Пилотируемый полёт на Марс с использованием ЖРД

[Red Kite]

>>Это как по Тихому океану на батуте

На тростниковых плотах Атлантику переплывали, и есть любители подниматься на Эверест в одиночку, без проводников-шерпов и толпы носильщиков

Если космонавту на поверхности Марса станет плохо или страшно то он выполнит сокращённую программу (за 2-3 часа) и через 6 часов уже стыкуется на орбите Марса и окажется в безопасности.

(добавлено) Перед тестовым полётом с посадкой на Луну человека хорошо бы организовать ещё один предварительный полёт 2 человек на орбиту вокруг Луны, с посадочным скутером на котором будет сидеть человекоподобный робот (который должен пройтись по луне, насобирать грунта в контейнер на скутере). Такие роботы уже есть (см. darpa robotics challenge) и они смогут выполнить нужные действия даже автономно.

[Олег Шляпин]

Рассмешили. А если серьезно, то минимум - это жилой отсек массой около 22 т по типу модулей "Заря"/"Звезда", грузовой типа "Квант-1" массой 11-12 т, корабль возвращения на базе "Союза-ТМА" только без бытового отсека массой около 6 т. посадочно-взлётный комплекс с кабиной на 2 космонавтов типа бытового отсека КК "Союз-ТМА" массой до 25 т. Это из расчета экспедиции 3 человека - 2 садятся на Марс. 1 на орбите. Правда если те двое по какой либо причине не вернутся, то у оставшегося может крыша поехать.

 Всё в сумме выйдет 22+12+6+25=65 т. Если "малыми средствами". то полёт будет проходить на имеющихся ЖРД с долго хранимым топливом. А это большая масса - порядка 1000 т. Её можно сократить за счет аэродинамического торможения. Типа этого
 


И то масса будет тонн 600 как минимум
 

[Олег Шляпин]

Red Kite пишет:
На тростниковых плотах Атлантику переплывали, и есть любители подниматься на Эверест в одиночку, без проводников-шерпов и толпы носильщиков

Если космонавту на поверхности Марса станет плохо или страшно то он выполнит сокращённую программу (за 2-3 часа) и через 6 часов уже стыкуется на орбите Марса и окажется в безопасности.

Я к такому экстриму не склонен. Полёт на малом корабле с малым экипажем и меньшими ресурсами на случай ЧС и так более рискован.

[Олег Шляпин]

Astro Cat пишет:
А че бы вместо спешки и цейтнота с водородом не использовать для разгона несколько твердотопливных разгонных блоков? Их хоть годы копи на орбите и используй по мере надобности.

А их работоспособность после такого пребывания в космосе?

[Red Kite]

Олег Шляпин пишет:
Рассмешили. А если серьезно, то минимум - это жилой отсек массой около 22 т по типу модулей "Заря"/"Звезда", грузовой типа "Квант-1" массой 11-12 т, корабль возвращения на базе "Союза-ТМА" только без бытового отсека массой около 6 т. посадочно-взлётный комплекс с кабиной на 2 космонавтов типа бытового отсека КК "Союз-ТМА" массой до 25 т. Это из расчета экспедиции 3 человека - 2 садятся на Марс. 1 на орбите. Правда если те двое по какой либо причине не вернутся, то у оставшегося может крыша поехать.

 Всё в сумме выйдет 22+12+6+25=65 т. Если "малыми средствами". то полёт будет проходить на имеющихся ЖРД с долго хранимым топливом. А это большая масса - порядка 1000 т. Её можно сократить за счет аэродинамического торможения. Типа этого

Если делать минималистскую экспедицию на 2 человек (из них 1 на Марсе) то

Gemini 3800 кг с топливом и 3400 без. То есть, корабль возвращения на 2 человек можно уложить в 3 тонны.
Все модули можно сделать втрое легче (они не предназначены для научной программы и не предназначены для нормального экипажа МКС в 6 человек а только для двух) и весь комплекс получится втрое легче (то есть не 1000 тонн а 350 а с аэродинамическим торможением не 600 а всего 200 и это 4 пуска Фалкон-Хэви).

