Больше селеноходов хороших и разных.. или проект Сирано :)

[Pavel]

Проектом «Сирано» предусматривается разработка  лунохода и полутраступенчатого разгонного блока. Проект назван в честь французского драматурга, философа, поэта,  научного фантаста 17 века, Эркюля Савинтена Сирано де Бержерака.

Основной идеей проекта является минимизация рисков по доставке лунохода на Луну.

Схема посадки

Теоретически, существует две схемы посадки на Луну. По так называемой «прямой» схеме перелета и после предварительного выхода на орбиту Луны.  По прямой схеме перелета станция сразу переводится на траекторию пересекающую поверхность Луны. При анализе посадочных траекторий можно заметить небольшой пучок траекторий пересекающих Лунную поверхность практически под прямым углом. Посадка в этом районе наиболее простая с точки зрения системы управления. По сути, нужно лишь строго сориентироваться  в пространстве и на определенной высоте включить двигатель. Для такой системы не нужно сложной системы управления, что было даже продемонстрировано на практике. Именно по такой схеме перелета летела Луна-9, впервые в мире, совершившая мягкую посадку на Луну. Эта схема самая простая, надежная и дешевая среди всех вариантов.  Требование к увеличению района возможной посадки приводят к резкому усложнению конструкции, а следовательно к снижению стоимости и надежности.

Область на Луне доступная по такой схеме перелета показана на рис. , Также показан увеличенный фрагмент данной карты с указанием  всех межпланетных станций совершивших посадку в данном районе. Это две однотипные советские станции Луна-9 и Луна-13 и американская станция Сурвеор-1.



Собственно, обследование всех трех представляет очень важный научный и общественный интерес.  Но Луна-9 представляет особое значение. Кроме изучения собственно станции было бы крайне интересно узнать, где совершил посадку перелетный модуль это не известно до сих пор.

Также, очень важный факт, что район между станциями Луна-9 и Луна-13 обладает одним из самых минимальных значений перепада высот. Cследовательно, выбор места посадки в этом районе обеспечивает максимальный шанс на успех.


Схема перелета

Схема перелета стандартная для большинства станций направляющихся к Луне. Сначала ракетоноситель выводит на околоземную орбиту Земли связку разгонный блок+ космический аппарат, затем с помощью разгонного блока станция выводиться на расчетную траекторию полета к Луне. Такая схема выведения, в отличие от многих других, очень слабо ограничивает время пуска. Собственно, стартовое окно при такой схеме «открывается» два раза в сутки.

Для снижения числа различных систем, в данном проекте предлагается использовать один разгонный блок и для старта и для посадки на Луну.

При старте с околоземной орбиты Земли на траекторию перелета к Луне, на первом месте стоит точность  отработки разгонного импульса, как по величине импульса, так и по направлению. Собственно, нужно помнить, что вреден не только недобор импульса, но и его перебор. Для пояснения этого факта можно привести следующие цифры. Если при старте аппарату сообщить скорость порядка 3190 м/с, то при подлете к Луне аппарат будет обладать скоростью порядка 800 м/с, а при падении 2500 м/с. Если же сообщить аппарату скорость 3290 м/с (то есть всего на 100 м/с больше, около 3% ), то при подлете к Луне станция будет обладать  скоростью 1700-1900 м/с, (более чем в два раза), а скорость падения на Луну составит порядка 3000 м/с.
С другой стороны, если же отлетная скорость будет на 100м/с меньше первоначальной, то станция вообще не долетит до Луны. Все эти цифры приведены для старта аппарата с низкой круговой околоземной орбиты высотой около 200 км.

   С учетом топлива для возможных коррекций, уровень погрешности в скорости при отлете с земной орбиты должен быть не более 10м/с (~0.3%), а подлетная скорость, которую требуется погасить, около 2700 м/с. Общая же характеристическая скорость порядка 6 км/с.

