bigdrum (bigdrum) wrote,
bigdrum
bigdrum

Category:

Немного о многоразовой космонавтике - 3

Предыдущие части: 1, 2.




Сегодня я не буду пугать вас страшилками. Тем более - страшилками реальными имевшими место со смертельным исходом. Сегодня мы будем повышать уровень грамотности, ибо даже среди людей с высшим образованием невежество дремучее вижу я... Мы будем говорить о базовых понятиях, имеющих отношение к многоразовым космическим системам.

Потому что без этого нам дальше не продвинуться.

Базовые понятия, которые нам потребуются, звучат следующим образом. Безаварийный старт. Успешный старт. Возвращаемость. Повторное использование. Многоразовость.

Ну что, поехали?



Первое. Безаварийный старт. Что такое аварийный старт - всем понятно. Большой бабах на старте, все вокруг красиво горит, и возможно, кое-что даже красиво плавится. Пламя, дым, все бегают, весело... А вот вам вопрос. Если большой бабах не случился, а ракета все равно отработала с ошибкой - это как, аварийный старт или нет?

4 апреля 1968 года при проведении испытательного беспилотного полета корабля Аполлон-6 наблюдались неоднократные проблемы с двигателями. Результаты повторных включений были неудовлетворительны, в результате чего корабль не выполнил полетной программы, однако несмотря на вход в атмосферу со скоростью, превышавшей рассчетную для данного полета, успешно приземлился. Вытирая пот дрожащими руками, смена в центре управления выматерилась и со словами "ну и хрен с ним, хорошо, хоть не взорвалось", разошлась по домам отпаиваться крепкими спиртными напитками. Результаты полета были признаны неуспешными.

Не каждый запуск ракеты, прошедший без громкой катастрофы, является успешным. Иногда (на самом деле достаточно часто) случаются отклонения от полетного задания, ставящие под сомнение выполнение полетной программы. Невключение двигателей, неправильная ориентация, неразделение компонент системы. Большим напряжением сил удается все же привести параметры полета к желаемым, либо нет. Такой полет нельзя считать успешным. Не произошло катастрофы - и ладно. Но успех достигнут не был, понимаете? Такой полет можно считать безаварийным, и только.

Если совокупность происшествий не привела к катастрофе - будем считать полет безаварийным, какие бы происшествия не имели место, хорошо?

Успешным считается безаварийный полет, в котором было реализовано (и не волнует, как) полетное задание. Полет Аполлона-13 нельзя назвать успешным - астронавты не побывали на Луне, и вообще, спаслись только чудом и благодаря чудовищной по объему работе наземной команды. И при старте опять были проблемы с двигателями носителя, и агрегатный отсек Аполлона взорвался - но люди вернулись, значит, катастрофы не было. Недовыведение спутника на орбиту, при котором спутник все же, путем "дотягивания" на своих двигателях, до нее добирается - успешный вывод.

Для осуществления многоразового полета нам необходимо, чтобы полет был не только безаварийным, но и успешным. Почему? Потому что неуспех многоразового полета означает, в большинстве случаев, потерю или повреждение многоразового корабля. То есть - безаварийность, не сопровождаемая успешностью, в многоразовой космонавтике является недопустимой.

Давайте посмотрим на Спейс Шаттл. Максимальная масса выводимого груза - 24 тонны. Максимальная масса возвращаемого - 14 тонн. Это значит, что если Шаттл при выведении не сможет выйти на нужную орбиту с грузом более 14 тонн, он должен будет перед возвращением избавиться от груза, "скинуть" его. Иначе он уйдет к Земле с перегрузом, не сможет нормально выполнить маневр спуска и погибнет.

На Шаттле груз помещается во внешнем отсеке, и его можно просто отстегнуть и выбросить. Но на кораблях типа Драгон, Федерация, Орион - груз может быть полностью расположен внутри обитаемого герметичного пространства, и пустотных скафандров у экипажа нет. Лишний груз скинуть нельзя, понимаете?

