Туристические круизы "Союзов" на Луну

[frigate]

Интересно  :!:  
"Вызывает интерес ваш технический прогресс..." (C) Л.Филатов 

[avmich]

Детали такие.

Первое, СА Союза остаётся (практически) без изменений. Практически - это значит, что теплозащиту для посадки при возвращении с лунной орбиты, конечно, придётся поставить. Какие-то другие изменения тоже возможны, но предполагается, что они невелики... хотелось бы, конечно, послушать контраргументы. Зато экономия в том, что полёт рассчитан на двоих, а не троих - здесь определённые резервы веса.

Дальше, орбитальный отсек - он же БО - Союза убирается. Вместо него ставится - по крайней мере, на сегодня у меня это наилучший вариант - небольшой отсек, включающий пассивный стыковочный узел с тоннелем, а также радиаторы и солнечные батареи. Предположительно такой отсек должен весить немного - скажем, килограмм 200-300.  Он ставится на СА сверху, то есть, в направлении к макушке РН на старте.

Переходной отсек - ферма между СА и другими отсеками ПАО - остаётся. Интересно, сколько он весит .

Приборный отсек и агрегатный отсеки убираются целиком. Основная причина - слишком тяжёлые для тех функций, которые они выполняют. Вместо них ставится отсек на основе Фрегата - включая системы связи, ориентации, ДУ маршевую и малой тяги. Сухая масса такого отсека - примерно тонна, максимальный запас топлива примерно соответствует "фрегатовскому".

Всё это при установке на РН ставится на некую проставку. Под проставкой ставится кабина лунного корабля, которую хотелось бы сделать на основе БО, как это, кажется, делалось в 60-е - но, вероятно, массовые ограничения потребуют переделать. Кабина должен позволять находиться в нём двум космонавтам в скафандрах, которые могут через люк выйти после посадки на поверхность Луны. Кабина имеет один стыковочный узел с лазом наверху и один стыковочный узел без лаза снизу...

(продолжение следует)

[avmich]

Кабина получалась массой порядка 900 кг. Этот КК выводится на РН Союз - баки Фрегата оказываются частично заполненными топливом. Из дополнений на КК присутствует система перекачки топлива (горючего и окислителя) в ёмкости Фрегата и из них.

Второй запуск - РН Ангара-5 с ПН в 24,5 тонны, как заявлено на khrunichev.com . Там, конечно, заявлено из Плесецка, с Восточного цифр нет, хотелось бы надеяться, что с Восточного ПН будет побольше... Я сначала провёл расчёт с использованием КВТК - у него замечательный УИ у двигателя, но не слишком большая тяга, и довольно плохое массовое совершенство. Потом пересчитал на 15КРБ, получилось гораздо интереснее - потому что выше тяга двигателя (9,5 тс против 7,5 тс у КВТК) и выше массовое совершенство. Пока что в реале летал 12КРБ, а КВТК в стадии бумажного проектирования... так что неясно, на что лучше ориентироваться.

Вдобавок к водородному разгоннику - который примерно на 15,5 тонн заправлен топливом - Ангара выводит баки с топливом. Практически это получается Фрегат... Эта связка стыкуется со связкой КК, перекачивает топливо в баки КК, транспортные баки сбрасываются, водородный разгонник отправляет связку к Луне. К Луне идёт 11 с чем-то тонн.

Третий запуск - Ангара-5 с водородником (примерно 12,5 тонн топлива) и Фрегатом, оборудованным посадочными опорами. Эта ПН уходит к Луне и на окололунной орбите стыкуется с КК. Лунная кабина и Фрегат с посадочными опорами образуют одноступенчатый лунный корабль сухой массы примерно 2 тонны. Часть топлива из Фрегата КК перекачивается в баки лунного корабля, ХС лунного корабля у меня получался 4600+ м/с.

Космонавты летят на Луну, при старте с Луны посадочные опоры остаются на поверхности. После возвращения на окололунную орбиту космонавты перекодят в КК, ДУ лунного корабля отстыковывается, КК в составе Фрегат-СА Союза-лунная кабина идёт к Земле.

