен был доставляться экипаж. Это был проект.
Сейчас программа "Созвездие" - это уже более-менее конкретный план действий. Он базируется на другой ракете, других принципах.

Российские проекты базируются на том, какие ракеты можно реально создать. Это ракеты до 40 т грузоподъемностью. Была бы "Энергия" или планировали создать ракету где-то подобную - например с массой ПН хотя-бы 60 т - был бы и другой подход.


 

[anovikov]

СБ на 500 вт/кг для космоса были еще 10 лет назад.

[Дэйв Боуман]

СБ на 500 вт/кг для космоса были еще 10 лет назад.

Значит так:
1. У США был проект безпилотного буксира на лунную орбиту - "Лунный паром". 12 ЭРД (2 из них дублирующих) тяга 0,4 Н каждый, мощьность СБ - 0,3 МВт (12Х61 м), уд. мощность 200 Вт/м2, уд. масса 6 кг/м2. Масса буксира стартовая - 35 т. Масса ПН 20 т - переводится в ОЗ орбиты Н=300 км на ОЛ орбиту Н=100 км за 100 дней. Масса ксенона ок. 7,4 т. Многоразовый. Буксир - 15 т выводится на ОЗО ракетой "Титан-3", ПН (20 т) -"Спейс Шаттл".


2. Советские СБ пленочного типа - уд. мощность 150Вт/м2. Удельная масса 1,5 кг/м2. Масса энергоблока при мощности 15 МВт - ок. (2х200х200 м) 40 т - выводится РН "Энергия". Масса всего марсианского корабля - 355 т. Из них:
-  СБ и энергоблок - 40 т
- орбитальный корабль - 80 т
- корабль возвращения - 10 т
- марс. экспедиц. корабль - 60 т
- двигательные отсеки с ЭРД и ксеноном - 2 шт по 82,5 т каждый
Многоразовая только СБ.

Это то, что могу сказать по памяти

[Дэйв Боуман]

Вот, не знаю, выношу на ваш суд: Марс-проект фон Брауна

Я с ним знаком. Мне он очень нравился. Был реален - РН "Сатурн-5" существовала, ЯРД NERVA - испытывались, работы по модернизации "Сатурна-5" велись, блок RIFT (3-я ст. "САтурна-5" с ЯРД NERVA) разрабатывался.

Но на рисунке сборки корабль показан толи не правильно, толи какой-то его уменьшеный вариант. Его масса - более 1000 т, для запуска - 10 пусков Сатурна-5. Полет по траектории Гомана почти 3 года. А марсмодуль аж 90 т!

[Александр Хороших]

Но на рисунке сборки корабль показан толи не правильно, толи какой-то его уменьшеный вариант. Его масса - более 1000 т, для запуска - 10 пусков Сатурна-5.

Всё правильно. Вспомните, что эти блоки имеют десятиметровый диаметр, как первая ступень "Сатурна-5".
Но, вообще, я имел в виду не столько информацию, сколько то, понравилась ли вам статья. с нетерпением жду ругательств и замечаний в свой адрес.

С каким ЯРБ будет масса 250-400 т? С стердой активной зоной (ЯРД NERVA-1 и его модификации) массы были немалые. То, что я показал, под ракету ALS - 680 т. Советский проект - перед рисунком ссылка - ок. 800 т.

Снизить массу до 400 т можно, создав легкие жилые отсеки - до 40 т, сделав взлетно-посадочный марсианский корабль массой ок. 35 т.

Масса 250 т - это для газофазного ЯРД с импульсом ок. 5000-6000 с. Тогдда и время экспедиции можно ужать.

Неа. Фактически, суммарная масса груза на ЛЕО в США планируется на уровне 780 т просто груз "размазали" на три корабля. Плюс - выверты типа производства топлива и аэродинамического торможения, вместе это здорово уменьшает стартовую массу на орбите. А те проекты - "три в одном" - бальзам, кондиционер и опол... тьфу! Грузовой корабль, перелётный и возвращаемая ракета. поэтому и начальная масса у них большая.

А марсмодуль аж 90 т!

