Экспедиция на Марс по быстрой траектории

[поверхностный]

Тормозиться около планет с атмосферами (коими являются обе - и Земля и Марс) можно конечно методом погружения в атмосферу (возможно неоднократно), это само-собой уменьшает потребную ХС. Но с повышением скорости подлета к планете с атмосферой, уменьшаются "коридоры" входа в атмосферу, ограниченные тепловыми потоками и перегрузкой, и почти уверен, что при подходе к Земле со скоростью 16-17 км/с, коридор "захлопнется", т.е. невозможно будет ТОЛЬКО лишь одной атмосферой затормозиться до орбитальной скорости.

Допустим, скорость входа вдвое выше орбитальной скорости. Значит, для огибания Земли нужно центростремительное ускорение вчетверо большее. Т.е. крылья должны создавать ускорение = 3g, направленное вниз. Продольная перегрузка будет зависеть от  аэродинамического качества. Например, при качестве = 3, добавится меньше единицы перегрузки. От плотности атмосферы ничего не зависит, это вопрос площади крыла.
Вроде, ничего запредельного?

[pkl]

Если даже допустить при этом использование обоих "атмосферных" маневров,
расчет по формуле Циолковского показывает, что для доставки в атмосферу Марса орбитального корабля-станции (с аэродин. щитом и СА) общей массой 100 т  и с ним 60-тонного десантного аппарата, плюс разгонный блок для  последующего запуска корабля к Земле --
на околоземной орбите должна быть собрана система массой:

А) Для "МЕДЛЕННОЙ" траектории - 707 т[/size]

Б) Для "БЫСТРОЙ"   траектории - 50652 т !!! [/size]  :shock:  

Всё так и есть, я перепроверил.
(это при использовании на разгоне водорода, УИ=470 с, а у Марса - АТ+НДМГ, УИ=335 с, и массовом совершенстве РБ=0,12)

Конечно, для таких ХС неизбежно потребуется многоступенчатые РБ, твердофазные или более совершенные ЯРДы и т.п., но суть разницы скоростей достаточно наглядна.

Вот такая вот плата за скорость...  

А если десантный аппарат со всем барахлом, которое понадобится космонавтам на Марсе и топливо на дорогу домой везти отдельно, электроракетным буксиром. Т.е. по "быстрой" траектории отправляется жилой модуль и возвращаемый аппарат :?:  :?:  :?:

[Fakir]

Ну ясен пень, так и надо. Грузы надо делить на "скоропортящиеся" и "нескоропортящиеся".
Так же, кстати, и с Луной.

[ttt2]

А если десантный аппарат со всем барахлом, которое понадобится космонавтам на Марсе и топливо на дорогу домой везти отдельно, электроракетным буксиром. Т.е. по "быстрой" траектории отправляется жилой модуль и возвращаемый аппарат :?:  :?:  :?:

Я то же так думаю, причем электроракетный возможно и не понадобится - обычным водородником

Еще вопрос - почему при расчете не считали кислород/водород у марса - что так безнадежно компоненты длительное время хранить?

[Fakir]

...с повышением скорости подлета к планете с атмосферой, уменьшаются "коридоры" входа в атмосферу, ограниченные тепловыми потоками и перегрузкой, и почти уверен, что при подходе к Земле со скоростью 16-17 км/с, коридор "захлопнется", т.е. невозможно будет ТОЛЬКО лишь одной атмосферой затормозиться до орбитальной скорости.

Атмосферное торможение у Земли с такими скоростями - крайне сложная задача (из-за большей скорости входа и более высокого градиента плотности), однако думаю, что она реализуема - за счет повышения точности определения положения марсианского корабля благодаря наземным и орбитальным средствам (например, уголковые лазерные отражатели) и за счет использования хорошего аэродинамического качества возвращаемого аппарата. Возможно, потребуется "двухступенчатый" теплозащитный экран и наверняка более двух входов в атмосферу.

Атмосферное торможение у Земли с такими скоростями - вполне умеренной сложности задача.
Стардаст в атмосфере тормозился как раз почти с такой скорости, причём это всего в один заход (а не в два-три-много), и без аэродинамического качества.

[Fakir]

Если даже допустить при этом использование обоих "атмосферных" маневров,
расчет по формуле Циолковского показывает, что для доставки в атмосферу Марса орбитального корабля-станции (с аэродин. щитом и СА) общей массой 100 т  и с ним 60-тонного десантного аппарата, плюс разгонный блок для  последующего запуска корабля к Земле --
на околоземной орбите должна быть собрана система массой:

А) Для "МЕДЛЕННОЙ" траектории - 707 т[/size]

Б) Для "БЫСТРОЙ"   траектории - 50652 т !!! [/size]  :shock:  

Всё так и есть, я перепроверил.