[Олег Шляпин]

Весь корабль рассчитывается на вывод Фалконом-Хэви с модулями по 50 тонн (и сборкой на орбите, (не считая) ИМХО должно понадобиться где-то от 3 до 4 модулей).

(и добавлено) - должно обойтись очень намного дешевле (более чем в 10 раз) американской лунной программы с Орионом и огромной ракетой

(и добавлено) когда-то американцы собирались примерно по такой схеме лететь на Луну, у них укладывалось в однопуск Сатурн С-3 (45 тонн на околоземную орбиту) так что можно проверить основную часть оборудования слетав на Луну, с однопуском Фалконом-Хэви.

Возьмем массу 50 т, массу топлива 45 т. При уд. импульсе 325 с. Если соединить 9 блоков для старта, то для "быстрого" полёта (например за год вся экспедиция). нам понадобится около 4 км/с характеристической скорости.

Из формулы Циолковского Vр= Vг Х Ln Мст/Мп имеем:
1) Vр/Vг=1,26
2) Мст/Мп=(Мт+Мп)/Мп=1+Мт/Мп= е 1,26=2,71 1.26=1+ Мт/Мп=3.51=1+Мт/Мп; 2.51=Мт/Мп; Мп=Мт/2,51.


И так, если соединить в пакет 9 блоков массой по 50 т, у которых 9Х45 т топлива, и 9Х5 т сухой массы, Мт/2,51 = 161,35 т. Минус еще 45 т массы пустых блоков - и того коло 116.35 т массы, разогнанной к Марсу. Для старта к Земле массы 40 т (жилой отсек 22 т, складской модуль 12 т и корабль возвращения 6 т) и 2 тонн массы разгонной ступени нужна Vхар около 2 км/с (с учетом коррекции орбиты). При уд. импульсе 325 с получим соотношение масс 1.87. И того 42Х1,87=78.6 т. К этому добавим 25 т посадочного модуля - 103,6 т. Остается около 12,75 т на аэродинамический щит, топливо для коррекции. Не впишемся в эту массу. Масса корабля 566 т - не достаточна. Надо около 700 т.

[Red Kite]

Олег Шляпин пишет:

Весь корабль рассчитывается на вывод Фалконом-Хэви с модулями по 50 тонн (и сборкой на орбите, (не считая) ИМХО должно понадобиться где-то от 3 до 4 модулей).

(и добавлено) - должно обойтись очень намного дешевле (более чем в 10 раз) американской лунной программы с Орионом и огромной ракетой

(и добавлено) когда-то американцы собирались примерно по такой схеме лететь на Луну, у них укладывалось в однопуск Сатурн С-3 (45 тонн на околоземную орбиту) так что можно проверить основную часть оборудования слетав на Луну, с однопуском Фалконом-Хэви.

Возьмем массу 50 т, массу топлива 45 т. При уд. импульсе 325 с. Если соединить 9 блоков для старта, то для "быстрого" полёта (например за год вся экспедиция). нам понадобится около 4 км/с характеристической скорости.

Из формулы Циолковского Vр= Vг Х Ln Мст/Мп имеем:
1) Vр/Vг=1,26
2) Мст/Мп=(Мт+Мп)/Мп=1+Мт/Мп= е 1,26=2,71 1.26=1+ Мт/Мп=3.51=1+Мт/Мп; 2.51=Мт/Мп; Мп=Мт/2,51.


И так, если соединить в пакет 9 блоков массой по 50 т, у которых 9Х45 т топлива, и 9Х5 т сухой массы, Мт/2,51 = 161,35 т. Минус еще 45 т массы пустых блоков - и того коло 116.35 т массы, разогнанной к Марсу. Для старта к Земле массы 40 т (жилой отсек 22 т, складской модуль 12 т и корабль возвращения 6 т) и 2 тонн массы разгонной ступени нужна Vхар около 2 км/с (с учетом коррекции орбиты). При уд. импульсе 325 с получим соотношение масс 1.87. И того 42Х1,87=78.6 т. К этому добавим 25 т посадочного модуля - 103,6 т. Остается около 12,75 т на аэродинамический щит, топливо для коррекции. Не впишемся в эту массу. Масса корабля 566 т - не достаточна. Надо около 700 т.

