Модификация КК Союз для дальних полетов

[hcube]

То есть народ согласен со схемой 'Союз без переделок + РБ на Протоне'? ;-)

На самом деле - так ли уж нужен большой импульс у собственно Союза? Ну, там еще полтонны залить - это да, увеличить заправку на 50-70%, в пределах грузоподемности Союза-2. Ну, СБ нарастить, чтобы они могли питать электронику РБ. Но кардинально переделывать Союз, делая из него Зонд - нафига? Сила в унификации (с) ;-)

Avmich, как, выведет 23-тонный Бриз-М с дополнительными 500 кг сухой массы на стыковочный переходник, 8 тонн апгрейженого Союза к Луне с торможением на лунной орбите и обратным разгоном 'остатком' от РБ - то есть Бриз-КМ? В Союз при этом залита тонна топлива, часть он тратит на подьем на орбиту МКС, часть - резерв для маневров, часть - возможно - используется для доускорения у Луны или для маневра возврата к лунной ОС в случае отказа РБ. В крайнем случае производится отстрел ОО, сброс всего ненужного (с) и переход на ОС через космос в полетных скафандрах ;-). Ну, или полет к Земле без ОО и личных вещей ;-)

Да, и второй вопрос - сколько тонн топлива останется в баках помянутого Бриз-М на 23.5 тонны, если его запустить по наоптимальнейшей траектории с Байконура, к лунной полярной ОС? То есть сколько топлива Бриз-М может доставить в качестве танкера?

[avmich]

Avmich, как, выведет 23-тонный Бриз-М с дополнительными 500 кг сухой массы на стыковочный переходник, 8 тонн апгрейженого Союза к Луне с торможением на лунной орбите и обратным разгоном 'остатком' от РБ - то есть Бриз-КМ?

Конечно, не выведет. Водород не просто так применяется, а потому, что без него куда сложнее.

Характеристические скорости, взятые из книжки (по, кажется, данным для Аполлона-12) были такие - разгон к Луне чуть меньше 3200, торможение у Луны 800, уход от Луны - 900+ м/с .

Если вы хотите, кроме запуска КК Союз, запускать всего одну РН, то, боюсь, без мер по снижению массы Союза не обойтись. Всё же 7 тонн катать к Луне и обратно существенно сложнее, чем, скажем, 5. Поэтому и весь сыр-бор, и все эти натяжки, и переделки всю дорогу.

А если вы хотите выводить, скажем, Фрегат отдельно, водородный разгонник - отдельно - то есть, два пуска РН, то тут по массе всё проще, и можно уменьшить количество переделок.

Я согласен с тезисом, что риск при этом есть и будет :) . Точнее, если мы хотим существенно убрать риск - то надо отказываться от Союза и делать более резервированный (и существенно более дорогой) корабль - тогда это будет расслабленное и комфортное, (сравнительно) безопасное путешествие. Но мы, мне кажется, говорим не об этом, а о том, как летать к Луне, максимально используя существующую технику, для снижения стоимости разработки системы.

Да, более вероятны отказы ДУ на этапе запуска - хотя и позже тоже бывают. Тут, конечно, приемущество такое, что, если ДУ не запускается - то мы на предыдущей орбите - околоземной, окололунной или облётной с возвращением -  и можем пользоваться тем, что на этой орбите есть, если мы стараемся везде разложить запасные станции. Мне кажется, лучше этого не делать - особенно сначала - а доработать, и, возможно, дублировать ДУ, чтобы уменьшить вероятность таких случаев. Ну а если всё же случится, выезжать на резервах топлива, ДУ малой тяги и спасательных экспедициях.

ПАО Союза, мне кажется, всё равно мало приспособлен для таких операций - и надо или лететь без него, или дорабатывать его до того, чтобы он существенно использовался - скажем, с дополнительным запасом топлива усиленная ДУ может использоваться вместо Фрегата. Это, кстати, хорошо укладывается в повышенную ПН для Союза-2 - можно поставить более мощный и/или дублированный двигатель и  систему перекачки топлива, уменьшение массы Фрегата - вместо него теперь летит только бак со стыковочным узлом, на верху 12КРБ.

