Lunar optimized Starship / Лунный Старшип от SpaceX

[garg]

О, как я и предсказывал - оптимальная 2-я заправка около ГПО. Хотя они конечно решили описать максимально широкий пул орбит. Но реально думаю будут использовать с апогеем от 30 до 60 тысяч. Тупо это оптимальная по энергетике тактика. Хотя многое зависит от достигаемых сухих масс танкеров.

[Шлангенциркуль]

Crewed lunar missions will include a secondary propellant transfer in MEO/HEO,
the Final Tanking Orbit ("FTO"). Operations in MEO/HEO will occur in an elliptical orbit of 281
km x 34,534 km and an altitude tolerance of +116,000/-24,000 km apogee and +/- 100 km perigee,

Интересно, с какой целью специально подчеркивается заправка на сверхвысокой орбите при лунных полетах, когда для требований связи могли просто описать в целом, как это сделано для других траекторий. План миссии причем совершенно не зафиксирован, и даже тут орбита с огромным разбросом.

[Андрюха]

О, как я и предсказывал - оптимальная 2-я заправка около ГПО. Хотя они конечно решили описать максимально широкий пул орбит. Но реально думаю будут использовать с апогеем от 30 до 60 тысяч. Тупо это оптимальная по энергетике тактика. Хотя многое зависит от достигаемых сухих масс танкеров.

Так что будет 2 депо на разных орбитах? Или финальная дозаправка - она одна и должна происходить от танкера, доставляемого непосредственно на высокоэллиптическую орбиту? Да и зачем вообще депо на LEO, если и там также можно танкерами?

[garg]

Энергетически выгодно заправляться как можно ниже. От танкеров стартующих с земли точно. Тупо потому что чем выше тем больше трат на паразитную массу танкера. И меньше заправка.
Заправка на высокой орбите - от танкера-депо который сначала заправляют на низкой орбите - который потом стартует на высокую и там заправляет корабль.
Тут по идее чем ниже орбита тем выгоднее тоже. Но поднимать орбиту имеет смысл только до высоты расхода половины топлива в баках. Тогда танкер  заправляет корабль следующий дальше до полного. А выше - лишние потери топлива. И с импульсом рапторов лезть выше ГПО - только лишние траты топлива.
Хотя возможен вариант размышлений - когда топлива со вторым танкером-депо и так с избытком, а требования по ПН скромные и скорость перекачки топлива так же выйдет скромной и чтоб не скакать лишние разы через радиационные пояса тогда HLS для дозаправки переходит на высокоэлептическую земную орбиту - и там стыкуется с усиленным танкером заправленным как депо на НОО. И успевает заправиться до апогея - и стартует к луне на том же витке.
Для перезаправки HLS тоже можно уходить от луны на ВЭО с дельтой 3 км/с - как раз высотой ~ 150 тыщ. км. Чтоб если рвануло - не раздолбать гейтвей осколками.

[Андрюха]

Заправка на высокой орбите - от танкера-депо который сначала заправляют на низкой орбите - который потом стартует на высокую и там заправляет корабль.

А то есть депо одно, а заправка корабля и на LEO, и на высокой орбите....Я почему-то депо представлял как просто "бочку", без двигателей...

[garg]

Бочка без двигателей с объёмом баков минимум на 1 старшип(любого названия/назначения)  - как окажется на орбите? В отсек обычного старшипа он не влезет. Значит своим ходом. А кто там движки скручивать с нее будет?
Просто депо - будет отличаться только отсутствием плиток и крылышек. Возможно 2-й ным объемом баков (заправить сам корабль и танкер в догонку)
С высокой орбиты танкер надо будет возвращать. Если он будет оборудован под долговременную заправку обычными танкерами - то это будет танкер-депо. Если он будет сам заправляться от депо - то это просто будет танкер (точнее не совсем просто, а с усиленной термозащитой).