Вы используете все массы рассчитанные на 3-4 человек а не на 2 человек.
Корабль возвращения 3 тонны (см. массу двухместного Gemini) !
Посадочный модуль 25 тонн - это для двух космонавтов. Если его сделать для 1 космонавта и без кабины (космонавт в скафандре снаружи) то такой посадочный модуль сожмётся до 10 тонн.
При старте с орбиты Марса половина расходников уже будет потрачена и выброшена в космос. Жилой модуль на 2 человек можно сделать очень намного меньше и легче, и складской модуль тоже и к Земле понадобится отправлять не 40 тонн а всего 20 или даже меньше, (20+2)*1.87=42 примерно тонны для отлёта с орбиты Марса вместе с топливом, посадочный модуль 10 тонн. 52 тонны после торможения на орбите Марса. При разгоне с Земли надо добавить массу расходников на 250 дней и аэродинамический щит, с ними будет 55-60 тонн если умножить опять на 1.87 для разгона с земной орбиты то будет 105-115 тонн для старта от Земли к Марсу.Добавляем массы разгонных ступеней от Земли и непредвиденные доработки и прочие грузы и окажется что (при строжайшей экономии) можно уложиться в 150 тонн на околоземной орбите (три фалкона-хэви) или в 4 фалкона-хэви если экономить не так сильно.

Поправлено - скорости для отлёта с орбиты Марса к Земле и от Земли к Марсу достаточно большие и там получается не так хорошо. Чтобы отправить даже 20 тонн к Земле понадобится где-то 80 тонн с топливом и ступенью и чтобы запустить 90-100 тонн к Марсу понадобится 350-400 тонн на околоземной орбите. То есть, фалконов-хэви понадобится слишком много чтобы эта идея была практичной.

Поправлено 2 - я ошибся со скоростью отлёта с Марса. Для разгона с Земной орбиты к Марсу понадобится большая скорость чем от Марса к Земле. Поэтому, с земной орбиты к Марсу надо будет разгонять 55-60 тонн и общая масса на околоземной орбите приблизится к 250 тонн (если использовать водород для разгона с земной орбиты к Марсу то можно наверно уложиться в 200 тонн).

[Red Kite]

ДОБАВЛЕНО (к делу не относится)
только что, смотря на формулу Цилоковского в Википедии, внезапно увидел что

ссылка на статью в английской википедии

ссылка на статью в русской википедии

Эта формула выглядит как

- в английской Википедии Δv=Ve*ln(M0/M1)    где Ve - скорость истечения продуктов  сгорания топлива (effective exhaust velocity)

- в русской википедии V=I*ln(M1/M2)     где I это удельный импульс ракетного двигателя (отношение тяги двигателя к секундному расходу массы топлива)

[Astro Cat]

Олег Шляпин пишет:
А их работоспособность после такого пребывания в космосе?

А что с ними будет? Сжиженные компоненты надо удерживать в жидком виде. А твердые - нет. И вообще зачем  в жидком виде газовое топливо хранить? Мешки для газа могут быть любых размеров. Это же космос. Невесомость. Пространства - валом.

[benderr]

Red Kite пишет:
Вообще это должно быть не страшнее катапультирования из современного истребителя. Можно сделать эрзац-тренажер и безопасно проверить на Земле (подняв например тренажер воздушным шаром повыше).

Red Kite пишет:
Бэкап делается минимальный, все узлы тщательно проверяются, вначале делается полёт на Луну

надеюсь вы понимаете разницу вмежду атмосферой земли и марса?а так же отсутствие оной у луны?

[benderr]

Red Kite пишет:
На тростниковых плотах Атлантику переплывали, и есть любители подниматься на Эверест в одиночку, без проводников-шерпов и толпы носильщиков

даже смешно читать такие сравнения! если тростниковый плот вдруг исчезнет,у «мореплавателя » тьма вариантов. от доплыть до берега до помахать трусами другому мореплавателю.а если альпинист приустал или ему сплохело он приляжет в спальном мешке,проспица,перекусит шоколадкой и сделает выбор-дальше топать,аль на 5й точке назад сьехать.а может по рации вызвать спасателей и через пару часов нажраться вискаря с друзьями.