Почему масса выводимого груза больше, чем масса возвращаемого, и это принципиально для многоразовых систем? Понимаете, вообще говоря, космические корабли для того и строят, чтобы доставить что-то на орбиту. Не пустыми чтобы они туда слетали, а чтобы что-то доставили. Груз привезли. И чем больше груза может на орбиту привезти корабль - тем лучше. Энергетика подъема на орбиту обеспечивается ракетой-носителем, двигатели там мощные, топлива много, и по уму корабли всегда грузят по максимуму. Когда корабль возвращается на Землю, его энергетика определяется площадью теплового щита, парашюта или крыльев. Энергетика, которая находится в распоряжении спускаемого многоразового модуля - она в пересчете на килограмм массы намного меньше, и потому возвращать с орбиты всегда удается меньше, чем доставлять туда.

Таким образом, на многоразовых кораблях критически важно достигать таких условий, при которых корабль оказывается на штатной орбите, либо обеспечить возможность приведения его к посадочной конфигурации перед спуском на Землю.

Мораль конструкторам многоразовых аппаратов - ребята, подумайте о штатной возможности разгерметизации аппарата с целью разгрузки в варианте "все шмотки за борт", на всякий случай. Я понимаю, что это крайне маловероятно и так далее - но взрыв агрегатного отсека при выполнении штатной операции обслуживания баков на Аполлоне-13 тоже как бы не планировался изначально. Скафандры для экипажа, резерв воздуха, отсутствие чувствительных к вакууму элементов в кабине...

Еще раз. Если наша ракетно-космическая система не может отработать свой участок успешно, если многоразовый корабль оказывается на неправильной орбите, и не может "дотянуть" - при полной загрузке он может попасть в потенциально катастрофическую ситуацию. Потому успешность выведения критична для нормальной эксплуатации многоразовых систем.

Следующий момент - возвращаемость. Под возвращаемостью мы понимаем возвращение части космической системы на Землю, как штатный этап ее функционарования. Нет, ну понятно, что большая часть спутников рано или поздно на Землю вернется, да? Ну тупо упадет. Но нас интересует штатное, прогнозируемое и управляемое возвращение. Вот автоматическая станция Луна-16.



Вот этот шарик, что наверху - он на Землю вернулся штатно и управляемо, с лунным грунтом.



Чтобы многоразовый корабль был реально многоразовым - он должен возвращаться. Если он не вернется - не имеет значения, сколько там крыльев пришпандерено, логично?

Здесь у нас с вами сразу возникает интересная коллизия чисто бытового плана. Считается, что возвращение груза на Землю достигается исключительно многоразовыми системами. Это не так. Вот главный аргумент апологетов гения Маска - Драгон возвращает на Землю груз с МКС, а советские корабли Союз и Прогресс этого не могут. Потому Драгон лучше.

Расслабьтесь, Драгон лучше не поэтому...

В Советском Союзе в военных целях использовались аппараты фоторазведки серии "Зенит". Все как один имели спускаемую капсулу, возвращающую на Землю спецаппаратуру и отснятые материалы. В этом нет ничего удивительного. Однако в серии спутников серии Космос также осуществляли полеты беспилотные версии корабля "Союз". Каковой корабль, как мы знаем - на нем космонавты летают - имеет спускаемый аппарат и оборудование для стыковки с орбитальной станцией. Корабли Космос-186 и Космос-188, являвшиеся космическими кораблями Союз в беспилотном варианте, проводили автоматическую стыковку, после чего Космос-186 приземлимлся. Аппарат Космос-656 уже стыковался со станциец Салют-3. Космос-1001, являвшийся прототипом Союз-Т, совершил посадку. Таким образом, в СССР в рамках программы кораблей Союз были и летали беспилотные версии корабля, которые могли стыковаться с орбитальной станцией. В случае, если бы проводившиеся на станции работы требовали возврата на Землю материальных результатов исследований, выходящих за рамки весовых возможностей штатных пилотируемых кораблей Союз, имелась техническая возможность использования беспилотных кораблей Союз в качестве транспортно-возвратных.

Потому что при отсутствии многоразовости у нас все же есть возвращаемость.

Иными словами, в возможности возвращать груз с орбиты для космической программы СССР, например, не было ничего нового. Просто сперва это было ненужно, либо было достаточно возможностей штатных Союзов, а потом приперлись американцы со своим Шаттлом и опошлили всю картину. Но если Родина прикажет - из бездонных закромов суровыми мужиками будет достат беспилотный Союз, и какая-нибудь винтажная хрень с МКС отправится на Землю без Шаттла или Драгона, на радость и удивление международному сообществу...



Еще раз повторяю - для возвращения груза с орбиты, в частности с МКС, не нужны многоразовые системы - достаточно возвращаемых, и такие системы в СССР были, так что ничего принципиально нового корабли класса Драгон в космонавтику не принесли...

Теперь о многоразовости.

Многоразовый корабль - он изначально должен летать в космос много раз. То есть, он должен иметь успешные запуски и возвращения много раз. Не один раз. Не два. А столько, сколько было заложено конструктором. Это должно быть прогнозируемо, штатно и управляемо. Если хотя бы раз многоразовый корабль не взлетит или не вернется - он не реализует свои технические возможности, не оправдает средств и усилий, потраченных на разработку и постройку. Потому требования к многоразовым кораблям - они особенные.

Является ли каждый возвращаемый корабль (кусок корабля) многоразовым? Нет, и еще раз нет. Пример - спускач Союза. Стеклопластиковая теплозащита при спуске обгорает, и чтобы отправить спускач в космос во второй раз, его надо разобрать, пластиковую часть отодрать, заменить на новую и снова собрать. Если посмотреть на конструкцию спускача Союза, то станет ясно - проще и дешевле сделать новую алюминиевую гермокабину, и пропустить через цикл нормального изготовления, чем возиться со старой. Отсюда мораль. Многоразовый корабль должен возвращать на Землю такое оборудование, изготовление которого существенно дороже его межполетного обслуживания.

Иными словами, делать многоразовый спускач "шоб было" смысла не имеет вообще, нужно делать сразу корабль, который будет возвращать и систему навигации/управления, и систему жизнеобеспечения, и желательно, двигатели, и систему стыковки со станцией... Только в таком случае возврат и межполетное обслуживание с целью нового запуска будут оправданы.

Давайте посмотрим на многоразовый корабль Драгон:



Что мы видим? Мы видим, что на землю возвращается только герметичный отсек. Негерметичный отсек, использующийся для доставки части нагрузки, размещения солнечных батарей и радиаторов системы терморегуляции, на Землю не возвращается. Космический корабль Драгон уникален тем, что является первым капсульным кораблем, возможности по спуску которого реализованы для спасения всего возможного мало-мальски важного оборудования, включая двигательную установку.

Аналогичная схема планируется и для Драгон-2. В корабле "Федерация" планируется более косервативная компоновка. Предусмотрен отделяемый двигательный отсек с баками и двигателями орбитального маневрирования, который на Землю не возвращается.



Что лучше, возвращать все, как это реализовано в Драконе, или часть оборудования все же не возвращать, как это сделано в Федерации и Орионе?



Теоретически, как в Драгоне - это круче всех, даже круче, чем сваренные яйца. Но мы же знаем - в космонавтике в лоб только шишки набиваются...

Вот таблица:

Параметр Федерация Орион Драгон
Масса 14-19 25 15
Возвращаемая масса 4,23 (7,7) ? ?
Объем кабины 9 9 9
Экипаж 4-6 4(-7) 4-7
Груз 500 (2000) ? 3,3
Возвращаемый груз 500 ? 2,5
Автономность до 30 21 7
Ожидание 365 210 730
Наличие туалета + - -


Данные какие собрал по Википедии, не обессудьте.

Начнем с начала. Орион - самый тяжелый, срок его автономного пилотируемого полета с экипажем - до 21 дня. Данных по грузу нет, но учитывая склонность НАСА к гигантизму, и энтузиазм Локхид-Мартина, который не ищет легких путей, можно предположить, что груза он берет все же больше Драгона и Федерации. Полет продолжительностью 21 день достаточен для достижения Луны, облета и возвращения домой без дополнительного обитаемого модуля с системой жизнеобеспечения. Драгон и Федерация примерно одинаковы по массе, но у Драгона больше грузоподъемность.

