Российский проект полета на Марс под эгидой МНТЦ

[adron]

На конференции в НИКИЭТ был такой доклад-обсудим?

РАЗРАБОТКА КЛЮЧЕВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ДЛЯ ПИЛОТИРУЕМЫХ ПЛАНЕТНЫХ МИССИЙ
Семенов Ю.П., Горшков Л.А
(РКК "Энергия" им. С.П. Королева, Россия)
Коротеев А.С., Семенов В.Ф.
(ФГУП "Центр Келдыша", Россия)
Григорьев А.И., Потапов А.Н
(ИМБП РАН)
Родин В.Г., Линкин В.М.
(ИКИ РАН)
Сметанников В.П.
(ФГУП НИКИЭТ, Россия)
Разработка ключевых технических средств для пилотируемых планетных миссий
была проведена на примере пилотируемой экспедиции на Марс, а затем расширена с
охватом пилотируемых полетов к Меркурию, Венере, Юпитеру.
Разработка технических средств конкретно для пилотируемой экспедиции на
Марс велась на основе следующих документов:
 "Общие требования к пилотируемой экспедиции на Марс" (редакции № 1,2,3).
 "Частные Технические Задания на ключевые технические средства" (24 шт).
Работы, проделанные за период 19992004 гг. в рамках Проектов МНТЦ
№ 1172 и № 2120 (финансовая поддержка МНТЦ в объеме 950 тыс. долларов), дали
следующие результаты:
 Определена Концепция пилотируемой экспедиции на Марс.
 Выполнена Первая проектная стадия по пилотируемой экспедиции на Марс,
включающая 13 томов.
 Разработана Архитектура пилотируемой экспедиции на Марс, обладающая
необходи-мой гибкостью в условиях высоких политических рисков.
 Разработаны 8 томов, относящихся ко Второй проектной стадии и
включающих экспериментальное подтверждение ряда принятых решений.
Характеристики экспедиции на Марс по состоянию работ на конец 2004 года:
Численность экипажа: 6 человек.
Сценарий экспедиции: Орбитально-десантный, при котором три человека
десантируются на Марс, а остальные трое проводят исследования Марса и его
окрестностей дистанционными средствами.
Суммарная длительность пилотируемого полета по маршруту "Земля-Марс-
Земля" около двух лет.
Суммарная стартовая масса межпланетного корабля на околоземной орбите
(Н0 = 450 км, i = 51,6°) 550 тонн.
Тип энергодвигательного комплекса: Солнечная энергетическая установка на
основе тонкопленочных батарей из сплавов аморфного кремния, которая снабжает
электрические ракетные двигатели суммарной мощностью 15 МВт; рабочее тело аргон;
по мере готовности ядерной энергетической установки она заменит солнечную
энергоустановку. В качестве модульной ядерной энергетической установки выбрана
установка с Nэл = 6 МВт с возможностью увеличения до 12,5 МВт, так что при числе
модулей 4 суммарная мощность составит 50 МВт (ЯЭУ-50М). ЯЭУ-50М сможет
обеспечить как ускоренные экспедиции к Марсу, так и полет человека к Юпитеру.
Основное техническое средство для исследований на поверхности Марса:
марсоход с экипажем из 2 человек, массой в полной комплектации (в т. ч. набор
специальных манипуляторов) 3 тонны.
Финансовые затраты к моменту Первой пилотируемой экспедиции на Марс
(2018 г.) не более 20 млрд. долларов.

[V.B.]

Маловато информации для обсуждения. Вот если бы иметь перед глазами упомянутые 13 + 8 томов...
Единственное, что хотел бы отметить: зря эта работа была "расширена с охватом пилотируемых полетов к Меркурию, Венере, Юпитеру". Им Марса хватит на эту и несколько следующих жизней

[Старый]

Тип энергодвигательного комплекса: Солнечная энергетическая установка на
основе тонкопленочных батарей из сплавов аморфного кремния, которая снабжает
электрические ракетные двигатели суммарной мощностью 15 МВт; рабочее тело аргон;
по мере готовности ядерной энергетической установки она заменит солнечную
энергоустановку.

Я вот этого не понял. Ядерная будет готова и заменит солнечную в процессе полёта или ещё до запуска? Если до запуска то при чём тут солнечная?

[V.B.]

Ядерная заменит солнечную, когда МЭК вернется после N-го (1-го, 2-го, 3-го...) полета, если она будет к тому времени готова. Либо она заменит солнечную на 2-м экземпляре МЭК, или на 3-м... В общем, когда-нибудь заменит. Может быть.

[Sevlagor]

Посчитал разгон МЭК по спирали

Для начальных данных:
Мнач = 550 000 кг
УИ = 45 000 м/с
Fдвиг = 300 Н (это соответствует 15 МВт мощности СБ/ЯЭУ)
Уд. расход топлива = 0.006667 кг/с
Начальная орбита Ra=Rp= 6 378+450 км
Отлётная скорость к Марсу (приведённая к ЛЕО) V = 11.57 км/с

Результат:
Общее время разгона - 190 суток
Затрачено топлива - 109 460 кг
ХС - 9 990 м/с
Витков - 606
Растояние до Земли в конце разгона - 7 739 000 км
На высотах от 600 км до 40 000 км (радиационные пояса) МЭК будет находится в течении 93 суток

[Старый]

Посчитал разгон МЭК по спирали
Fдвиг = 300 Н (это соответствует 15 МВт мощности СБ/ЯЭУ)

Затрачено топлива - 109 460 кг

А сколько весят СПД тягой 300 ньютон? И блок питания к ним на 15 мегаватт?