а падая на марс верхом на скутере ничего подобного участнику эксперимента не грозит! он один. совсем! и пофигу та связь с ОС! нетути бэкапа!

[Red Kite]

benderr пишет:
даже смешно читать такие сравнения! если тростниковый плот вдруг исчезнет,у «мореплавателя » тьма вариантов. от доплыть до берега до помахать трусами другому мореплавателю.а если альпинист приустал или ему сплохело он приляжет в спальном мешке,проспица,перекусит шоколадкой и сделает выбор-дальше топать,аль на 5й точке назад сьехать.а может по рации вызвать спасателей и через пару часов нажраться вискаря с друзьями.


а падая на марс верхом на скутере ничего подобного участнику эксперимента не грозит! он один. совсем! и пофигу та связь с ОС! нетути бэкапа!

Когда на Марс будет опускаться большой корабль на 6 человек с хабитатом, машинкой и скарбом (а потом подниматься) у него будет не намного больше бэкапа (и только в том смысле что если одному из космонавтов станет плохо на Марсе остальные смогут втащить его в хабитат и там привести в чувство).

А вот если на поверхности Марса или в момент старта с марсианской орбиты к Земле что-то случится (например развалится какой-нибудь подшипник в турбонасосе) то у 6 космонавтов будет долгая мучительная смерть (если случится на орбите Марса то они будут страдать следующие 250+ дней а на Земле лить горючие слёзы потому что за оставшиеся дни спасательную экспедицию абсолютно никак не сделать) а если отправлять 2 космонавтов на Марс то можно по-быстрому организовать их спасение (для этого переправить туда вторую разгонную ступень  до Земли массой 22 тонны с топливом и поменять её на орбите Марса, задача в три фалкона-хэви которые держать на складе на случай такой неприятности) а можно забэкапить и взлётную ступень (для этого надо перебросить к Марсу всего 10..12 тонн, сделать заранее).

надеюсь вы понимаете разницу вмежду атмосферой земли и марса?а так же отсутствие оной у луны?

- Атмосфера Марса достаточно плотная чтобы о неё тормозить для выхода на орбиту Марса или для спуска на Марс и достаточно разрежённая чтобы не очень мешать взлёту. На Земле в условиях плотной атмосферы пилоты катапультируются на околозвуковой скорости и остаются живы а на Марсе атмосфера такая тонкая что в скафандре можно лететь на сверхзвуке (тем более на большой высоте при взлёте) не испытывая неудобств.

[benderr]

Red Kite пишет:
А вот если на поверхности Марса или в момент старта с марсианской орбиты к Земле что-то случится (например развалится какой-нибудь подшипник в турбонасосе) то у 6 космонавтов будет долгая мучительная смерть

имхо-если подобное случится через месяц от старта с земли,они точь так же умрут.не? или «экспедиция» сможет развернуться и приземлиться домой?

Red Kite пишет:
за оставшиеся дни спасательную экспедицию абсолютно никак не сделать) а если отправлять 2 космонавтов на Марс то можно по-быстрому организовать их спасение (для этого переправить туда вторую разгонную ступеньдо Земли массой 22 тонны с топливом и поменять её на орбите Марса,

а что мешает заранее отправить для 6 астронавтов?
точнее: почему для 2х можно «быстро организовать» а для 6ти «абсолютно никак не сделать»? что магического в цифре 2?

одно мне не понятно,как заранее(или в догонку) присланное что либо поможет кому либо если КК не управляем???слать с земли зип? дак не все можно починить на орбите марса(МКС -пример).
имхо-только новый рабочий КК мог бы спасти.

[Astro Cat]

Одно верно - аварийный дублирующий корабль уже должен быть на марсианской орбите. До полета туда людей.

[Red Kite]

benderr пишет:

Red Kite пишет:
А вот если на поверхности Марса или в момент старта с марсианской орбиты к Земле что-то случится (например развалится какой-нибудь подшипник в турбонасосе) то у 6 космонавтов будет долгая мучительная смерть

имхо-если подобное случится через месяц от старта с земли,они точь так же умрут.не? или «экспедиция» сможет развернуться и приземлиться домой?

