Sur le chemin de Sergey Pavlovich Korolev. Projet habité russe moderne. Partie 1. «Fédération»

J'ai décidé de m'éloigner un peu des excursions historiques et de parler d'un autre sujet brûlant. De plus, nos projets lunaires entrent lentement dans la phase de mise en œuvre, donc la question est vraiment pertinente.

Oui, nous parlerons de notre projet de vol habité vers la lune. Autrement dit, à propos d'un projet auquel beaucoup ne croient pas, qui est souvent ridiculisé; néanmoins, il s'est développé toutes ces années et très sérieusement. Toutes les modifications ne sont visibles que dans le temps. Je ne dirai même pas que le projet sera mis en œuvre exactement - cela dépend de trop de facteurs. Néanmoins, il y a du développement, et nous devrons voir beaucoup de matériel dans les années à venir. Et je ne peux même pas blâmer les sceptiques, car il n'y a pas encore eu de descriptions sensées. Toutes les informations, bien qu'ouvertes, sont dispersées entre un très grand nombre de présentations et d'entretiens.

Je voudrais noter que tous les hauts et les bas méritent un livre séparé, que je pourrais écrire.

L'histoire a donc commencé il y a une dizaine d'années. Le directeur du Centre des programmes habités de l'Institut central de recherche en génie mécanique, docteur en sciences techniques Georgy Karabadzhak, rappelle ce point clé:

«À TsNIImash, nous avons eu une grande conférence scientifique et technique, nous avons consulté pendant plus de 8 heures des représentants de 13 organisations sur le thème de l'endroit où voler - vers la lune ou vers Mars. En conséquence, ils ont décidé collégialement de s'arrêter sur la direction lunaire. "

Le premier résultat visible de cette décision a été la fermeture du projet Clipper. Le projet est intéressant, mais il a été optimisé pour les opérations de transport en orbite terrestre. RSC Energia a également essayé de faire une version interplanétaire basée sur elle, mais il est vite devenu évident qu'il valait mieux commencer à développer un nouveau navire à partir de zéro. De plus, la version capsule est un peu plus proche de l'expérience de cette organisation que la version ailée avec atterrissage sur l'aérodrome.

Maintenant, nous connaissons ce navire (apparemment pas pour longtemps) sous le nom de "Fédération". Et selon des rapports récents, ses dessins ont déjà été corrigés et la production de la première instance de vol a commencé. Mais en dix ans, nous n'avons pas seulement développé ce navire. Il y avait beaucoup plus de R&D différente.

Il y avait un si vieux film soviétique, "je vais chercher." Dans ce document, un novice montre à un ingénieur expérimenté son dessin:
"Pas mal ... Septième option?"
- Comment avez-vous deviné?
- Au vingt-septième, vous comprendrez.

Voici notre programme lunaire - ce n'est peut-être pas la vingt-septième option, mais quelque part dans le vingtième. Beaucoup a déjà été jeté et des éléments clés ont été identifiés. Et si vous ne regardez pas l'essence du projet et ne l'observez pas en cours de développement, vous ne pouvez pas comprendre cela.

À quoi ressemble notre programme lunaire aujourd'hui? Voyons cela. Nous allons d'abord essayer de comprendre pourquoi nous avons besoin de la "Fédération", car nous avons déjà le navire Soyouz.

Orbite lunaire

Vous devez d’abord comprendre que tous les projets en cours - développement et recherche - sont associés à la libération de stations sur l’orbite du satellite de la Lune. Les missions de vol sérieuses appartiennent au passé. C'est à partir de l'orbite lunaire qu'il convient d'étudier sa surface. C'est en orbite lunaire qu'il convient de monter une station orbitale. C'est sur l'orbite lunaire qu'il est énergétiquement pratique d'attendre le navire de débarquement après le décollage de la lune. C'est à travers l'orbite lunaire que l'Apollo a volé vers la lune.



