Разбор критики Interplanetary Transport System

в 8:44, , рубрики: spacex, Илон Маск, космические корабли, космонавтика, марс, ракеты, транспорт, транспорт будущего, физика

Здравствуйте, уважаемые пользователи!

Утром, 29 сентября 2017 года, в заключительный день конференции IAC в Аделаиде, Австралия состоится выступление главы SpaceX, Илона Маска, в котором, судя по всему, он собирается анонсировать новый концепт корабля для дальних космических перелётов, являющийся, скорее всего, изменённой версией концепта ITS, представленного публике в сентябре прошлого года. Предполагается, что в результате изменений, корабль, в частности, станет меньше почти в два раза — во всяком случае, есть информация, что кол-во кислород-метановых двигателей Раптор на первой ступени планируется сократить вдвое – с сорока двух до двадцати одного.

Поэтому, в преддверии этого анонса, я хочу как не профессионал, но как любитель космонавтики, дать свою оценку первоначальному проекту.

Начну в порядке хронометража красочного ролика, показанного на прошлой конференции.

Красочное видео, показанное на международной космической конференции в сентября 2016 года

Башня обслуживания

Много критики обрушилось на показанную в видео башню обслуживания. Основные претензии к ней – общий структурный примитивизм, сделанный, по-видимому, ради улучшения её эстетических характеристик.

Моё мнение – прежде всего вид башни обслуживания в этом ролике исключительно визуально концептуальный, и если ситуация дойдёт до реального проекта, то она будет другой, вполне возможно более похожей на то, что мы видим сегодня. Кроме того, SpaceX по мере совершенствования своих стартовых комплексов, в целом приходит ко всё более аккуратному и визуально минималистичному дизайну – скорее всего не специально, но в процессе совершенствования технологий для снижения объёма межстартового обслуживания пусковых сооружений.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 1
Мачта обслуживания Falcon 9 на площадке LC 39A, космический центр имени Кеннеди

Система аварийного спасения

Далее – не ясен алгоритм работы системы аварийного спасения при взлёте. Не видно ни башни САС, ни встроенных двигателей, как на Dragon V2 или Boeing Starliner. Есть вариант использования маршевых двигателей второй ступени в качестве САС, но хватит ли им для этого мощности и скорости включения? А может там будет специальная отделяемая капсула, в которой будет находиться экипаж во время старта? Или старт в итоге будет проходить вообще без экипажа, который позже будет доставляться на орбиту другими кораблями? Возможен и вариант отсутствия САС на раннем участке полёта, как это было на Шаттле. В таком случае, это минус данного концепта.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 2
Тест работы системы аварийного спасения космического корабля Dragon V2

Вторая ступень и космический корабль

Следующий пункт во многом связан с предыдущим – критике подвергалась и идея объединения второй ступени ракеты-носителя и пилотируемого корабля. Кроме последствий, в виде трудности создания системы САС, критикуется сама концепция объединения космического корабля со ступенью – иногда даже говорят, что так никто никогда не делал и не планировал, и SpaceX по не опытности не догадались, что так не принято. На эту же часть критики можно ответить тем, что подобная архитектура космического корабля вполне серьёзно планировалась и прорабатывалась NASA и её частными космическими подрядчиками для использования в ранних концептах Space Shuttle [1]. Ещё один пример – Venture Star. Отказались от подобных компоновок скорее по политико-финансовым причинам, чем по техническим. Кроме того, по сути, аналогичную компоновку успешно реализовали в разгонном блоке RM-81 Аджена, который часто являлся неотделимым от полезной нагрзуки. Так что принципиально нового тут SpaceX не изобрели, и использовали приём уже прорабатывавшийся опытными разработчиками. В итоге данный аспект является более продуманным, чем это может показаться.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 3
Разгонный блок RM-81 «Аджена»

Посадка первой ступени

Другой спорный момент – возвращение первой ступени к месту запуска и посадка прямо на стартовый стол. Вариант с возвратом назад на сушу вместо посадки на баржу по траектории полёта требует гораздо большего запаса топлива на первой ступени и значительно более крутой траектории пуска, что приводит к сильному снижению массы выводимой на орбиту полезной нагрузки. А сама посадка на стартовый стол, по-видимому прямо в пусковые удерживающие ракету захваты, требует очень высокой точности посадки, а в случае неудачи чревата его повреждениями. Обе проблемы серьёзные, но в целом принципиально решаемые. Кроме того, определённый резон в посадке на стартовый стол есть – нет необходимости искать или строить с нуля баржу соответствующих размеров, способную ловить и перевозить на себе огромную первую ступень ITS, а так же спец средства для её разгрузки и дополнительной перевозки ступени по суше к месту повторного пуска. В конце концов, как и стартовая башня, этот момент может поменяться и/или быть лишь издержками презентационного видео.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 4
Возвращение первой ступени Interplanetary Transport System на стартовый стол после запуска