Red Kite пишет:
за оставшиеся дни спасательную экспедицию абсолютно никак не сделать ) а если отправлять 2 космонавтов на Марс то можно по-быстрому организовать их спасение (для этого переправить туда вторую разгонную ступеньдо Земли массой 22 тонны с топливом и поменять её на орбите Марса,

а что мешает заранее отправить для 6 астронавтов? одно мне не понятно,как заранее присланное что либо поможет кому либо если КК не управляем???

- Для 2 космонавтов и для 6 космонавтов ключевые системы можно задублировать или добиться от них высокой надёжности.
Но, эти системы для корабля с экипажем 6 астронавтов окажутся почти в 3 раза (на пути к Марсу и обратно) или почти в 6 раз (для посадки на Марс) тяжелее чем системы для 2 или 1 космонавта (а также дороже и дольше в разработке).

Стоимость экспедиции на Марс с кораблём Орион и огромными ракетами такова что её реализация растягивается на десятки лет с насовским бюджетом. Минимальная экспедиция из 2 человек (и 1 на Марсе) может оказаться более чем в 10 раз дешевле (потому что все компоненты будут легче и дешевле и можно обойтись без чрезвычайно дорогих огромных ракет) и её можно будет осуществить быстрее чем за 10 лет.

Есть ключевые точки в которых вероятность аварии максимальна. Например для двигателя вероятность аварии больше в момент его включения, а полёт на Марс это пассивное ничегонеделание во время которого мало что может сломаться. Для выхода на орбиту Марса понадобится (предположительно) аэродинамическое торможение и единственное место где может сломаться аэродинамический щит  - это атмосфера Марса (щит надо делать такой чтобы не ломался, с запасом прочности).

Возможна ещё ситуация "промахнулись мимо Марса" тогда надо думать и считать.

Может так случиться что корабль окажется в состоянии выйти на орбиту Марса но не сможет стартовать к Земле. Американский план с кораблём Орион и огромными ракетами требует для организации такой экспедиции запуск нескольких (вроде шести) огромных ракет. Для спасательной экспедиции для спасения 6 человек с орбиты Марса на Землю потребовалось бы иметь заранее готовый спасательный аппарат и 4-6 готовых огромных ракет (это удорожает экспедицию очень намного и такого никто делать не будут) и останется надеяться только на то что системы корабля будут надёжными.

Если такая неприятность случится с минимальной экспедицией из 2 человек то можно заранее подготовить и послать спасательную экспедицию. Понадобится запас из нескольких ракет "Фалкон-Хэви" на складе и спасательное железо, причём если спасение не понадобится то ракеты будут использованы по назначению, для научных и коммерческих пусков. Планирование такой спасательной экспедиции обойдётся недорого и ещё дешевле если она не понадобится совсем (ракеты, разгонные блоки и прочее будут потрачены для других полезных нужд).

[benderr]

Astro Cat пишет:
Одно верно - аварийный дублирующий корабль уже должен быть на марсианской орбите. До полета туда людей.

хуже того! он должен быть в пределах досягаемости экипажа!
иначе он бессмысленен  

[benderr]

Red Kite пишет:
а полёт на Марс это пассивное ничегонеделание

Red Kite пишет:
во время которого мало что может сломаться

  да-да,все в анабиозе,ни дышат,ни едят,ни пют....

[benderr]

поинтересуйтесь МКС которая «ничего не делает,просто висит» на ОЗ!

(знаю,она больше и сложнее «космоскутера»)

[Red Kite]

benderr пишет:
поинтересуйтесь МКС которая «ничего не делает,просто висит» на ОЗ!

(знаю,она больше и сложнее «космоскутера»)  

- на ней ещё выполняется огромное количество научных работ. На корабле к Марсу эти работы можно сократить во много раз (и делать их просто чтобы было не скучно).
- МКС очень старая и некоторые поломки вызваны возрастом оборудования.

[benderr]

Red Kite пишет:
- МКС очень старая и некоторые поломки вызваны возрастом оборудования.

ах вот в чем проблемы! ну и славно! значит собранный за 10 лет марсо-скутер прекрасненько долетит и вернется!! чего насовцы телятся?не понятно...