2250. варианты космических ковчегов

Владимир Денисов — Космический воин-спасатель научит Россиян спастись от глобальной катастрофы и стать вечной космической цивилизацией, если русский мир захочет. Регистрируйтесь, и проголосуйте за меня хоть копейкой, пригласите преподавать в технических ВУЗах и Университетах, пока я еще на Земле!

Продолжаю публиковать на международных конференциях свои суперинновационные проекты, способные перевернуть всю историю не только России, но и всего человечества, но русские буржуи и чиновники не обращают на них внимания, а мечтают сами прославиться и оставить свой, пусть даже предательский след в истории России:

Вышел из печати сборник трудов Челомеевской секции Королевских чтений 2021 года, на котором сделан очередной обзорный доклад о широких возможностях космических ковчегов.

Материал доступен неопределенному кругу лиц и появилась возможность опубликовать его на своем сайте.

Есть некоторые трудности размещения рисунков и таблиц, в связи многочисленными обновлениями редактора, приведшими к отключению ряда возможностей. Они будут добавлены по мере редактирования под доступное форматирование на сайте.

УДК 629.78

Денисов Владимир Дмитриевич, denisov-vd@mail.ru Председатель инженерной секции Военно-научного общества Центрального дома Российской Армии имени М.Фрунзе

Панов Николай Вячеславович, mirfak5@yandex.ru Студент МАИ

Варианты космических ковчегов

В советское время и в начале 90-х годов. Г.С. Титов был председателем Федерации космонавтики и этот доклад был подготовлен к первым общественно-научным чтениям Г.С.Титова. Доклад представлялся на 11 секции Королевских чтений 2020 года, но не был опубликован из-за экономического кризиса и реорганизации ГКНПЦ им. М.В.Хруничева.

Со времен К.Э. Циолковского, Ф.А. Цандера и С.П. Королева проекты межпланетных полетов и космических поселений рассматривались многократно, постепенно приближаясь к реально реализуемым вариантам [1].

Герман Степанович Титов курировал проект суборбитального самолета МГ-19, который был также объектом исследования в кандидатской диссертации ведущего конструктора КБ «Салют» Денисова В.Д.: «Комплексный метод предварительного проектирования многоразовых воздушно-космических летательных аппаратов, использующих внешние массово-энергетические ресурсы». После защиты диссертации работа по этой теме была продолжена в направлении создания моноблочных многоцелевых многоразовых космических кораблей для многократных пилотируемых и беспилотных полетов на соседние небесные тела без использования ракет. Космические аппараты данного класса могут применяться и для защиты Земли от астероидов периодически сближающихся с Землей. На примере жизненного цикла создания аппаратов данного класса в МАТИ им. К.Э. Циолковского преподавались несколько предметов на кафедре «Спутники и разгонные блоки» и опубликованы две дюжины докладов на международных конференциях [2-29].

В конце семидесятых, начале восьмидесятых годов прошлого века в ГКНПЦ им. М.В Хруничева, рассматривали многоразовые одноступенчатые средства выведения (ОСВ) на трехкомпонентном топливе (на «принципе Солкелда»), в которых в целях уменьшения массы баков и теплозащиты корабля путем уменьшения площади их оболочки, часть бортового запаса водорода заменялась на керосин, сжигаемый на начальном этапе разгона. Такое решение позволяло получить обнадеживающий результат достижимости в обозримом будущем массы полезного груза 10 тонн на ОИСЗ, при стартовой массе одноступенчатого крылатого многоразового носителя около 1100 тонн. Большой объем теоретических работ также был проведен в Центре Келдыша [1], ЦНИИМаш (Проект «Гера») и ГРЦ им. Макеева («Корона») [30].

Над подобными проектами работали и американцы и англичане. На рисунке 1  представлены средства выведения — прототипы рассматриваемых в настоящей статье кораблей, на разработку которых и экспериментальную отработку демонстраторов типа «Х-37В, Х-52», в США затрачены десятки миллиардов долларов. Разработка программ искусственного интеллекта для проектирования таких кораблей обошлась налогоплательщикам в 1 млрд. долл.

Рис. 1. Зарубежные моноблочные средства выведения на орбиту Х-30, СЕВ3, NASP и Скайлон

Интересный вариант много лет предлагают проектировщики Миасского КБ им. Макеева — фарообразный или конический моноблочный ракетоноситель (МРН) с вертикальным взлетом и посадкой, с различными двигателями, в том числе внешнего расширения («Корона»), рис.2. К настоящему времени эту схему взлета и посадки реализовал на практике американский изобретатель Илон Маск на первой ступени своей РН «Фалкон».

Рис 2. РН «Корона», MADV (Mars Ascent/Descent Vehicle) и звездолет Циолковского

Кстати аналогичный, представленный на рисунке 2 моноблочный корабль для марсианских миссий, известен много десятков лет, правда в размерности более 3000 тонн и его разработка возобновлена в 2018 году. С 1911 года известна моноблочная концепция моноблочного звездолета русского мыслителя К.Э.Циолковского. [30-33].

