Дмитрий Селин – Лунный рубеж (страница 5)
Запас "дельта V" в 120 м/с на всякие неожиданности.
Теперь можно посчитать затраты топлива на экспедицию с доставкой на поверхность Луны двадцатитонной обитаемой базы с герметичным объёмом примерно, как у базового блока станции "Мир"
Буксир (двигатели на CH4/O2) + лунный Dragon (двигатели взётной ступени на ММГ/N2O4, посадочной на CH4/O2) посадка на Землю с 2 косм скорости + лунная база - ед. изм - Земля - > Луна - Луна - > Земля
масса начальная - кг - 254 000,98 - 23 456,25
масса конечная, в т.ч.* - кг - 86 492,95 - 17 400,00
*масса возвращаемой капсулы Dragon с топливом ММГ/N2O4 - кг - 16 185,06 - n/a
*сухая масса возвращаемой капсулы Dragon - кг - n/a - 7 400,00
*сухая масса посадочной ступени Dragon - кг - 7 400,00 - n/a
*масса топлива посадочной ступени CH4/O2 - кг - 14 530,15 - n/a
*сухая масса буксира - кг - 10 000,00 - 10 000,00
*масса топлива буксира маршрут Луна - Земля CH4/O2 - кг - 6 056,25 - n/a
*сухая масса лунная база + посадочная ступень - кг - 20 000,00 - n/a
*масса топлива лунная база CH4/O2 - кг - 12 321,49 - n/a
удельный импульс - м/с - 3 750,00 - 3 750,00
сумма дельта V на маршруте - м/с - 3 850,00 - 1 000,00
скорость формула Циолковского - м/с - 4 039,78 - 1 120,00
расчёт топлива (отдельно по маршрутам) п1-п2 - кг - 167 508,03 - 6 056,25
масса возвращаемой капсулы Dragon с топливом ММГ/N2O4 + сухая масса ,буксир - 53 585,06
Суммарная масса криогенного топлива CH4/O2 - 200 415,92
Общий вес укладывается в 255 тонн, что можно вывести на НОО Земли двумя пусками Старшипа, даже с возвращаемым танкером для заправки криогенным топливом буксира. Так же возможен вариант, когда связка Dragon/лунная база вместе с топливом выводится на НОО Супер Хэви, а Старшип, в одноразовом варианте, поднимает полностью заправленный буксир. На НОО они стыкуются и отправляются к Луне. С комфортом, непредставимым в 1960-е годы.
Важно - Все расчёты приблизительные и требуют уточнения.
Глава
4 Облёт Луны и «мягкое» приземление для лунной программы SpaceX
В Главе 4 рассматривалась "двухнырковая" схема возвращения на Землю, как у советский ка серии "Зонд". Следует уточнить, что среди "Аполлонов" она в чистом виде использовалась только один раз, при возвращении "Аполлона-8".
Остальные «Аполлоны» возвращались, гася скорость в пределах верхних слоёв атмосферы длительным торможением с небольшим подъёмом на первом этапе и обычным спуском при завершении посадки.
По значениям перегрузок (6-6,35), это было весьма жёсткое возвращение. Такой уровень сейчас считается возможным только при аварийном спуске, ведь при управляемой посадке "Союза", например, перегрузки не превышают 3-4g.