[Fakir]

Странновато, что рабочее тело - аргон.

[Вадим Семенов]

Это более чем естественно, по причинам, которые я излагал ранее в теме про оптимальную траспортную систему для Луны. Про сотни тонн ксенона можно не заикаться. Его столько нет и никогда не будет. Его ниша -- спутники на ГСО, благо спутнику нужны килограммы или десятки килограмм. Вот там крайне важна возможность хранить ксенон без охлаждения неограниченно долго (он сжижается под давлением в несколько десятков атмосфер при комнатной температуре). В остальном аргон практически столь же хорош.

[Вадим Семенов]

На высотах от 600 км до 40 000 км (радиационные пояса) МЭК будет находится в течении 93 суток

Ну это вобщем-то пофигу. Экипажу вообще не нужно в радиационных поясах болтаться. На вокруг Земли логично разгоняться в беспилотном режиме, а перед началом межпланетного перелета подсадить экипаж. Если будет "быстрая" пилотируемая транспортная система навроде Союза с водородным разгонным блоком для Луны, она же может доставить экипаж на марсианский комплекс на высокой орбите. Это еще один элемент (помимо двигательной установки на малой тяге), который марсианская программа может позаимствовать у лунной. Так что стратения "на Марс через Луну" вполне разумна.

[Shiver]

Это всего лишь проект, цель которого освоить деньги закачика и показать правдоподобные  цифры и  главное не испугать заказчика раньше времени  :wink:

По мере дальнейшей разработки МЭК,  финансирование и сроки поедут очень сильно в сторону увеличения. Также изменятся и другие технические характеристики...

Так что не надо воспринимать приведенные цифры как истину в последней инстанции  :wink:

[Вадим Семенов]

Единственное, что хотел бы отметить: зря эта работа была "расширена с охватом пилотируемых полетов к Меркурию, Венере, Юпитеру". Им Марса хватит на эту и несколько следующих жизней

Полагаю, первая экспедиция вообще должна быть к астероиду. Во первых это проще -- десантный модуль не нужен, можно оснастить прелетный корабль легоньким шасси и садится на двигателях ориентации. Да и сроки перелета гораздо меньше, экспедиция к отдельным околоземным астероидам может быть менее года, а характеристическая скорость меньше. Имеет смысл сначала обкатать полностью автономный полет марсианского корабля в более короткой экспедиции. Поскольку полет на МКС не вполне автономен, да и вероятно, не может быть таким, не расчитана она на это. Ну и столкновение с Землей астероидов (которые типа надо отклонять, а значит знать их устройство) не меннее раскрученная тема, чем жизнь на Марсе, так что с политическими дивидентами здесь все в порядке.

Ну и самое главное: полеты к астероидам имеют коллосальное значение для развития межпланетной космонавтики. Полагают, что многие астероиды это "уснувшие" ядра комет. Кометы состоят из грязного льда. По мере того, как лед испаяется, на поверхности образуется слой пыли. Со временем слой пыли достигает нескольких метров и лед под ним перестает прогреваться Солнцем. Комета превращается в астероид.

Но вода -- это "идеальное топливо" для межпланетной космонавтики. Ее можно:

а) разложить на водород и кислород и использовать в ЖРД;
б) выбросить кислород, а водород использовать в ЯРД с уи 900 с и более
в) вообще не разлагать воду а использовать ее в качестве рабочего тела в ЯРД, этакий ядерный паровоз

В последнем случае уи будет ~250c, но зато никаких проблем с хранением криогенных компонентов. Впрочем, удельный импульс тут не столь важен. Вне зависимости от выбранного типа двигателя рабочее тело (или компоненты топлива) можно получать в неограниченном количестве. Ведь его не нужно вытягивать из глубокой потенциальной ямы, в отличие от гипотетических запасов льда на Марсе или Луне. Оно лежит "прямо на поверхности" (потенциальной). Даже лендеры не нужны, многоразовые межпланетные корабли могут садиться сами, заправляться и лететь дальше. В будущем можно представить себе сеть автоматических, переодически посещаемых, заправочных станций на астероидах. Этакие космические АЗС. Вот тогда межпланетные перелеты из единичных вылазок, совершаемых титаническими совместными усилиями многих стран, могут стать более-менее регулярными путешествиями.

А вы говорите -- Марс.

[Fakir]

Вадим Семенов

Про сотни тонн ксенона можно не заикаться. Его столько нет и никогда не будет. .... В остальном аргон практически столь же хорош.

Что для марсианской экспедиции ксенон непригоден - очевидно, я про это давным-давно говорю.
Вопрос в том, почему они взяли аргон, а не криптон.