Перелетный блок

Проект Фрегат-Лендер

   Первоначально проект базировался на использование для перелета и посадки исключительно надежного разгонного блока Фрегат производства НПО им Лавочкина. Это самый маленький разгонный блок в мире способный на такую операцию. Этот проект обладает максимальной надежностью из всех возможных, так как требуемый уровень доработок РБ Фрегат весьма мал и, по сути,
свелся бы только к  установки на него радиосистемы борт-Земля, камер, радиовысотомера и интеграции системы управления Луноходом и Фрегатом. Все эти модификации нужны были бы главным образом при посадке на Луну, при выведении использовался бы только стандартная СУ Фрегата. Общая масса модификаций оценена в 10 кг.

Проект Сирано

   К сожалению, весьма высокая цена за систему Союз-Фрегат потребовало пересмотра проекта в  сторону уменьшения цены и, к сожалению, увеличению времени и денег на отработку системы. В качестве ракеты-носителя был выбран РН Днепр массой полезной нагрузки на околоземной орбите порядка 3.5 тонн.

   Перелетный блок Сирано представляет из себя разгонный блок полутроступенчатой схемы с топливом на высококипящих компонентах оптимизированный для прямой схемы перелета на Луну. Для этих целей, часть  топлива необходимого для разгона вынесено в отделяемый топливный бак. Сброс бака происходит в начале посадки на Луну, вместе с баком сбрасывается радиовысотомер, блоки СОЗ,  основная часть аккумуляторов. Механическое крепление сбрасываемого бака с перелетному блоку обеспечивается только системой перекачки топлива, дополнительный контакт на время динамических операция обеспечивается четырьмя магнитами с усилием на разрыв порядка 1000 кг.

       Система ориентации смешанная – солнечно- земная .
......
       
        Ориентация модуля  и осадка топлива перед запуском двигателя обеспечивается при помощи четырех модулей СОЗ, состоящих из бака с сжатым азотом и блоком электрических клапанов. Также при помощи подобной системы обеспечивается наддув топливных баков азотом.
   
       Внешний вид перелетного блока Сирано показан на рисунке.  Сравнение с проектом Фрегат- Лендер приведено в таблице.



   По двигательной установке вопрос открыт. Существует около 10 различных двигателей подходящих под перелетный блок Сирано. Пока проект был просчитан под ДУ С5.92 разработки КБХМ, имеющий сухую массу порядка 75 кг.

   Масса лунохода оценивается порядка 60 кг. Посадочная капсула порядка с амортизирующими баллонами порядка  90 кг, весь остальной запас массы находиться в резерве на случай, если не удастся уложиться в сухую массу блока, а также рассматривается для расположения разнообразной полезной нагрузки (в том числе и рекламной).

[avmich]

Павел, спасибо, что выложил вариант.

Если можно, пожалуйста, не пиши цветным шрифтом - и так с цветом на сайте напряжёнка...

Вот это -

" Эта схема самая простая, надежная и дешевая среди всех вариантов."

- сейчас не соответствует истине; в 60-е схему использовали потому, что были существенно ограничены возможности гибкого управления как с Земли, так и с помощью БЦВМ. То есть, это схема сложная, но те схемы, которые сейчас проще, в 60-е были недоступны.

[Pavel]

Павел, спасибо, что выложил вариант.

Если можно, пожалуйста, не пиши цветным шрифтом - и так с цветом на сайте напряжёнка...

Вот это -

" Эта схема самая простая, надежная и дешевая среди всех вариантов."

- сейчас не соответствует истине; в 60-е схему использовали потому, что были существенно ограничены возможности гибкого управления как с Земли, так и с помощью БЦВМ. То есть, это схема сложная, но те схемы, которые сейчас проще, в 60-е были недоступны.

Соответсвует. Так как она использует самые простые элементы. Скажем, что проще (дешевле?) Двигатель постоянной тяги или подобный двигатель с возможностью глубокого дросселирования (в несколько раз)? ЭВМ здесь не много не в кассу.  Она позволит более эффективно использовать топливо, но превратить Е-6 в Е-8 она не способна.