Время автономного полета с экипажем Драгона - 7 дней, Федерации - 30. Это значит, что без дополнительного обитаемого отсека с системой жизнеобеспечения до Луны Дракон не долетит, по крайней мере резервов по времени у него нет. 7 дней - это прилетел, чихнул второпях и улетел назад, скрестив пальцы, чтоб чего не случилось по дороге. Орион имеет большой резерв по времени, которого хватит на проведение самостоятельной программы, например орбитальной съемки лунной поверхности. Запас времени по обитаемости Федерации позволяет (23 дня у Луны против 14 орионовских) очень сильно не торопиться. Збацать шашлычок, поиграть на балалайке, подразнить медведя, сделать селфи с медведем, набить ему морду, похмелиться, проспаться и объясниться с ЦУП на тему долгого отсутствия связи...

Федерация является единственным кораблем, оснащенным санузлом. Это означает, что космонавты Федерации будут нормально ходить в сортир, в то время как астронавтам придется какать в памперс. Или иметь пристыкованный обитаемый отсек с удобствами. Вот так - цивилизация, а удобства во дворе...



Время ожидания - это время, в течении которого корабль, будучи пристыкован к орбитальной станции (обитаемому отсеку) сохраняет свои рабочие характеристики. Драгоновские 730 дней (два года) - это очень большой срок, особенно если у вас нет сортира и вы какаете в памперс. Учитывая физиологические ограничения пребывания человека в невесомости, вряд ли корабль столько проведет в космосе, даже будучи пристыкован к МКС. Скорее всего вместе со сменой экипажа он уйдет к Земле намного раньше. В случае марсианской миссии Драгон может провисеть, будучи пристыкован к марсианскому кораблю, дорогу туда, время там и дорогу назад. Но вот вопрос. Какой смысл тащить с Земли к Марсу и потом от Марса до Земли 14 тонн, которые никому на Марсе нафиг не нужны?

Таким образом, время ожидания для Драгона является явно избыточным.

С точки зрения как полета к МКС, так и полета к окололунной станции (или полета с обитаемым модулем, не задействующим резервы корабля) 210 суток Ориона и 365 суток Федерации абсолютно достаточны, а по физиологическим ограничениям полета человека в космос - абсолютно функционально достаточны, учитывая более высокий уровень радиации за поясом Ван-Аллена.

Двигатели. Драгон имеет двигатели внутри корабля, Орион и Федерация - отдельно. Это значит, что Драгон либо ограничен в энергетике полета своими ресурсами, либо вынужден стыковаться с отдельным двигательным отсеком. Орион и Федерация изначально стыкуются с отдельным двигательным отсеком, который может быть заточен под конкретную миссию, что не ограничивает их возможности по энергетике полета. В случае работы с отдельным двигательным отсеком Драгон вынужден таскать на себе штатные двигатели, то есть лишний в полете груз.

Федерация и Орион имеют систему спасения тянущего типа, как в Союзах, в то время, как система спасения Драгона реализуется его собственной двигательной установкой. Это означает, что при полетах с пристыкованными объектами все должны использовать отработанную американцами в программе Аполлон схему сборки выведеных носителем комплексов:



При этом для полета к Луне, в силу ограничений обитаемости, только Федерация может работать с необитаемыми грузами - Ориону и Драгону нужен хотя бы минимальный туалет, иначе это будет не космос, а парад засранцев...

Отметим, что в силу изначальной отдельности двигательного отсека Федерация и Орион являются изначально адаптируемыми под конкретные миссии кораблями. Например, сейчас в России разрабатываются спиново-детонационные двигатели. Дойдя до эксплуатационной готовности, такие двигатели могут быть установлены на Федерацию без переделок последней, увеличив ее энергетические возможности, что как бы очень хорошо. Поскольку двигательная установка Драгона изготовлена возвращаемой с кораблем, модификация двигателей потребует переделки корабля. Кроме того, поскольку Орион и Федерация имеют отдельные двигательные отсеки, они могут быть использованы, путем доработки этих отсеков, для выведения в космос негерметичных нагрузок - например микроспутников - таким же образом, каким это сейчас делает Драгон, во внешнем отсеке.