Важность выхода человека в космос обусловлена не только обеспечением глобальной связи, мониторинга, коммерцией, но и возможностью гибели Земли в космической катастрофе. Земля — это тонкая кора толщиной 50-80 километров, под которой раскаленный океан ядра, а над корой тонкий слой атмосферы высотой 25-30 километров. Глобальные опасности обусловлены в частности возможным взрывом супервулканов, порождаемых ядерными процессами внутри Земли, супервспышками из-за циклических процессов в термоядерном Солнце, возможностью столкновения Земли с крупными астероидами, периодически сближающимися с Землей [2, 5] и мутацией общественного сознания человечества через потребительство в сторону самоуничтожения, порождающей войны всех типов, в том числе ядерных, тектонических, климатических, химических, религиозных и биологических, а также бурный рост терроризма на основе сумасбродства и самодурства неадекватных субъектов разумной материи Земли.

В опубликованном цикле работ [3-29] показано, что современный уровень технологий позволяет приступить к проектированию на базе суборбитального самолета В.М.Мясищева «МГ-19», многоцелевого многоразового космического монокорабля, способного в одну ступень, после дозаправки на опорной орбите, совершить экспедицию на Марс или Луну, облет Венеры и Марса за один рейс, а на попутном астероиде, периодически сближающемся с Землей, облететь всю солнечную систему. В рамках данной статьи назовем этот корабль космический ковчег. Дозаправку корабля «Старшип» на орбите сейчас предлагает и И. Маск.

Академик Александров, подводя итоги создания многоразовых ракетно-космических систем 80-х, сказал, что дальнейшее развитие космонавтики, на базе многоразовых космических средств с комбинированной ядерной двигательной установкой могло бы изменить историю не только нашей страны, но и всей Цивилизации. Однако, в связи с тем, что суборбитальный самолет типа МГ-19 требовал комбинированной двигательной установки на базе ядерного реактора гигаваттного класса, соизмеримой с энергоблоком ЧАЭС, никто не решился объявить старт проекта и пролета таких кораблей над головой.

Пора отказаться от топтания на технологиях пятидесятых годов прошлого века и одноразовых ракет и спутников, захламляющих Землю и космос своими отделяющимися фрагментами и КА, вышедшими из строя. В мировом океане сейчас образовались многомиллионотонные острова из мусора, выброшенного с кораблей, в том числе затонувших, и приплывшего в океан из рек, с упавших самолетов и ракет. «Памперсное поколение», привыкшее с младенчества гадить под себя и испытывать при этом удовольствие, продолжает бездумно загаживать планету Земля и ее околоземный космос. К настоящему времени человечество обладает опробованными технологиями, позволяющими реализовать рассматриваемые проекты (запатентованные изобретения РФ).

Этой проблеме и посвящена серия докладов, представленных на сайте mirah.ru и опубликованных в трудах Королевских, Гагаринских, Циолковских, Мясищевских чтений нулевых и десятых годов этого века.

Учитывая, что США непрерывно продолжают создание и летные испытания демонстраторов многоразовых космических систем (МКС), инвестируя миллиарды долларов в это направление, применим принципиальные подходы рассмотренной концепции моноблочного экспедиционного космического комплекса (МЭКК) и мобильной напланетной базы (МНБ) [3-24], к перечисленным российским и зарубежным аналогам для оценки достижимых результатов предварительного проектирования на математических моделях.

В работах [3-29] представлены способы и устройства, обеспечивающие создание универсальных моноблочных космических комплексов, способных многократно решать многоцелевые задачи в космосе. Эти многоцелевые многоразовые космические комплексы, переоснащаемые целевыми системами для решения частных задач, позволят обеспечить многоразовость орбитальных спутниковых систем, экспедиции на соседние планеты, доставку на них роботов и оборудования, использование предложенных комплексов в качестве и для поддержки инфраструктуры орбитальных и напланетных баз, в качестве космических ковчегов для расселения генофонда человечества на соседние небесные тела, а также для защиты Земли от астероидов и комет.

В связи с требованием оппонентов, для тысячекратного сокращения мощности бортовой ядерной электростанции и удешевления корабля, последние работы и проекты по теме основаны на комплексировании известных во всем мире многоразовой ракеты — носителя «Корона» ГРЦ им. Макеева и «Транспортно-энергетического модуля», разработанного в Роскосмосе под руководством центра им. Келдыша в: РКК «Энергия», ГКНПЦ им. М.В.Хруничева и КБ «Арсенал» в объеме сотни томов проектных материалов.

В бюджетном варианте ковчега, с целью повышения радиационной безопасности предлагаемого космического комплекса, технологически комплексирование основано на выходе из гравитационного колодца Земли с помощью технологии известной многоразовой РН «Корона», в которой проблемный ЖРД с центральным телом заменен на испытанный в Воронежском машиностроительном заводе ЖРД на трехкомпонентном топливе (кислород + водород + керосин) [25-29].