Кгхм... это на какие ХС закладывались-то?
И на какие траектории?

А то ведь про малые тяги грех забывать, выбор траектории, возможность гравиманёвра у Луны...

[ttt2]

Если даже допустить при этом использование обоих "атмосферных" маневров,
расчет по формуле Циолковского показывает, что для доставки в атмосферу Марса орбитального корабля-станции (с аэродин. щитом и СА) общей массой 100 т  и с ним 60-тонного десантного аппарата, плюс разгонный блок для  последующего запуска корабля к Земле --
на околоземной орбите должна быть собрана система массой:

А) Для "МЕДЛЕННОЙ" траектории - 707 т[/size]

Б) Для "БЫСТРОЙ"   траектории - 50652 т !!! [/size]  :shock:  

Вот такая вот плата за скорость...  

Не согласен с вами - практически характеристическая скорость даже по вашим цифрам около 20 км/с

Аэродинамически тормозится у Земли вполне можно

Зонд тормозился с лунной траектории еще в 60-е

А с учетом отправки медленного корабля с топливом на обратный полет (это сейчас уже совершенно ясно что необходимо) вполне реальная конструкция

[ttt2]

Еще несогласен - зачем 60-тонный спускаемый аппарат и 100-тонный главный модуль если весь полет полгода??

20+10 - хватит

Посчитайте пожалуйста по моим прикидкам - у вас лучше получится

Должна получиться реальная вещь

Ясно что не по стоимости бутылки пепси но ...

[fagot]

Стардаст в атмосфере тормозился как раз почти с такой скорости, причём это всего в один заход (а не в два-три-много), и без аэродинамического качества.

Так ему и перегрузки были безразличны. :wink:

[Fakir]

Всё же не до такой степени безразличны, как "Венерам"

И, повторяюсь, это без серьёзных коррекций, без аэродинамического качества, и в один заход.

[SpaceR]

Тормозиться около планет с атмосферами (коими являются обе - и Земля и Марс) можно конечно методом погружения в атмосферу (возможно неоднократно), это само-собой уменьшает потребную ХС. Но с повышением скорости подлета к планете с атмосферой, уменьшаются "коридоры" входа в атмосферу, ограниченные тепловыми потоками и перегрузкой, и почти уверен, что при подходе к Земле со скоростью 16-17 км/с, коридор "захлопнется", т.е. невозможно будет ТОЛЬКО лишь одной атмосферой затормозиться до орбитальной скорости.

Допустим, скорость входа вдвое выше орбитальной скорости. Значит, для огибания Земли нужно центростремительное ускорение вчетверо большее. Т.е. крылья должны создавать ускорение = 3g, направленное вниз. Продольная перегрузка будет зависеть от  аэродинамического качества. Например, при качестве = 3, добавится меньше единицы перегрузки. От плотности атмосферы ничего не зависит, это вопрос площади крыла.
Вроде, ничего запредельного?

Гм, а это ещё зачем такие сложности?  :shock:
Для аэроторможения НЕ НУЖНО обеспечивать ОГИБАНИЕ поверхности - его обеспечит сама гравитация. Просто необходимо подобрать глубину погружения.
Я подразумевал использование аэродинамического качества только как средства коррекции этой самой глубины на самом заключительном этапе - уже в атмосфере. Поскольку я понятие "коридор "захлопнется" понял только лишь как невозможность КА попасть в коридор из-за недостаточной точности навигации.
Конечно, есть ещё риск, что перегрузки при первом входе будут чрезмерными даже в пределах "коридора", в этом случае, возможно, огибание может иметь определенный смысл...  Но без расчета мне трудно понять, обеспечивает ли такой "финт ушами" достаточно заметный эффект.

[SpaceR]

А если десантный аппарат со всем барахлом, которое понадобится космонавтам на Марсе и топливо на дорогу домой везти отдельно, электроракетным буксиром. Т.е. по "быстрой" траектории отправляется жилой модуль и возвращаемый аппарат :?:  :?:  :?:

Ну, тогда стартовая масса у Земли уменьшится...  процентов на 25%  
Я понимаю, конечно, что я не учел масштабный фактор, возможность многоступенчатости и ещё некоторые эффекты, но качественно эти детали картину не изменят...

Хранить водород? не знаю, спросите у специалистов. Но имхо даже за месяц испарится стольководорода, что лучше уж АТ-НДМГ. Да к тому же надо ещё вход в атмосферу Марса выдержать...

