Auf dem Weg von Sergej Pawlowitsch Korolev. Modernes russisches bemanntes Projekt. Teil 2. Rakete

Fortsetzung folgt. Erster Teil hier

In diesem Teil werden wir unsere Mission zum Mond betrachten. Um die Aufgabe zu vereinfachen, habe ich beschlossen, nur bemannte Missionen zu zerlegen.

Um die aktuelle Option besser zu verstehen, schauen wir uns eine Reihe von Blöcken an, die zum Mond geschickt werden sollen, aber in der Erdumlaufbahn.



Hier werden vorgestellt: die bemannte Raumfahrzeug-Föderation, Block D, um in die Umlaufbahn des Mondes zu gelangen, und die obere Stufe (vorläufig KVTK-2), die erforderlich ist, um den Komplex zum Mond zu schicken.

Wenn Sie die Föderation in diesem Band durch einen Mondlander ersetzen, kann sie erfolgreich in die Umlaufbahn des Mondes gebracht werden. Nun, nachdem wir es in der Mondumlaufbahn mit der "Föderation" angedockt haben, erhalten wir einen vollwertigen Komplex für die Landung der Astronauten.

Darüber hinaus folgen wir in diesem Fall dem Weg von Sergej Pawlowitsch Korolev. Obwohl er nicht gezwungen war, auf ein Flugprogramm mit einem Start zum Mond umzusteigen, erwog er lange Zeit Optionen mit mehreren Verbindungen. Dann wurde alles bequem unter der H1-Rakete mit einer Tragfähigkeit von 75 Tonnen angeordnet. Als sie beschlossen, auf einen Start umzusteigen, war es dringend erforderlich, die Rakete auf 92 Tonnen zu zwingen, und dennoch war es sehr schwierig, den Komplex bis zum Ende zu binden, da er Probleme mit der Masse hatte.

Die aktuelle russische Version kommt teilweise „Schema 2“ aus Korolyovs Vorschlägen nahe.



Korolev war sich sicher, dass es die Montage in der Umlaufbahn der Erde oder des Mondes war, dass die Zukunft in diese Richtung gehen sollte, und dass die Elemente bald in der Umlaufbahn zusammengebaut werden würden - sowohl durch Andocken von separaten Modulen als auch durch manuelle Montage großer Strukturen durch Astronauten. Wenn Sie sich die ISS ansehen, dann hatte Korolev absolut Recht.

Er war es, der dann große Anstrengungen in die Entwicklung automatischer Docking-Systeme gesteckt hat, um den starken Widerstand während seiner Schaffung zu überwinden, dank dessen wir 1967 ein ähnliches System hatten. Dies ist die Tatsache, dass es für die Mondmission mit einem Start nicht mehr benötigt wurde! In den USA beispielsweise erschien es nur im laufenden Jahr 2019.

Folgendes sagte Korolev selbst 1965 bei einer ähnlichen Gelegenheit:

Aufzeichnung von der Vorflugkonferenz "Sunrise-2".

Wir werden in unserer Zeit zurückkehren. Wir haben festgestellt, dass für einen Flug zum Mond ein Komplex mit einem Gewicht von etwa 90 Tonnen in der Erdumlaufbahn erforderlich ist. Wie kann ich es dort ausliefern? Sie können sich beispielsweise im Orbit zusammensetzen. Wenn wir einen Träger mit einer Tragfähigkeit von 50 Tonnen hätten, wäre es möglich, ein Schiff mit Block „D“ mit einem Start in den Orbit zu bringen, einen Beschleunigungsblock mit einem anderen, und sie im Orbit anzudocken, um den gewünschten Komplex zu erhalten.

Es ist ersichtlich, dass in dieser Ausführungsform die maximale Tragfähigkeit des Trägers durch die maximale Masse des Schokoriegels bestimmt wird. In diesem Fall die obere Stufe. Wenn die Masse geringer ist, ist es theoretisch möglich, in der Erdumlaufbahn zu tanken, aber die Gesamtkomplexität der Mission wächst bereits überproportional und die Zuverlässigkeit nimmt ab.

Ein kleineres Medium hat einen niedrigeren Preis und eine größere Nachfrage in anderen Programmen. Aus diesem Grund haben wir lange Zeit nur ein Schema mit einem Andocken in der Erdumlaufbahn in Betracht gezogen. Die Vorteile eines solchen Systems wurden durch eine einfache Tatsache aufgelöst: Wo kann ich einen Spediteur mit einer Tragfähigkeit von 45-50 Tonnen bekommen?

