Модификация КК Союз для дальних полетов

[X]

Модификация КК Союз для дальних полетов

По дальними полетами имеются в виду полеты за пределы LEO, но в пределах системы Земля-Луна, то есть на высокоэллиптические орбиты типа ГПО (и ниже, и выше), на ГСО, в облет Луны, на орбиту спутника Луны и к точкам либрации системы Земля-Луна, к орбите, на которой может находиться собранный межпланетный КК со скоростью близкой ко 2-й космической.

Здесь на форуме обсуждался в основном полет КК Союз на орбиту спутника Луны. Для этого необходим РБ и увеличенный АО Союза с ХС около 2 км/сек. (торможение для выхода на низкую орбиту спутника Луны, стыковка с орбитальной станцией на этой орбите и возвращение на Землю).

Предлагаю для обсуждения идею модификацию КК Союз для таких полетов на основе скрещивания J)) этого КК с РБ Фрегат.

КК Союз Д (назовем его так) – это ОО и СА от ТМА, с необходимыми, на мой взгляд небольшими, модификациями,  + "прокладка" АПО (агрегатно-переходной отсек) + РБ Фрегат (Фрегат 2), наверное, все-таки с некоторыми модификациями.

Идея АПО навеяна идеей дополнительного модуля в Lunar Express. Если помните, этот модуль запускается на РБ, именно с ним стыкуется стандартный ТМА и РБ запускает его в облет Луны. В этом дополнительном модуле системы связи и т.д., что нужно для этого облета.

В данном случае АПО+РБ выполняют функции АО Союза ТМА!
Отсюда функции АПО!

1.   Насколько реалистична такая схема?
Насколько велики модификации ОА, СА, РБ?
Насколько сложно создание АПО? И в целом Союз Д?

В НК, №10/2004 в статье о НПО им. Лавочкина упомянуты модификации РБ Фрегат для РН Зенит и Ариан-5.
Я тогда просто не понял, что же представляют из себя эти модификации.
 
Но недавно avmich привел здесь ссылку
http://www.buran.ru/htm/gud%2033.htm#yastreb

В которой сказано о Фрегат-2:
Кроме того, НПО им. С.А.Лавочкина провело проектные оценки возможности выведения КА на заданные орбиты РН "Протон" ("Протон-М") и "Зенит" при помощи РБ "Фрегат" увеличенной заправки - РБ "Фрегат-2" и выпустило инженерную записку. По мнению разработчика, ориентация на РБ "Фрегат-2" позволит отказаться от использования в составе РН "Протон" ("Протон-М") эксплуатируемого одноступенчатого РБ 11С861, значительно повысив при этом энергетические возможности РН.
     Масса КА, выводимая на ГСО различными РН с РБ "Фрегат-2" составит:
     - РН "Протон-М" не менее 4000 кг;
     - РН "Зенит" не менее 2550 кг;
     - РН "Ангара" (при старте с космодрома "Плесецк") не менее 3750 кг.
     РБ "Фрегат-2" представляет собой дальнейшее развитие РБ "Фрегат" и конструктивно состоит из двух ступеней:
     I ступень - сбрасываемый блок баков;
     II ступень - штатный РБ "Фрегат".
Очевидно, что модификации Фрегата для Зенита и Ариан-5 – это и есть Фрегат-2.

Если идея скрещивания КК Союз и Фрегата/Фрегат-2 проходит, то с помощью РН Союз/Союз 2, Зенит, Ариан-5 можно его запускать на многие орбиты.

Особый интерес вызывают две орбиты:
- ГСО;
-  низкая орбита спутника Луны.

Пусть масса АПО = 1000кг. СА+ОО = 5000 кг.

2.   Если какой-то РН Союз Д (5000+1000+6500, из них 5350 кг топлива) выведен к Луне, сможет ли он выйти на низкую орбиту вокруг Луны и вернуться?
Точнее, какая у него в данном случае ХС?