Кстати, если знаете более простые схемы приведите. Ничего проще, чем просто включить двигатель на определенной высоте, а затем только поддерживать ориентацию, я не вижу.

[Николай Дзись-Войнаровский]

А почему магниты для отстрела баков вместо пиропатронов?

Исключительно ради аллюзии на строки из "Сирано"?

Лечь на железный лист и сильными рывками
Магнит подбрасывать, он лист железный с вами
Подтянет кверху. Вы опять.
Так до луны и упражняйтесь!

[Pavel]

А почему магниты для отстрела баков вместо пиропатронов?

Исключительно ради аллюзии на строки из "Сирано"?

Лечь на железный лист и сильными рывками
Магнит подбрасывать, он лист железный с вами
Подтянет кверху. Вы опять.
Так до луны и упражняйтесь!

Какие у вас странные мысли.   Магниты введены исключительно для того, чтобы можно было провести все операции по расстыковки баков еще на подлете, а не после включения двигателя когда счет идет на секунды. В этом же случае достаточно просто выключить магниты. Кстати, все магниты имеет смысл включать только при первом включении, дальше бак будет пуст, хватит и одного магнита. А у пиропатронов в добавлении ко всему еще есть и весьма неприятный возмущающий момент.

Да и в мире, насколько я в курсе, в системах где требуется разъединить кабели/шланги пиропатроны не используются .

[ZOOR]

Да и в мире, насколько я в курсе, в системах где требуется разъединить кабели/шланги пиропатроны не используются .

Интересно, а как оно на Бризе-М реализовано и как на Фрегате-СБ будет без пиропатронов?

[Pavel]

Да и в мире, насколько я в курсе, в системах где требуется разъединить кабели/шланги пиропатроны не используются .

Интересно, а как оно на Бризе-М реализовано и как на Фрегате-СБ будет без пиропатронов?

Там разве есть пиропатроны? На Фрегате-СБ разделение описывалось следующим образом (видимо для ГСО).

-Разъединение разъемов
-Включение двигателей малой тяги. Бак выходит из пазов и удаляется на определенное расстояние
-Включение основного двигателя.

[Дмитрий В.]

Магниты введены исключительно для того, чтобы можно было провести все операции по расстыковки баков еще на подлете, а не после включения двигателя когда счет идет на секунды.

Баки будут стальные?

[Pavel]

Магниты введены исключительно для того, чтобы можно было провести все операции по расстыковки баков еще на подлете, а не после включения двигателя когда счет идет на секунды.

Баки будут стальные?

Алюминиевыми. Всеми любимый АМГ6. Стальными должны быть ленты крепления к силовому каркасу.

[Дмитрий В.]

Несколько вопросов:
1)Должны ли электромагниты быть включенными постонно с момента сборки на заводе-изготовителе или они включаются при сборке КГЧ в МИКе?
2)Где предполагается заказывать изготовление торовых баков? И почему вообще выбран тор, а не сфера, например?

[Pavel]

Несколько вопросов:
1)Должны ли электромагниты быть включенными постонно с момента сборки на заводе-изготовителе или они включаются при сборке КГЧ в МИКе?
2)Где предполагается заказывать изготовление торовых баков? И почему вообще выбран тор, а не сфера, например?

Они включаются только на время динамических операций. Включение двигателя, СОЗ, ориентаций.  Самый долгий момент включения - от момента выведения до конца первой коррекции. После этого топлива в баке не станет и нагрузка упадет до куда более скромных значений. Но, во время коррекции и сеансов ориентации активировать пару магнитов желательно.

Изготовление - самый интересный вопрос. В целом небольшие заказы могут выполнить довольно много фирм. Ради спортивного интереса, я поинтересовался в КМК-1, они не увидели в этом заказе ничего экстраординарного. Но у них как раз опыт работы с алюминием небольшой.