Hangar

Ich bin sicher, dass sich jetzt viele an unseren Träger „Angara“ erinnert haben, der aufgrund der Modularität des Designs gerade einen ziemlich großen Lastbereich versprochen hat.
Und sie war es, die bei diesem Termin manchmal gemalt wurde. Ein Beispiel:


Links befindet sich die "Föderation" mit dem "D" -Block und dann der Wasserstoff-Booster-Block, um das Band zum Mond zu bringen. Offensichtlich eine Option zum Andocken in der Erdumlaufbahn. Leider war dies nur eine Schätzung. Es stellte sich schnell heraus, dass der Angara-A5 auch mit einer Sonderprüfung dafür nicht geeignet war.

Leider begann die Entwicklung dieser Rakete in einer sehr schwierigen Zeit, als viele Entscheidungen auf der Grundlage bestimmter Einschränkungen getroffen wurden, die jetzt von geringer Relevanz sind, und sie sich als weit vom Ideal entfernt herausstellte.

Die Hauptidee des modularen Ansatzes bei der Entwicklung der Angara-Trägerraketenfamilie bestand darin, mehrere Universalmodule herzustellen, aus denen Träger unterschiedlicher Nutzlasten gesammelt werden können.

Relativ gesehen, wenn eine Einzelmodulrakete eine Tonne in die Umlaufbahn bringen kann, erhalten wir durch den Anschluss von drei Raketen drei Tonnen, fünf Raketen - fünf Tonnen. Die Bewertung ist an Bedingungen geknüpft, da es am besten ist, für jedes Medium die letzte Stufe zu haben, in erster Näherung jedoch die Trägerlinie.

Die Idee ist nicht neu oder sogar einzigartig. Lange vor dem ersten Start von Angara flog Delta-4 mit diesem Ansatz in den Weltraum, und jetzt wurde solchen Trägern der schwere Falke hinzugefügt.

Das Problem ist, welche spezifische Dimension für Medien mit einem Modul zu wählen ist. Leider wurde dieses Problem bei der Entwicklung des Angara nicht optimal gelöst. Die Entwickler wollten die Größe der Rakete mit allen verfügbaren Nischen auf dem Markt schließen, aber so viel wie möglich von der fertigen Ausrüstung verwenden. Viel später gelang es, sich zu ändern, aber die Parameter, die in den 90er Jahren festgelegt wurden, blieben erhalten.

Das Ergebnis war eine solche Linie: "Angara-A1", "Angara-A3", "Angara-A5", "Angara-A7"



Es wäre schön, wenn der leichte Angara-1.2 am gefragtesten wäre und der schwere Angara-A5 bei Bedarf aus gebrauchten Elementen zusammengebaut werden könnte! Leider wird nur Angara-A5 jetzt viel mehr benötigt: Nur es kann Proton in einer so wichtigen Richtung wie dem Start auf GSO vollständig ersetzen. Darüber hinaus ist es das komplexeste und bislang viel teurer in der Herstellung als Proton.

Ich erinnere mich gut an den traurigen Kommentar zum ersten „A5“ -Obout (links ist die Zenit-Trägerrakete zum Vergleich).

„Eh. Sie haben einen RD-171 vom Zenith genommen, ihn in vier Teile zersägt, auf seinen Block gelegt und eine Rakete daraus zusammengesetzt. “

Natürlich ist der Angara gemäß den technischen Spezifikationen viel perfekter als der Zenith. Insbesondere entspricht der Zenit PN dem „A3“ mit drei Triebwerken, dennoch ist die Rakete in Bezug auf die Anzahl der Blöcke, das Zyklogramm und vieles mehr unnötig komplex. Das bedeutet und weniger zuverlässig.

Was noch schlimmer ist, der „A5“ ist praktisch das maximal mögliche Medium für dieses Layout. Es scheint, dass die maximale Stalby "A7". Wenn Sie sich an die Geometrie erinnern, ist es leicht zu verstehen, dass maximal sechs Blöcke mit demselben Durchmesser an einem Block aufgehängt werden können. Aber technisch ist das schon schwer zu machen. Die Zentraleinheit ist im Vergleich zur ersten Stufe zu klein. Wenn Sie sich das obige Diagramm ansehen, werden Sie sehen, dass der zentrale Block bereits mit einem größeren Durchmesser gezeichnet ist. Es gibt also keine Vereinheitlichung, und wir müssen eine zentrale Einheit von Grund auf neu entwickeln. Aufgrund der Schließung des A7-Projekts wurde der Angara-A5V LV mit der letzten Wasserstoffstufe als Ersatz vorgeschlagen, aber er unterschreitet auch die für bemannte Mondmissionen erforderliche Last.