ЗЫ. Депо нужно -чтоб сократить потери на испарение топлива (или исключить вовсе при оборудовании детандером) и чтоб сократить риски многочисленных стыковок с танкерами для целевых кораблей которые еденичны в изготовлении или с ценной ПН  или для пилотируемых (будущих)

[Андрюха]

Это конечно сильно устарело, но уже тогда рассматривалась дозаправка ещё и на  NRHO...с возвращением корабля-заправщика на Землю. 
И вот если впоследствии планируется отказ от "Ориона" и задействование только Старшипа (не важно, какой-то версии для маршрута Земля-Гейтвей-Земля, или возврат самого HLS), такой танкер-заправщик с усиленным ТЗП на высокоэллиптической орбите (не депо) наверное уже имеет смысл использовать для отработки этого самого возврата на Землю. Вот только сколько он "довезёт" для HLS тогда и сколько их понадобится?

[Андрюха]

Что получается: кораблю HLS, находящемуся на высокой орбите, нужно топливо, всё или часть, для отлёта с ВЭО, выхода на NRHO, посадки на поверхность и возврата с нее на NRHO. Назовем его "отлетной партией топлива". Чтобы посредством депо доставить "отлетную партию" для корабля на ВЭО, депо тоже нужно иметь уже свое топливо на последующее возвращение с ВЭО, и топливо для доставки всего вышеперечисленного сначала на ВЭО -"партию доставки". Но эту же "отлетную партию" корабль может сам доставить с НОО на ВЭО за счёт своей "партии доставки". 
Я не вижу преимуществ доставки "отлетной партии" именно в депо, т.е. преимуществ дозаправки корабля на ВЭО. В него всё необходимое топливо просто не влезает что ли? Поэтому и возникло ВЭО?

[garg]

Ну т.к. танкеру не нужен большой обтекатель (если только не универсал еще и подвозящий ПН для луны, но и там надо не слишком много. То вполне может быть что на 1500 тонн заправки уложатся в 150 тонн сухой массы даже с усиленной защитой. Может даже с топливом на посадку.
Импульс вакуумного раптора под 380 секунд, хотя порой были обещания до 383-387с.
Так что на ВЭО 150 000  и дельту 3 км/с соотношение масс 2,25 - соответственно можно будет отдать 560-580 тонн горючки.
HLS - Если уж нацелились на двойную заправку, можно сделать полегче и поменьше. Особенно в части размеров баков(900 тонн  заправки с головой хватит). И тогда даже с  жилой кабиной  массой  как 2 нормальных жилых модуля  т.е. 30 тоннами - общая сухая масса может быть 110-120 тонн. И попутных грузов в одну сторону еще максимум  до 20 тонн с головой по артемиде будет.
До поверхности луны от НОО  6 км/с. Заправка на 3 км/с. Остается для HLS 3 км/с до поверхности луны 560 +140 (HLS +ПН на поверхность)/2,25 = 310 на поверхности -20 тонн выгружаем 290 старт - до заправки на ВЭО обратно опять  3 км/с - прилетает 128 тонн. Т.е. еще минимум 8 тонн горючки на промежуточные маневры стыковки с гейтвеем остается минимум.

Так что да. Хватает вроде бы даже в тяжелом варианте.
Хотя изначально было озвучено что HLS должен весить не более 100 тонн.
Может быть по причине попыток вписаться в эту массу сильно сокращают баки и потому и нужна двойная заправка при первоначальной доставке HLS на луну. С учетом вписания сухой массы в 100 тонн, хватит даже  600 тонных баков - только проще все станет, в том числе и устойчивость на грунте и выгрузка. И даже танкер может быть чугуниевым (~200т) все равно хватит.

Танкера на основе версии V3 (2300т заправки) и вовсе смогут в прямые рейсы к гейтвею. Этого запаса точно хватит при необходимости перейти на чистое снабжение/посещение с помощью старшипов, с любым весовым совершенством. Даже с 350 тоннами сухой массы с учетом усиленной защиты, кабин пассажирской и грузовой, баков под вонючку, ксенон, воду, кислород и все все все. И еще 50 тонн безвозвратной ПН сверху.

[garg]

Депо, точнее высотный танкер (депо он или нет -веть депо -накопитель) почти ничего не тратит на возврат с ВЭО. Т.к. Перигей всего 280 км. Для сведения с такой орбиты нужно даже меньше чем с круговой НОО. Естественно при импульсе в апогее. Остальное традиционный аэробрекинг.