Насколько нужны эти дальные полеты? Сейчас не нужны.

Но, чтобы приблизить время, когда они будут нужны, надо, если идея скрещивания проходит, опубликовать проект Союз Д, его основные технические и стоимостные характеристики.

И предложить Европе его для реализации!

Тем более, что только новые версии Ариан-5, кажется, только и смогут вывести КК одним запуском на самые интересные орбиты.

Soyuz up! Clipper down! J))

[hcube]

А собсвенно зачем ВООБЩЕ что-то менять? Берем Бриз-М, чуть увеличиваем внешний бак и лепим к нему стыковочный узел. Союз запускаем Союзом, РБ - Протоном. Стыкуем, и летим 'ногами вперед'. Поскольку ускорения небольшие (даже в конце - не более 1/4 G), то с этим проблем не будет, IMHO.

Бриз-КМ ускоряеет связку к Луне, затем сбрасывает внешний бак, и у Луны осуществляет торможение и обратный разгон. Коррекции Союз проводит уже собственной ДУ.

[Whitefox]

Не стоит забывать о степени резервирования систем для пилотируемых полётов. Фрегат для них не приспособлен и его доведение до необходимых кондиций в сравнении с увеличением ёмкости баков Союза, просто невыгодно, как технически так и экономически.

[Andy_K64]

А собсвенно зачем ВООБЩЕ что-то менять? Берем Бриз-М, чуть увеличиваем внешний бак и лепим к нему стыковочный узел. Союз запускаем Союзом, РБ - Протоном. Стыкуем, и летим 'ногами вперед'. Поскольку ускорения небольшие (даже в конце - не более 1/4 G), то с этим проблем не будет, IMHO.

Бриз-КМ ускоряеет связку к Луне, затем сбрасывает внешний бак, и у Луны осуществляет торможение и обратный разгон. Коррекции Союз проводит уже собственной ДУ.

Два вопроса:
1) Так все-таки "Бриз-М" или "Бриз-КМ"?
2) Вы когда-нибудь видели стыковку в космосе с РБ?

А если серьезно, то вы пытаетесь взять два КА, не предназначенных для решения задач, вами придуманных, чисто "механически" соеденить и отправить решать эти самые, не свойственные задачи. Не забывайте, что Л-1 ("Зонд"), Л-3 (точнее его часть ЛК-ОК) - это не "Союзы ТМА" в их нынешнем виде. Это другие корабли, предназначенные для решения именно задач облета Луны, полетов на высокэллиптические орбиты и т.д.

Пусть уж лучше ГКНПЦ тогда восстанавливает свой ТКС (правда, ВА придется теперь покупать в Реутово), прикручивает к нему "Бриз" и.... в общем, удачи!    

А летать несколько суток (неделю) в скрюченном состоянии только потому, что кому-то не нравится идея "Клипера" (а ни одна фирма ничего лучше не предложила) и очень хочется еще куда-нибудь засунуть "Бриз".

[X]

1. А летать несколько суток (неделю) в скрюченном состоянии только потому, что кому-то не нравится идея "Клипера"
2. а ни одна фирма ничего лучше не предложила

1. Скажите мне конкретнюю задачу полета и численность экипажа и я Вам скажу какой конкретно КК нужен.
А в принципе - если нужно дешево и надеждно - на модификацию Союза, если деньги есть и нужно с комфортом - на Клипере.

2. А это Вы зря. Проектов - огромное множество.

[avmich]

Проект запуска Союза на окололунную орбиту обсуждался, в частности, весной 2001 - если не ошибаюсь - года на Авиабазе. Сейчас ссылку не приведу - сервер Базы недоступен.

Тогда рассматривалась схема без дополнительного отсека - того "логистического модуля", но с переделкой Союза-ТМ (тогда ТМА ещё не было) для полёта к Луне. Считалось, что после переделки СА + ОО будут весить 6,5 тонн. Этот "укороченный" Союз назвали Союз-ТМУ :) ..