Sojus-5 und super schwerer Träger

Eigentlich liegt die Idee an der Oberfläche. Was ist, wenn wir ein universelles Medium entwickeln, aber mit einem Block einer anderen Größe? Es ist absolut ideal, wenn der kleinstmögliche Block die Dimension "Proton" haben würde - als der beliebteste. Wenn wir dann die Module beispielsweise zu drei Elementen zusammensetzen, erhalten wir bereits 66-69 Tonnen in der Erdumlaufbahn. Für die Montage in der Erdumlaufbahn reicht dies bereits aus. Und wenn Sie fünf Module zusammenstellen, müssen Sie sich keine Gedanken über die Montage machen: Alles wird auf einmal mit einem Rand angezeigt. Genau das hat SpaceX bei der Entwicklung von Falcon Heavy getan - sie haben den beliebtesten Träger genommen und sind superlastig geworden.

Es war uns klar, ebenso wie die Probleme der Angara, wegen derer sie so lange in der Schwebe war. Gleichzeitig haben wir im Rahmen der anfänglichen Beschränkungen viele verschiedene Forschungsprojekte durchlaufen, die sich mit der Auswahl eines neuen Trägers befassten und bei denen viele verschiedene Optionen in Betracht gezogen wurden. Hier sind einige der Optionen aus dem nach Makeev benannten Einkaufszentrum.



Hier von der Mitte zu ihnen. Chrunitschewa.





Danach wurde für eine detailliertere Studie ein Angebot von RSC Energia ausgewählt, bei dem eine Einzelblockrakete den Sojus-5-Index erhielt, und alle anderen wurden auf ihrer Basis mit einem hohen Grad an Vereinheitlichung zusammengestellt. Ein Bündel von sechs Blöcken in der ersten Stufe (fünf seitliche und zentrale) versorgte den Träger mit einer Tragfähigkeit von etwa 88 Tonnen, und bei Verwendung von Wasserstoff in der oberen Stufe erhöhte sich die Nutzlast auf 108 Tonnen. Diese Optionen sollten die "Föderation" und das Landungsschiff direkt zum Mond bringen, gefolgt vom Andocken im Orbit.



Diese Option wurde bereits 2018 in Betracht gezogen, als beschlossen wurde, sowohl das Startgewicht als auch die Tragfähigkeit der Basisversion zu erhöhen.



Die Sojus-5-Trägerrakete blieb weiterhin die Basis, aber eine Erhöhung der Anzahl der Seitenblöcke von fünf auf sechs zwang den Wechsel der Zentraleinheit. Der Motor wurde von RD-171 auf RD-180 geändert. Grob gesagt wurde die Traktion zweimal geändert, was die Vereinheitlichung zwischen den Seiten- und Mittelblöcken verringerte. Diese Notwendigkeit war jedoch auf das Schema selbst zurückzuführen. Nach dieser Version erhöhte sich die Kapazität der Basisversion auf 100 Tonnen und mit einer Wasserstoff-Oberstufe auf bis zu 140 Tonnen. Diese Option wurde Ende April 2019 geäußert und als Basis angenommen. Dies ist wirklich ein wichtiger Punkt, da die Optionen für fünf und sechs Blöcke geometrisch sehr unterschiedlich sind. Bevor Sie mit dem Entwurf des Startkomplexes beginnen, müssen Sie genau wissen, welcher ausgewählt wird.

In unserer Realität gibt es eine Einschränkung, die erwähnt werden sollte. Tatsache ist, dass eine Stufe von der Größe der ersten Stufe des Zenith fast die maximal mögliche Größe ist, die wir dem Raumhafen liefern können.

Im Laufe der Jahre wurden viele Vorschläge zur Lieferung von Raketen- und Weltraumtechnologieelementen an Raumhäfen gemacht. Sie schlugen vor, auf dem Wasser zu raften, mit Rädern zu transportieren und ein Luftversorgungssystem zu schaffen. Aber die Pläne blieben auf dem Papier, schwere Flugzeuge waren Eigentum eines anderen Staates, und der einzig verlässliche Weg war die Lieferung auf der Schiene. Die Abmessungen der Ladung unterliegen Einschränkungen: 3900 mm ohne Unterbrechung des Gegenverkehrs und 4100 mm mit Stopp. "Proton" wurde in 4100 mm, Zenith in 3900 mm beschriftet. Sie können nicht viel herumlaufen. Vielleicht hat das Sojus-5-Projekt gewonnen, weil alle Blöcke beschlossen haben, in die Eisenbahnspur zu packen. Wenn Sie sich andere Projekte ansehen, sehen Sie Stufen mit großen Durchmessern. Vier Meter für schwere Medien sind wirklich klein. Ich möchte mindestens fünf.

