Decidí alejarme un poco de las excursiones históricas y hablar sobre otro tema candente. Además, nuestros proyectos lunares avanzan lentamente hacia la fase de implementación, por lo que la pregunta es realmente relevante.
Sí, hablaremos sobre nuestro proyecto de un vuelo tripulado a la luna. Es decir, sobre un proyecto en el que muchos no creen, que a menudo se ridiculiza; Sin embargo, se ha estado desarrollando todos estos años y muy en serio. Cualquier cambio es visible solo a tiempo. Ni siquiera argumentaré que el proyecto se implementará exactamente, depende de demasiados factores. Sin embargo, hay desarrollo, y tendremos que ver mucho en hardware en los próximos años. Y ni siquiera puedo culpar a los escépticos, porque todavía no ha habido ninguna descripción sensata. Toda la información, aunque abierta, está dispersa entre un gran número de presentaciones y entrevistas.
Me gustaría señalar que todos los altibajos merecen un libro separado, que puedo escribir.
Entonces la historia comenzó hace unos diez años. El jefe del Centro de Programas Tripulados del Instituto Central de Investigación de Ingeniería Mecánica, Doctor en Ciencias Técnicas Georgy Karabadzhak, recuerda este punto clave:
“En TsNIImash tuvimos una gran conferencia científica y técnica, consultamos durante más de 8 horas con representantes de 13 organizaciones sobre el tema de dónde volar: a la luna o a Marte. Como resultado, colectivamente decidieron detenerse en la dirección lunar ".
El primer resultado visible de esta decisión fue el cierre del proyecto Clipper. El proyecto es interesante, pero ha sido optimizado para operaciones de transporte en órbita terrestre. RSC Energia también trató de hacer una versión interplanetaria basada en él, pero pronto se hizo evidente que era mejor comenzar a desarrollar un nuevo barco desde cero. Además, la versión en cápsula está algo más cerca de la experiencia de esta organización que la versión alada con aterrizaje en el aeródromo.
Ahora conocemos este barco (aparentemente no por mucho tiempo) bajo el nombre de "Federación". Y según informes recientes, sus dibujos ya han sido arreglados y la producción de la primera instancia de vuelo ha comenzado. Pero en diez años, no solo hemos desarrollado este barco. Hubo mucha más I + D diferente.
Había una película soviética tan antigua que "voy a buscar". En él, un novato muestra a un ingeniero experimentado su dibujo:
"No está mal ... ¿Séptima opción?"
- ¿Cómo lo adivinaste?
- A los veintisiete lo entenderás.
Aquí está nuestro programa lunar: esta puede no ser la vigésima séptima opción, sino en algún lugar del vigésimo. Mucho ya se ha descartado y se han identificado elementos clave. Y si no mira la esencia del proyecto y la observa en el desarrollo, no puede entender esto.
¿Cómo se ve nuestro programa lunar hoy? Vamos a resolverlo. Primero trataremos de entender por qué necesitamos la "Federación", porque ya tenemos el barco Soyuz.
Órbita lunar
Primero, debe comprender que todos los proyectos en curso, tanto de desarrollo como de investigación, están asociados con la liberación de estaciones en la órbita del satélite de la luna. Las misiones de vuelo serias son cosa del pasado. Es desde la órbita lunar que es conveniente estudiar su superficie. Es en órbita lunar que es conveniente ensamblar una estación orbital. Es en la órbita lunar que es energéticamente conveniente esperar al barco de aterrizaje después del despegue de la luna. Fue a través de la órbita lunar que el Apolo voló a la luna.
Un ejemplo de un esquema de vuelo. Se puede ver el inicio de la Tierra, el acceso a la órbita lunar, desacoplarse con el módulo de aterrizaje, atracar con él después del despegue de la Luna y comenzar a la Tierra.
En otras palabras, para completar con éxito las misiones tripuladas, es deseable poder entrar en la órbita del satélite de la luna y comenzar desde esta órbita a la Tierra.
Las características balísticas del vuelo de la Tierra a la Luna son tales que se requieren aproximadamente 800 m / s para el frenado requerido para ingresar a la órbita de la Luna desde la ruta de vuelo. La tarea no es completamente simétrica, pero se requerirá aproximadamente el mismo impulso para comenzar desde la órbita al regresar a la Tierra.
En otras palabras, el impulso total de la nave debería estar en algún lugar alrededor de 1600 m / s. También puede recordar las correcciones tanto en la trayectoria Tierra-Luna como en la órbita de la Luna. La órbita polar también se está considerando en primer lugar, es aún más difícil ingresar a ella.
Desafortunadamente, los números dicen poco sobre el patrón de la misión. Hay varias formas de ganar esta velocidad. Hasta ahora, se han desarrollado dos esquemas para el vuelo a la luna que, aunque resolvieron un problema, eran ideológicamente muy diferentes entre sí. Llamaremos a estas opciones de vuelo un esquema del tipo Apollo y H1-L3.