Не согласен с Энди. Во-первых, к сожалению, во многих его сообщениях слишком явно прослеживается ревность за родную компанию - РККЭ - и пренебрежение проектами других. Болеть за компанию - это хорошо, но плохо, когда это влияет на объективность суждений.

Во-вторых, раз уж Союз-ТМА - совсем другой корабль, чем первые Союзы, то, наверное, можно и предположить такую переделку Союза-ТМА, которая будет способна слетать к Луне. Не такой уж малый объём у Союза - около 9 кубометров, а дорога к Луне - примерно двое-трое суток, к МКС летают примерно столько же. Можно говорить и о стыковке с РБ - американцы, например, стыковались с лунным модулем, в котором из 15 тонн массы было, наверное, тонн 10 топлива, ещё в 60-х.

Способности Протона - как самого тяжёлого российского носителя - по выводу ПН - пока все не исчерпаны, и сейчас заметно больше, чем во времена пусков Зондов. ЦиХ предлагает 12КРБ приспосабливать для различных задач, на заказ. Мне кажется, 6,5 тонны для ТМУ - это с большим запасом: масса СА - 3 тонны, ОО - 1,2 тонны, масса только топлива в ПАО Союза - 900 кг, а при использовании Фрегата ДУ не понадобится.

В результате возможен такой вариант - мне он кажется одним из самых сбалансированных. Союз-ТМА модифицируется так, чтобы работать с системами, ставящимися на Фрегат, вместо систем ПАО. 12КРБ адаптируется под установку на Протон, вместе с Фрегатом; при массе "стандартного" 12КРБ примерно 14-15 тонн, массе Фрегата 5-6 тонн и грузоподъёмности Протона 21 тонна это проходит по массе. Когда у очередного Союза заканчивается вахта на МКС, стартует Протон со связкой 12КРБ - Фрегат. КК Союз отстыковывается от МКС, стыкуется со связкой двух РБ и, после проверки соединений, отбрасывает ПАО. 12КРБ разгоняет связку к Луне, а Фрегат способен обеспечить операции по выходу на окололунную орбиту и сходу с неё.

Требуется довольно много модификаций - по КК Союз для уменьшения массы, по Фрегату, чтобы он мог заменять остальные, недвигательные функции ПАО - и имел бы стыковочный узел, адаптация 12КРБ под Протон - и, возможно, под довывод протоновской ПН до орбиты. Но все эти модификации не выглядят революционными - ограничения есть, но не слишком большие. А результат заметный.

http://www.airshow.ru/expo/110/prod_1712_r.htm
http://astronautix.com/stages/gslv3.htm
http://astronautix.com/stages/fregat.htm

а также древняя, времён, если верить Гуглу, первых полётов на Луну :) дискуссия на Авиабазе

[avmich]

Конечно, всего один дополнительный Протон для полёта к Луне - это нечто экстремальное. По массе, казалось бы, проще отдельно на Союзе-У вывести керосиновый РБ - Фрегат - и на Протоне - один полноразмерный водородник - КВРБ. Однако тогда нужно будет делать на одну стыковку - и на два стыковочных узла - больше.

Главное, что схема хорошо увязывается при сравнительно небольшом увеличении ПН Протона - скажем, если использовать довывод ПН своими двигателями, то можно на орбите ИСЗ иметь 22 тонны как минимум - или при аналогичном (не равном, конечно, по массе) снижении массы КК Союз.

Мне кажется :) наиболее перспективно всё же попробовать отказаться от ПАО КК Союз на "лунной" части его эксплуатации - ПАО уже имеет достаточно солидную историю, а многие его функции вполне может выполнить Фрегат.

