Экспедиционный космический комплекс нового поколения

Денисов Владимир Дмитриевич, denisov-vd@mail.ru
КБ «Салют» ГКНПЦ им. М.В. Хруничева.

Этот доклад подготовлен 110-й годовщине со дня рождения Генерального конструктора Владимира Михайловича Мясищева и 85-летию со дня рождения одного из научных руководителей прототипа этой темы – профессора, дтн,
Владимира Константиновича Карраска. Видное место в истории разработки данного направления занимает КБ «Салют» ГКНПЦ им М.В. Хруничева. [1, 2, 3, 11, 15].
Современные концепции создания Лунной орбитальной станции, Лунной базы, Марсианского экспедиционного комплекса, заложенные в космических программах ведущих стран, предполагают постройку многочисленных
одноразовых ракетно-космических средств, общей массой в заправленном состоянии около миллиона тонн и общей стоимостью около триллиона долларов. При этом все эти объекты будут разбросаны по поверхности планеты
и в околоземном пространстве в виде техногенного мусора и искусственных астероидов, которые будут обращаться вокруг Земли тысячи лет.
В отличие от расчлененных на одноразовые элементы, образующие техногенный космический мусор, современных РКС, предлагаемый экспедиционный космический комплекс нового поколения (ЭККНП) объединяет в себе функции космического корабля, орбитальной станции и
ракеты, в моноблоке, предназначенном для длительного существования человека в космосе без поддержки с Земли, с возможностью посадки на планеты, выполняя функции напланетной базы, затем с дозаправкой из
атмосферы планет и других ЭККНП запасами рабочих тел для взлета с планет, выполняя функции взлетного корабля, и полета к другой планете, выполняя функции межпланетного возвращаемого корабля, или возвращения на Землю,
выполняя функции возвращаемого аппарата [2]. То есть один ЭККНП заменяет шесть-восемь одноразовых космических комплексов.

р1

Рисунок 1. Предлагаемый ЭККНП для лунной (или марсианской)
экспедиции в форме ракетоплана.

Для начала реализации проекта имеется значительный задел работ в авиации, практической космонавтике и атомной промышленности, показанный на рисунке 2.

р2

Рисунок 2. Использование задела современных реализованных технологий для создания ЭККНП для лунной (или марсианской) экспедиции

Анализ задела современных реализованных технологий свидетельствует о том, что наша Цивилизация готова к созданию моноблочных атмосферно-космических экспедиционных комплексов. Ближайшим аналогом ЭККНП на
современном уровне технологии является проект многоцелевого летательного космического аппарата М-19, описанный на сайте ЭМЗ им. Мясищева В.М и на
сайте моего научного руководителя Гурко О.В. [1, 2, 3].
Повышение технологического уровня конструкции и дооснащение аппарата МГ-19 турбокомпрессорным и турбодетандерным контурами, средствами перелива криогенного топлива из одного корабля в другой,
безрасходной системой искусственной гравитации и электроядерной, например магнито-плазменной, ДУ позволяет применить его как экспедиционный одноступенчатый корабль для полета на Марс. На первом этапе предлагается
осуществлять дозаправку баков на околоземной орбите, а заправку баков аппарата для возвращения на Землю осуществлять из атмосферы Марса, а в дальнейшем из грунта планеты, например с использованием разработок
Института геохимии ианалитической химии им. В.И. Вернадского (РАН) [16].