Массы везде очень поджаты, конечно, но суммарная ПН на околоземной орбите получается 56,2 тонны. Вдвое меньше сатурновской. Понятно, что сейчас так летать никто не будет но формально массы сходятся, гравитационные потери тоже учитывал. Железо в принципе можно облегчать - если вкладываться в совершенствование. Самые большие новые разработки, конечно - это кабина лунного корабля. Потом, космонавты летают не на ДУ Союза с вытеснительной подачей, а на довольно напряжённых движках Фрегата, без резервного двигателя... который тоже можно поставить, но это ещё дополнительные доработки.

В целом - ПН ракет растёт потихоньку, способности разгонных блоков тоже, возможности электроники для связи и управления тоже. Поэтому такой вариант и получился.

Ещё более точные цифры попробую потом привести...

[avmich]

Какие ещё выводы. Мне кажется, ПАО Союза - вещь, которую можно было бы существенно модернизировать, если бы был интерес потратить на это средства - там много можно веса сэкономить. Навесной "огрызок" БО пришлось поставить на СА из нескольких соображений - чтобы меньше менять СА, чтобы было куда поставить радиаторы и СБ, при этом не трогать Фрегат, ну и стыковочный узел к 800-миллиметровому лазу вроде бы ещё не делался... а так, конечно, хотелось бы и этот "огрызок" уоптимизировать в нуль.

Водородные разгонники вводят в печаль. Их и нету, и то, что обещается, не очень... хотя всё ещё интересно, конечно, массу они позволяют сэкономить довольно приличную. Эксплуатационно - хотелось бы и чтобы топливо не выкипало так быстро, и чтобы они были способны на автоматическую стыковку... Фрегаты, напротив, скорее радуют - выглядят неплохо оптимизированными и по массам, и по функциям. Будет летать ПТК НП - можно будет рассчитывать его кабину в качестве СА КК, но там, конечно, массы будут другими, а значит, и общие затраты.

Всё это рассчитывается на стыковки. Приходится на модули ставить разного рода стыковочные узлы - обычно не для космонавтов, а для стыковки с разгоняемой ПН или для перелива топлива. Перелив топлива - вообще, как раз то, что позволяет, имея ракеты с одной ПН, решать задачи, которые без переливов требуют ракет совсем других ПН. То есть, переливы - это такой универсальный выравниватель, который позволяет оперировать общей ПН, а не тем, на какие части они разбита - в широких пределах.

Ну и конечно - для того, чтобы летать на Луну в условиях сегодняшних требований безопасности и дешевизны, нужны лёгкие, современные корабли и разгонные блоки. Труизм, конечно. У меня оказалось, что для того, чтобы 230 килограмм с окололунной орбиты опустить на Луну и потом вернуть на орбиту, нужно потратить 770 кг топлива - при фрегатовском УИ в 3200 м/с и общей ХС 4650 м/с. То есть, массы лунного корабля вот настолько золотые, и без окололунных стыковок ну никак . Массы на окололунной орбите подешевле - но и там из тонны, отправляемой к Луне, к Земле после выхода на окололунную орбиту и схода с неё возвращается полтонны.

[m-s Gelezniak]

Прикиньте вaриaт ОО-кaбинa ЛК .
ЭЫ Все стaрaются сэкономить нa мaссе оболочки ОО(БО), a это крохи. И перенос систем в СA повышaет его мaссу и следовaтельно посaдочные системы.

[Дмитрий Инфан]

avmich пишет:
Какие ещё выводы.

Выводы такие, что речь идёт о практически новом корабле, на разработку которого уйдёт где-то лет десять. И средств немеряно.
ИМХО, надо брать "Союз" каков он есть (ну, только что усилить теплозащиту СА) и всё дополнительное оборудование - средства связи, остронаправленные антенны и т д. выносить в дополнительный отсек, который будет пристыкован вместе с разгонным блоком.
Тогда простейший облёт Луны будет осуществим в двупуск (РН "Союз" + РН "Ангара"), а флаговтык - в четырёхпуск (4 РН "Ангара").

[frigate]

Простейший облёт Луны МОЖЕТ быть осуществим в двупуск (РН "Союз" + РН "Протон-М"),  :idea:
не надо ждать пока РН "Ангара-5" пройдет ЛКИ и для нее построят стартовый комплекс в Восточном  

[Sonic]

Дмитрий Инфан пишет:
а флаговтык - в четырёхпуск

 Флажком можно выстрелить с орбиты - пускай сам втыкается. Или так незачотно ?