Здесь использован «Принцип Солкелда» из известного в космической отрасли патента пятидесятилетней давности американского изобретателя, и расчетов 80-х годов аспирантов Медведева А.А. и Денисова В.Д., определивших оптимальное соотношение пар компонентов в этом двигателе как 50 на 50, позволяющего ракете выйти на орбиту в одну ступень. Современный уровень технологий и материалов позволяет реализовать такую многоразовую моноблочную РН космического назначения в стартовой размерности 500 тонн, вместо 1100 тонн пятьдесят лет назад, что показано элементарными расчетами в этой статье на основе формулы Циолковского.

В предложенном ковчеге его неотделяемая в базовом варианте полезная нагрузка скомплексирована с ракетой, и использованием принципа лифтирования систем управления и телеметрии, известного, например из работ 80-х годов НПО им. Лавочкина в марсианских программах, когда СУ КА, функционирующая в полете к Марсу несколько месяцев, адаптируется и для управления ракетой «Протон» в течение ее десятиминутного полета. При этом старая базовая СУ РН не устанавливается, позволяя увеличить массу целевой нагрузки марсианского корабля на 500 кг.

Кроме того в предложенном проекте, неотделяемая полезная нагрузка моноблочного корабля представляет собой скомплексированный с ним ядерный транспортно-энергетический модуль мегаваттного класса. Как всемирно известно из открытых публикаций о ТЭМ, он содержит ядерный энергоблок, турбомашинную электростанцию для питания электроракетных двигателей ТЭМ и теплообменники для сброса тепла в космос, так как КПД такого ядерного бортового источника электропитания (электростанции) не превышает 80%. Перечисленные выше разработчики ТЭМ потеряли время при разработке ТЭМ, так как центр Келдыша навязывал исполнителям применение в теплообменнике непригодного теплоносителя, который разлагается от воздействия радиации и безответственная разработка бумаги длилась десятки лет.

Рис. 3. Вариант транспортно-энергетического модуля Центра Келдыша, ЦНИИМаш и РКК «Энергия»[34]

Для быстрых перелетов между планетами и астероидами предложено отказаться от сборки космических комплексов на орбите из многочисленных мелких модулей, доставляемых ракетами типа «Протон», «Ангара А5», так как это приводит к механическим погрешностям сборки, повреждениям столкновениями сборочных единиц и астероидами при многолетней сборке пятисоттонного комплекса на орбите. Для справки можно отметить , что МКС летающая на орбите 25 лет, имеет массу около 450 тонн и до сих пор не собрана в полной конфигурации! Эту технологию сейчас принял и Илон Маск.

Рис. 4. Комплексирование систем КВРБ, ТЭМ и «Короны» в моноблок

Предложено скомплексировать в моноблочном устройстве модифицированные специальным образом элементы ракеты «Корона», транспортно-энергетического модуля и кислородно-водородного разгонного блока и некоторые системы перечисленных выше изобретений, имеющих более ранний приоритет. Все эти изделия достаточно глубоко проработаны, что позволяет утверждать о промышленной реализуемости синтезированного устройства. Задержка реализации перечисленных изделий связана с многолетней коррупцией и воровством в Роскосмосе, нарушениями дисциплины, в связи с чем эти изделия до сих пор не летают. Предлагается собирать моноблочный комплекс на серийном заводе на Земле. После израсходования топлива на выведение на орбиту, комплекс всего лишь дозаправляется на орбите общеизвестными с 1928 года способами дозаправки летательных аппаратов в полете, для чего ковчег снабжен известными многоразовыми типовыми заправочными устройствами (нового поколения повышенной прочности и надежности). Дозаправленный ковчег может продолжить полет к Луне, Марсу и астероидам и совершить посадку на них. Баллистические расчеты взлета с Земли и посадки на Луну, в доступном студентам виде, представлены на рисунках и в таблицах на нижеследующих страницах.

Рис. 5. Схема полета ММНБ на Луну

Таблица 1. Результаты расчета разгона ковчега типа «Корона» на ОИСЗ на трехкомпонентном топливе при стартовой массе 500 тонн

Так как потребная характеристическая скорость выхода ковчега на опорную орбиту Земли составляет около 9270 м/с, из таблицы 1 видно, что даже без использования двигателя с центральным телом, который судя по расчетам ГРЦ им. Макеева имеет удельный импульс близкий к ядерному водородному, предлагаемый упрощенный МОРН выходит на орбиту Земли в одноступенчатом исполнении на трехкомпонентных ЖРД при использовании трехкомпонентного топлива (керосин+кислород+водород). При этом потребная сухая масса конструкции МОРН (баки, КМДУ, БО) может составить 53,7 т., а масса, располагаемая для целевых бортовых систем экспериментального многоцелевого КА (ЭМКА) или доставляемых компонентов, — 10,3 т., то есть лучше, чем на одноразовой многоступенчатой РН «Союз-5».