А что до астероидов - сначала надо доказать, что там есть лёд, как-никак ключевое условие.

[Sevlagor]

Эххх!
Сделать бы на Фобосе АЗС !

Первую экспедицию надо на Фобос направить.
Обяззательно!
При этом пилотируемый десант на Марс в первой экспедиции - опционально.
Сможем - хорошо, не сможем - ну значит во второй высадимся.

Но на Фобос надо обязательно.
Топливо в таком месте нужно как воздух

[Вадим Семенов]

Вопрос в том, почему они взяли аргон, а не криптон.

Криптона в атмосфере на 4 порядка меньше, чем аргона (хотя и на 2 порядка больше, чем ксенона). Так что если, как утверждается, ксенона в мире производится несколько тонн, то криптона, видимо, несколько сот тонн. Так что марсианская экспедиция может потребить весьма значительную долю и оставить остальных потребителей без криптона. Зато аргона просто навалом.

Охлаждать же криптон также нужно, как и аргон, тут разницы нет. Правда, в связи с вдвое меньшей массой иона придется ставить двойное количестество нейтрализаторов, но это мелочи.

А что до астероидов - сначала надо доказать, что там есть лёд, как-никак ключевое условие.

Конечно, это всего лишь гипотеза. Но такая многообещающая... Вот и надо слетать, отрыть "колодец"

[V.B.]

Посчитал разгон МЭК по спирали

Для начальных данных:
Мнач = 550 000 кг
УИ = 45 000 м/с
Fдвиг = 300 Н (это соответствует 15 МВт мощности СБ/ЯЭУ)

Насколько мне известно, на участке "раскрутки" УИ будет 30 км/с, а тяга 700 Н.

Полагаю, первая экспедиция вообще должна быть к астероиду. Во первых это проще -- десантный модуль не нужен, можно оснастить прелетный корабль легоньким шасси и садится на двигателях ориентации. Да и сроки перелета гораздо меньше, экспедиция к отдельным околоземным астероидам может быть менее года, а характеристическая скорость меньше. Имеет смысл сначала обкатать полностью автономный полет марсианского корабля в более короткой экспедиции.

Возможно. Но садиться на астероид не нужно. (На Фобос тоже). Если уж очень хочется, то робота на него спустить. Не хватало еще о какой-то булыжник корапь угрохать!

[Вадим Семенов]

Эххх!
Сделать бы на Фобосе АЗС !

Первую экспедицию надо на Фобос направить.
Обяззательно!
При этом пилотируемый десант на Марс в первой экспедиции - опционально.
Сможем - хорошо, не сможем - ну значит во второй высадимся.

Но на Фобос надо обязательно.
Топливо в таком месте нужно как воздух

Тоже вариант. Может и там есть вода. Наиболее попутярная версия, что Фобос был захвачен Марсом.

Кстати, во время первой экспедиции экипаж может не только на Фобос высадится, но и роверами в реальном масштабе времени порулить, на автоматическом лендере собранные ими образцы забрать. Лендер желательно обкатать сначала в беспилотном режиме, прежде чем людей сажать. Особенно, если топливо будет не привозное, а произведеное на Марсе.

[Вадим Семенов]

Возможно. Но садиться на астероид не нужно. (На Фобос тоже). Если уж очень хочется, то робота на него спустить. Не хватало еще о какой-то булыжник корапь угрохать!

При такой силе тяжести угрохать что-либо затруднительно. Ни сам корабль почти ничего не весит, если не туда сядет, ни скорость сколько-нибудь значительную набрать не сможет, если "двигатели мягкой посадки" откажут. Тут уж, как говорится, сам бог велел лично свой нос засунуть.

[V.B.]

А не черт ли?
В космосе обычно затруднительно ничего не угрохать. А угрохать - это запросто! Спросите Циблиева

[Sevlagor]

Не-не-не
на Фобос, да и на низкую марсианскую орбиту (НМО), полетят на спец-кораблике.
Возможно это будет модификация Парома.
А основной корабль оставят на очень вытянутой эллиптической орбите.
Так гораздо меньше топлива уйдёт.
Зачем спускать большой корабль в глубину гравитационного колодца Марса?
Потом ещё обратно потребуется поднимать ... зачем?
Ненужно это.

И когда к Земле вернуться - корабль выведут скорей всего на высокую Лунную орбиту 3-4-6 тыс. км - на хранение, до следующей экспедиции.

[Bell]

А чего там хранить?
Посадочного модуля не будет, СБ за 2 года нехило подсядут, ЭРД вообще выработают весь ресурс.

Да летать туда-сюда - не ближний свет. Для следующего раза придется туда тащить туеву хучу топлива и всего остального...

Как хотя бы вернуть экипаж после полета? Целую спасательную экпедицию устраивать, о двух Клиперах?  :wink:

А делать парковочную орбиту ниже - тратить топливо и время. Причем это топливо придется таскать с собой до Марса и обратно...

Да ну его. Дешевле будет новый МЭК собрать. Новый, современный. Лет через 5, когда снова на Марс соберемся