Un exemple de plan de vol. On peut voir le début de la Terre, l'accès à l'orbite lunaire, le désamarrage avec le module d'atterrissage, l'accostage après le décollage de la Lune et le démarrage vers la Terre.

En d’autres termes, pour mener à bien les missions habitées, il est souhaitable de pouvoir entrer dans l’orbite du satellite de la Lune et de partir de cette orbite vers la Terre.

Les caractéristiques balistiques du vol de la Terre à la Lune sont telles qu’environ 800 m / s sont nécessaires pour le freinage requis pour entrer dans l’orbite de la Lune à partir de la trajectoire de vol. La tâche n'est pas complètement symétrique, mais environ la même impulsion sera nécessaire pour démarrer à partir de l'orbite lors du retour sur Terre.

En d'autres termes, l'élan total du navire devrait se situer autour de 1600 m / s. Vous pouvez également vous souvenir des corrections à la fois sur la piste Terre-Lune et sur l'orbite de la Lune. L'orbite polaire est également envisagée tout d'abord, il est encore plus difficile d'y pénétrer.

Malheureusement, les chiffres en disent peu sur le modèle de mission. Il existe plusieurs façons de gagner cette vitesse. Jusqu'à présent, deux plans ont été développés pour le vol vers la lune, qui, bien qu'ils aient résolu un problème, étaient idéologiquement très différents l'un de l'autre. Nous appellerons ces options de vol un schéma de type Apollo et H1-L3.

Schéma Apollo

Dans ce schéma, l'orbiteur, le soi-disant module de commande et de service (CSM), était responsable du freinage lorsque la lune entrait dans l'orbite de la lune et au lancement de son orbite donnée. De plus, il a dû mettre en orbite non seulement lui-même, mais aussi un module d'atterrissage lourd pesant environ 14,5 tonnes. Cela se voit clairement dans le diagramme présenté:



De ce fait, sa vitesse caractéristique (la vitesse maximale qu'il pouvait gagner) était très élevée, bien plus que nécessaire à 1600 m / s. Le navire lui-même était en fait composé de carburant. Avec un poids total de 28 tonnes, 18 tonnes ont été dépensées en carburant: l'offre est si importante qu'il est peu probable qu'un navire avec équipage soit disponible dans un proche avenir comparable à celui-ci en termes d'énergie.

Voici sa coupe. Les grands réservoirs de carburant cylindriques sont clairement visibles.

Schéma "N1-L3"

Contrairement à Apollo, dans notre schéma, un bloc séparé «D» était déjà responsable de la décélération et de l'entrée dans l'orbite de la Lune.



Sur ce diagramme, notre ensemble complet est visible. De plus: le bloc "D" était également responsable d'un éventuel after-run sur le chemin de la lune, de l'accès à l'orbite lunaire et du développement de l'essentiel de l'impulsion d'atterrissage du LC.



Le vaisseau orbital (il est passé sous l'abréviation LOC) n'a dû trouver qu'une impulsion pour aller sur la trajectoire de vol vers la Terre. Cependant, la vitesse caractéristique minimale de 800 m / s n'est pas une plaisanterie, et le LOC était le champion parmi nos navires en termes de réserves de carburant. La masse totale du navire est de 9,8 tonnes, dont 3,1 tonnes de carburant.

Navires modernes

Comparons maintenant l'Apollo et le LOC avec l'énergie des navires modernes conçus pour voler vers la lune. À savoir, «Orion» et «Fédération».

Je voudrais attirer votre attention sur le fait que le choix de l'un des régimes ci-dessus est très important. Un tel choix aurait dû être fait au tout début de la conception de la mission, et tous les systèmes auraient dû être conçus spécifiquement pour de tels programmes. Il convient également de noter: en raison du fait que les navires n'ont pas encore volé, et au cours de leur développement, beaucoup de choses ont changé, il est assez difficile de trouver les données exactes. Par exemple, pendant le développement d'Orion, le compartiment à agrégats avec du carburant a radicalement changé. Il a même changé de pays de fabrication: si au départ il devait être fabriqué aux USA, maintenant l'Europe le fait.