[SpaceR]

...с повышением скорости подлета к планете с атмосферой, уменьшаются "коридоры" входа в атмосферу, ограниченные тепловыми потоками и перегрузкой, и почти уверен, что при подходе к Земле со скоростью 16-17 км/с, коридор "захлопнется", т.е. невозможно будет ТОЛЬКО лишь одной атмосферой затормозиться до орбитальной скорости.

Атмосферное торможение у Земли с такими скоростями - крайне сложная задача (из-за большей скорости входа и более высокого градиента плотности), однако думаю, что она реализуема - за счет повышения точности определения положения марсианского корабля благодаря наземным и орбитальным средствам (например, уголковые лазерные отражатели) и за счет использования хорошего аэродинамического качества возвращаемого аппарата. Возможно, потребуется "двухступенчатый" теплозащитный экран и наверняка более двух входов в атмосферу.

Атмосферное торможение у Земли с такими скоростями - вполне умеренной сложности задача.
Стардаст в атмосфере тормозился как раз почти с такой скорости, причём это всего в один заход (а не в два-три-много), и без аэродинамического качества.

Ок, принято  

Если даже допустить при этом использование обоих "атмосферных" маневров,
расчет по формуле Циолковского показывает, что для доставки в атмосферу Марса орбитального корабля-станции (с аэродин. щитом и СА) общей массой 100 т  и с ним 60-тонного десантного аппарата, плюс разгонный блок для  последующего запуска корабля к Земле --
на околоземной орбите должна быть собрана система массой:

А) Для "МЕДЛЕННОЙ" траектории - 707 т[/size]

Б) Для "БЫСТРОЙ"   траектории - 50652 т !!! [/size]  :shock:  

Всё так и есть, я перепроверил.

Кгхм... это на какие ХС закладывались-то?
И на какие траектории?

А то ведь про малые тяги грех забывать, выбор траектории, возможность гравиманёвра у Луны...

Кгхм... а Вы внимательно читали вообще?  :?
В двух длинных предыдущих постах я всё это подробнейше описал...

Именно выбор траектории (по Штернфельду), соответствующие ей ХС и разгон с большой тягой (ЖРД). О Луне я тоже помнил, но там при таких скоростях прирост от гравиманевра мизерным будет, я где-то слышал...
А сам просчитать возможности не имею, инструментов (умений) не хватает.  Кста, а кто-нибудь может поделиться опытом освоения Ратмановской OrbitalModel.xls ?

А о малой тяге я тож не забывал, но умышленно оставил за скобками. Поскольку тут по Циолковскому не посчитаешь (да и вообще помойму можно только численно).
Но я подозреваю, что ТОЛЬКО ЭРД и полет с малой тягой обеспечат перелёт за время, меньшее оптимальных для ЖРД полутора лет (550 дней).
И при этом со вполне разумными массами

Одна только закавыка - где ж взять настолько мощный ядрёный реактор?...  

[SpaceR]

А если десантный аппарат со всем барахлом, которое понадобится космонавтам на Марсе и топливо на дорогу домой везти отдельно, электроракетным буксиром. Т.е. по "быстрой" траектории отправляется жилой модуль и возвращаемый аппарат :?:  :?:  :?:

Я то же так думаю, причем электроракетный возможно и не понадобится - обычным водородником

Чтоо?? Топливо на обратный путь с собой не брать? :?:  :shock:
Господа хорошие, Вы с ума сошли?!    А если случится чего по дороге?   Нее, на эту авантюру живых людей я не пущу!  

Ну, в крайнем случае, только если вы построите на Марсе ДОМС...
В смсле Долговременную ОколоМарсианскую Станцию    - но это уже только после ДМБ - первой Долговременной Марсианской Базы...    

[SpaceR]

Если даже допустить при этом использование обоих "атмосферных" маневров,
расчет по формуле Циолковского показывает, что для доставки в атмосферу Марса орбитального корабля-станции (с аэродин. щитом и СА) общей массой 100 т  и с ним 60-тонного десантного аппарата, плюс разгонный блок для  последующего запуска корабля к Земле --
на околоземной орбите должна быть собрана система массой:

А) Для "МЕДЛЕННОЙ" траектории - 707 т[/size]

Б) Для "БЫСТРОЙ"   траектории - 50652 т !!! [/size]  :shock:  

Вот такая вот плата за скорость...  

Не согласен с вами - практически характеристическая скорость даже по вашим цифрам около 20 км/с

Аэродинамически тормозится у Земли вполне можно
Зонд тормозился с лунной траектории еще в 60-е

А с учетом отправки медленного корабля с топливом на обратный полет (это сейчас уже совершенно ясно что необходимо) вполне реальная конструкция

Слушайте, а с законами Вселенной, открытыми Нюютоном и Кеплером Вы как вооще, согласны ?  :lol:  А с формулой Циолковского ?  