Графически такое комплексирование иллюстрируется на следующем рисунке. Полученную РН типа «Корона» авторы назвали «Ангарой Д», чтобы подчеркнуть преемственность существующих разработок.

Рис. 6. Комплексирование элементов многоступенчатой ракеты Ангара в моноблок.

Предлагается также в орбитальном полете ковчега и отлете с Марса и Луны использовать широко распространенную на планетах и астероидах солнечной системы воду [26-29]. При этом предлагается заменить на воду, применяемый сейчас в качестве рабочего тела в проектах ТЭМ ксенон, так как добываемый из атмосферы ксенон достаточно редок и его недостаточно для реализации марсианских миссий.

Используя бортовую электростанцию, предлагается разлагать бортовые запасы заправленной воды на кислород и водород и с достаточно высоким удельным импульсом, 450-470 сек, осуществлять быстрые перелеты на кислородно-водородных ЖРД средней тяги. При этом продолжительность межорбитального полета сокращается с года (на электроракетных двигателях малой тяги) до двух месяцев и уменьшает радиационную нагрузку на экипаж и оборудование.

Предлагается серийное производство ковчегов для замены одноразовых ракет и одноразовых космических аппаратов (навигационных, связных, метеорологических, дистанционного зондирования…), которые станут ремонтопригодными и обслуживаемыми и переоснащаемыми на Земле. При этом по аналогии с классическими автомобилями: «Копейками», «Четверками», «Шестерками», «Девятками» и «Десятками», унифицированные ковчеги будут иметь вариантную комплектацию, и использоваться для испытания многочисленных новых систем и движителей, благодаря возможности многократного использования демонстраторов ковчегов.


Многоцелевое применение ковчегов обеспечивается размещением в грузовом отсеке целевых систем связных, навигационных, метеорологических спутников, транспортных кораблей и даже напланетных баз, как показано на следующем рисунке, где в качестве базового изображен простейший ковчег — заправщик, который вместо систем ТЭМ оснащен баками с водой и средствами дозаправки.

Рис. 7. Комплексное интегрирование систем пилотируемых КА в моноблок

В качестве примера экспериментального использования, предлагается провести на ковчеге испытания создаваемого в настоящее время на базе Воронежских ЖРД с ТНА, квантовых двигателей Леонова, теоретически известных из восьмисотстраничной теории суперобъединения и единого поля этого русского ученого. [39]. Этот квантовый двигатель сродни Emdrive, испытания которого проведены не только в России и США, но и в Китае. И хотя работа этого устройства еще не понята до конца, так же как и «атом неисчерпаем», предлагается опробовать в космических условиях уже известные из экспериментов свойства этих устройств на предложенном автором ковчеге, как многократно предлагал и НИИКС ГКНПЦ им. М.В.Хруничева. В сочетании с ядерной электростанцией такой комплекс сможет решать новые задачи в космосе.

В ковчеге с целью уменьшения расхода его бортовой массы применен для ориентации и стабилизации трехосный соленоид нескольких конфигураций, который при определенном сочетании магнитных импульсов может создавать в магнитосферах Солнца и Земли тяговые усилия на ковчеге. Надо подчеркнуть приоритет России в применении соленоидов при исследовании магнитосферы Земли, ориентации и стабилизации шестьдесят лет назад на  третьем искусственном спутнике. Однако вследствие того, что электроника в СССР была тяжеловата, эту эстафету перехватила Япония и только последние годы на российских КА снова стали применять не расходующие бортовую массу электромагнитные системы ориентации и стабилизации, питаемые от солнечных батарей, что позволило увеличить сроки существования спутников до их морального устаревания.

Учитывая вышеизложенное видно, что в современном уровне техники известны перечисленные в изобретении устройства и признаки, которые порознь испытаны в нескольких странах, включая Россию, и которые своеобразно и комплексно использованы авторами с получением нового эффекта.

Вот, например, фотографии экспериментальных образцов квантовых двигателей Леонова испытанных в России и предложенных для использования в заявленном комплексе для повышения удельных характеристик двигателей.

Рис. 8. Фото устройств [35].

см. http://leonov-laboratory.blogspot.com

Экономическая эффективность предлагаемого устройства также рассчитана и приведена в конце доклада.

Традиционные принципы освоения Марса, рассмотрены в известной работе Центра Келдыша под ред. А.С. Коротеева, обобщенные в [1]. В работе [7] описана директивная технология межпланетной экспедиции на Марс на моноблочном экспедиционном комплексе, отмечена возможность применения современных технологий дозаправки ковчега на Марсе с использованием марсианских ресурсов. Показана возможность использования материальной части («железа») корабля в качестве временной напланетной базы (НБ).

В работе [11] приведены результаты моделирования известной технологии космической баллистики на электроракетных двигателях, предложенной почти 100 лет назад Ф. Цандером, обеспечивающей экономию топлива при перелете к Марсу и обратно, с посадкой на Марсе, в одноступенчатом моноблочном космическом комплексе или облет Марса и Венеры за один рейс, без дозаправки у Марса. Показана также реализуемость экспедиции на Луну с одной дозаправкой корабля на опорной орбите у Земли, рис.2.