Заправка на ВЭО нужна если весовое соотношение недостаточное.
Во первых HLS все равно не должен возвращаться к Земле - он без щита. Поэтому в последствии все равно потребуется заправка.
Во вторых НОО-поверхность луны даже без гейтвея это около 6 км/с, потом возврат к Гейтвею это около 2,8 км/с, плюс отдельная стыковка заправка (возле гейтвея опасно, поэтому в любом случае маневры)
И вот потребная гарантированая дельта  для первого демонстрационного полета вылезает в  9 км/с, а может и еще запас нужен. На вакуумных рапторах это весовое  совершенство должно быть выше 11,4/1. Т.е. соотношение начальной и конечных масс. А там еще рулевые это земные рапторы с импульсом  355-365 против 380 у вакуумных. ориетация просто на сжатом газе 150с? ну и т.д. и т.п. потери.
И хоть страшип для HLS лишается теплозащиты и крылышек. но приобретает жилые кабины, СЖО на месяц или больше, грузовую палубу, шлюзы, лебедку- кран балку выдвижную из корпуса для выгрузки на поверхность, ноги с адаптивной подвеской (иначе эта башня на лунном грунте гарантированно грохнется) пояс непосредственно посадочных движков  (возможно на вонючке) выдвижные  рулонные Сб -зановесочки и что то там еще точно.
Не факт что все это добро будет легче в сумме теплозащиты и крылышек. Скорее наоборот.

А что есть сейчас по факту?
Точной инфы нет, но сейчас V1  без нихрена с 1200 тонн заправки весит 150 тонн.
Версия V2 пусть и имеет 1500т заправки, но имеет чуть большие габариты. И чуть меньшие только передние крылышки. Может чуть меньше теплозащиты (пару процентов площади) И сомневаюсь что его успели облегчить. Сейчас задача безопасно сойти с орбиты.
Т.е. в лучшем случае сейчас весовое 10/1 или около того.
А HLS надо будет все таки не тупо собрать как прототип, но еще долго оборудовать всеми фентифлюшками и проверять так ли собрали их и работают ли они.
Так что проектируют его на том что есть или вот вот будет, а не будет когда-то тогда.
Вот и выходит, что без доп. заправки каменный цветок не выходит.

[Шлангенциркуль]

Это конечно сильно устарело, но уже тогда рассматривалась дозаправка ещё и на  NRHO...с возвращением корабля-заправщика на Землю.
И вот если впоследствии планируется отказ от "Ориона" и задействование только Старшипа (не важно, какой-то версии для маршрута Земля-Гейтвей-Земля, или возврат самого HLS), такой танкер-заправщик с усиленным ТЗП на высокоэллиптической орбите (не депо) наверное уже имеет смысл использовать для отработки этого самого возврата на Землю. Вот только сколько он "довезёт" для HLS тогда и сколько их понадобится?

Тут энтузиасты даже не пытались оптимизировать в лоб придуманный план путем растягивания баков под условия невесомости или хотя бы заправки на эллиптической орбите, а не у Луны. Вместо подливания ста тонн нехватки топлива, гораздо компактнее схема, при которой лэндер на первый полет заправляется сразу, а при дальнейшей эксплуатации к нему на гало-орбиту пригоняется одноразовый и максимально облегченный танкер.
Ну а что сейчас в мозгах компоновщиков миссий Артемиды в текущих, так сказать, условиях можно только гадать, неплохо бы дождаться хоть какого-то официального апдейта.

[Дем]

Так что будет 2 депо на разных орбитах? Или финальная дозаправка - она одна и должна происходить от танкера, доставляемого непосредственно на высокоэллиптическую орбиту? Да и зачем вообще депо на LEO, если и там также можно танкерами?

Очевидно, потребное на всю миссию количество топлива в HLS не лезет, поэтому нужна окончательная заправка на высокой орбите.

Но поднимать орбиту имеет смысл только до высоты расхода половины топлива в баках. Тогда танкер  заправляет корабль следующий дальше до полного.

Ничто не мешает HLS выйти на высокую орбиту (НЕО) пустым и там залиться до полного. Учитывая что размер и масса заправщика не определены, с определением оптимума всё сложнее.