Особенности межпланетной экспедиции с помощью ЭККНП.
Марсианская экспедиция с использованием предлагаемых ЭККНП, описана в работах [11,15] и имеет следующие особенности:
• Использование многопусковой схемы старта с Земли с дозаправкой ЭККНП на орбите Земли.
• Использование ЯРД для межорбитального перелета в краткосрочной пилотируемой экспедиции или ЭЯРД в беспилотной экспедиции, в частности в экспедициях облета Марса или Венеры без дозаправки у Марса или Венеры.
• Подготовка условий для пребывания человека на Марсе или Луне осуществляется с помощью роботов.
• ЭККНП первой беспилотной экспедиции остаются на Марсе и
переоборудуются в напланетную базу с использованием освободившихся объемов водородных баков (около 3000 куб. м. в каждом корабле) в качестве помещений базы и свободной мощности ЯЭУ (около 100 МВт при работе в замкнутом режиме) в качестве напланетного источника энергии.
• Свободные объемы баков ЭККНП используются также в качестве резервуаров для накопления рабочих тел для напланетной базы, возвращаемых комплексов и расходных ресурсов для функционирования базы, с использованием своих бортовых средств и доставленных роботов.
• Использование многопусковой схемы старта с Марса с дозаправкой ЭККНП на орбите Марса.
Экономическая эффективность ЭККНП и критика аналогов.
Для оценки эффективности технологии экспедиции с использованием космического комплекса нового поколения, сравним его с традиционными ракетно-космическими комплексами в решении сопоставимых задач создания лунной базы или осуществления марсианской экспедиции.
Рассмотрим создание лунной базы (ЛБ) традиционными средствами. База включает жилой модуль, исследовательский модуль, энергетический модуль, транспортные средства для перемещения по планете, запасы топлива, воды и пищи,
средства коммуникации с наземной инфраструктурой, спасательные средства.
Суммарная масса перечисленных средств с расходными материалами составит около 100 тонн.
Для доставки на Луну 100 тонн груза с Земли должны стартовать ракетно-космические комплексы общей массой около 500000 тонн. Примерно столько же должно стартовать для обслуживания базы в течение 20 лет. Учитывая, что каждый
килограмм РКК стоит около 1000 долларов, затраты на изготовление превысят 500 млрд. долларов. Стоимость наземной производственной, экспериментальной и
эксплуатирующей инфраструктуры и ее разработки составит еще около 40% этой суммы. См. таблицу сравнительных тактико-технических и экономических характеристик (ТТЭХ) вариантов реализации экспедиций.

Рассмотрим отправку экспедиции на Марс с помощью ракет. Известно, что современная концепция марсианского экспедиционного комплекса (МЭК) требует сборки на монтажной орбите высотой около 800 км МЭК массой 900 тонн. Для ее выведения потребуется старт с Земли около 90000 тонн РКК. Примерно столько же может потребовать дублер-спасатель. При этом затраты на изготовление составят 180
млрд. долларов и на создание и эксплуатацию инфраструктуры еще 40%.
Необходимо отметить, что как в лунной, так и в марсианской программе все эти сотни тысяч тонн дорогостоящих и экологически опасных элементов будут разбросаны на миллион квадратных километров поверхности планеты, сожжены в ее
атмосфере, создавая труднопрогнозируемую нагрузку на биосферу, а сотни тонн искусственных астероидов будут обращаться вокруг Земли сотни лет, мешая вылету
последующих кораблей и создавая кольцо отражателей солнечного тепла, которые, по моему мнению, вызовут таяние полярных льдов и погружение оттаивающих зон
вечной мерзлоты на дно морское, сокращая площадь территории нашей страны на миллион квадратных километров. Однако это задача для суперкомпьютеров.
Кроме того общеизвестно, что мировое сообщество развертывает МКС и эксплуатирует его более 15 лет и до сих пор развертывание МКС не завершено, а
масса на орбите составила всего лишь около 500 тонн, то есть вдвое меньше потребной для МЭК. Так сколько же лет мы планируем собирать МЭК традиционными методами?