Избежать большие перегрузки при возвращении с Луны можно только одним способом:
1. При подходе к Земле погасить разницу между первой и второй космической скоростью двигателями корабля
2. Выйти на низкую опорную орбиту (НОО) Земли
3. уже с НОО приземлится с низкой перегрузкой, как при возвращении с МКС
Уточнив характеристическую скорость истечения газов Raptor 3 в вакууме (3750 м/с), можно посчитать вариант "мягкой посадки". Пока в варианте "экспедиции посещения" – с посадкой Dragon на Луну и без лунной базы
Буксир (двигатели на CH4/O2) + лунный Dragon (двигатели взлётной ступени на ММГ/N2O4, посадочной на CH4/O2) посадка на Землю с НОО на 1 косм скорости - ед. изм - Земля - > Луна - Луна - > Земля
масса начальная - кг - 233 113,14 - 50 155,94
масса конечная, в т.ч.* - кг - 80 871,15 - 17 400,00
*масса возвращаемой капсулы Dragon с топливом ММГ/N2O4 - кг - 16 185,06 - n/a
*сухая масса возвращаемой капсулы Dragon - кг - n/a - 7 400,00
*сухая масса посадочной ступени Dragon - кг - 7 400,00 - n/a
*масса топлива посадочной ступени CH4/O2 - кг - 14 530,15 - n/a
*сухая масса буксира - кг - 10 000,00 - 10 000,00
*масса топлива буксира маршрут Луна - Земля - кг - 32 755,94 - n/a
удельный импульс - м/с - 3 750,00 - 3 750,00
сумма дельта V на маршруте - м/с - 3 850,00 - 3 850,00
скорость формула Циолковского - м/с - 3 970,00 - 3 970,00
расчёт топлива (отдельно по маршрутам) п1-п2 - кг - 152 241,99 - 32 755,94
масса возвращаемой капсулы Dragon с топливом ММГ/N2O4 + сухая масса буксир - кг - 33 585,06
Суммарная масса криогенного топлива CH4/O2 - кг - 199 528,08
Для запуска одним Старшипом суммарный вес 233 тонны слишком большой, даже для "одноразового" Старшипа (200 т грузоподъёмность на НОО). Следовательно, остаётся двухпусковая схема:
1. Falcon Heavy в многоразовом исполнении на НОО выводится полностью заправленный лунный Dragon с экипажем
2. Старшип в одноразовом варианте (г/п 200 тонн) выводит на НОО полностью заправленный буксир (185 тонн криогенного топлива)
3. На НОО оба компонента экспедиции стыкуются и отправляются к Луне. Работа там полностью копируют экспедиции "Аполлонов" за исключением того, что буксир ждёт Dragon на окололунной орбите в автоматическом режиме.
4. При возвращении буксир гасит своими двигателями избыток скорости и выводит весь комплекс на НОО, откуда Dragon возвращается на Землю, с минимальными перегрузками при посадке.
Преимущество этой схемы в том, что буксир остаётся на НОО Земли и может быть заправлен всего двумя многоразовыми танкерами (по сто тонн топлива каждый) для последующих полётов к Луне. "Теряется" здесь только посадочная ступень Dragon, которая остаётся на поверхности Луны и может быть использована как автоматическая исследовательская станция, ретранслятор, лунный мини-сервер и в других вариантах.
Возможностей буксира хватит, чтобы в беспилотном режиме за один раз доставлять на Луну полностью подготовленную лунную базу с посадочной ступенью общим весом (с топливом для посадки) на НОО Луны в 30-40 тонн. Ведь обратно с лунной НОО до НОО Земли буксир повезёт лишь самого себя. На первом этапе лунной программы, конечно.
Конфигурация без посадки – только для облёта Луны
Так же нетрудно представить эскиз Старшипа, состоящего из двух двигательных блоков - первый блок выводит на НОО (низкую опорную орбиту) Земли полностью заправленный космический буксир, он же второй двигательный блок. В этой схеме есть свободное место под головным обтекателем, куда можно поставить (через адаптер) самую обычную возвращаемую капсулу Dragon 2 и получить "такси" для покатушек до/вокруг Луны - без посадки на поверхность - с возвращением на НОО Земли и нормальной, с низкими перегрузками, посадкой.
Примерный расчёт показывает, что сборка буксир + Dragon может быть поднята на орбиту одним запуском Старшипа грузоподъёмностью 150 тонн на НОО Земли.
Буксир (двигатели на CH4/O2) + лунный Dragon (выход на НОО Луны БЕЗ посадки) посадка на Землю с НОО на 1 косм скорости - ед. изм. - Земля - > Луна - Луна - > Земля
масса начальная - кг - 145 628,80 - 50 521,26
масса конечная, в т.ч.* - кг - 50 521,26 - 22 400,00
*сухая масса возвращаемой капсулы Dragon - кг - 7 400,00 - n/a
*сухая масса возвращаемой капсулы Dragon - кг - n/a - 7 400,00
*сухая масса буксира - кг - 15 000,00 - 15 000,00
*масса топлива буксира маршрут Луна - Земля - кг - 28 121,26 - n/a
удельный импульс - м/с - 3 750,00 - 3 750,00
сумма дельта V на маршруте - м/с - 3 850,00 - 2 945,00
скорость формула Циолковского - м/с - 3 970,00 - 3 050,00