En conséquence, de nombreux nombres "flottent", comme, apparemment, se réfèrent à des moments différents. Par exemple, la masse d'Orion de 25 tonnes est indiquée partout. Quand j'ai tout résumé, j'ai obtenu 24 tonnes. Ou le cholestérol total du navire - 1800 m / s, alors que j'en ai 1500.

Le fait est probablement que de nombreux nombres sont indiqués en rondes. Par exemple, il est peu probable que les réservoirs d'Orion contiennent exactement 9 tonnes de carburant, comme indiqué dans les sources que j'ai étudiées.

Il y a encore plus de problèmes avec la Fédération: elle est encore plus éloignée du lancement, et beaucoup de choses ont également changé. Par exemple, le compartiment des agrégats, bien qu'il n'ait pas changé de fabricant, mais son agencement, à en juger par les schémas des différentes années, a radicalement changé.



Mais dans l'ensemble, il y a suffisamment de données et l'énergie peut être estimée. En première approximation.

J'ai un tel schéma



Encore une fois, je le répète: ce n'est qu'une évaluation générale pour comprendre le niveau des chiffres. En réalité, tout est un peu plus compliqué. Par exemple, Orion, comme Apollo, devrait être utilisé pour livrer des blocs de stations sur l'orbite de la Lune avec assemblage ultérieur. L’orbite de travail de la station n’est pas seulement circulaire, mais très elliptique. L'énergie pour y accéder est moindre.

Mais même selon ce schéma, on voit clairement que si les États-Unis ont choisi le schéma Apollo pour la mise en œuvre, alors pour la Fédération, nous avons choisi le schéma N1-L3. Notre navire doit être livré sur l'orbite de la lune par une unité spécialisée. Bien sûr, ce n'est pas un secret spécial. Mais comme les données sur le navire sont dispersées sur un grand nombre de présentations, il est assez difficile de comprendre ce point. Bien qu'ils indiquent parfois parfois directement que la masse du navire est de 20 tonnes, il s'agit également de sa masse sur l'orbite du satellite lunaire artificiel. Et dans l'agencement, une unité de freinage séparée est visible. Cependant, beaucoup ne comprennent pas vraiment ce point simple mais essentiel. Et maintenant, il est déjà impossible de passer à un autre régime ...

La question de savoir quel bloc de frein est prévu pour que la Fédération entre dans l'orbite lunaire est assez intéressante. Cependant, il n'y a pas tellement d'options et ce n'est pas difficile à deviner. Ce doit être le bloc "D". Oui, le même que N1-L3 avait pour un but similaire. De plus, si cela se produit, il fera ce qu'il a été créé pendant plus de cinquante ans après son développement. Toutes ces années, il n'a pas volé aux fins prévues. Il déduit les véhicules interplanétaires des planètes, des satellites sur OSG ...

Cependant, parfois d'autres blocs sont dessinés. Mais le bloc "D" est très bien adapté à la fois à la disposition et à l'énergie.

"Union" sur l'orbite de la lune

On peut également voir sur le diagramme que le Soyouz moderne n'est pas capable d'entrer dans l'orbite de la lune ou de quitter l'orbite si le bloc D est jeté dessus. Soyouz a trop peu de marge. Et cela est compréhensible: pour les vols vers l'ISS, de grandes réserves de vitesse ne sont pas nécessaires.

Une modification spéciale de "l'Union" est donc nécessaire. De plus, une question distincte est de savoir combien cela va peser. D'une part, la LOK de 1968 pesait environ 10 tonnes - pas un chiffre si grand, deux fois plus léger que la Fédération. Mais ce chiffre a été atteint grâce aux victimes, qui ne vont probablement plus. Par exemple, il n'y avait pas de station d'accueil à part entière avec un compartiment de transition. Ou le même problème de système de survie.