Das ist schon lange klar. Basierend auf diesen Kriterien wurde auch die Zenit-Rakete zusammengebaut - insbesondere entwickelten sie einen sehr effizienten RD-171-Motor, der ursprünglich für einen neuen Träger geplant war. Leider begann sein Schub, die maximale Masse eines Einzelblockträgers zu begrenzen.

Infolge dieser Einschränkungen konnte Sojus-5 von 12 Tonnen, die Zenit hatte, auf 17 Tonnen steigen. Obwohl dies nicht so beängstigend ist. Dieses Medium lag genau zwischen Sojus-2 (10 Tonnen) und Angara-A5 (25 Tonnen). Ohne sie würden wir einen zu großen Schritt zwischen den verfügbaren HF-Trägern machen. Die Lasten, die mit einer bestimmten Unterlast von Proton implementiert wurden, können auch darauf übertragen werden. Wenn es uns gelingt, den Seestart aufrechtzuerhalten, wird Sojus-5 aufgrund der besseren Geografie des Startpunkts beim GPO / GSO sogar die Nutzlast des Angara-A5 von Vostochny umgehen.

Übrigens, wenn ich mir sicher bin, wird Sojus-5 definitiv im vereinbarten Jahr 2022 zur Sprache gebracht und möglicherweise sogar auf den Markt gebracht. Es gibt schon viel zu schaffen. Sie planen, es von Baikonur aus vom Zenith-Startkomplex aus zu starten, damit es zumindest für die ersten Starts nicht merklich geändert werden muss. Vergessen wir nicht, dass der Startkomplex bis zu 60% der Arbeit am Weltraumraketensystem ausmacht. Der Startkomplex auf Vostochny für Sojus-5 soll später im Rahmen des Baus eines superschweren Trägers entstehen.

Der Motor der ersten Stufe ist ebenfalls verfügbar, und dies ist normalerweise der schwierigste Teil. Der Durchmesser wird ausgegeben. Wenn irgendetwas ein Problem sein kann, ist es mit einem Motor der zweiten Stufe. Unter den Serien haben wir leider keine geeignete Traktion. Setzen Sie nicht die alte RD-108 vom Beginn des Weltraumzeitalters? Der Rest ist entweder zu schwach oder zu mächtig. Zum Beispiel wäre es gut, RD-191 auf die obere Stufe zu stellen (Entwicklung basierend auf RD-171). Großartig wäre die Vereinigung! Aber er hat einen Schub von 200 Tonnen, und ungefähr 100 werden benötigt.

Während geplant ist, einen stark modifizierten Motor aus der dritten Stufe von Sojus-2 in die oberste Stufe zu bringen, besticht sein hoher spezifischer Impuls eindeutig. Aber es ist so gut für Sojus optimiert, dass es für schwerere Medien schlecht skaliert. Kürzlich wurde die Wiederherstellung der Produktion von RD-120 durch Energomash angekündigt. Dieser Motor stand auf der zweiten Stufe des Zenith und wurde zuvor in der Ukraine hergestellt. Es kann gut sein, dass sie sich genau mit Blick auf Sojus-5 erholen. Zumindest als Option, wenn Woronesch nicht damit fertig wird.

Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, ist es auf der Basis von Sojus-5 bereits möglich, Supertraktoren von 88 und 108 Tonnen zu sammeln. Der erste zum Starten eines Föderationsblocks zum Mond mit einem Bremsblock, der zweite zum Senden eines Mondlandungsschiffs in die Umlaufbahn des Mondes.

Was haben wir noch dafür und was muss geschaffen werden? Es ist zu beachten, dass für einen Träger von 88 Tonnen die erforderlichen Motoren bereits verfügbar sind oder bei der Entwicklung von Sojus-5 erscheinen werden.

Zuallererst ist es der Beschleunigungsmotor RD-0146D.



Basic RD-0146 flog nicht, bestand aber alle Tests. RD-0146D sollte von der Basisversion durch einen hohen spezifischen Impuls und wiederholtes Einschalten unterschieden werden. Wenn dieser Motor implementiert ist, wird er zum Champion für spezifische Impulse (470 s) unter Sauerstoff-Wasserstoff-Analoga.

Der einzige Motor, der hier von Grund auf neu entwickelt werden muss, ist der Motor der oberen Stufe für 140 Tonnen Supertraktion. Das Produktdesign unter dem RD-0150-Index begann vor etwa fünf Jahren.