Таблица. Сравнительные ТТЭХ вариантов реализации экспедиций

т1

Учитывая высокую стоимость орбитальных ресурсов и ресурсов напланетных баз, нетрудно оценить коммерческий потенциал сдачи в аренду свободных объемов сравниваемых комплексов, котирующихся по 1 млн. долл. за кубометр в год и свободных ресурсов электроэнергии, оцениваемых по 2
тыс. долл. за кВт/час. на орбите Земли. Коммерческий потенциал бортовых ресурсов ЭККНП превышает триллион долларов в год, что может обеспечить его быструю окупаемость, см. таблицу сравнительных тактико-технических и
эксплуатационных (экономических) характеристик.
Экономические оценки показывают, что экспедиция на Марс с помощью ЭККНП может оказаться вдвое дешевле, чем на ракетах. К тому же, в отличие от ракетного фейерверка, ЭККНП может быть использован многократно.
Технология самофинансирования проекта описана в работе [11].
Предлагаемый моноблочный космический комплекс выгодно отличается от традиционных, так как он полностью собирается и проверяется на Земле. Полагаю, что можно будет создать унифицированный ЭККНП, отличающийся лишь
вариантами комплектов целевого оборудования и перемещаемых грузов. Он может быть снаряжен и применен в качестве средства для удаления из плоскости эклиптики
опасных астероидов, угрожающих гибелью Цивилизации. В периоды паузы в пролетах астероидов ЭККНП будет использоваться для космических экспедиций или
в качестве дежурных околоземных и окололунных орбитальных станций, сменных связных и навигационных комплексов на геостационарной орбите, а также в качестве
лунной или марсианской базы. Он может быть использован для очистки геостационарной орбиты от отказавших КА связи и навигации и в качестве периодически обслуживаемого на Земле, навигационно-связного комплекса,
используемого также для контроля астероидной обстановки в космосе.
Таким образом, настоящий проект можно отнести к приоритетным направлениям развития науки, техники и технологий РФ и способен внести
наибольший вклад в безопасность страны, ускорение экономического роста и повышение конкурентоспособности российской техники [8].
В докладе показана техническая реализуемость проекта. Показано направление, под которое можно сориентировать движение отрасли, чтобы
сократить неэффективные издержки из-за топтания на месте и переоценки тупиковых боковых направлений. Использован системный подход к стратегическому планированию работ нацеленных на дальнюю цель.
В рамках короткого доклада трудно осветить столь масштабный проект, в рамках которого к настоящему времени десятками предприятий разработано более сотни томов проектных материалов и диссертаций. Об этом еще предстоит рассказать на исторических секциях научных чтений по космонавтике.

Список использованных сокращений

т2

Литература

1) Иллюстрированная энциклопедия самолетов ЭМЗ им. В.М. Мясищева (т. 8, 9), Брук А.А., Удалов К.Г., АвикоПресс, 2005.
2) Интернет-сайт ЭМЗ им. Мясищева В.М.
3) Интернет сайт Гурко Олега Викторовича.
4) Пилотируемая экспедиция на Марс. Под ред. А.С. Коротеева. Российская академия космонавтики им. К.Э Циолковского, 2006.
5) Нестеров В.Е., Гурко О.В. и др. МГ-19. Инженерная записка. М. ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, 2009 г.
6) Бурдаков В.П. и Данилов Ю.И., Физические проблемы космической тяговой энергетики, М, Атомиздат, 1969.
7) Бурдаков В.П. и Зигель Ф.Ю. Физические основы космонавтики. Учебное пособие для авиационных ВУЗов, М., Атомиздат, 1975.
8) Межведомственный перечень приоритетных направлений развития науки, технологий и техники, критических технологий, реализуемых в ракетно-космической промышленности в интересах создания перспективных космических средств различного целевого назначения на 2008–2012 годы,
Москва, 2008, ФГУП ЦНИИМаш, утв. Роскосмосом и космическими войсками МО.
9) Бахвалов Ю.О., Денисов В.Д. и др. Прогнозирование влияния новых конструктивно-технологических решений на основные характеристики пилотируемых космических комплексов. Труды академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королева. Секция 11, М. 2010
10) Григорий Хазанович, Жизненный путь В.М.Мясищева, М. Газета ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, «Все для Родины». №17, 10.09.2012.
11) Денисов В.Д. На Марс на одноступенчатом корабле. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2012 г.
12) Киселев А.И., Медведев А.А., Меньшиков В.А. Космонавтика на рубеже тысячелетий. Итоги и перспективы. М.: Машиностроение – Полет, 2001.
13) Перепелицкий Г.Н. Проекты самолетов «60», «30» и «60М», Научно-технические разработки ОКБ-23 – КБ «Салют», Выпуск 1, под ред. Ю.О.Бахвалова, М, «Воздушный транспорт, 2006.
14) Бахвалов Ю.О., Денисов В.Д. и др. НТО по НИР «РКС Ракетостроение», М. КБ «Салют», 2009 г.
15) Денисов В.Д. Дело Мясищева В.М. живет. Материалы для музея Мясищева В.М. в г. Ефремов.
16) Научно – технический отчет «Анализ состава и масс необходимого лунного оборудования по производству полезных веществ и компонентов топлива из лунных пород с целью минимизации грузопотока на трассах Земля-
Луна», НИР «ГЕОХИ-2011 (Освоение)», ГЕОХИ, 2011 г.

Владимир Денисов, ктн

Добавить комментарий

Сайт космических путешествий (Солнечная система доступна)