LOC a été conçu pour deux personnes, avec un temps de vol maximum de 13 jours. Presque un minimum pour les vols vers la lune. La Fédération compte quatre personnes et un temps de vol autonome pouvant aller jusqu'à un mois. Les «syndicats» volent maintenant pendant trois jours et deux personnes - ce n'est plus suffisant maintenant.

Avec un degré de probabilité élevé, même en utilisant des matériaux modernes, la masse du navire en orbite lunaire sera supérieure à 10 tonnes. En option, vous pouvez regarder cette mise en page, qui a été dessinée par Anatoly Zak en 2006. Cette version de l '"Union" est livrée sur l'orbite de la lune, en utilisant également le bloc "D". Mais pour commencer, le booster Frigate est utilisé.



Connaissant la masse de Soyouz et de Frégate, nous pouvons estimer la masse totale du système à 14-15 tonnes. 5-6 tonnes de moins que la "Fédération". Mais un tel schéma aura beaucoup moins de capacités et nécessitera également des améliorations importantes. Par exemple, l'autonomie actuelle de Frigate est estimée à deux jours, et Soyuz, tout en conservant la configuration de l'actuel Soyuz-MS, ne pourra pas accoster avec succès. Certains des moteurs d'amarrage et d'orientation du Soyouz sont situés sur la jupe arrière, et dans ce schéma sont fermés par la frégate.

Estimant le temps qui sera nécessaire pour développer un nouveau compartiment d'agrégat et modifier le Soyouz, je ne suis personnellement pas sûr qu'il soit plus rapide de créer cette option que d'élaborer la "Fédération". Qui a un potentiel beaucoup plus grand.

Soyouz-L

Autrement dit, "l'Union" lunaire n'est pas nécessaire? C'est une question difficile. Juste par ce nom, on entend une autre option qui n'est pas un concours pour la "Fédération". En effet, ci-dessus, nous avons examiné précisément l'option d'un navire sérieux capable d'entrer dans l'orbite du satellite de la lune. Mais en vol vers la lune, ce moment est tout à fait facultatif. Vous pouvez voler autour de la lune sans entrer en orbite. De plus, c'est précisément une telle mission que nous avons réalisée dans les années 60. Il ne s'agissait pas de vols habités, mais les tortues soviétiques ont été les premières créatures vivantes à voler autour de la lune.



Cependant, si alors ils ont fait des sacrifices importants pour emballer le Soyouz avec le bloc D en un seul proton, il est peu probable que cela soit décidé. Voler sans parachute de secours, comme ils le faisaient alors, sera désormais une aventure complète. Le projet actuel prévoit l'assemblage du complexe en orbite terrestre à l'aide de l'amarrage. Heureusement, au cours des 50 dernières années, il a été bien développé avec nous. Et cela pourrait ressembler à ceci:



Cela nécessite un lancement Proton et un lancement Soyouz. Et l'amarrage en orbite.

Un tel projet ne peut voler que autour de la lune, mais s'il est mis en œuvre avec succès, il restituera notre expérience de travail avec des navires près de la lune - à la fois en termes de communications et pour déterminer les trajectoires et les niveaux de correction requis. Nous rappellerons à nouveau comment rendre les objets à une seconde vitesse cosmique, quels algorithmes pour contrôler l'AS seront nécessaires pour retourner sur notre territoire, et bien plus encore.

Une telle mission semble beaucoup moins chère qu'un seul lancement de la "Fédération" et vous permettra d'acquérir une bonne expérience avant son lancement, et éventuellement de réduire le temps de son développement. C'est juste qu'au moins le début des tests en vol de la "Fédération" est en 2022, c'est son vol vers la lune qui est prévu pour la fin du 20ème. Lorsque le support approprié apparaît.

Cependant, alors que ce "Soyouz-L" n'est pas dans les plans. Mais "Roskosmos" a sérieusement envisagé la création de la "Fédération", et donc les lancements sur la lune.

Ce n'est que le navire - ce n'est pas tout. La question se pose: comment l'amener sur la lune?
À ce sujet sera la deuxième partie.