[Дмитрий Инфан]

Sonic пишет:

Дмитрий Инфан

пишет:
а флаговтык - в четырёхпуск

Флажком можно выстрелить с орбиты - пускай сам втыкается. Или так незачотно ?

А такой уже был. Луна-2 назывался.

[Дмитрий Инфан]

frigate пишет:
Простейший облёт Луны МОЖЕТ быть осуществим в двупуск (РН "Союз" + РН "Протон-М" ),
не надо ждать пока РН "Ангара-5" пройдет ЛКИ и для нее построят стартовый комплекс в Восточном

Во-первых, разгонного блока требуемого размера в железе пока нет. К тому времени, когда он будет, "Ангара-5" успеет пройти ЛКИ . А во-вторых, лишние 2,5 тонны ПН не помешают.

[avmich]

m-s Gelezniak пишет:
Прикиньте вaриaт ОО-кaбинa ЛК .
ЭЫ Все стaрaются сэкономить нa мaссе оболочки ОО(БО), a это крохи. И перенос систем в СA повышaет его мaссу и следовaтельно посaдочные системы.

Кабина аполлоновского ЛЭМа был объёмом побольше союзовского БО, а весила немного - сложно сказать сколько, но вместе с ДУ - чуть больше 2 тонн, при том, что, скажем, одни электробатареи весили больше 100 кг. Видимо, на оболочке и конструкции что-то можно пробовать выжимать, хотя, конечно, немного.

Перенос систем в СА - по нескольким причинам. Во-первых, другие отсеки переделываются. Во-вторых, электрорадиосистемы (в современном исполнении) невелики.

[avmich]

Дмитрий Инфан пишет:

avmich пишет:
Какие ещё выводы.

Выводы такие, что речь идёт о практически новом корабле, на разработку которого уйдёт где-то лет десять. И средств немеряно.
ИМХО, надо брать "Союз" каков он есть (ну, только что усилить теплозащиту СА) и всё дополнительное оборудование - средства связи, остронаправленные антенны и т д. выносить в дополнительный отсек, который будет пристыкован вместе с разгонным блоком.
Тогда простейший облёт Луны будет осуществим в двупуск (РН "Союз" + РН "Ангара"    , а флаговтык - в четырёхпуск (4 РН "Ангара"    .

Вовсе нет    . СА Союза берётся почти без изменений. Лунная теплозащита и некоторые приборы, и устранение одного кресла. Фрегаты берутся в почти готовом виде. Соединение СА и Фрегата - через ПхО, который тоже готовый. Делается только необходимое - небольшой модуль со стыковочным узлом, система перекачки топлива, посадочные опоры, которые тоже необходимы при любом сценарии высадки на Луну, лунная кабина.

Брать Союз как есть, к сожалению, не получается - это слишком большие излишние массы, ПАО сделан слишком консервативно. Средства связи - антенны и усилители - не слишком много весят, то же касается бортовых гироскопов, звёздных датчиков, и даже, скажем, посадочного радара на лунном корабле. Эта техника сейчас весит немного и немного занимает места.

[avmich]

Дмитрий Инфан пишет:

frigate пишет:
Простейший облёт Луны МОЖЕТ быть осуществим в двупуск (РН "Союз" + РН "Протон-М" ),
не надо ждать пока РН "Ангара-5" пройдет ЛКИ и для нее построят стартовый комплекс в Восточном

Во-первых, разгонного блока требуемого размера в железе пока нет. К тому времени, когда он будет, "Ангара-5" успеет пройти ЛКИ . А во-вторых, лишние 2,5 тонны ПН не помешают.