Проведем сравнительное предварительное баллистическое и весовое моделирование экспедиционных комплексов, рис.9. с оценкой возможности решения уравнения существования вариантов ковчегов, без ЯРД, в диапазоне стартовых масс до 500 тонн, с помощью УИКС [6].

А) Типа «Корона»     Б) Типа «Скайлон» В) Типа «МГ-19»

Рис. 9. 3D модели вариантов ковчегов.

Присвоим общее название рассматриваемым вариантам моноблочных универсальных кораблей «Космические ковчеги» и используем на них следующие общие технологические принципы:

— для выхода из гравитационного поля Земли по проекту в рамках настоящей статьи используются: комбинированная двигательная установка, трехкомпонентные ЖРД и двигатели Бонда;

— в межпланетном полете применяются: бортовая ядерная электростанция (БЯЭС), электроракетные и ракетные двигатели и гиродины;

— для дозаправки на орбите используются аналогичные корабли-заправщики (спасатели) или дешевые ракеты-носители в упрощенной комплектации;

— для дозаправки на планете-цели или астероиде применяется модернизированный мобильный напланетный горнодобывающий комбайн (НГДК) НИИ геохимии им. Вернадского;

— используются общие технологии и конструктивные решения, позволяющие снизить облучение и обеспечивающие непревышение безопасной дозы облучения экипажа в экспедиции;

— используются технологии сохранения работоспособности экипажа в экспедиции в открытом космосе, путем создания искусственной гравитации в полете, соответствующей марсианским условиям как предложено в работах [14 и 15] для всех вариантов.

Экспедиция на Марс с минимальными затратами топлива при использовании технологии раскрутки/скрутки, иллюстрируется на рис. 10.

Рис. 10. Схема перелета к Марсу [11, 21]

Расчеты проведены в предположении, что компетентные разработчики «Скайлона» и «Короны» правильно оценили характеристики своих МРН для участка выведения на ИСЗ. Стартовую массу ковчега с орбиты Земли, примем 500 тонн как для ковчега типа «МГ-19», полученные в работах [21-22].

Оценки, приведенные ниже в таблицах, показывают, что ковчеги рассматриваемого класса, после дозаправки на опорной орбите до полных баков, могут совершить экспедицию на Луну, облет Марса и Венеры, а с дозаправкой на орбите планеты-цели или на поверхности планеты-цели, может реализовать экспедицию с посадкой на Марсе и возвращением на Землю.

Посадка ковчегов на неподготовленную планету рассматривается с использованием технологий, уже освоенных на Луне и Марсе для автоматических КА и примененных Илоном Маском на крупногабаритных ступенях на Земле.

Включаемый в состав груза основного ковчега или дублера-спасателя напланетный горнодобывающий комбайн (НГДК) НИИ геохимии им. Вернадского, используется для добычи из местного сырья необходимых расходных материалов: воды и топлива, например, общеизвестными методами дробления на наночастицы и возгонки составляющих веществ, массспектрометрическое, магнитное или центробежное, гравитационное разделение смесей на составляющие компоненты. НГДК может быть запитан от бортовой БЯЭС.

Не будем загромождать доклад сложными системами уравнений. Используем знаменитую формулу Циолковского, а значения характеристических скоростей примем с учетом гравитационных потерь в полете на микротяге примем в соответствии с работой [11].

где Vхар – импульс скорости (характеристическая скорость),

Wист – скорость истечения газов из сопла

где Iуд – удельный импульс,

g – ускорение свободного падения на Земле.

Масса аппарата после импульса также ищется с помощью формулы Циолковского:                    

Расход топлива ММНБ (Мр) найдем по формуле:

Где М0 – начальная масса аппарата,

Мк – масса аппарата после импульса.

В таблицах 2 и 3 тяги и массы топлива даны для посадочного двигателя с удельным импульсом 440 — 470с.

Многократное погружение в атмосферу с маневрированием в район посадки и аэродинамическое торможение планера позволят снизить скорость с орбитальной, — для Марса около 3500 м/с (для Луны – 1000 м/с), до 1000 м/с и эту оставшуюся скорость ~ 1000 м/с, мы погасим либо хвостом вперед на ЯРД (импульс, учитывая кратковременность работы до 900 с) или на установленных посадочных ЖРД со средним импульсом до 470 с. Технология гашения скорости путем многократного погружения в атмосферу Марса сближают расходные посадочные характеристики для экспедиций на Луну и Марс.

Разворот ковчега (не обязательно), левитацию для выбора площадки и посадку мы осуществляем на 5-ти камерах многокамерного ЖРД или мульти-сопле ЯРД.

Можно рассмотреть  многозвенную конструкцию амортизаторов шасси (паукообразную) или эластичный обтюратор, обеспечивающий с газами ЖРД газовую подушку под крылом или несущим корпусом при посадке на Марс.

