Цель: Орбита!

Вначале, как и положено, о России. И о Марсе, лунной базе и тяжёлых ракетах носителях.
Можно, как вариант, почитать интервью ведущего конструктора проекта «Энергия — Буран» Владимира Бугрова, опубликованное в газете «Завтра», которое призывает к созданию своей программы освоения дальнего космоса, а можно узнать, что, со своей стороны, «Роскосмос» по-прежнему говорит о сотрудничестве с НАСА как в деле продолжения проекта МКС, так и в деле разработки некоей «дорожной карты» для осуществления планируемого полёта на Марс.

Насколько же сейчас самостоятельны Россия и США в деле создания собственных проектов по освоению дальнего космоса? И что требуется на сегодняшнем этапе развития космонавтики и космических технологий, чтобы сделать эти проекты реальностью?


Первым компонентом для освоения дальнего космоса, расположенного от достаточно близкой к нам лунной орбиты и до самых отдалённых пределов Солнечной системы, безусловно является сверхтяжёлая ракета-носитель.
Уже даже ракета-носители современного «тяжёлого» класса («Протон», «Ангара А5», «Дельта IV», «Ариан-5»), могущие легко закинуть на геостационарную орбиту груз в 4-7 тонн, оказываются сугубо недостаточными для целей освоения «настоящего», дальнего космоса.
Специфику нынешнего этапа работ по сверхтяжёлым носителям в США и, отчасти, в России я рассмотрел в недавней статье, приведу здесь лишь основные выводы.

Россия, при варианте совершенствования ракеты «Ангара А5» может получить носитель, способный выводить на низкую околоземную орбиту (НОО) груз в 35 тонн, а в перспективе, возможно, даже 50 тонн — в случае осуществления возврата к криогенным компонентам топлива (кислород-водород), которые использовались в комплексе «Энергия — Буран».
США, в случае осуществления своей амбициозной программы SLS, смогут обеспечить выведение на НОО груза в 70 тонн, а при проведении совершенствования системы SLS — и до 130 тонн.

Хочу сказать, что и возможные высоты российской «Ангары», и проекты по американской системе SLS — не более, чем попытка нового штурма уже давным-давно достигнутых вершин в ракетостроении. Вот и не верь после этого в «белых слонов», которых «трудно найти, легко потерять и невозможно забыть».


Создававшаяся в 1960-е годы в США для штурма Марса сверхтяжёлая ракета «Нова» должна была иметь 8 двигателей F-1 на первой ступени и выводить на НОО полезную нагрузку в 210 тонн.

Нынешние 130 тонн перспективного и модернизированного SLS — это всё те же 130 тонн «Сатурна V» родом из седых 1960-х. Ну а если вы сторонник «луносрача», то 50 тонн пока что запроектированной «Ангары А7» — это гораздо меньше 100 тонн королёвской Н-1Ф или глушковской «Энергии».
Говорить о принципиально осуществимых ракетах «Нова» («Сатурн VIII»), УР-700 или «Вулкан» даже не буду — иначе нынешние «успехи» НАСА и «Роскосмоса» на фоне тех задумок покажутся уж совсем жалкими...



Проект советского ракета-носителя «Вулкан» предполагал оснащение «Энергии» восемью разгонными блоками и позволял бы выводить на НОО груз в 170 тонн.

Хорошо, скажет настойчивый читатель. А зачем нам эти клятые 100 тонн на низкой околоземной?
Мы как-нибудь потихоньку, помаленьку — да и соберём наш утлый кораблик для полёта к Луне или на Марс. Запуская по 20-30 тонн за один раз!

Отвечаю.
Различные концепты освоения окололунного пространства, Луны и Марса требуют для своего осуществления, согласно самым скромным оценкам, массы на околоземной орбите от 150 и до 1600 тонн. Как говорится — не навозишься и не настыкуешься.
Даже самые скромные 150 тонн лунной возвращаемой экспедиции требуют для своей сборке на орбите 20-тонными ракетами 7-8 пусков (часть топлива будет неизбежно потрачена на коррекции орбиты, а часть полезной нагрузки надо будет отвести на двигательную установку и на стыковочное устройство).

При этом каждый пуск ракеты-носителя требует сложных и затратных по времени операций по его сборке и проверке — монтажно-испытательный корпус (МИК), как и стартовый стол на космодроме у нас обычно один (иногда МИКи и столы дублируются, но это тоже влечёт за собой неизбежное удвоение капитальных расходов и увеличение операционных бюджетов), что не позволяет запускать ракеты «пачками».
Стандартный цикл работы любого космодрома — инспекция и восстановление стартового стола, сборка новой ракеты, проверка её в МИКе, вывоз на позицию, старт. И так — раз за разом.