12КРБ - довольно "тонкий" РБ, а если его ещё дополнять Фрегатом, то проблемы влезть под обтекатель Протона вполне заметны. Видимо, надо делать 15КРБ, с довыводом на своих двигателях на орбиту, и делать баки с большим диаметром, чем на 12КРБ.

[Whitefox]

В результате возможен такой вариант - мне он кажется одним из самых сбалансированных. Союз-ТМА модифицируется так, чтобы работать с системами, ставящимися на Фрегат, вместо систем ПАО. 12КРБ адаптируется под установку на Протон, вместе с Фрегатом; при массе "стандартного" 12КРБ примерно 14-15 тонн, массе Фрегата 5-6 тонн и грузоподъёмности Протона 21 тонна это проходит по массе. Когда у очередного Союза заканчивается вахта на МКС, стартует Протон со связкой 12КРБ - Фрегат. КК Союз отстыковывается от МКС, стыкуется со связкой двух РБ и, после проверки соединений, отбрасывает ПАО. 12КРБ разгоняет связку к Луне, а Фрегат способен обеспечить операции по выходу на окололунную орбиту и сходу с неё.

Требуется довольно много модификаций - по КК Союз для уменьшения массы, по Фрегату, чтобы он мог заменять остальные, недвигательные функции ПАО - и имел бы стыковочный узел, адаптация 12КРБ под Протон - и, возможно, под довывод протоновской ПН до орбиты. Но все эти модификации не выглядят революционными - ограничения есть, но не слишком большие. А результат заметный.

avmich, отказ двигателя на Фрегате и бай бай герои лётчики-космонавты... ну нет у этого РБ необходимого уровня резервирования. Если поставим резервный двигатель, то это уже совсем не Фрегат получается.
 
А если начнём разбираться дальше то увидим что всё необходимое резервирование уже имеется на Союзе, и увеличить ёмкость баков ПАО много проще эффективнее, чем заниматься коренной переделкой Фрегата, тем паче что Союз в любом случае придется модернизировать, а апгрейдить одну железку проще чем две.

Если цепляться за предложенную вами схему с Протоном, то пусть он вместе 12КРБ просто выводит баки с топливом, лишние детали в виде Фрегата здесь совершенно не нужны.

[Whitefox]

Мне кажется наиболее перспективно всё же попробовать отказаться от ПАО КК Союз на "лунной" части его эксплуатации - ПАО уже имеет достаточно солидную историю, а многие его функции вполне может выполнить Фрегат.

Ещё раз, ну нет у Фрегата необходимого резервирования, если его делапть, тот же самый ПАО и получится. Вобщем за что боролись на то и напоролись. Нафиг Фрегат, не для этого он предназанчен, зачем притягивать его за уши? Или вы из Лавки?  :lol:

[hcube]

А вот кстати, двигатель Союза сможет 'переработать' 20 тонн топлива? Потому как в принципе-то пофиг чем их выпуливать - 400 кг ОДУ Союза или 2000 ДУ РБ ;-). Нагрузки на стыковочный узел при этом сравнимые - так на узле висит Союз, а так - РБ, зато тяга двигателей меньше ;-).

Да, по варианту АВМича - если мы отстреливаем АО, то функции АО должен выполнять РБ. АО это ж не только двигатель, это еще и радиаторы системы терморегулирования, СБ, аккумуляторы...

В общем, IMHO АО отстреливать как-то не очень хорошо.

Опять же, если предположить челночную роль Союза - как тогда стыковаться к окололунной ОС? Так можно отстыковаться от РБ и пристыковаться к ОС. А потом обратно к РБ. А если АО нет, что делать бум?

Опять же, топливо в АО не пропадет ;-) Его можно и для доразгона после Бриз-КМ использовать, и для коррекций, и для заливки лунной ОС...