 Хотя нет, вру,  самый интересный вопрос не этот. Самый интересный вопрос, можно ли хоть теоретически получить С5.92 если его даже на Фрегаты с Бризами хватает впритык? Есть и альтернативы, но они хуже.  :roll:

Сфера.. Можно конечно и сферы. Но там схема получалась сложнее технологически. Я тут поднял свою программу, оказывается только с торами просчитал 14 разных компоновок. Получившийся результат, может по массе только крепкий середнячек, но зато он весьма хорош с точки зрения технологии. По сути, один типоразмер торового бака.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Магниты могут быть постоянными. В момент разделения надо не на долго включить электромагниты, которые скомпенсируют магнитное поле постоянных магнитов и баки разделятся.
Тут недавно я видел магнитный верстак, который наводит на еще одну идею в контексте. Если на одной части закрепить магниты намертво, а на другой поставить их на вращающиеся оси, т.ч. при повороте на 180 градусов меняется полярность, то произойдет не только разделение, но и отталкивание.

[Pavel]

Магниты могут быть постоянными. В момент разделения надо не на долго включить электромагниты, которые скомпенсируют магнитное поле постоянных магнитов и баки разделятся.

А ведь хорошая идея! Блеск!    Интересно, какая она будет по массе..

Тут недавно я видел магнитный верстак, который наводит на еще одну идею в контексте. Если на одной части закрепить магниты намертво, а на другой поставить их на вращающиеся оси, т.ч. при повороте на 180 градусов меняется полярность, то произойдет не только разделение, но и отталкивание.

А вот это уже, имхо, чрезмерное усложнение. Тем более что в этот момент уже будет работать ДУ, так что это отталкивание роли не играет.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Магниты могут быть постоянными. В момент разделения надо не на долго включить электромагниты, которые скомпенсируют магнитное поле постоянных магнитов и баки разделятся.

А ведь хорошая идея! Блеск!    Интересно, какая она будет по массе..

Всю массу, и магниты и электромагниты ставим на сбрасываемый бак, т.ч. все лишнее уходит с ним.

[чайник17]

Если времени навалом (а вроде оно исчисляется днями), можно ещё нагреть постоянные магниты выше точки Кюри, они и размагнитятся.
Причём можно сконструировать магнит с нужной проводимостью, он сам себе и будет нагревателем.  

Впрочем, магниты - это вычурно. Есть ошущение, что четырёхкратно резервированная механическая защёлка с приводом электродвигателем будет легче и надёжнее (хотя и чуть дороже, наверное).

[Pavel]

Магниты могут быть постоянными. В момент разделения надо не на долго включить электромагниты, которые скомпенсируют магнитное поле постоянных магнитов и баки разделятся.

А ведь хорошая идея! Блеск!    Интересно, какая она будет по массе..

Всю массу, и магниты и электромагниты ставим на сбрасываемый бак, т.ч. все лишнее уходит с ним.

Это понятно. Но ПН все равно упадет. Конечно, не очень сильно..  Сейчас посчитаю пример. Так, увеличение сухой массы сбрасываемого бака на 100 кг приведет к снижению ПН на 20 кг.  

Так что было бы интересно узнать массу постоянных магнитов способных удержать 700 кг при 0.6 g и 200 кг при 1.4..  

[Pavel]

Впрочем, магниты - это вычурно. Есть ошущение, что четырёхкратно резервированная механическая защёлка с приводом электродвигателем будет легче и надёжнее (хотя и чуть дороже, наверное).

Я даже спорить не буду..    Просто здесь куда важней надежное разделение именно в нужный момент. Так как если вдруг сбросим секунд на 20 позже - аппарат разобьется.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

удалено

[чайник17]

Всю массу, и магниты и электромагниты ставим на сбрасываемый бак, т.ч. все лишнее уходит с ним.

И  получаем дополнительное разрываемое электрическое соединение(я), то есть снижение надёжности.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Всю массу, и магниты и электромагниты ставим на сбрасываемый бак, т.ч. все лишнее уходит с ним.

И  получаем дополнительное разрываемое электрическое соединение(я), то есть снижение надёжности.

А я в качестве электроразъема применю те же магниты...