Главное в задаче не уйти в «минус», «израсходовав» сухую массу корабля (как предлагал в своих теоретических расчетах Ф. Цандер), что исключает возвращение. Сухая масса ковчега типа «МГ-19» 200-220 тонн, и для варианта ковчега с дополнительными ЖРД, естественно, ближе к 220 тоннам, полезный груз 30 тонн и топлива на посадку в первом приближении оставлено 30 тонн [21], поэтому минимальная масса на подлете к планете ковчега типа «МГ-19» около 280 тонн. Для Луны хватит, а для Марса, судя по расчетам, нужно вдвое больше топлива из-за маневрирования при многократном погружении в атмосферу. Конкретные значения возможных масс на всех участках полета, имеются в работе [11]. Для ковчега типа «Хотол» и «Корона», имеющих вдвое-втрое меньшую сухую массу, топлива на посадку соответственно нужно меньше.

Мы рассматриваем лишь качественную картину реализуемости концепций и решение весового уравнения существования ковчегов. Для этого достаточно оценки по Циолковскому, имя которого здесь не лишне упомянуть. Именно он автор плана освоения солнечной системы Человечеством столетней давности.

Баки ковчега объемом 1000 куб. м. для концепции на базе «Скайлона» позволяют заправить в них на орбите до 1000 тонн воды (или другого рабочего тела, например аргона). Для концепции на базе РН «Корона» объем баков превышает 2100 куб. м. Разлагая воду, с использованием электролиза посредством бортовой электростанции можно получать соответствующее количество кислородно-водородного топлива по мере необходимости, к моменту выдачи очередного импульса. Этот вариант может быть использован на ковчеге – дублере (заправщике), оставляемом на орбите в качестве орбитальной базы – заправочной станции, либо на напланетной базе – энергоблоке и заправочной станции, посаженной на Луну. Пополнение запасов воды на Луне и Марсе осуществим посредством НГДК.

Рассмотрим освоенные технологии вертикальной посадки КА изменяемой геометрии (трансформера). Эта технология, например при уникальном, единственном посещении планеты-цели, предполагает многопараметрическое зондирование и 3D картографирование поверхности планеты с орбиты или при лобовой посадке по мере подлета к цели и реактивное торможение ММНБ при сближении с планетой или астероидом ракетодинамическим или электродинамическим способом. Для причаливания к астероидам, для совместного полета или изменения их траектории, в этом случае, возможно также использование гарпуна с лебедкой.

Освоенная технология посадки на неподготовленную поверхность, например Марса, предусматривает [21]:

— сход с орбиты Марса, путем выдачи тормозного импульса с помощью многокамерного ЖРД,

— аэродинамическое торможение в атмосфере Марса до минимально-возможной скорости, путем аэродинамического маневрирования с переменным углом атаки, или многократного погружения в атмосферу,

— гашение остаточной скорости МЭКК с помощью ЖРД (РПД), выравнивание, зависание, левитация с выбором места посадки,

—  вертикальную посадку, аналогично самолетам вертикального взлета и посадки на РПД с подсосом местной атмосферы или на ЖРД, аналогично лунникам и марсианским посадочным модулям. рис. 11.

Рис. 11. а) вид на шасси и ЖРД снизу. и б) 3D модель объемов ковчега в разрезе

Затраты топлива или бортовых рабочих тел при такой посадке существенно зависят от гравитационных параметров планеты-цели, характеристик атмосферы и возможности накопления рабочего тела из атмосферы через воздухозаборники при многократном погружении в атмосферу.

Так для Марса эти затраты, за округлением, оценены в следующих таблицах 2 и 3 для ЖРД.

Воспользуемся учебно-исследовательским моделирующим стендом [6] для проведения баллистических и весовых оценок (табл. 2-5).

Таблица 2. Исходные данные для посадки на Марс.

Для Луны условия проще и не предусматривают аэродинамического торможения и других манипуляций с атмосферой, строка 2 таблицы 3.

Таблица 3. Вариант массовых затрат на ракетно-динамическую посадку на Марс с использованием ЯРД/ЖРД, т

Результаты математического моделирования баллистических и массовых характеристик  экспедиций на Луну приведены в таблице 4.

Таблица 4. Баллистические характеристики экспедиции на Луну [11,18,21]

Аналогичные расчеты проведены и для марсианской экспедиции, показавшие положительные результаты, приведенные в табл. 5.

Результаты оценок рассматриваемых концепций ковчегов приведенные в  таблицах 4 и 5, дают обнадеживающий результат реализуемости Лунной и Марсианской экспедиции на рассматриваемых моноблочных кораблях.

Из таблиц расчета Лунной  миссии видно, что, как и утверждалось в работе [21] одной дозаправки до полных баков на опорной орбите достаточно для реализации экспедиции на Луну с возвращением и доставкой грузов и туда и обратно в объеме 25-30 тонн. При этом возможен слив 25 тонн топлива в Лунное хранилище или хранилище на окололунной орбите, в качестве которого может служить модифицированный ковчегов.