Используя 15КРБ - которого, конечно, нет, но на сайте он всё ещё висит и его младший братец летал - у меня получались 2,8 дней на полёт к зоне притяжения Луны. Если 7,2 тонны Союза-ФГ удастся повысить, скажем, переходом на Союз 2-1а, и считать, что ПН Ангары-5 с Восточного будет больше 24,5 тонн - это ещё дополнительные резервы. Пофдут на устранение узких мест в схеме . Кроме того - это, конечно, бумажные прикидки, но позволяют понять, где чего не хватает и что чего стоит в смысле масс. Современный Драгон имеет массу кабины легче, чем Союз, в расчёте на одного человека - есть надежда, что, если бы проектировался СА сейчас, его можно было бы сделать заметно более лёгким. Десят лет разработок - это тоже если заниматься этим как сомнительным попутным проектом; скажем, если бы стояла очередь из туристов, желающих прогуляться по Луне - а при определённой цене о таком можно говорить - то современные профи сделали бы, по-моему, модули такой системы достаточно быстро. Опыт СпейсЭкса показывает, скажем, что за 8 лет с создания компании можно с нуля сделать КК, способный возвращаться на Землю.

Это, конечно, мои субъективные впечатления . Просто хотелось бы услышать не абстрактное "такого не бывает", а более детальные аргументы, скажем, почему массы Х в данном месте мало.

[avmich]

m-s Gelezniak пишет:
Прикиньте вaриaт ОО-кaбинa ЛК .
ЭЫ Все стaрaются сэкономить нa мaссе оболочки ОО(БО), a это крохи. И перенос систем в СA повышaет его мaссу и следовaтельно посaдочные системы.

К сожалению, недостаточно данных    . Скажем, я беру массу КК Союз с космонавтами на старте 7200 кг. Сколько весят космонавты, со скафандрами? Если мало - значит, меньше массу на Луну опускать, если много - значит, аппаратура КК Союз оказывается легче. Килограммов по 150 вместе со скафандрами? Или 130? Причём в КК Союз, конечно, скафандры не лунные, они полегче - сколько там? Килограммов по 100?

А так - собственно, и используется ЛК как ОО, это одна из существенных экономий. Туалет в ОО - он и на Луне нужен, СА с Фрегатом на окололунной орбите остаётся без экипажа, стыкуется в автоматическом режиме. Только ОО приходится переделывать - как для добавления ДУ, так и для общего снижения массы, которая там особенно дорога.

[frigate]

Уважаемый avmich, проверьте пожалуйста ваши сообщения     

The dry mass of the LM ascent stage were  :idea: :
Apollo-9        5071 lb (2301 kg) 
Apollo-10   4781 lb (2168 kg)
Apollo-11   4804 lb (2180 kg)
Apollo-12   4760 lb (2160 kg)
Apollo-13   4668 lb (2118 kg)
Apollo-14   4691 lb (2128 kg)
Apollo-15   4690 lb (2128 kg)
Apollo-16   4704 lb (2134 kg)
Apollo-17      4729 lb (2146 kg)
Source Apollo by numbers Launch Vehicle/Spacecraft Key Facts

[avmich]

Я эти цифры и имел в виду под "чуть больше 2 тонн".

Вот один из эскизов КК, без стыковочного модуля... На сайте http://www.fabfabbers.com/openscad/ рисовалка, скопировать туда вот этот текст, нажать Compile.

Код Выделить Развернуть

fn=20;
color("SaddleBrown") {
 difference() {
  sphere(r=20,$fn=fn);
  translate([-30,-18,-30])cube(size=60,center=false);
 }
 translate([0,-18.05,0])rotate([-90,0,0])
  cylinder(h=7,r1=8.65,r2=7.5,center=false,$fn=fn);
 difference() {
  translate([0,-12,0])sphere(r=7.55,$fn=fn);
  translate([-8,-5,-8])cube(size=16,center=false);
 }
}
color("LightGrey")translate([0,-5.5,0])rotate([-90,0,0]) {
 difference() {
  cylinder(h=2,r=4.9,center=false,$fn=fn);
  translate([0,0,1])cylinder(h=2,r=3.5,center=false,$fn=fn);
 }
 difference() {
  translate([0,0,2.3])cylinder(h=1.5,r1=2,r2=0.5,center=false,$fn=fn);
  for(i=[0:7])
   rotate(i*45,[0,0,1])translate([1.7,0,2.6])sphere(r=0.8);
 }
 translate([0,0,1])cylinder(h=4,r=0.2,center=false,$fn=fn);
 translate([0,0,5])cylinder(h=0.4,r1=0.4,r2=0.2,center=false,$fn=fn);
 for(i=[0:11])
 rotate(i*30,[0,0,1])translate([0,-8,-15.5])union() {
  translate([ 2.1,0,0])rotate([0,-38,0])cylinder(h=3.5,r=0.2,center=false);
  translate([-2.1,0,0])rotate([0, 38,0])cylinder(h=3.5,r=0.2,center=false);
 }
}
rs=5.1;rf=7.5;
color("LightGrey")translate([0,-25,0]) {
 for(i=[0:5]) {
  rotate(i*60,[0,1,0])translate([rf,0,0])union() {
   sphere(r=rs,$fn=fn);
   translate([rs*0.6,rs*0.9, rs*0.5])sphere(r=rs*0.5,$fn=fn);
   translate([rs*0.6,rs*0.9,-rs*0.5])sphere(r=rs*0.5,$fn=fn);
  }
 }
 translate([0,-0.5*rs,0])rotate([-90,0,0])difference() {
  cylinder(h=rs,r1=1.5,r2=0,center=false,$fn=fn);
  translate([0,0,-0.3])cylinder(h=rs,r1=1.5,r2=0,center=false,$fn=fn);
 }
}
 Получится примерно вот это:
 