Используемое топливо

Следующим спорным моментом можно назвать использование криогенного топлива в длительном межпланетном перелёте. Проблема тут в том, что планирующиеся для использования топливные компоненты – жидкий метан и жидкий кислород находятся в сжиженном состоянии только при температурах намного меньших, чем комнатные и за время длительного перелёта они могут нагреться и вскипеть. Именно по этой причине в качестве топлива на спутниках и АМС обычно используют токсичные гидразин и, например, амил, которые можно хранить в жидком виде и при комнатной температуре или вообще электродвигательные установки. Однако гидразин кроме токсичности обладает несколькими серьёзными недостатками перед криогенным топливом. В частности – его удельный импульс, критически важный параметр для космического полёта – оставляет желать лучшего по сравнению с криогеникой. Так же, по планам SpaceX, после посадки на Марс они планируют вырабатывать топливо для обратного полёта из местного «сырья», что осуществимо для метана и кислорода. Ну и наконец, в своём стремлении к снижению стоимости полёта путём унификации узлов SpaceX хочет использовать один и тот же двигатель и на первой и на второй ступенях, а так же для орбитального маневрирования, посадки и взлёта с Марса. Критике эта идея подвергается за то, что обычно никто очень долго криогенное топливо на орбите и на поверхности другой планеты не хранил. Здесь же речь о месяцах или годах. Впрочем, как и в предыдущем пункте, на эту критику можно привести в ответ то, что и тут SpaceX не изобретала велосипед, а идёт во многом по следу наработок NASA. Организовать долговременное хранение жидкого водорода, что сложнее сделать, чем хрение жидкого метана и кислорода в виду требования к более низкой температуре хранения и значительно большей проникаемости и летучести, планировалось NASA для создания ядерных буксиров в рамках предполагавшейся своей космической программы после Аполлона в 60-70 годах [1] и в рамках программы Constellation (Созвездие) в начале 21 века.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 5
Космический буксир NASA из программы 70 годов слева и из программы Constellation нулевых справа

Нюанс управления

Ещё одним спорным моментом является такой нюанс. Согласно концепту SpaceX, во время посадки на Марс или возврата на Землю, корабль входит в атмосферу боком с теплозащитой, реализуя, по сути, аэродинамическую схему бескрылого планёра, которую планировалось использовать, например, в программе Спираль и Клипере. При этом, в почти пустых огромных баках корабля, оставшееся после разгона для межпланетного перелёта и возможных коррекций орбиты топливо, необходимое для вертикальной посадки на завершающем этапе, может сильно плескаться, что сильно затруднит управление кораблём. Ответом на данную критику являются круглые внутренние баки, находящиеся внутри основных баков второй ступени ITS. Именно в них должно будет находиться оставшееся для посадки топливо, чтобы не плескаться в процессе посадки.

Разбор критики Interplanetary Transport System - 6
Слайд, посвящённый верхней ступени/космическому кораблю ITS, на котором видны дополнительные, встроенные внутрь основных, топливные баки

Собственно вышенаписанное – это и есть разбор проекта и, по крайней мере, части его наиболее распространённой критики.

Прочее

К спорным местам проекта можно ещё добавить необходимость создания мощной надёжной долговременной системы жизнеобеспечения, особенно при условии планов на 100 пассажиров за рейс, возможное воздействие космической радиации – крайне спорная тема даже среди настоящих учёных и инженеров, которую в полёте ITS планируется ослаблять ориентацией корабля двигателями и баками на Солнце, а также сокращением времени перелёта и, соответственно, получаемой за него дозы, путем траты дополнительного топлива для разгона до большей скорости.

Ещё многие критики, обращая внимание на вышеупомянутые аспекты, не упоминали следующий интересный факт – с ростом мощности и удельного импульса ракеты-носителя сильно увеличиваются акустические нагрузки на её конструкцию. Согласно выводам НАСА, например, – акустическая нагрузка равна 5 степени удельного импульса. [2] Из этого, НАСА пришли к выводу о существовании ракеты-носителя предельной грузоподъёмности, после которой дальнейшее увеличение тяги и удельного импульса требует для защиты от акустических нагрузок такого усиления конструкции ракеты, что это усиление своей массой компенсирует рост характеристик ракеты и, в итоге, не позволяет увеличить выводимую на орбиту полезную нагрузку.

Итог

Подводя итог, могу сказать, что с моей личной точки зрения, концепт выглядит в целом вполне реализуемым с технической стороны вопроса. И гораздо более сложной для преодоления, по моему, тут является проблема финансирования, даже не смотря на все попытки удешевить проектирование и строительство подобной системы унификацией и многоразовостью. Сам Илон Маск на презентации называет удивительные цифры, согласно которым весь проект можно втиснуть всего в один миллиард долларов, что выглядит очень фантастично и интригующе.

Источники:

[1] Краткая история создания «Спейс Шаттла» — Кирилл В: vakhnenko.livejournal.com/239619.html

[2] Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Ракеты будущего 1980 г.

[3]Wikipedia :wikipedia.org/

Автор: FransisJasper

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля