Decidi me afastar um pouco das excursões históricas e falar sobre outra questão incômoda. Além disso, nossos projetos lunares estão lentamente entrando na fase de implementação, portanto a questão é realmente relevante.
Sim, falaremos sobre o nosso projeto de um voo tripulado para a lua. Ou seja, sobre um projeto em que muitos não acreditam, que muitas vezes é ridicularizado; no entanto, vem se desenvolvendo todos esses anos e com muita seriedade. Quaisquer alterações são visíveis apenas a tempo. Nem vou argumentar que o projeto será exatamente implementado - depende de muitos fatores. No entanto, há desenvolvimento e teremos que ver muito em hardware nos próximos anos. E nem posso culpar os céticos, porque ainda não existem descrições sensatas. Todas as informações, embora abertas, são dispersas entre um número muito grande de apresentações e entrevistas.
Gostaria de observar que todos os altos e baixos merecem um livro separado, que eu possa escrever.
Então a história começou cerca de dez anos atrás. O chefe do Centro de Programas Tripulados do Instituto Central de Pesquisa de Engenharia Mecânica, Doutor em Ciências Técnicas Georgy Karabadzhak, lembra este ponto-chave:
“Na TsNIImash, tivemos uma grande conferência científica e técnica, consultamos por mais de 8 horas representantes de 13 organizações sobre o tema de onde voar - para a lua ou para Marte. Como resultado, eles decidiram coletivamente parar na direção lunar ".
O primeiro resultado visível dessa decisão foi o fechamento do projeto Clipper. O projeto é interessante, mas foi otimizado para operações de transporte em órbita da Terra. A RSC Energia também tentou criar uma versão interplanetária, mas logo ficou óbvio que era melhor começar a desenvolver um novo navio do zero. Além disso, a versão em cápsula é um pouco mais próxima da experiência desta organização do que a versão alada com pouso no aeródromo.
Agora conhecemos este navio (aparentemente não por muito tempo) sob o nome "Federação". E, de acordo com relatos recentes, seus desenhos já foram corrigidos e a produção da primeira instância de vôo foi iniciada. Mas em dez anos, não apenas desenvolvemos este navio. Havia muito mais P&D diferente.
Havia um filme soviético tão antigo: "Vou pesquisar". Nele, um novato mostra a um engenheiro experiente seu desenho:
"Nada mal ... Sétima opção?"
- Como você adivinhou?
- No vigésimo sétimo você vai entender.
Aqui está o nosso programa lunar - essa pode não ser a vigésima sétima opção, mas em algum lugar da vigésima. Muito já foi descartado e os principais elementos foram identificados. E se você não olhar para a essência do projeto e observá-lo no desenvolvimento, não poderá entender isso.
Como é o nosso programa lunar hoje? Vamos descobrir. Primeiro, tentaremos entender por que precisamos da "Federação", porque já temos o navio Soyuz.
Órbita lunar
Primeiro, você precisa entender que todos os projetos em andamento - desenvolvimento e pesquisa - estão associados à liberação de estações na órbita do satélite da lua. Missões aéreas sérias são coisa do passado. É da órbita lunar que é conveniente estudar sua superfície. É na órbita lunar que é conveniente montar uma estação orbital. É na órbita lunar que é energeticamente conveniente aguardar o navio de desembarque após a decolagem da lua. Foi através da órbita lunar que o Apolo voou para a lua.
Um exemplo de um esquema de voo. Pode-se ver o início da Terra, o acesso à órbita lunar, desencaixando-se com o módulo de pouso, atracando-o após a decolagem da Lua e o início da Terra.
Em outras palavras, para concluir com êxito as missões tripuladas, é desejável poder entrar na órbita do satélite da lua e começar dessa órbita para a Terra.
As características balísticas do voo da Terra para a Lua são tais que são necessários aproximadamente 800 m / s para a frenagem necessária para entrar na órbita da Lua a partir da trajetória de vôo. A tarefa não é completamente simétrica, mas aproximadamente o mesmo impulso será necessário para começar da órbita ao retornar à Terra.
Em outras palavras, o momento total do navio deve estar em torno de 1600 m / s. Você também pode se lembrar de correções na trilha Terra-Lua e na órbita da Lua. A órbita polar também está sendo considerada em primeiro lugar, é ainda mais difícil entrar nela.
Infelizmente, os números dizem pouco sobre o padrão da missão. Existem várias maneiras de ganhar essa velocidade. Até agora, dois esquemas foram desenvolvidos para o vôo para a lua, que, embora resolvessem um problema, eram ideologicamente muito diferentes um do outro. Nós chamaremos essas opções de voo de um esquema do tipo Apollo e H1-L3.
Esquema Apollo
Nesse esquema, a nave em órbita - o chamado módulo de comando e serviço (CSM) - é responsável por frear quando o satélite da lua entra em órbita e parte de sua órbita. Além disso, ele teve que colocar em órbita não apenas ele próprio, mas também um módulo de pouso pesado, pesando cerca de 14,5 toneladas. Isso é claramente visto no diagrama apresentado:
Por causa disso, sua velocidade característica (a velocidade máxima que ele poderia obter) era muito alta, muito mais do que o necessário, a 1600 m / s. O navio em si, de fato, consistia em combustível. Com um peso total de 28 toneladas, 18 toneladas foram gastas em combustível: o suprimento é tão grande que é improvável que um navio tripulado esteja disponível em um futuro próximo que possa ser comparado com ele em termos de energia.
Aqui está o corte dele. Grandes tanques de combustível cilíndricos são claramente visíveis.
Esquema "N1-L3"
Diferentemente da Apollo, em nosso esquema, um bloco separado “D” já era responsável pela desaceleração e entrada na órbita da Lua.
Neste diagrama, todo o nosso pacote está visível. Além disso: o bloco "D" também foi responsável por uma possível corrida posterior a caminho da Lua, acesso à órbita lunar e desenvolvimento da maior parte do impulso de aterrissar no LC.
A nave orbital (que estava sob a abreviatura LOC) precisou apenas de um impulso para seguir a rota de vôo para a Terra. No entanto, a velocidade característica mínima de 800 m / s não é brincadeira, e o LOC foi o campeão entre nossos navios em termos de reservas de combustível. A massa total do navio é de 9,8 toneladas, das quais 3,1 toneladas eram de combustível.
Navios modernos
Agora vamos comparar o Apollo e o LOC com a energia dos navios modernos projetados para voar para a lua. Ou seja, "Orion" e "Federation".
Gostaria de chamar sua atenção para o fato de que a escolha de um dos esquemas acima é muito importante. Essa escolha deveria ter sido feita no estágio inicial do projeto da missão e todos os sistemas deveriam ter sido projetados especificamente para esses esquemas. Também deve ser observado: devido ao fato de os navios ainda não terem voado e durante o seu desenvolvimento ter mudado muito, é bastante difícil encontrar os dados exatos. Por exemplo, durante o desenvolvimento do Orion, o compartimento agregado com combustível mudou radicalmente. Ele até mudou o país de fabricação: se inicialmente deveria ser fabricado nos EUA, agora a Europa está produzindo.
Como resultado, muitos números "flutuam", como, aparentemente, se referem a tempos diferentes. Por exemplo, a massa Orion de 25 toneladas é indicada em todos os lugares. Quando resumi tudo, recebi 24 toneladas. Ou o colesterol total do navio - 1800 m / s, enquanto eu recebi 1500.
Provavelmente o fato é que muitos números são indicados em rodadas. Por exemplo, é improvável que os tanques de Orion tenham exatamente 9 toneladas de combustível, conforme indicado nas fontes que estudei.
Há ainda mais problemas com a Federação: está ainda mais longe do lançamento e muita coisa mudou nele também. Por exemplo, o compartimento agregado, embora não tenha alterado o fabricante, mas seu layout, a julgar pelos esquemas de anos diferentes, mudou drasticamente.
Mas, no geral, existem dados e energia suficientes que podem ser estimados. Numa primeira aproximação.
Eu tenho esse esquema
Mais uma vez, repito: esta é apenas uma avaliação geral para entender o nível dos números. Na realidade, tudo é um pouco mais complicado. Por exemplo, Orion, como Apollo, está planejado para ser usado para entregar blocos de estação à órbita da Lua com montagem subsequente. Apenas a órbita de trabalho da estação não é baixa circular, mas altamente elíptica. A energia para o acesso é menor.
Mas mesmo de acordo com esse esquema, é claramente visto que, se os Estados Unidos escolheram o esquema Apollo para implementação, então, para a Federação, escolhemos o esquema N1-L3. Nosso navio deve ser entregue na órbita da lua por uma unidade especializada. Claro, este não é um segredo especial. Mas como os dados no navio estão espalhados por um grande número de apresentações, é bastante difícil entender esse ponto. Embora algumas vezes indiquem diretamente que a massa do navio é de 20 toneladas, é também sua massa na órbita do satélite artificial da lua. E no layout uma unidade de freio separada é visível. No entanto, muitos não entendem esse ponto simples, mas essencial. E agora já é impossível mudar para outro esquema ...
A questão de qual bloco de freio está planejado para a Federação entrar na órbita lunar é bastante interessante. No entanto, não existem muitas opções e não é difícil adivinhar. Este deve ser o bloco "D". Sim, o mesmo que o N1-L3 tinha para uma finalidade semelhante. Além disso, se isso acontecer, ele fará o que foi criado por mais de cinquenta anos após o desenvolvimento. Todos esses anos, ele não voou para o propósito pretendido. Deduziu veículos interplanetários a planetas, satélites no GSO ...
No entanto, algumas vezes outros blocos são desenhados. Mas o bloco "D" é muito adequado tanto ao layout quanto à energia.
"União" na órbita da lua
Também pode ser visto no diagrama que a Soyuz moderna não é capaz de entrar na órbita da lua ou sair da órbita se o bloco D for jogado nela. A Soyuz tem muito pouco espaço. E isso é compreensível: para voos para a ISS, não são necessárias grandes reservas de velocidade.
Portanto, é necessária uma modificação especial da "União". Além disso, uma pergunta separada é quanto pesará. Por um lado, o LOK de 1968 pesava cerca de 10 toneladas - não um número tão grande, duas vezes mais leve que a Federação. Mas esse número foi alcançado através das vítimas, que agora dificilmente serão encontradas. Por exemplo, não havia uma estação de acoplamento completa com um compartimento de transição. Ou o mesmo problema no sistema de suporte à vida.
O LOC foi projetado para duas pessoas, com um tempo máximo de vôo de 13 dias. Quase um mínimo para voos para a lua. A Federação tem quatro pessoas e um tempo de voo autônomo de até um mês. Os "sindicatos" agora voam por três dias e duas pessoas - isso não é suficiente agora.
Com um alto grau de probabilidade, mesmo usando materiais modernos, a massa do navio em órbita da lua será superior a 10 toneladas. Como opção, você pode ver este layout, desenhado por Anatoly Zak em 2006. Esta versão do "Union" é entregue na órbita da lua, também usando o bloco "D". Mas, para começar, o reforço da fragata é usado.
Conhecendo a massa da Soyuz e da Fragata, podemos estimar a massa total do sistema em 14 a 15 toneladas. 5-6 toneladas a menos que a "Federação". Mas esse esquema terá muito menos recursos e também exigirá melhorias significativas. Por exemplo, a autonomia atual da Fragata é estimada em dois dias, e a Soyuz, mantendo o layout do atual Soyuz-MS, não poderá atracar com êxito. Alguns dos motores de amarração e orientação da Soyuz estão localizados na saia traseira e, nesse esquema, são fechados pela Fragata.
Estimando o tempo necessário para desenvolver um novo compartimento agregado e modificar a Soyuz, pessoalmente não tenho certeza de que seja mais rápido criar essa opção do que elaborar a "Federação". O que tem um potencial muito maior.
Soyuz-L
Ou seja, a "União" lunar não é necessária? Esta é uma pergunta difícil. Apenas por esse nome entende-se outra opção que não é uma competição pela "Federação". De fato, consideramos acima a opção de um navio sério capaz de entrar na órbita do satélite da lua. Mas em voo para a lua, este momento é completamente opcional. Você pode voar ao redor da lua sem entrar em órbita. Além disso, foi precisamente essa missão que realizamos nos anos 60. Não veio em vôos tripulados, mas as tartarugas soviéticas foram as primeiras criaturas vivas a voar ao redor da lua.
No entanto, se eles fizeram sacrifícios significativos para empacotar o Soyuz com o bloco D em um Proton, agora é improvável que isso seja decidido. Voar sem pára-quedas de reserva, como fizeram então, agora será uma aventura completa. O projeto atual prevê a montagem do complexo em órbita terrestre usando ancoragem. Felizmente, nos últimos 50 anos, ele foi bem desenvolvido conosco. E pode ser algo como isto:
Isso requer um lançamento do Proton e um lançamento da Soyuz. E atracar em órbita.
Um projeto semelhante só pode voar ao redor da lua, mas, se implementado com sucesso, restaurará nossa experiência em trabalhar com navios perto da lua - tanto em termos de comunicação quanto para determinar as trajetórias e os níveis de correção necessários. Lembraremos novamente como retornar objetos em uma segunda velocidade cósmica, que algoritmos para controlar o SA serão necessários para retornar ao nosso território e muito mais.
Essa missão parece muito mais barata que um único lançamento da "Federação" e permitirá que você obtenha uma boa experiência antes do lançamento e, possivelmente, reduza o tempo para seu desenvolvimento. Só que pelo menos o início dos testes de vôo da "Federação" é em 2022, é o voo dela para a lua que está programado para o final do dia 20. Quando a mídia adequada aparecer.
No entanto, enquanto esse "Soyuz-L" não está nos planos. Mas "Roskosmos" seriamente se concentra na criação da "Federação" e, portanto, nos lançamentos para a lua.
Isso é apenas o navio - isso não é tudo. Surge a pergunta: como trazê-lo para a lua?
Sobre isso será a segunda parte.