[avmich]

Касательно использования Бриза-М как танкера. УИ Бриза-М (его ДУ) - 3192 м/с. Если считать, что отлётная ХС к Луне такая же, то массовое соотношение - е раз, то есть, от 22 тонн останется 8 тонн - почти пустой дополнительный бак, а ещё надо тормозить у Луны. После набора 800 м/с, для выхода на окололунную, останется 6,2 тонны - то есть, заполненный Бриз-КМ.

Большая ХС ожидается от новейшей версии РБ ДМ, у которого, как говорят, цилиндрическая вставка в сферическом баке - кислород-керосиновое топливо имеет УИ повыше, чем долгохранимые азотные пары, а с хранением в течение нескольких дней у ДМ особых проблем нет, насколько знаю - он же ещё для лунной программы разрабатывался, хотя, конечно, давно это было :) . Вообще, лучше спрашивать Баллистика, у него есть более точные данные.

[Bell]

Характеристические скорости, взятые из книжки (по, кажется, данным для Аполлона-12) были такие - разгон к Луне чуть меньше 3200, торможение у Луны 800, уход от Луны - 900+ м/с .

Точно?!?!  :shock:
У меня всегда было 3100/830/700 соответственно...

[avmich]

Во, нашёл таблицу:

отправка к Луне - 3139
выход на орбиту Луны - 867
сход с орбиты Луны - 906
аэроторможение у Земли - 200

Последнее, видимо на коррекции...

Но, если полёт к Луне идёт по траектории "автоматического" возвращения, то надо выход на окололунную и сход брать по 915 м/с - так брали для ранних траекторий Аполлонов.

[Whitefox]

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."

1.  Во первых откуда вообще такая цифра? 20 тонн? Если просто оттолкнутся от схемы предложенной avmich-ем то имеем общую массу около 28. Из которых 15 уходит на КВРБ, из оставшихся 13-ти, минимум 6 - сухая масса Союза, в итоге остаётся 7 тонн.
Если копать дальше то можно вспомнить что Союз-ЛОК имел дельта вэ = 1100 м/с. Нам же необходимо примерно 2200 м/с. Т.е. требуется удвоение (ну может немного больше) ресурса двигателя, думаю это не фатальная проблема.

2. А вы хоть сами видели фотографию на которую дали ссылку? Или мы на разные картинки смотрим? Я ещё учась в седьмом классе средней школы, а это было примерно 20 лет назад, твёрдо знал что у Союза 4 маршевых двигателя. Если отказывает один то вырубается противоположный ему, и на оставшихся двух двигателях корабль продолжает полёт.

[Whitefox]

Я согласен с тезисом, что риск при этом есть и будет . Точнее, если мы хотим существенно убрать риск - то надо отказываться от Союза и делать более резервированный (и существенно более дорогой) корабль - тогда это будет расслабленное и комфортное, (сравнительно) безопасное путешествие. Но мы, мне кажется, говорим не об этом, а о том, как летать к Луне, максимально используя существующую технику, для снижения стоимости разработки системы.

Гм... Вы считаете Союз, у которого вроде как даже топливных баков четыре , а многие системы троированы, недостаточно резервированным кораблём? Куда уж больше то? Четверировать-пятерировать на Клипере системы теперь что-ли  :lol:

То есть народ согласен со схемой 'Союз без переделок + РБ на Протоне'?

Нет конечно. Оптимально, это однопусковый вариант с Ангарой-7 выводящей 30-32 т. на LEO.

[avmich]

Насчёт числа в 20 тонн.