С высокой орбиты танкер надо будет возвращать.

точнее не совсем просто, а с усиленной термозащитой).

Не факт что для возврата депо на НОО потребуется теплозащита, не обязательно за один раз тормозиться.

А что есть сейчас по факту?
Точной инфы нет, но сейчас V1  без нихрена с 1200 тонн заправки весит 150 тонн.

Тут надо не забывать, что возвращаемый корабль должен быть достаточно прочным чтобы не развалиться при торможении. Вон прошлый аж погнулся.
А депо можно хоть из фольги делать, его наддув держать будет.

Зы: Я бы просто стыковал HLS и депо на НОО и использовал его для разгона как бустер, не тратя топливо HLS.

[garg]

Возврат на НОО с около второй космической депо без термозащиты не переживет, хоть в 10 проходов тормози. А ЭВИ и вовсе снесет без вариантов. а без ЭВИ какое это депо? Так что высотная заправка только танкером. Депо - на стабильных орбитах

[Водитель]

Что то как то слишком сложно.

[Шлангенциркуль]

Тесты с перекачкой топлива между Старшипами были согласованы с НАСА на весну, посмотрим, насколько уедут даты.

[Андрюха]

Возврат на НОО с около второй космической депо без термозащиты не переживет, хоть в 10 проходов тормози. А ЭВИ и вовсе снесет без вариантов. а без ЭВИ какое это депо? Так что высотная заправка только танкером. Депо - на стабильных орбитах

Так депо возвращается с ВЭО на НОО, для чего ему и нужен некий запас топлива, а не термозащита

Не факт что для возврата депо на НОО потребуется теплозащита, не обязательно за один раз тормозиться.

Или тут аэробрейкинг задумали?

[Андрюха]

Тесты с перекачкой топлива между Старшипами были согласованы с НАСА на весну, посмотрим, насколько уедут даты.

Вроде не согласованны, а была просто "просьба" НАСА...

[Дем]

Возврат на НОО с около второй космической депо без термозащиты не переживет, хоть в 10 проходов тормози.

А если в 100 проходов? В 1000? Подобрать безопасный уровень нагрева.
Та же МКС без проблем атмосферой тормозиться, несмотря на скорость набегающего потока в 8км/с

А ЭВИ и вовсе снесет без вариантов. а без ЭВИ какое это депо?

Изоляция всяко должна выдерживать воздействие атмосферы при запуске, никто депо на орбите плёнкой обматывать не станет. Так что и тут не снесёт.

Вроде не согласованны, а была просто "просьба" НАСА...

и планы от СпейсХ. Но не жёсткие, а "если получится"

[Prokrust]

И вот потребная гарантированая дельта  для первого демонстрационного полета вылезает в  9 км/с, а может и еще запас нужен. На вакуумных рапторах это весовое  совершенство должно быть выше 11,4/1. Т.е. соотношение начальной и конечных масс. А там еще рулевые это земные рапторы с импульсом  355-365 против 380 у вакуумных. ориетация просто на сжатом газе 150с? ну и т.д. и т.п. потери.
И хоть страшип для HLS лишается теплозащиты и крылышек. но приобретает жилые кабины, СЖО на месяц или больше, грузовую палубу, шлюзы, лебедку- кран балку выдвижную из корпуса для выгрузки на поверхность, ноги с адаптивной подвеской (иначе эта башня на лунном грунте гарантированно грохнется) пояс непосредственно посадочных движков  (возможно на вонючке) выдвижные  рулонные Сб -зановесочки и что то там еще точно.
Не факт что все это добро будет легче в сумме теплозащиты и крылышек. Скорее наоборот.

Сойдет если нужно груз привезти на лунную поверхность. Но если старшип HLS задержится на лунной поверхности, то кислород выкипит, взлетать будет неначем.
Или нужно делать легкий холодильник - не факт что получится или переходить на перекись или вонючку для посадочных модулей с экипажем.

[Дем]

Или нужно делать легкий холодильник - не факт что получится или переходить на перекись или вонючку для посадочных модулей с экипажем.

Они тоже закипят.