В полете Аполлона-13 произошел взрыв топливного бака в агрегатном отсеке. При этом, поскольку бак находился вне герметичного объема, экипаж сразу не убился. В Федерации и Орионе применена такая же схема, и в случае аналогичного происшествия космонавтов защитит не только корпус корабля, но и тепловой щит. Большой и толстый. В Драгоне топливные баки располагаются внутри, и от гермообъема отделены тоненькой стенкой. Упаси, как говорится, боже...

Давайте подведем черту.

Драгон - это грузоподъемный транспортник к МКС, с опцией лунных, и (если кому такое в голову взбредет) марсианских миссий в составе более сложных комплексов. Недостаточная обитаемость в автономном полете делает его предполагаемой нишей все же земную орбиту, вне которой он просто болтается за бортом без надобности

Орион - тяжеловес-универсал, который обязательно требует дополнительного оборудования, чтобы раскрыть себя в лунной миссии, на Марс не рассчитан. Но с обитаемым отсеком (в котором обязательно должен быть сортир!) - имеет достаточные резервы, чтобы себя показать с лучшей стороны при освоении Луны. По автономности и массе избыточен для земной орбиты, но возможно, это компенсируется большой грузоподъемностью.

Федерация... Серенький кораблик, который кроме туалета ничем не выделяется, и груза тягает меньше всех... Но!

Начинается строительство лунной станции. Первым делом, чтобы станция не развалилась до конца постройки, на орбиту Луны должен быть выведен энергетический и двигательный отсеки, с системами коррекции орбиты, связи и телеметрии. Сделать это красиво может только один корабль - Федерация. Благодаря высокой обитаемости (и туалету!!!), будучи снабженной соответствующим двигательным отсеком, она стыкуется с необитаемыми модулями лунной станции, везет их на Луну, выводит на нужную орбиту, включает, вводит в работу и успешно возвращается на Землю. Одна. Без дополнительных жилых модулей. Потому что ей не нужно таскать за собой сортир, без которого космонавты не смогут нормально работать, так они устроены...



Без дополнительных модулей, благодаря высокой обитаемости и достаточной автономности, а также многообразию возможных вариантов двигательного отсека, Федерация по концепции своей - универсальный корабль для работ на околоземной и окололунной орбите. А если в качестве дополнительного модуля на ней разместить шлюзовую камеру (напомню - надувной шлюз разместили еще на Востоке-2!), то - универсальная лошадка для проведения любых монтажных работ в космосе на любых околоземных орбитах.

Она везет не так много груза, сколько Орион или Драгон. Но она имеет минимальную массу и размеры при максимальном времени автономной работы и максимальной обитаемости в этот период. Эта машина создавалась не для путешествий - она создавалась для работы. Ей никогда (скорее всего) не увидеть Марса, но и ей же никогда не промахнуться мимо Луны. Потому что как раз там нужен именно такой корабль для проведения работ, пока на окололунной орбите не появилась нормальная полнофункциональная база...

А на МКС да, Драгон привезет больше, и увезет больше, и летать, возможно, будет даже чаще...

Хотя... Ребят, с Драгоном как раз не все так просто получается, вот в чем дело, но об этом - в следующей части...

Tags: Автостоп и дальнобой в космосе
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Внезапное озарение...

    По поводу предыдущего поста, точнее репоста. Вышел я на балкон, закурил, и снизошло на меня, что Интернет тоже придумали русские... ...

  • Гы...

    И вот только началось самое интересное про Портняжку - так сразу они зацепились друг за друга... При том, что я фильтрую обоих, меня лично их…

  • Синемафилическое

    Помните это? Так вот - я был прав! Сейчас смотрю, выкатили даже не экранку... Веселуха... УПД. Вы меня простите - но сцены со стрельбой и…

promo bigdrum february 17, 2019 22:31 6
Buy for 10 tokens
На мейл-ру пролетела очередная "желтая" новость, коих не счесть. Касательно контактов с инопланетянами. В силу чего, втыкая по причине небольшой эмоциональной раздолбанности, я вот тут вдруг решил взять и откомментировать это дело. Да, ребята! МЫ БУДЕМ ГОВОРИТЬ ОБ НЛО, ПРИШЕЛЬЦАХ…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 5 comments