Особенности космической баллистики экспедиционных космических комплексов нового поколения

Знаменитый конструктор, Сергей Павлович Королев совершил революционный прорыв в космос с использованием ракет. Однако, освоение Луны и дальнего космоса с помощью ракет встречает проблемы глобального масштаба, в частности, из-за масштабных потребностей в ресурсах и загрязнения и бесконтрольного изменения оптических характеристик верхних слоев атмосферы Земли: озоносферы, стратосферы и ионосферы.
Космические исследования, проведенные нашей цивилизацией не обнаружили на Земле, в космическом пространстве и на ближайших планетах остатков космических разгонных ступеней и аналогичного техногенного мусора других цивилизаций, что позволяет предположить, что на ракетах в космосе никто кроме нас не летает.
В ряде работ [1, 2, 3, 4], посвященных разработке наследия известного авиаконструктора Владимира Михайловича Мясищева, вашему вниманию предложен разработанный 30 лет назад, в рамках альтернативы Спейс Шаттлу [5], экспедиционный космический комплекс нового поколения (ЭККНП), являющийся развитием темы «М-19» [6], позволяющий сократить количество запусков космических ракет.
Триллионный оборот капиталов в производстве и модернизации одноразовых космических ракет отвлекает финансовые средства от создания многоразовых космических комплексов нового поколения. А между тем уже сформировалось неосознанное новое направление полностью многоразовых моноблочных космических комплексов. По мнению автора, к ним можно отнести, наряду с суборбитальным самолетом Мясищева М-19 и ЛКА МГ-19, проекты «Х-33», «Аспен», «Хотол» и «Скайлон». Дело в том, что совсем не обязательно отделять полезный груз этих кораблей на опорной орбите. Можно разместить груз, например на этажерке-транформере, размещенной под створками грузового отсека. Развернув целевое оборудование на орбите можно проводить необходимые исследования непосредственно с борта корабля, не спуская его с орбиты до выполнения задачи. Мало того можно, как уже предлагалось в работах [1, 2, 3, 4], дозаправить корабль топливом на орбите до полных баков такими же кораблями-заправщиками и направиться для выполнения задач в дальний космос на электроракетных двигателях. Сравнение этих направлений в развитии космонавтики, названных «революционный прорыв и эволюционное развитие» показано на рисунке 1.

Слайд1

Рисунок 1. Эволюционный и революционный пути развития космонавтики. См. доклад

В связи с часто задаваемыми вопросами оппонентов, в очередной работе данного цикла вашему вниманию предлагаются особенности космической баллистики ЭККНП при реализации Лунной экспедиции, экспедициях облета Марса или Венеры, показывающие достижимые для ЭККНП области в солнечной системе.
Использованные в качестве исходных данных, оценки ряда авторов, исследовавших физические проблемы космической тяговой энергетики и баллистики, приведенные в работах [7, 8, 9,10], обобщены в таблицах 1, 2 и 3.
Минимальная характеристическая скорость для манёвров перелета в пространстве небесного тела может быть определена из следующих соотношений.

Слайд2

Минимальная характеристическая скорость для такого манёвра
определяется из соотношения:

ΔVспд = VkVo

Используем в качестве исходных данных общеизвестные траекторные и физические данные Земли и Марса, приведенные в таблице 2 [7, 8], рис. 2 и 3. Схема разгона с радиационно безопасной орбиты (РБО) на отлетную
траекторию с помощью ЯЭДУ приведена на рис. 4.
Полученные оценки характеристических скоростей маневров и
соответствующие массовые характеристики Мо и Мк по этапам полета, в зависимости от используемых на этих участках двигателей комбинированной энергодвигательной установки (Wо-скорость истечения, м/с), представлены в таблицах 3, 4, 5.

Слайд3

Слайд4

Слайд5+

Слайд6

Слайд7

Слайд8

Слайд9

Из таблиц 3-5 видно, что экспедиции на Луну, облета Марса и Венеры обеспечиваются при стартовой массе ЭККНП 500 тонн без дополнительной дозаправки у планет-целей.
Экспедиция на Марс, рис. 2 и 3, с посадкой возможна с использованием пары ЭККНП для обеспечения в полете искусственной гравитации. При этом при посадке на Марс обоих кораблей, потребуется добыча на Марсе 120 тонн топлива (водорода), а при посадке одного корабля, для возвращения к Земле могут быть использованы остатки топлива корабля, ожидающего на орбите Марса.

Автор выражает признательность специалистам Алексею Иванюхину и Дмитрию Шульгину за помощь в подготовке исходных данных к докладу.

Литература

1) Денисов В.Д. На Марс на одноступенчатом корабле. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2012 г.
2) Денисов В.Д. Дело Мясищева В.М. живет. Материалы для музея Мясищева В.М. в г. Ефремов, 2013 г.
3) Денисов В.Д. Дело Мясищева В.М. живет. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2013 г.
4) Денисов В.Д. Экспедиционный космический комплекс нового поколения, Доклад на Королевских чтениях, 2013 г.
5) История разработки многоразовой транспортно-космической системы (МТКС) «Спейс Шаттл», интернет ресурс по материалам книг: «SPACE SHUTTLE: The History of Developing the National Space Transportation System», Dennis R.Jenkins, 1996 и «Мировая пилотируемая космонавтика: история, техника, люди», коллектив авторов под ред. Ю.М.Батурина, М.:РТСофт, 2005 — 752 с.:ил.
6) А.А. Брук, К.Г. Удалов, Иллюстрированная энциклопедия самолетов ЭМЗ им. В.М. Мясищева (т. 8, 9), АвикоПресс, 2005.
7) Бурдаков В.П. и Данилов Ю.И., Физические проблемы космической тяговой энергетики, М, Атомиздат, 1969.
8) Бурдаков В.П. и Зигель Ф.Ю. Физические основы космонавтики. Учебное пособие для авиационных ВУЗов, М., Атомиздат, 1975.
9) Пилотируемая экспедиция на Марс. Под ред. А.С. Коротеева. Российская академия космонавтики им. К.Э Циолковского, 2006.
10) M. Konstantinov, V. Petukhov. The Analysis of Required Characteristics of Electric Power Plant and Electric Propulsion at Realization of One Mission of Manned Expedition onto Mars Space Propulsion 2010 1841662, San Sebastian, Spain, 2010.

Денисов Владимир Дмитриевич, denisov-vd@mail.ru

Сайт космических путешествий (Солнечная система доступна)