У меня есть вариант программы, на котором считались манёвры посадки с орбиты и отлёта к Луне. Доработаю, выложу результаты.

[frigate]

Дмитрий Инфан пишет:
Во-первых, разгонного блока требуемого размера в железе пока нет. К тому времени, когда он будет, "Ангара-5" успеет пройти ЛКИ . А во-вторых, лишние 2,5 тонны ПН не помешают.

Извините, то есть как это НЕТ? А мужики в Энергии и не знают, что 11С861-03 (Блок ДМ-03) оказывается на самом деле не существует.

[Александр Ч.]

Большая заметка про "нашего мальчика":
Russia eyes Soyuz upgrades for mission around the moon

Space tourism firm Space Adventures says two customers have paid deposits for a flight around the moon on a Soyuz spacecraft, but the trip requires major changes to the Russian crew capsule, a vehicle that has seen only incremental upgrades in recent decades.

While the Virginia-based company works with Russian engineers to make the venerable Soyuz ferry craft ready for a lunar voyage, Space Adventures president Tom Shelley said last week he expects prices for tourist trips to the International Space Station to fall once U.S.-built capsules begin flying astronauts into low Earth orbit.

The flight around the moon goes for $150 million per person, and a seat on a Soyuz mission to the space station is priced at $52 million, according to Shelley.

Seven space tourists have flown to the space station on flights arranged by Space Adventures. British opera singer Sarah Brightman has reserved a 10-day spaceflight to the space station for late 2015 and is set to begin training in early 2015.

The lunar mission would carry a crew commanded by a professional Russian cosmonaut. Two paying passengers would make for a $300 million mission.

"When you put in perspective of the Apollo program and the cost of access to space in general, it's actually very affordable," Shelley said. "Well, it's good value. Let's put it that way. Maybe affordable is the wrong choice of word."

Speaking to the National Space Club Florida Committee on June 10, Shelley said Soyuz contractor Energia plans to modify the spacecraft for the moon mission by changing the ship's communications and navigation systems.

"We are going to have to change the heat shield because you're re-entering at a significantly higher speed" on a lunar mission, Shelley said, adding engineers are considering whether to guide the Soyuz landing capsule to a "skip re-entry" in which the spacecraft would dip into the atmosphere to dissipate speed before plunging to the surface to a parachute-assisted touchdown.

The Soviet-era Zond robotic circumlunar missions, intended to pave the way for future human voyages, pioneered the skip re-entry technique in the 1960s.

The Soyuz also needs a new habitation module to give the crew more living space during the week-long trip from Earth to the moon and back.

"We're basically taking the same Soyuz that flies to the space station, making a few modifications to allow it go around the far aside of the moon, and adding an extra habitation module to make it more comfortable for the passengers," Shelley said.

The probable flight plan calls for the moon-bound crew to fly to the space station on a Soyuz rocket and spacecraft for a few days, then undock and rendezvous with a habitation module and Block DM propulsion stage launched separately atop a Proton booster.

The Block DM engine would propel the Soyuz capsule on a trajectory once around the far side of the moon and back to Earth.

If the flight includes a visit to the space station, the mission's total duration will be about 17 days, according to Shelley.