[avmich]

О, здравые мысли :)

[X]

1. Вряд ли ЖРД "Союза-ТМ" сможет "освоить" 20 тонн топлива без доработок. Его норма - меньше тонны, ну пусть даже есть трёхкратный запас, всё равно мало.
2. Если внимательно взглянуть вот сюды:

http://spaceflight1.nasa.gov/gallery/images/station/soyuz-tma/hires/iss003e7094.jpg

мы с лёгкостью обнаруживаем у штатной КТДУ "Союза-ТМ/ТМА" всего ОДИН маршевый двигатель. Говоря словами предыдущего оратора, "отказ двигателя - и бай бай герои лётчики-космонавты... ну нет у этого космического корабля необходимого уровня резервирования."

[serb]

у штатной КТДУ "Союза-ТМ/ТМА" всего ОДИН маршевый двигатель. Говоря словами предыдущего оратора, "отказ двигателя - и бай бай герои лётчики-космонавты... ну нет у этого космического корабля необходимого уровня резервирования."

Ну, тут все же LEO. не удастся дать импульс двигателями малой тяги - так теоретически можно спасательную экспедицию снарядить (по крайней мере, можно БЫЛО - во времена проклатого тоталитаризма).

А в полете к Луне ситуаця несколько иная. Так что ИМХ все-таки придется городить новый ПАО тонн на 7 - возможно, с использованием узлов и агрегатов от существующих систем.

[X]

На фоне самого факта полёта к чёрту на рога в металлической бочке дублирование чего бы то там ни было уже не кажется гарантией возвращения, рано или поздно захочется троировать системы и так далее. В результате супернадёжный, полностью автономный и многократно дублированный туристический корабль, боюсь, останется на Земле из-за отсутствия подходящей РН  
   Мне кажется, что на случай аварии проще (и значительно дешевле) предусмотреть наличие корабля-спасателя (или даже двух - на окололунной и околоземной орбитах), а туристам вложить в НЗ побольше кислорода и пищи. Траекторию полёта к Луне рассчитывать так, чтобы при отказе ДУ она сама по себе, без коррекции, обеспечивала возвращение к Земле (ну, это стандартный ход), а окололунный корабль-спасатель можно пустить на вытянутую орбиту, близкую к отлётной от Луны к Земле, чтобы "в случае чего" корабль-спасатель мог быстро и недорого поменять свою траекторию и подстыковаться к терпящему бедствие.
   Короче говоря, если строить именно туристический комплекс, то придётся создавать многоуровневую систему спасения и обеспечения возвращения домой. А если пользоваться тем, что есть сейчас, или с _небольшими_ переделками - а именно такова и была изначальная идея, возить на Луну туристов на том, что есть, а не на том, что могло бы быть, если бы нам дали триллион баксов и сто лет - придётся летать на одном двигателе А также на честном слове и на одном крыле

[serb]

Мне кажется, что на случай аварии проще (и значительно дешевле) предусмотреть наличие корабля-спасателя (или даже двух - на окололунной и околоземной орбитах), а туристам вложить в НЗ побольше кислорода и пищи. Траекторию полёта к Луне рассчитывать так, чтобы при отказе ДУ она сама по себе, без коррекции, обеспечивала возвращение к Земле (ну, это стандартный ход), а окололунный корабль-спасатель можно пустить на вытянутую орбиту, близкую к отлётной от Луны к Земле, чтобы "в случае чего" корабль-спасатель мог быстро и недорого поменять свою траекторию и подстыковаться к терпящему бедствие.

Мнээээ. А зачем так сложно? Если уж не закладываемся на дублирование - так смотрим, в какие моменты отказ ДУ критичен.
1. Разгон к Луне - ну, тут все ясно, быстро-быстро ;-) отстыковываемся от разгонника и садимся на движках "Союза-Д". Или "-Л". Если делаем это "недостаточно быстро-быстро", то тут уж поможет не дублирование ДУ, а священник.
2. Тороможение у Луны. Спасает траектория, вывобящая корабль к Земле в случае отказа. Коррекция - двигателями ориентации и малой тяги.
3. Разгон к Земле. Тут достаточно ОС на окололунной орбите. тем более, если мы планируем гонять экипаж отдельно, посадочные модули - отдельно, она и так должна быть. Стыкуемся обратно к станции на ДО и до полного опупения любуемся лунными видами, дожидаясь спасателей.