Таблица 5. Баллистические характеристики экспедиции на Марс [11,18,21]

Приведенные расчетные данные иллюстрируют приемлемые для данного класса космических комплексов характеристики, обеспечивающие реализуемость посадки ковчега — мобильной моноблочной напланетной базы на Марс, так как остатки топлива при подлете к Марсу превышают потребные даже для ракетно-динамической посадки на «прожорливых» ЖРД  [11, 21].

В случае отказа от повторного включения ЯРД после выхода на ОИСЗ и последующем применении ЖРД, необходима дозаправка на Луне или окололунной орбите в объеме до 60 тонн (ковчег типа МГ-19) для возвращения на Землю.

Избытки топлива на начальном этапе освоения Луны, при отсутствии там космодрома, могут использоваться для вертикальной посадки и подлета на многосопловом  ЖРД после и перед запуском ЯРД. В последнем рейсе или при повреждении ковчега возможно переоборудование его на Луне в напланетную базу.

Оценим экономическую эффективность проектов в текущих ценах, табл. 6, с использованием наработок [3, 6, 7, 25].

Таблица 6. Экономическая эффективность вариантов ковчегов.

Из сравнения данных таблицы 6 с работой [22] видно, что моноблоки во всех вариантах экономически выгоднее экспедиционных комплексов модульного типа на основе применения многопусковых схем выведения их на одноразовых ракетах и сборки на орбите.

Выводы

1. Интерпретируя слова Воланда из «Мастера и Маргариты» М. Булгакова, понятно, что не только человек, но и все человечество не только смертно, но и неожиданно смертно, поэтому создание космических ковчегов и расселение людей на соседние небесные тела, по плану Циолковского, актуально. 

2. Проведенные исследования современных технологий показывают возможность решения задачи осуществления межпланетных экспедиций на моноблочных экспедиционных космических комплексах (ковчегах) не только на базе современных реакторов гигаваттного класса, но и на мегаваттных реакторах.

3. Расчеты Лунной миссии показывают, что, одной дозаправки ковчега до полных баков на опорной орбите достаточно для реализации экспедиции на Луну с возвращением и доставкой грузов и туда и обратно в объеме 25-30 тонн. При этом возможен слив 25 тонн топлива в Лунное хранилище или хранилище на окололунной орбите, в качестве которого может служить ковчег — модифицированная моноблочная мобильная напланетная или орбитальная база.

4. Небольшая сухая масса моноблоков типа МРН «Корона» позволяет в Лунной экспедиции использовать для нее быструю схему перелета на ЖРД.

5. Проведенный сравнительный анализ моноблочных экспедиционных комплексов (ковчегов) показал эффективность применения моноблоков с комбинированной ядерной энергоустановкой не только в качестве мобильной напланетной базы, но и для поддержания напланетной инфраструктуры.

Список литературы

1) Пилотируемая экспедиция на Марс. Под ред. Коротеева А.С. Москва-Королев. Российская академия космонавтики. 2006.

2) Антоненко С.В. и др. Искусственная среда обитания для освоения солнечной системы. Вестник Российской Академии наук, 2015, том 85, №10.

3) Денисов В.Д. Эффективность использования малого бизнеса для сохранения трудового коллектива госпредприятия в условиях кризиса. Труды 5-й международной экономической конференции. Москва, 2005 г.

4) Ю.О. Бахвалов, В.Д. Денисов, С.Е. Пугаченко, Перспективы внедрения новых технологий в пилотируемых космических комплексах // Труды 44-х Научных чтений памяти К.Э Циолковского. Калуга. 2009.

5) Кузьмин А.Р., Денисов В.Д. Егоров А.С, Меньшиков В.А. «ИКАР» система глобальной защиты Земли от случайных факторов космического пространства ближнего радиуса действия.// Труды симпозиума «Космос и глобальные проблемы человечества», Рига, 2010.

6) Бахвалов Ю.О., Денисов В.Д., и др. Учебно-исследовательский компьютерный стенд для моделирования ракетно-космических систем (УИКС). Свидетельство № 2011616220 от 19 мая 2011.

7) Денисов В.Д. На Марс на одноступенчатом корабле. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2012 г.

8) Денисов В.Д. Дело Мясищева В.М. живет. Материалы для экспозиции Мясищева В.М. в краеведческом музее, г. Ефремов, 2013г.

9) Денисов В.Д. Дело Мясищева В.М. живет. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2013 г.

10) Денисов В.Д. Экспедиционный космический комплекс нового поколения, Доклад на Королевских чтениях, Москва, 2013 г.

11) Денисов В.Д. Особенности космической баллистики экспедиционного космического комплекса нового поколения, Доклад на Королевских чтениях, Москва, 2014 г.

12) Денисов В.Д. Через тернии к звездам. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2014 г.

13) Денисов В.Д. Экспедиционный космический комплекс нового поколения. Международный Российско-Американский научный журнал «Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем», Казань-Дайтона Бич, №1(38), т.19, 2014, 145-151.