Esquema de Apolo
En este esquema, la nave en órbita, el llamado módulo de comando y servicio (CSM), es responsable de frenar cuando el satélite de la luna entra en órbita y comienza desde su órbita dada. Además, tuvo que poner en órbita no solo a él mismo, sino también un módulo de aterrizaje pesado que pesaba alrededor de 14.5 toneladas. Esto se ve claramente en el diagrama presentado:
Debido a esto, su velocidad característica (la velocidad máxima que podía ganar) era muy alta, mucho más de lo necesario a 1600 m / s. El barco en sí, de hecho, consistía en combustible. Con un peso total del barco de 28 toneladas, se gastaron 18 toneladas en combustible: el suministro es tan grande que es poco probable que un barco tripulado esté disponible en un futuro cercano que pueda compararse con él en términos de energía.
Aquí está su corte. Grandes depósitos de combustible cilíndricos son claramente visibles.
Esquema "N1-L3"
A diferencia de Apolo, en nuestro esquema, un bloque separado "D" ya era responsable de la desaceleración y la entrada en la órbita de la Luna.
En este diagrama, nuestro paquete completo es visible. Además: el bloque "D" también fue responsable de un posible post-camino hacia la luna, el acceso a la órbita lunar y el desarrollo de la mayor parte del impulso para aterrizar el LC.
La nave orbital (pasó bajo la abreviatura LOC) tuvo que funcionar solo un impulso para ir a la ruta de vuelo a la Tierra. Sin embargo, la velocidad característica mínima de 800 m / s no es una broma, y el LOC fue el campeón entre nuestros barcos en términos de reservas de combustible. La masa total del barco es de 9.8 toneladas, de las cuales 3.1 toneladas eran combustible.
Barcos modernos
Ahora comparemos el Apollo y el LOC con la energía de las naves modernas diseñadas para volar a la luna. A saber, "Orión" y "Federación".
Me gustaría llamar su atención sobre el hecho de que la elección de uno de los esquemas anteriores es muy importante. Tal elección debería haberse hecho en la etapa inicial del diseño de la misión, y todos los sistemas deberían haber sido diseñados específicamente para tales esquemas. También debe tenerse en cuenta: debido al hecho de que los barcos aún no han volado, y durante su desarrollo ha cambiado mucho, es bastante difícil encontrar los datos exactos. Por ejemplo, durante el desarrollo de Orion, el compartimento agregado con combustible cambió radicalmente. Incluso cambió el país de fabricación: si inicialmente se fabricaría en los EE. UU., Ahora Europa lo está fabricando.
Como resultado, muchos números "flotan", ya que, aparentemente, se refieren a diferentes tiempos. Por ejemplo, la masa de Orión de 25 toneladas se indica en todas partes. Cuando resumí todo, obtuve 24 toneladas. O el colesterol total del barco: 1800 m / s, mientras que obtuve 1500.
Probablemente el hecho es que muchos números se indican en rondas. Por ejemplo, es poco probable que los tanques de Orión tengan exactamente 9 toneladas de combustible, como se indica en las fuentes que estudié.
Hay aún más problemas con la Federación: está aún más lejos del lanzamiento, y muchas cosas también han cambiado. Por ejemplo, el compartimento agregado, aunque no ha cambiado el fabricante, pero su diseño, a juzgar por los esquemas de diferentes años, ha cambiado dramáticamente.
Pero en general hay suficientes datos y se puede estimar la energía. En una primera aproximación.
Tengo tal esquema
Una vez más, repito: esta es solo una evaluación general para comprender el nivel de los números. En realidad, todo es un poco más complicado. Por ejemplo, Orión, como Apolo, está planeado para usarse para entregar bloques de estaciones a la órbita de la Luna con el posterior ensamblaje. Solo la órbita de trabajo de la estación no es circular baja, sino altamente elíptica. La energía para acceder a ella es menor.
Pero incluso de acuerdo con este esquema, se ve claramente que si los Estados Unidos eligieron el esquema Apollo para su implementación, entonces para la Federación hemos elegido el esquema N1-L3. Nuestro barco debe ser entregado a la órbita de la luna por una unidad especializada. Por supuesto, este no es un secreto especial. Pero dado que los datos en el barco están dispersos entre una gran cantidad de presentaciones, es bastante difícil entender este punto. Aunque a veces algunas veces indican directamente que la masa del barco es de 20 toneladas, también es su masa en la órbita del satélite lunar artificial. Y en el diseño se ve una unidad de freno separada. Sin embargo, muchos no entienden realmente este punto simple pero clave. Y ahora ya es imposible cambiar a otro esquema ...
La cuestión de qué bloque de freno está previsto para que la Federación entre en la órbita lunar es bastante interesante. Sin embargo, no hay tantas opciones y no es difícil de adivinar. Esto debería ser el bloque "D". Sí, el mismo que N1-L3 tenía para un propósito similar. Además, si esto sucede, hará lo que fue creado durante más de cincuenta años después del desarrollo. Todos estos años, no voló con el propósito previsto. Dedujo vehículos interplanetarios a planetas, satélites en OSG ...