Главное, чтобы оные спасатели были в наличии.

[X]

1) и 2) - разгон к Луне и торможение у Луны с точки зрения отказа равноценны. В обоих случаях спасает траектория.
3) А если отказ ДУ произошёл уже тогда, когда набралась какая-то заметная скорость? Если есть корабль-спасатель, летящий по близкой траектории, проблема снимается почти сразу, а если есть просто ОС на низкой окололунной орбите, то отлетающий и терпящий бедствие "турист" к ней на двигателях ориентирования уже не вернётся...

[serb]

3) А если отказ ДУ произошёл уже тогда, когда набралась какая-то заметная скорость?

На отлете к Земле - у нас полные баки в ПАО. Можно сманеврировать.
На торможении у Луны - есть "полбака", опять-таки можно сманеврировать на двигателях малой тяги. Остается отлет к Луне.

Если есть корабль-спасатель, летящий по близкой траектории, проблема снимается почти сразу, а если есть просто ОС на низкой окололунной орбите, то отлетающий и терпящий бедствие "турист" к ней на двигателях ориентирования уже не вернётся...

В этом случае ИМХО лучше держать корабль на станции. Т.е. летать на ЛОС так же, как и к МКС, с заменой корабля.
Потому что трудно заранее предугадать, сколько недоберет движок. К тому же, как правило, отказы случаются в момент запуска, а не посередь импулься, ЕМНИП.
Если недобрали "последние метры в секунду" не добрали - так заложить запас, чтобы компенсировать худшие характеристиеи ДМТ. Может быть, предусмотреть отстрел ОО. и разгоняться на них.
Если в начале - возврат к ОС. А если "близко к серединке" - тогда да, использовать спасателя

[X]

Дорогой, блин, ты мой товарищ, пункт 3) по твоей же классификации относится к отлёту от Луны к Земле, какое ещё, к чёрту, торможение у Луны?!?

Короче говоря, я своё мнение высказал. Офигительный набор отвёрток. Наслаждайтесь...

[serb]

Короче говоря, я своё мнение высказал. Офигительный набор отвёрток. Наслаждайтесь...

Мнение авторитетное, кто спорит :-)
Только вот не является ли корабль на вытянутой орбите тем самым "троированием"?  Мы ж параметры аварийной орбиты не знаем...
Так что ИМХО проще держать карапь на станции.

[X]

Стыковка с разгонным блоком и маневрирование за счет него была произведена несколько раньше, чем тут указали. Вспомним Джемини-Аджену, когда орбита была поднята выше 1000 км.

По мне проще создать пару Союз (с увеличенным объемом баков) с запуском на Союзе 2, и тяжелый Прогресс (Прогресс Т) с запуском на Протоне. Стыковка на орбите Земли за счет Союза. Предусмотреть возможность перекачки топлива из Прогресса Т в Союз, что позволит использовать ДУ Союза в случае Аварии ДУ Прогресса Т, и старт к Земле за счет ДУ Союза (необходимое дополнительное топливо перекачивается из Прогресса Т).

Кстати, турист, летящий в космос, это по определению человек рисковый. И деньги он платит за существование этого самого риска. Какой же это замок, если в нем нет приведений  Скажи туристу, что он должен выложить кучу мегабаксов за то, чтобы безопасно поглазеть на Луну с близкого расстояния. Что он там сможет увидеть качественно нового, что не увидит по телевизору и в телескоп. Он платит за риск, и за то, что в глазах людей выглядит почти героем, а вы ему бар и сауну хотите всучить. Его же засмеют потом.
Как говорил котенок Гав, во время грозы лучше бояться на чердаке