Циклопическое здание МИКа американской ракеты «Сатурн V» — на заднем плане фотографии.
Американцы любили собирать ракеты «стоя», СССР и Россия — «лёжа».

Сделать этот цикл равным дням обычно не получается — на все операции необходимы недели а иногда — и месяцы.
В итоге сборка даже достаточно простого лунного корабля, даже если не учитывать все вопросы надёжности самих стыковок и сборочных процедур на орбите, затягивается на месяцы, а то и на годы.
Напомню, что процесс создания самого крупного современного искусственного спутника Земли — международной космической станции, несмотря на отработанность процедур стыковки и запуска стандартными ракетами, всё равно затянулся на три года (1998-2001 год), а окончательно был завершён только в 2006-2007 годах, через девять лет после запуска первых модулей МКС.

В результате чего уже к моменту начала полёта к Луне или к Марсу, в условиях сборки межпланетного корабля на орбите, несмотря на многочисленные проверки, что-то на наиболее старых модулях корабля может отвалится/деградировать/выйти из строя, после чего на надёжности миссии можно будет поставить жирный крест.
Тем более, что в отличии от МКС, быстро доставить к Луне или к Марсу вышедшую из строя деталь будет уже не так уж просто, как в случае МКС.


Модель корабля «Мавр», который разрабатывали в 1960-х годах в СССР для осуществления облёта Марса и Венеры.
Масса корабля — около 75 тонн. С учётом современных поправок — до 150 тонн.

Приведу пример, взяв в качестве иллюстрации проект межпланетного пролётного корабля ТМК, который в нескольких вариантах разрабатывался в СССР в 1960-е годы.
Тогда в качестве необходимой массы для такой, достаточно простой экспедиции предполагалась весьма скромная оценка в 75 тонн. Срок экспедиции планировался от 680 до 1100 суток, в зависимости от выбранной схемы полёта.
Наименьшее время полёта мог обеспечить корабль «Мавр» («МАрс-ВенеРа»), который бы обеспечивал возвращение на Землю за счёт дополнительного гравитационного манёвра в поле тяготения Венеры, после пролёта Марса.
Высадка на Венере или Марсе предусмотрена не была, экипаж ТМК состоял из трёх человек.

С учётом нынешних знаний о солнечной активности, безопасности и резервирования систем и требований к длительным космическим полётам в состоянии невесомости — достаточно оптимистическая оценка потребной массы ТМК должна была бы увеличина как минимум вдвое.

Такую массу можно было бы обеспечить одним-единственным запуском сверхтяжёлой ракеты «Вулкан».
А вот для сборки такого корабля на орбите «Протонами» потребовалось бы в современных условиях не меньше года и 8 пусков ракет. И это в варианте, если «Протоны» будут запускать в космос только элементы межпланетного корабля — и ничего более, забыв о спутниках связи или других грузах на НОО.

В случае же начальных прикидок касательно межпланетного корабля с возможностью посадки спускаемого аппарата на Марсе — или же создания постоянной обитаемой базы на Луне, потребная масса корабля и топлива для него (или же материалов для постойки базы на Луне) очень быстро карабкалась в район сотен, а то и тысяч тонн груза на околоземной орбите, что сразу же ставило перед «обычными» ракетами практически невыполнимую задачу: обеспечить десятки и сотни пусков таких немаленьких ракет за год оказывалось достаточно сложной задачей.

Лучше всё-таки было «расшить» игольное ушко вывода грузов в космос с поверхности Земли. Тем более, что особой альтернативы надоевшим хуже горькой редьки, но по-прежнему единственным пригодным для старта с Земли химическим ракетам как не было, так и нет.
Как я уже сказал выше, 130 тонн американской SLS (или же 50 тонн российской «Ангары А7») остаются пока что максимально возможным достижением, которым может похвастаться человечество в начале XXI века, спустя почти что 60 лет после начала освоения космического пространства.


Химические монстры-переростки типа концепта Boeing LEO так и остались лишь в чертежах.
Ну и слава богу.
Стартовать они должны были из искусственных озёр диаметром в 5 километров — ракету весом в 10 000 тонн не выдержал бы ни один стартовый стол.

И, следовательно, в рамках этого ограничения и надо будет планировать создание будущих космических кораблей для освоения дальнего космоса — надеяться на значительное увеличение мощности ракет-носителей уже не приходится.
Поскольку строить ракету под одну-единственную задачу сейчас становится неподъёмной роскошью даже для ведущих космических держав.

И, как следствие, к жизни пробуждаются проекты полётов на Луну и на Марс, основанные на ином прочтении межпланетного полёта — и посадки и взлёта с Марса.
Которые могли бы легко уложится в массу всего лишь нескольких сотен тонн, что уже будет достижимым весом для современных и перспективных сверхтяжёлых ракет.

Продолжение следует.
 

alex_anpilogov