Если очень грубо оценивать, то для разгона к Луне, используя водород, надо массу уполовинить - т.е. масса кислород-водородного топлива равна массе всего остального - включая массу сухого кислород-водородного РБ. Кроме того, для выхода на окололунную орбиту и схода с неё, используя хранимые компоненты топлива (керосин-кислород или азотсодержащие компоненты), массу нужно тоже примерно уполовинить - а каждая из этих двух операций уменьшает массу в примерно корень квадратный из двух раз.

Отсюда - это, конечно, грубые оценки - видно, что, чтобы вписать два РБ в Протон, надо массу кислород-водорода иметь, скажем, 14, массу водородного РБ - 2, массу керосин-кислородного топлива - 6, массу керосинового РБ - 1, массу пилотируемого модуля - 5. При этом суммарная масса двух РБ - 23 тонны. Можно уточнять массы. глядя на более точные значения УИ, но порядок величин ясен. Например, чтобы увеличить массу пилотируемого модуля на 40%, придётся увеличить массы РБ тоже на 40% - примерно.

Более точные числа вроде бы такие:

отправка к Луне - 3139
выход на орбиту Луны - 867 (915 если с автовозвратом)
сход с орбиты Луны - 906
аэроторможение у Земли - 200

http://astronautix.com/stages/gslv3.htm
Isp: 460 sec (4512 м/с)
Empty Mass: 2,200 kg
Gross Mass: 14,600 kg.

Водородный РБ требует практически точно столько же топлива, сколько весит всё остальное, включая сам сухой РБ...

http://astronautix.com/stages/n1blockd.htm
Isp: 349 sec. (3423 м/с)

А вот керосин позволяет массу выиграть - массовое совершенство на две окололунных операции должно быть всего 1,7 . Однако РБ ДМ слишком велик для этой операции - попробуем Фрегат -

http://astronautix.com/stages/fregat.htm
Isp: 327 sec. (3207 м/с)
Gross Mass: 6,535 kg.
Empty Mass: 1,100 kg.

Необходимое массовое совершенство - 1,77 . Вроде бы тоже неплохо, особенно учитывая меньшие проблемы с хранением...

Если исходить из максимальной ПН Протона в 22 тонны, 14600 кг 12КРБ и 6535 кг Фрегат входят с запасом - можно дозалить водорода... На пилотируемый модуль остаётся всего 4 тонны - иначе 12КРБ не добросит - но у нас избыток топлива во Фрегате, можно сэкономить. Есть, например, вариант, когда пилотируемый модуль весит 5200, во Фрегате 5040 кг топлива (вместно 5435 максимальных), 12КРБ перезаправлен на 1260 кг, что подгоняет под ПН Протона - тогда водорода 13660 кг, а всё остальное весит 2200 + 5200 + 5040 + 1100 = 13540 кг.

Массы не увязываются совсем немного ;) . Может, сделать новый РБ на керосин-кислороде, с массовым совершенством повыше, чем у Фрегата - http://astronautix.com/stages/molk78m3.htm - ? Фрегат-то, вроде, уже выкручен по максимуму, даже бак сбрасываемый есть :) . Глядишь, дотянули бы массу пилотируемого модуля до нужных значений...

Желаемая цель - уложить разгонники для лунных экспедиций в один запуск ракеты. Конечно, ещё есть варианты с РБ Ястреб, Ангарой-5, но они выглядят более отдалёнными... хотя, конечно, КК Союз перерабатывать - тоже весьма и весьма непросто и небыстро...

[hcube]

А зачем это делать? Как раз НЕ надо укладывать полет к Луне в один запуск. Полет в один запуск - это новый Сатурн-5. Он не способствует НИКАКОМУ развитию техники, и более того, он не допускает альтернативных решений для транспорта LEO-LLO.

Если же мы можем выбрать, чем доставить на LLO топливо для посадочного модуля и дозаправки Союза - тросовой катапультой, разгонным блоком, ионным буксиром, или комбинацией перечисленного - у нас возникнет соревнование между производителями транспорта, конкуренция - а конкуренция автоматически означает снижение цены для конечного пользователя. Как пример могу привести цены на РН. Сколько там запуск в 85 году 3-4 тонн на ГПО стоил? А сейчас сколько? ;-)

Поэтому надо комбинировать существующие - дешевые - носители, существующие РБ, и, если получится, делать упор на многоразовость.

В теории, доставка груза с LEO на LLO сводится к преодолению гравитационного колодца в 1 км/с, с горбом в 2 км/с. Это всего лишь ТРЕТЬ веса топлива от РАЗНОСТИ масс - то есть от чистой ПН. Если скажем одновременно производить прием корабля и его отстыковку с тросовой пращи - то МКС просядет не на 7 тонн корабля, а на 500 кг отправленного груза - остальное скомпенсирует прибывший корабль. Причем в отличии от полноценного КЛ, такой терминал МОЖНО сделать из современных материалов.

Далее, на окололунной орбите можно сделать ТОТ ЖЕ САМЫЙ финт ушами - подобрать такую комбинацию орбиты и длины троса, что скорость корабля на ней будет в точности равна прилетно-отлетной скорости. И опять же будет затрачена только  энергия на подьем ПН по тросу - не корабля, а ПН.

Видите? Это в чистом виде КЛ - мы тратим 100 кг топлива (а точнее - даже не топлива, а по сути энергии для электродвигателей лифтов и ЭРД компенсирующих незначительну. просадку орбиты) на 200 кг доставляемого человека в скафандре. Не 10 тонн, а 100 кг. При этом доставка - быстрая. Ее можно сделать даже не с минимальной скоростью, а еще быстрее, с гиперболической - только трос взять подлинее, и энергии потратить немного больше.

То есть при током раскладе мы потратим массу на вывод на LEO - без этого никак. На посадку на Луну и старт с нее - топливо мы опять же должны привезти с LEO. И на подтягивание по тросу ПН с LHO на LLO - примерно на тот же километр в секунду. Можно прикинуть, но я так понимаю, что ПН доставляемая на Луну для оптимального грузооборота должна составлять порядка 3-4 ПН, забираемых С Луны. Тогда обратная ветка будет нагружена, и затраты ХС на 'подтягивание' ПН будут меньше.

Кстати - вот интересная тема для диплома. Вот у нас есть экваториальный космодром, и Союз на нем, то есть 8 тонн на 300-км орбите. Мы можем пихнуть в этот Союз все что угодно. Есть (условно) 1000 пусков Союза. Как получить при этом на поверхности Луны максимальную ПН?

[Andy_K64]

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."

1.  Во первых откуда вообще такая цифра? 20 тонн? Если просто оттолкнутся от схемы предложенной avmich-ем то имеем общую массу около 28. Из которых 15 уходит на КВРБ, из оставшихся 13-ти, минимум 6 - сухая масса Союза, в итоге остаётся 7 тонн.
Если копать дальше то можно вспомнить что Союз-ЛОК имел дельта вэ = 1100 м/с. Нам же необходимо примерно 2200 м/с. Т.е. требуется удвоение (ну может немного больше) ресурса двигателя, думаю это не фатальная проблема.

2. А вы хоть сами видели фотографию на которую дали ссылку? Или мы на разные картинки смотрим? Я ещё учась в седьмом классе средней школы, а это было примерно 20 лет назад, твёрдо знал что у Союза 4 маршевых двигателя. Если отказывает один то вырубается противоположный ему, и на оставшихся двух двигателях корабль продолжает полёт.

А откуда информация про 4 МАРШЕВЫХ двигателя? И еще, уточните, пожалуйста, что такое "Союз" в Вашем понимании? Дело в том, что двигатели кораблей из семейства "Союзов" менялись. И не только в ряду луных корабле Л-1 и ЛОК, но и в ряду транспортных кораблей для орбитальных полетов. Поэтому уточните, что Вы имеете в виду, говоря про 4 двигателя.

[sol]

Ээээ.. Я, конечно, не очень вникал, но!
У Союза вроде ДВА двигателя - основной и резервный. Это такое у меня ИМХО сложилось из описания эпопеи полета Союза-33 с Салюту, когда у них движок отказал и пришлось тормозить РЕЗЕРВНЫМ двигателем на баллистический спуск.
Проясните?

[avmich]

А зачем это делать? Как раз НЕ надо укладывать полет к Луне в один запуск. Полет в один запуск - это новый Сатурн-5.

Как видишь, не Сатурн-5, а Протон.

Согласен, что сам по себе полёт Союза на окололунную - это на настоящий момент только для туристов, но в рамках данной темы это - самый достижимый вариант из интересных, мне кажется. Можно, конечно, выводить на Союзе-У Фрегат и просто отправлять КК Союз на вытянутую орбиту - посмотреть Землю со стороны - но полёт к Луне существенно более интересен, по-моему.

Если рассматривать более гибкую систему - полёты в околоземном пространстве - то надо считать, видимо, ХС для отлёта 3300 м/с (11,2 - 7,9 км/с), на манёвры - ещё, вероятно, километра 3 в секунду - например, выход на ГСО и сход с неё... Но это - достаточно большие запасы, поэтому надо будет запускать систему "под задачу".

Например, можно рассмотреть задачу полёта к окололунной орбите без изменения КК Союз. То есть, тот самый логистический отсек (ЛО), и набирать необходимую скорость существующими РБ. Тогда получается, что масса КК + ЛО - 9 тонн, для манёвров на окололунной нужен или Фрегат, заправленный "с горкой" - там нужны более точные данные по массе РБ - или уже, скажем, Корвет -

http://www.energia.ru/energia/launchers/upper-stages.html

И выводить это, при массовом совершенстве примерно 2,6 , двумя РБ ДМ. То есть, получается, нужны отдельные запуски:

КК Союз (Р-7)
ЛО (Р-7 или даже 3-тонны носитель)
РБ Корвет (Протон) - можно выводить вместе с ЛО
РБ ДМ (Протон)
РБ ДМ (Протон)

По количеству РН и операций по сборке менее предпочтительный вариант :) .

Жаль, на Протон не планируется поставить третью водородную ступень :) - поднять ПН Протона тонн до 25, уже массы бы сошлись...

http://astronautix.com/stages/protonk3.htm

[Andy_K64]

Ээээ.. Я, конечно, не очень вникал, но!
У Союза вроде ДВА двигателя - основной и резервный. Это такое у меня ИМХО сложилось из описания эпопеи полета Союза-33 с Салюту, когда у них движок отказал и пришлось тормозить РЕЗЕРВНЫМ двигателем на баллистический спуск.
Проясните?

Я специально задал этот вопрос, чтобы акцентировать внимание на том, что нет корабля "Союз". Есть семейство РАЗНЫХ  кораблей типа "Союз". На "Союзе-33", как и на других кораблях типа 7К и 7К-Т были основная сближающе-корректирующя ДУ (СКДУ) и резервная ДУ. И отдельные двигатели причаливания и ориентации. Корабли для лунной программы имели совершенно другие двигатели. И практически не имели резервирования, причем не только по ДУ, но и по ряду других жизненно важных систем, в частности по парашютной системе.
На машинах типа 11Ф732 ("Союз Т, ТМ, ТМА", ) одна КДУ (комплексная двигательная установка) и ДПО (двигатели причаливания и ориентации). ДПО могут работать в режиме большой тяги, малой тяги. На ДПО возможен маневр для спуска. Т.е. они являются резервом для КДУ. И еще. Когда здесь рассуждают о запасе характеристической скорости, об увеличении массы заправки компонентов РТ и т.д. не надо забывать о ресурсе непрерывной работы двигателей (и КДУ, и ДПО в разных режимах). Он весьма ограгничен. Вот так.