Für die "Föderation" wurde bis zur Entwicklung einzelner Komponenten noch mehr getan. Sie können eine ganze Ausstellung organisieren, um zu zeigen, was fertig ist. Wie die Ausstellungen, die die NASA in den 60er Jahren im Rahmen des Apollo-Programms organisiert hat. Entweder stationär oder mobil, mit dem Zug - in letzter Zeit war es in Mode. Meiner Meinung nach wäre eine solche Ausstellung sehr nützlich, um diesen Bereich bekannt zu machen, da es derzeit praktisch keine Informationsunterstützung gibt. Es wäre wirklich großartig, wenn Roscosmos so etwas tun würde.

Aktueller Startplan

Jetzt werde ich versuchen zu beschreiben, wie unser Lunar-Programm jetzt aussieht. Eine Art Schnitt im Moment. Ich denke, es wird interessant sein, all diese wunderbaren Pläne in zehn Jahren zu betrachten.

Vorläufig 2021-2024

Die Entwicklung der Sojus-5-Trägerrakete steht kurz vor dem Abschluss und die ersten Starts vom Kosmodrom Baikonur sind im Gange. Letztes Jahr wurde das Modell der „Föderation“ als PN der ersten Starts aufgeführt (was kein Problem war), aber dieses Jahr scheinen sie die Schrauben festgezogen zu haben und sagen bereits, dass die Starts bereits mit dem Schiff der „Föderation“ stattfinden werden, wenn auch in einer Testversion . Einer der Flüge der "Föderation" soll von der ISS durchgeführt werden.

Gleichzeitig endet der Bau der Angara-A5- und A5V-ICs auf Vostochny. Außerdem wollten sie es für den Mond verwenden, aber auf besondere Weise. Tatsache ist, dass unsere Methode, über die obere Stufe in die Umlaufbahn des Mondes zu gelangen, gut ist, da der RB nicht besonders wichtig ist, was in diese Umlaufbahn gebracht werden soll. Infolgedessen können wir mit „A5B“ mit relativ geringem Aufwand „Fortschritte“ in die Umlaufbahn des Mondes bringen, in der Nähe derjenigen, die zur ISS fliegen.

Die Einführung eines solchen "Progress-L" wurde im Rahmen unserer Vorschläge für die internationale Mondstation Getaway durchgeführt. Sie sind für unsere Pläne nicht sehr notwendig. Nach Trumps jüngster Ankündigung haben sich auch die Pläne für das amerikanische Mondprogramm dramatisch geändert. In welcher Version die Mondstation sein wird und ob sie überhaupt sein wird, ist jetzt die große Frage. Darüber hinaus ist die Frage noch größer, ob Russland angesichts der jüngsten Aussagen des Pentagons über das Verbot der Zusammenarbeit bei gemeinsamen Starts an demselben Projekt mit Amerika teilnehmen wird.

Auch in dieser Zeit sollte unsere automatische Mission Luna-25 fliegen, und wenn Sie Glück haben, dann Luna-26. Ich hoffe, erfolgreich zu sein.

Ich bin sicher, dass in diesen Jahren alles relativ nahe an meiner Prognose liegen wird. Ich sehe keine Fallstricke. Viel Hardware ist in einem hohen Grad an Bereitschaft. Insbesondere die Herstellung von Panzern des ersten Sojus-5 hat bereits begonnen

Die Frage ist der Erfolg dieser Missionen. Es hängt davon ab, was als nächstes passieren wird.

2024-2027

Die Hauptarbeit, die in diesen Jahren durchgeführt werden sollte, ist der Bau eines superschweren Raketenstartkomplexes am Raumhafen von Vostochny. Parallel dazu sollten die Statistiken der Föderation und der Sojus-5 entwickelt werden. Wenn wir den Mond ernsthaft im Visier haben, sollte die Entwicklung des Landemoduls beginnen. Vielleicht ist dies das einzige Element, das sich nicht merklich bewegt.

Für diesen Zeitraum gab es auf Angara den Start unseres Gateway-Moduls zu Getvey und möglicherweise Progress-L, aber wie ich oben geschrieben habe, scheint es, dass sie selbst in den USA nicht wissen, in welcher Version die Station sein wird.

Nun, wieder sind mehrere Landungen von automatischen Mondfahrzeugen möglich, wenn die vorherigen erfolgreich sind.

2028-2032

Zehn Jahre später müssen wir nur noch einen neuen Startkomplex fertigstellen und zum Mond fliegen. Persönlich würde ich das wirklich gerne sehen. Ich hoffe, dass die Pläne zwar verschoben werden (sie werden immer übertragen), aber dennoch erfolgreich umgesetzt werden.

In zehn Jahren werden wir es sicher wissen.