14) Денисов В.Д., Ошкин А.Е. Проблемы радиационной безопасности экспедиций на космическом корабле с комбинированной ядерной двигательной установкой. Труды ХХХ1Х Академических чтений по космонавтике, г. Реутов, 2015, Секция 22 имени академика В.Н.Челомея.

15) Денисов В.Д., Ошкин А.Е. Искусственная гравитация на многоразовом атмосферно-космическом комплексе в межпланетной экспедиции. Доклад на чтениях, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2015 г.

16) Денисов В.Д., Пугаченко С.Е. и Михайлов И.В. Анализ эффективности применения развертываемых герметичных конструкций (РГК) в космосе. // Труды чтений, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Гагарин, 2015.

17) Денисов В.Д  Моноблочный экспедиционный космический комплекс. Доклад на 50-х Научных чтениях памяти К.Э Циолковского. Калуга. 2015 г.

18) Денисов В.Д. Оценка возможностей моноблочных экспедиционных космических комплексов. Труды 40-х Академических чтений по космонавтике, г. Реутов, 2016, Секция 22 имени академика В.Н.Челомея.

19) Сайт mirah.ru «Вперед к космической цивилизации».

20) Денисов В.Д. Летательный аппарат на электромагните. // Труды XLIII общественно-научных чтений, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Королев, секция 3, 2016.

21) Денисов В.Д. Посадка моноблочной напланетной базы на Луну и Марс // Труды LI Чтений К.Э. Циолковского. Калуга, 2016.

22) Денисов В.Д. Моноблочный экспедиционный космический комплекс. // Труды секции 22 имени академика В.Н. Челомея 41-х Академических чтений по космонавтике, г. Реутов, 2017.

23) Денисов В.Д. Моноблочный экспедиционный космический комплекс. Питание космонавтов в многолетнем полете без поддержки с Земли.// Труды XLIII общественно-научных чтений, посвященных памяти Гагарина Ю.А., г. Королев, секция 3, 2017.

24) Денисов В.Д. Концепция суборбитального самолета В.М. Мясищева «МГ-19» в современной истории России. // Труды LII Чтений К.Э. Циолковского, Калуга, 2017 и II Общественных Мясищевских чтений, Ефремов, 2017.

25) Денисов В.Д. «Варианты мобильной моноблочной напланетной базы для Луны и Марса». — доклад на Королевские чтения 2018 года.

26) Денисов В.Д. «Транспортно-энергетический модуль с использованием воды в качестве рабочего тела» // Труды 45-х Гагаринских чтений 2018.

27) Денисов В.Д. Предложения по использованию задела по составным частям транспортно-энергетического модуля для создания экспериментального многоцелевого космического аппарата. Труды Королевских чтения 2019, секция 22.

28) Денисов В.Д. «Оценка возможностей межпланетного транспортно-энергетического модуля при использовании в качестве бортовых ресурсов воды вместо ксенона». // Доклад на 53 Циолковских чтениях 2018, Калуга,

29) Денисов В.Д. Предложения по использованию задела по составным частям транспортно-энергетического модуля для создания экспериментального многоцелевого космического аппарата. Доклад на Королевских чтениях 2019.

30) Интернет-ресурс Проект «КОРОНА». https://koparev.livejournal.com/434733.html;

31) Интернет-ресурс MADV (Mars Ascent/Descent Vehicle): описание, характеристики   http://anyaero.com/aero/catalog/24547/

32) Интернет-ресурс Звездолет Циолковского 1911 года https://go.mail.ru/search_images?fm=1&q=%D0%B7%D0%B2%D0%B5%D0%B7%D0%B4%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D1%82%20%D0%A6%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B3%D0%BE&frm=web#urlhash=7311023443647347998;

33) Интернет-ресурс Звездолет, Материал из Викитеки — свободной библиотеки https://ru.wikisource.org/wiki/%D0%97%D0%B2%D0%B5%D0%B7%D0%B4%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82_(%D0%A6%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9);

34) Интернет-ресурс ТЭМ http://kosmolenta.com/index.php/new-tech/nuclear-proplusion-module;

35) Интернет-ресурс http://leonov-laboratory.blogspot.com/, Патент РФ 2184384

36). Денисов В.Д., «Способ осуществления межпланетной экспедиции и моноблочный экспедиционный космический комплекс», заявка на патент РФ № 2018129132 от 09.08.2018.

37). Денисов В.Д., Патент РФ № 2728180, «Способ разгона на заданную межпланетную орбиту и многоразовый транспортно-энергетический модуль», заявка № 2018129983 от 17.08.2018.

38). Денисов В.Д., Патент РФ № 2736982, «Многоцелевой трансформируемый гермоотсек»,  по заявке № 2019122043 от 12.07.2019.

39). Денисов В.Д., Патент РФ № 2729748, «Станция орбитальная заправочная криогенная», по  заявке № 2019125475 от 12.08.2019.

Добавить комментарий