Посадочный? Странно, в Вейде написано - 50 т:
Development Cost $: 4,100.000 million. Cost Notes: 1967 dollars. Crew Size: 4. Design Life: 30. Length: 9.00 m (29.50 ft). Basic Diameter: 9.00 m (29.50 ft). Maximum Diameter: 9.00 m (29.50 ft). Habitable Volume: 4.00 m3. Mass: 49,400 kg (108,900 lb). Main Engine Propellants: Liquid oxygen/methane. Electrical System: Fuel cells.
Вот перелётный модуль - может быть:
Crew Size: 6. Design Life: 3 years. Typical orbit: 456 km x 456 km at 55 degrees inclination. Length: 33.50 m (109.90 ft). Basic Diameter: 6.70 m (21.90 ft). Maximum Diameter: 16.50 m (54.10 ft). Span: 10.00 m (32.00 ft). Habitable Volume: 930.00 m3. Mass: 100,000 kg (220,000 lb). Electrical System: Nuclear. Electric System: 25.00 average kW.
Думаю, тогда инженеры NASA ориентировались по массе на проект "Скайлэба", тем более чтоопыта советских конструкторов, создававших орбитальные станции типа ДОС, у них тогда не было. "Скайлэб" имеет значительную массу, говорят потому, что весовых ограничений не было из-за значительной ПН "Сатурна-5". Оказалось, что модуль может быть гораздо легче - порядка 40 т., но тут уже потребовался поыт российских инженеров, теперь масса перелётного корабля 50 т.

[Дэйв Боуман]

С-300.

Проект фон Брауна был как бы то сказать, не в единственном варианте. Он был с 4 и с 5 ЯРД. Массы варировались.

90 т - это масса корабля, который должен был садится на Марс с 3 астронавтами. Этот модуль имел 2 этажа в посадочной ступени - жилой и лабораторный.

Я читал его массовый анализ, того самого проекта фон Брауна.

А масса жилого отсека там аж 110 т.


Сами Сатурны-5 планировалось модеррнизировать. Были разные варианты - например форсипрованый двигатель F-1, форсированые j-2. Использование ускорителей с ЖРД - 4 блока, у каждого по 1 F-1 и РДТТ - или 4 от "Титана-3" или 4 больших - прототипы для Шаттла. Также рассматривался вариант замены 5 j-2 на 2 ступени С-5 на 3 типа SSME.

Грузоподъемность на монтажную орбиту аж до 180 Т!!! предполагалось увеличить некоторыми вариантами.

[Дэйв Боуман]

Один из ранних американских проектов корабля с ЯРД - масса 420 т:
- выводится на орбиту за 4 пуска С-5 - 1 пуск центральный блок с баком водорода 59 т, жилым отсеком внутри бака, крылатым посадочным кораблем в 25 т, 3 пуска - по 4 бака с 20 т водорода каждый. Всего 12 баков.
- на старт к Марсу тратится 6 баков, на торможение у Марса - 4 бака, на старт к Земле 2 бака, на выход на ОЗ орбиту - центральный бак. По 2 пустых бака не сбрасывается - 2 аосле старта - сбрасываются непосредственно перед ввыходом на орбиту Марса, Потом опять 2 пустых бака оставляют. И при возвращении к Земле баки пустые не сбрасывают - резервные жилые помещения
- ЯРД NERVA-1, тяга 25 т, электромощность 50 кВт.   

[Дэйв Боуман]

американский ранний проект корабля, расчитанного на торможение в атмосфере Марса.
- масса базового корабля - 48 т, из низ 16 т - жилой отсек, 9 т - корабль возвращения (в носу)
- масса посадочного корабля - 25 т
- старт с ОЗО модернизированой ступеньют S-4B - ступень используется как баласт для искуственной нравитации.

[Дэйв Боуман]

советский корабль с ЖРД на долгохранимом топливе - торможение в атмосфере. Разработан под ракету "Энергия". Необходимо постоянно перестраивать в полете - в этом его главный недостаток.

[Дэйв Боуман]

советский КК с 4 ЯРД.
- масса ок. 800 т
- 4 ЯРД суммарная мощность 1200 МВт, электрическая мощность 50-200 кВт
- состоит из 4 ЯРД, несущнй фермы с антеной и излучателями, 2-х жилих отсеков, 6 баков с Н2, посадосного корабля и корабля для высадки на Марс. Экипаж 5 человек.
- одноразовый, время полета 1 год.

[Дэйв Боуман]

один из разработаных в СССР кораблей для посадки на Марс 2-х космонавтов. Масса - 60 т, под ракету "Энергия". Время пребывания на Марсе до 2-х недель. Имеет жилой отсек - носовой конус, отсек оборудования - кормовой, 2 блока с ЖРД и опорами для посадки. Внутри 2-х ступенчатый корабль для возвращения на орбиту Марса. Небольшие аэродинамические поверхности позволяют маневрировать в атмосфере Марса.

 

[stich]

Космическая техника. Марсианская экспедиция. 167 Кб