Вы хоть бы потрудились чуток разобраться, прежде чем возражать.
У меня в расчёт и так заложены оба аэроторможения. И ХС для БЫСТРОЙ траектории даже не 20 - всего 8,5+6=14,5  :!:  км/с.  И они уже выдают по Циолковскому такие сумасшедшие массы.
Если не верите - подставляете скорости и конечные массы в формулу сами и считаете.

Еще несогласен - зачем 60-тонный спускаемый аппарат и 100-тонный главный модуль если весь полет полгода??

20+10 - хватит
Посчитайте пожалуйста по моим прикидкам - у вас лучше получится

В массах, конечно, можно кой-чего ужать, это же всё навскидку. Но то что Вы предложили - вообще курам на смех.  Какие такие 10 т на Марсианский лэндер?   :lol:
Это на какой же экипаж он рассчитан - на одного пигмейского нанокосмонавта ?  
Может у Вас и к Марсу таких всего двое полетит?  

ttt2, освойте для начала хотя бы формулу Циолковского.  А потом глятьте (а лучше посчитайте сами) массы элементов лунной программы "Аполло".
И снизойдёт на Вас просветление...  

Должна получиться реальная вещь
Ясно что не по стоимости бутылки пепси но ...

Кому она должна, она уже простила  
Да и в чём вообче промблема-то?  По медленной траектории и получилась вполне реальная вещь Только за 2,67 года.
Если лететь по более "хитрой" траектории с гравиманевром при облете Венеры, то при немножко большей ХС получится всего 500-560 суток. Имхо это самая оптимальная траектория для Марсианской экспедиции :


Ну аесли надо ещё быстрее - делаете мощный реактор, футбольное поле из ЭРД - и вперёд.   Помойму, у Уманского приводилась длительность 12-14 мес ЕМНИП.

[поверхностный]

Гм, а это ещё зачем такие сложности?  :shock:
Для аэроторможения НЕ НУЖНО обеспечивать ОГИБАНИЕ поверхности - его обеспечит сама гравитация. Просто необходимо подобрать глубину погружения.

Я придумал эту экзотику, чтобы суметь как-то посчитать перегрузки . Гравитация обеспечит огибание, только если скорость меньше или равна ОРБИТАЛЬНОЙ. Есть подозрение, что эта схема торможения будет вообще оптимальной. То есть, пока скорость не упадет до орбитальной, аэродинамическая сила тянет вниз, после того - вверх.
Конечно, возможно, что эти рассуждения опровергнуты еще в 50-х годах и изучаются студентами на первом курсе, не знаю .

[ttt2]

SpaceR

Чего нагнетать страсти? Спокойно поговорить нельзя?

Здесь вспоминается уже книга С.П. Уманского (не помню точно название, кажется "Космическая Одиссея" - там у него как раз приведена траектория "Марс-Экспресс" (Не путать с европейской АМС! ), соответствующая вышеописанному случаю.
Правда, для того, чтобы получить в распоряжении экспедиции хотя бы 2-3 недели для высадки и исследований на поверхности, необходимо и дальше увеличивать отлетную скорость... возможно, вплоть до 3-й космической, или по крайней мере до 16 км/с. В этом случае потребная отлетная с НОО скорость составит 16-7,9=8,1 км/с, если с запасом на потери, коррекции и т.п., то вероятно ~8,5 км/с. Аэроторможение так же вполне реально, по крайней мере у Марса.

При отлете с Марса, как я понял, нужна такая же гелиоцентрическая скорость, однако у него меньше будут потери на притяжение планеты, так что тут имхо потребная скорость будет где-то ~6 км/с.

...с повышением скорости подлета к планете с атмосферой, уменьшаются "коридоры" входа в атмосферу, ограниченные тепловыми потоками и перегрузкой, и почти уверен, что при подходе к Земле со скоростью 16-17 км/с, коридор "захлопнется", т.е. невозможно будет ТОЛЬКО лишь одной атмосферой затормозиться до орбитальной скорости.

Атмосферное торможение у Земли с такими скоростями - крайне сложная задача (из-за большей скорости входа и более высокого градиента плотности), однако думаю, что она реализуема - за счет повышения точности определения положения марсианского корабля благодаря наземным и орбитальным средствам (например, уголковые лазерные отражатели) и за счет использования хорошего аэродинамического качества возвращаемого аппарата. Возможно, потребуется "двухступенчатый" теплозащитный экран и наверняка более двух входов в атмосферу.
---------------------------------------
  Суммарно: потребная ХС  ~ 14,5 / 29 км/с[/size]

Поправьте где неправ

Ну пусть на выход на марсиансую траекторию 8,5 км/с

На торможение у Марса я не очень понял сколько - у Игоря было 5,2 м/с, пусть даже 6 км/с

На отлет с марсиансой орбитальной пусть 6 км/с (сами так сказали)

У Земли я принял аэродинамическое торможение (пока кто конкретно не докажет что это невозможно бду считать так)

20,5 км/с и получили

Что не так?

Что у вас таую ярость вызвала отдельная доставка разгонной ступени к Марсу??

Типа если рядом с баком люди то и не случится ничего??

Аполло несчастливый вспомните

Для чисто одностороннего полета на марс - всего 14,5 км/с

Берем кислород/водород УИ 470 с (кто сказал ? )

Е в 3,1 = 23

Ну пусть с поправкой на двухступенчатость даже 30 - что нереального?

Пусть марсиансий корабль 30+20 посадочный тонн = 50 тонн

30х50=1500 тонн

Чего нереального?

+ разгонная ступень доставленная по медленной траектории - ИМХО вполне реальная экспедиция

[Fakir]

Кгхм... а Вы внимательно читали вообще?  :?
В двух длинных предыдущих постах я всё это подробнейше описал...

Именно выбор траектории (по Штернфельду), соответствующие ей ХС и разгон с большой тягой (ЖРД).

Ну так и указывайте в лоб, при каждой строчке - что и в каких предположениях и допущениях вы считали. Всё в одном месте должно быть - что, каждый должен перекапывать предыдущие посты? А если вы передумали с того времени?

А о малой тяге я тож не забывал, но умышленно оставил за скобками. Поскольку тут по Циолковскому не посчитаешь (да и вообще помойму можно только численно).

Здрасте, с чего это не посчитаешь? ХС на то и ХС. Знаешь её - считай по Циолковскому.
Другой вопрос, что ХС для малой тяги - предмет отдельного разговора, ну так ХС для любой серьёзной траектории считается непросто, для того баллистиков и учат.

Одна только закавыка - где ж взять настолько мощный ядрёный реактор?...  

Заказать ФЭИ в кооперации со смежниками - никаких проблем

[Fakir]

Гм, а это ещё зачем такие сложности?  :shock:
Для аэроторможения НЕ НУЖНО обеспечивать ОГИБАНИЕ поверхности - его обеспечит сама гравитация. Просто необходимо подобрать глубину погружения.

Я придумал эту экзотику, чтобы суметь как-то посчитать перегрузки . Гравитация обеспечит огибание, только если скорость меньше или равна ОРБИТАЛЬНОЙ. Есть подозрение, что эта схема торможения будет вообще оптимальной. То есть, пока скорость не упадет до орбитальной, аэродинамическая сила тянет вниз, после того - вверх.
Конечно, возможно, что эти рассуждения опровергнуты еще в 50-х годах и изучаются студентами на первом курсе, не знаю .

Всё правильно, если скорость существенно больше орбитальной, а торможение происходит в сильно разреженной верхней атмосфере, качество может понадобиться - чтобы "прижать" корабль, иначе он из атмосферы попросту выскочит.

[pkl]

А если десантный аппарат со всем барахлом, которое понадобится космонавтам на Марсе и топливо на дорогу домой везти отдельно, электроракетным буксиром. Т.е. по "быстрой" траектории отправляется жилой модуль и возвращаемый аппарат :?:  :?:  :?:

Ну, тогда стартовая масса у Земли уменьшится...  процентов на 25%  
Я понимаю, конечно, что я не учел масштабный фактор, возможность многоступенчатости и ещё некоторые эффекты, но качественно эти детали картину не изменят...

Хранить водород? не знаю, спросите у специалистов. Но имхо даже за месяц испарится стольководорода, что лучше уж АТ-НДМГ. Да к тому же надо ещё вход в атмосферу Марса выдержать...

Это немало. 25% допустим, от 1000 т. Т.е., уменьшается на четверть. Но у меня такое интуитивное ощущение, что реально выигрыш будет больше. Марс не Луна, камнем не добросишь. Очень не исключено, что уже для первой флаговтыкательской миссии туда забросят целую базу с запасами года на два. На всякий случай.

А с водородом да, проблемка. Но я бы не сказал, что в принципе нерешаемая. Активные системы охлаждения /особенно если мы собираем корабль на орбитальной станции/, может, даже производство из воды там же. Может, спец. хранилище на той же станции с усиленной термоизоляцией. Конечно, хотелось бы без вонючки