An unmanned lunar flight is planned before Russian launches a piloted mission, Shelley said, and the earliest opportunity for a tourist trip is late 2017.

"We are exploring all possible avenues of cooperation with them, and we can do this -- circle the moon in 2017 to 2018 on Soyuz. Technically it is possible," said Vitaly Lopota, CEO of Energia, in a report by Russia's Interfax news agency.

"That would be a very aggressive schedule," Shelley told reporters June 13. "I think late 2017 or 2018 is feasible, but that's what we're figuring out at the moment -- going through all the various different design changes to meet our customer requirements and technical requirements to actually complete the mission. That's what we're doing with the Russians at the moment, and that will dicate the timeframe."

Shelley said he plans to visit Moscow before the end of June for another round of meetings on the lunar mission.

If there is sufficient demand, Space Adventures and Energia plan a series of lunar expeditions.

Shelley described the two depositors as "independent customers" who booked their flights separately. He did not disclose the identities of the clients.

The moon mission requires technical upgrades to the Soyuz, and Shelley would not say if the passengers' payments would cover all the engineering work, or if the project needed additional financial investments from Russia.

Space Adventures' captive market is in tourist flights to low Earth orbit a few hundred miles above Earth, and Shelley said the supply of seats to the International Space Station is poised to go up in the next few years.

Even with the $52 million price tag per seat, tourists are paying less than NASA astronauts to get to the space station. Shelley said that is because NASA buys more training and other services than a civilian passenger needs.

"As far as when it's going to get cheaper, I really don't know," Shelley said. "We've just got to focus on trying to get enough supply into the market to meet the demand that right now is out there."

Space Adventures has a partnership with Boeing Co. to put tourists in its CST-100 crew capsule if NASA gives it the green light to fly to the space station. Boeing is competing against SpaceX and Sierra Nevada Corp. for government funding under NASA's commercial crew program, an initiative aimed at developing privately-owned space taxis, and the space agency plans to decide which companies will continue to receive federal money later this summer.

Since the end of the space shuttle program, NASA astronauts can only get to the space station on Russian Soyuz vehicles, taking up seats that Space Adventures once sold to tourists.

With the possibility of tourist flights on Boeing's CST-100 spacecraft and future openings aboard Soyuz capsules, Shelley says the price of a tourist trip to low Earth orbit could decrease after 2017.

He expects a round-trip flight on Boeing CST-100 capsule will sell for less than the $52 million quote Space Adventures has publicized for Soyuz seats.

"Hopefully, if NASA can get its own astronauts up to the space station, some seats on Russian vehicles will free up, and I think then you'll start to see some movement on price," Shelley said. "But I don't want to focus on price as the limiter on the marketplace because I don't think it is at the moment."

Sarah Brightman will take an empty Soyuz seat next year freed up by a planned one-year expedition on the space station by astronaut Scott Kelly and cosmonaut Mikhail Kornienko. Russia will still launch Soyuz spacecraft to the space sation four times during the year-long expedition to ensure the crew has lifeboats for return to Earth in case of an emergency, making a seat open for Brightman.

Follow Stephen Clark on Twitter: @StephenClark1.

[testest]

В голову пришла новая мысль. Разумеется, если делать дополнительный испытательный полет, а делать его придется, то первая экспедиция не окупится. Но если рискнуть и понадеяться на новые полеты в будущем, то уйти в минус на первом полете - не такая уж страшая проблема. Так что рано я поставил крест на этой идее.

Александр Ч. пишет:
Большая заметка про "нашего мальчика":

Написано, что президент Space Adventures в конце июня приедет в Москву пообщаться с представителями РКК. Вот тогда и станет ясно, куда дело идет.

[Дмитрий Инфан]

frigate пишет:

Дмитрий Инфан

пишет:
Во-первых, разгонного блока требуемого размера в железе пока нет. К тому времени, когда он будет, "Ангара-5" успеет пройти ЛКИ . А во-вторых, лишние 2,5 тонны ПН не помешают.

Извините, то есть как это НЕТ? А мужики в Энергии и не знают, что 11С861-03 ( Блок ДМ-03 ) оказывается на самом деле не существует.

Он керосиновый. И весит всего 20 тонн. Для Луны необходим водородник и весом, желательно, 22-24 тонны.