Sin embargo, a veces se dibujan otros bloques. Pero el bloque "D" es muy adecuado tanto en diseño como en energía.
"Unión" en la órbita de la luna
También se puede ver en el diagrama que la Soyuz moderna no es capaz de entrar en la órbita de la luna o salir de ella si se arroja el bloque D sobre ella. Soyuz tiene muy poco espacio para la cabeza. Y esto es comprensible: para vuelos a la ISS, no se necesitan grandes reservas de velocidad.
Por lo tanto, se necesita una modificación especial de la "Unión". Además, una pregunta separada es cuánto pesará. Por un lado, el LOK de 1968 pesaba unas 10 toneladas, una cifra no tan grande, dos veces más liviana que la Federación. Pero esta cifra se logró a través de las víctimas, que ahora es poco probable que desaparezcan. Por ejemplo, no había una estación de acoplamiento completa con un compartimento de transición. O el mismo problema del sistema de soporte vital.
LOC fue diseñado para dos personas, con un tiempo de vuelo máximo de 13 días. Casi un mínimo para vuelos a la luna. La Federación tiene cuatro personas y un tiempo de vuelo autónomo de hasta un mes. Los "sindicatos" ahora vuelan durante tres días y dos personas, esto no es suficiente ahora.
Con un alto grado de probabilidad, incluso utilizando materiales modernos, la masa de la nave en órbita de la luna será de más de 10 toneladas. Como opción, puede ver este diseño, que fue dibujado por Anatoly Zak en 2006. Esta versión de la "Unión" se entrega a la órbita de la luna, también utilizando el bloque "D". Pero para comenzar, se usa el refuerzo de fragata.
Conociendo la masa de Soyuz y Fragata, podemos estimar la masa total del sistema en 14-15 toneladas. 5-6 toneladas menos que la "Federación". Pero dicho esquema tendrá muchas menos capacidades y también requerirá mejoras significativas. Por ejemplo, la autonomía actual de Frigate se estima en dos días, y Soyuz, mientras mantiene el diseño del Soyuz-MS actual, no podrá atracar con éxito. Algunos de los motores de amarre y orientación del Soyuz se encuentran en el faldón de la cola, y en este esquema están cerrados por la Fragata.
Estimando el tiempo que se necesitará para desarrollar un nuevo compartimento agregado y modificar el Soyuz, personalmente no estoy seguro de que sea más rápido crear esta opción que resolver la "Federación". Que tiene mucho mayor potencial.
Soyuz-L
Es decir, la "Unión" lunar no es necesaria? Esta es una pregunta difícil. Solo por este nombre se entiende otra opción que no es una competencia para la "Federación". De hecho, arriba consideramos precisamente la opción de una nave seria capaz de entrar en la órbita del satélite de la luna. Pero en vuelo a la luna, este momento es completamente opcional. Puedes volar alrededor de la luna sin entrar en órbita. Además, fue precisamente esa misión la que realizamos en los años 60. No se trataba de vuelos tripulados, pero las tortugas soviéticas fueron las primeras criaturas vivas en volar alrededor de la luna.
Sin embargo, si luego hicieron sacrificios significativos para empacar el Soyuz con el bloque D en un Protón, entonces es poco probable que esto se decida. Volar sin paracaídas de reserva, como lo hicieron entonces, ahora será una aventura completa. El proyecto actual prevé el montaje del complejo en la órbita de la Tierra mediante acoplamiento. Afortunadamente, en los últimos 50 años ha estado bien desarrollado con nosotros. Y podría verse más o menos así:
Esto requiere un lanzamiento de Proton y un lanzamiento de Soyuz. Y atracando en órbita.
Un proyecto similar solo puede volar alrededor de la luna, pero si se implementa con éxito, restaurará nuestra experiencia al trabajar con barcos cerca de la luna, tanto en términos de comunicaciones como para determinar las trayectorias y los niveles de corrección requeridos. Volveremos a recordar cómo devolver objetos a una segunda velocidad cósmica, qué algoritmos para controlar el SA se requerirán para regresar a nuestro territorio, y mucho más.
Dicha misión parece mucho más barata que un solo lanzamiento de la "Federación" y le permitirá obtener una buena experiencia antes de su lanzamiento, y posiblemente reducir el tiempo para su desarrollo. Es solo que al menos el inicio de las pruebas de vuelo de la "Federación" es en 2022, es su vuelo a la luna que está programado para finales del 20. Cuando aparecen los medios adecuados.
Sin embargo, mientras que "Soyuz-L" no está en los planes. Pero "Roskosmos" puso seriamente su mira en la creación de la "Federación" y, por lo tanto, en los lanzamientos a la luna.
Esa es solo la nave, eso no es todo. Surge la pregunta: ¿cómo llevarlo a la luna?
Sobre esto será la segunda parte.