[avmich]

Ну, про ограниченность ресурса ДУ никто вроде и не забывает :) . А вот данных по этому ресурсу маловато...

Нужна более подрообная раскладка Союза по системам, чтобы понять, как компоновать Союз для лунных полётов.

[hcube]

Честно говоря, тут меня удручает тот факт, что тут СЛИШКОМ много двигателей.

Минимум нужно - 2 или 3 двигателя - для старта с окололунной орбиты, для старта НА окололунную орбиту, для торможения на окололунную орбиту. Ну, еще чем-то надо довыводить баки с топливом и доставлять их на МКС - но тут можно придумать некий шибко плоский двигательный отсек вокруг стыковочного узла бака топлива, которые складируются на МКС и очередным рейсом Шаттла спускаются по дюжине штук зараз.

Союз без изменений, так. Но если к нас есть Союз с его движками - у нас считай есть двигатель для обратного разгона. ХС Союза 400 м/с, потребная ХС для разгона - 900. Цифры одного порядка, возможно Союз можно вообще перезаправить на нужную массу топлива, незначительно удлиннив АО в рамках апгрейда под Союз-2.

Далее, РБ. Зачем нам ТРИ РБ? РД надо иметь ОДИН. То есть у нас есть РБ + ЛО - там стоит 2-х тонный двигатель, плюс запас топлива. Туда же смонтирован ЛО - фактически это сильно модифицированный Прогресс-М1. По бокам этого РБ пристыкованы 2 бака, ранее выведенных запусками Протона, и дожидающиеся на орбите. Питание двигателя идет сначала и этих баков - это разгон связки Союз - ЛО + РБ - баки, общим весом 8+8+22+22 тонны. Из них топлива - по 20 тонн в баках, 4 тонны в РБ и 1.5 тонны в Союзе.

Циклограмма работы напоминает таковую для Бриз-М - разгон на топливе из ВТБ, сброс ВТБ, торможение на топливе из внутреннего бака ЛО, сброс ЛО, стыковка к станции. В принципе... в принципе ЛО можно и повторно использовать. Хотя нет, не окупится. Надо будет запустить к Луне лишние 2-3 тонны топлива, это порядка 10 тонн на LEO... нет, не окупится. Проще новый запустить. Правда, если его сделать поажурнее, и топлива заливать побольше... ;-). Бонусом будет возможность его использования на обратной дороге тоже.

Если делать отсек одноразовым - то фактически это получается готовый орбитальный тягач на LLO, с кабиной, СЖО и так далее, но к сожалению почти без топлива ;-). В принципе, ЕГО ЖЕ можно использовать как взлетно-посадочную ступень для Луны. Масса 8 тонн, ускорение от двигателя от 1/4 до 1/2 G - для Луны достаточно. Надо только ему приделать на LLO-станции посадочные ноги ;-)

[Andy_K64]

   
Как все просто...

[Bell]

Чего-то вас от темы унесло  :wink:

"Модификация КК Союз для дальних полетов" это:
1. Усиленная ТЗП СА
2. Увеличенный ресурс автономного полета - раза в 2-3
3. Увеличенный запас ХС - до 1000-1100 м/с, что влечет за собой ощутимую переделку ПАО (увеличение баков, конструкций => массы)

Имхо, такой Союз потянет на 10-10,5 т и Бриз-М едва-едва дотянет до Луны, еще и самому доразгонятся приходится. Про ГСО я вообще молчу - там топлива впритык.

Давайте лучше конструктив обсудим, а не туристов на Луне  :evil:

[В А Д И М]

Нет, туристов. Конструктив - это рутина не для форума...

[Kurus]

Господа,

А вот, кстати, новая "пропаганда" по поводу Lunar Express:
http://www.msnbc.msn.com/id/6558855/

[X]

А  зачем  прямо на Луну?

Может  сначала по эллиптической 2/3 покрыть?

Преимущества - тот же Союз неpазрушимый корабля и ракеты :wink: