Обсуждение космических программ
8,792,979
39,580
|
Borisov ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 15:10:51 |
Ключ к началу пилотируемых полётов на Марс. Статья сотрудников Центра им. Келдыша.
новая дискуссия Дискуссия 1.265ЦитатаЯДЕРНАЯ ЭНЕРГЕТИКА – КЛЮЧ К НАЧАЛУ ПИЛОТИРУЕМЫХ ПОЛЕТОВ НА МАРС
© 2020 г. А. С. Коротеев1, Н. И. Архангельский1, *, Е. И. Музыченко1,
В. М. Нестеров1, А. Г. Цветков1
1Государственный научный центр Российской Федерации – федеральное государственное унитарное
предприятие “Исследовательский центр им. М.В. Келдыша” (ГНЦ ФГУП “Центр Келдыша”),
Москва, Россия
*e-mail: kerc@elnet.msk.ru
Поступила в редакцию 16.02.2020 г.
После доработки 22.05.2020 г.
Принята к публикации 28.05.2020 г.
Проведен анализ рационального типа энергодвигательного обеспечения экспеди-
ций на начальном этапе пилотируемых полетов на Марс. Рассмотрены различные
типы двигательных и энергодвигательных установок большой и малой тяги, а также
сценарии экспедиций пилотируемых полетов по “ускоренным” и упрощенным схе-
мам при отсутствии поддерживающей марсианской базы. Показана рациональность
осуществления экспедиций на базе комбинации ЯРД + ЯЭУ. Определены облик и
возможные характеристики данного варианта экспедиционного комплекса, а также
состав средств выведения его элементов на орбиту сборки. Выполнена предвари-
тельная оценка стоимости разработки комплекса и стоимости подготовки единич-
ной экспедиции.
Ключевые слова: марсианский экспедиционный комплекс (МЭК), энергодвигатель-
ное обеспечение, пилотируемый полет, ядерный ракетный двигатель, ядерная энер-
гетическая установка
DOI: 10.31857/S0002331020030036
Ссылка на статью (платная)
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42994915
Отредактировано: Borisov - 25 авг 2020 15:13:44
ОТВЕТЫ (89)
|
|
jamaze1 ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 16:38:07 |
Цитата: Borisov от 25.08.2020 15:10:51
Оттуда:
ЦитатаОценка затрат на создание элементов МЭК выполнена в предположении, что к началу работ над проектом МЭК в рамках других проектов, включая программу пилотируемого исследования Луны и проекта [3], будут созданы:
1) пилотируемая РН “Ангара-А5П”;
2) грузовые РН “Ангара-А5В” и “Енисей” со стартовыми комплексами;
3) варианты РБ типа “Фрегат” повышенной грузоподъемности как для довыведения элементов МЭК на орбиту сборки, так и для торможения КВЗ;
4) КВЗ на базе пилотируемого транспортного корабля нового поколения “Орел”;
5) ЯЭУ электрической мощностью 200 кВт;
6) орбитальный комплекс для сборки МЭК с системой хранения топлива;
7) наземная инфраструктура по хранению, техническому обслуживанию, подготовке и запуску на орбиту ЯЭУ и ЯРД.
К вновь разрабатываемым основным элементам МЭК отнесены:
1. марсианские ОК и ВПК суммарной стоимостью создания ~260 млрд руб;
2. модульный ЯРД со стоимостью создания 24–55 млрд руб;
3. водородные баки со стоимостью создания их производства ~150 млрд руб (с учетом затрат на создание крупнотоннажного производства жидкого водорода, системы его хранения и транспортировки, завода в районе космодрома “Восточный” по производству и сборке крупногабаритных элементов и прочей наземной инфраструктуры).
И все это сделать и отработать к 2033-ему.
Это реально?
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 17:46:57 |
Цитата: jamaze1 от 25.08.2020 16:38:07
все зависит от мотивации, интеллектуальных и технологических ресурсов ... ну и кооперации ... в сегодняших условиях - нет оснований быть настолько оптимистичным ... имхо ...
|
|
Topgun ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 18:05:50 |
Цитата: jamaze1 от 25.08.2020 16:38:07
для сравнения:
сейчас к Марсу летит марсоход персевиренс, он будет собирать образцы и если все будет хорошо с финансированием и не будет никаких заминок при разработке то где-то в этих годах (2031-2033) НАСА организует миссию цель которой забрать у марсохода собранные образцы и отправить их на Землю...
А если приложить к этому коммент выше про сокращение финансирования на 150млрд...
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 16:39:51 |
Цитата: Borisov от 25.08.2020 15:10:51
У ядерного ракетного двигателя УИ в 2 раза выше чем у химического (Вики говорит).
А у ионного УИ в 20 раз выше химического.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 18:13:34 |
Цитата: Фёдор144 от 25.08.2020 17:51:21
При существующих и на ближайшую перспективу технологиях, к Марсу и Венере лучше лететь на электрических ракетных двигателях. Сейчас это ионные или плазменные.
|
|
Фёдор144 ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 18:40:50 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 18:13:34
ну для того, что бы это утверждать с достаточной долей достоверности ... у вас есть профильное образование, либо многолетний опыт работы в области разработки и осуществления межпланетных полетов? ...
у меня не достаточно знаний по теме ...
но то, что я знаю ... иногда нужна кратковременная высокая тяга ... пусть даже ценой меньшего импульса ... а иногда долговременный высокий импульс ...
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 18:54:41 |
Цитата: Фёдор144 от 25.08.2020 18:40:50
/у вас есть профильное образование, либо многолетний опыт работы в области разработки и осуществления межпланетных полетов?/
Эк вы с козырей зашли!
А по поводу достоверности и компетенций, так это к Роскосмосу. Это они разрабатывают буксир для полёта к Марсу с ионными ракетными двигателями, а не с ядерными.
Ядерный ракетный двигатель американцы перестали пилить в 60-х, а СССР в70-х.
|
|
Borisov ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 19:03:26 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 18:13:34
Лучше скачать и прочитать статью. В статье рассматривают различные варианты двигателей.
ЦитатаИспользование в составе МЭК комбинации ЯРД + ЯЭУ является более простым техническим решением, позволяющим к тому же в полной мере реализовать присущие выбранным (для ЯРД и ЯЭУ) различным типам реакторов потенциальные возможности в плане достижения наилучших энергомассогабаритных характеристик. В частности, значительно лучшее, в сравнении с бимодальной установкой, соотношение тяги и массы ЯРД, а также его компактность, обеспечивают возможность реализации МЭК с более высокой начальной тяговооруженностью. Это позволит минимизировать количество орбитальных витков и ускорить прохождение радиационных поясов Земли при отлете к Марсу, либо организовать дополнительное резервирование двигательной установки с целями повышения ее надежности и ограничения требуемого ресурса модульных ЯРД. Кроме того, для этого варианта МЭК имеет место относительно высокая степень отработанности прототипов двигательной и энергетической установок. Разработка в 1965–1985 годах в КБХА ЯРД 11Б91 (РД-0410) тягой 35 кН была доведена до серии огневых испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне [2]. ЯЭУ требуемой электрической мощности может быть реализована на базе технологий, разрабатываемых в рамках проекта ядерной энергодвигательной установки КА [3]. Соответственно, для дальнейшего анализа “ускоренных” перелетов выбраны однокорабельные варианты МЭК на базе ЖРД и комбинации ЯРД + ЯЭУ.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 22:42:40 |
Цитата: Borisov от 25.08.2020 19:03:26
Если ЯРД более привлекательный вариант, то почему выбрана концепция с ионным двигателем?
Ещё раз напомню, у ионника УИ на порядок выше. В космосе заправляться негде, пока.
|
|
mich ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 22:51:01 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 22:42:40
если я правильно понимаю суть гречки:
на ионнике не взлетишь. так что ионник - только в космосе.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 25 авг 2020 23:16:58 |
Цитата: mich от 25.08.2020 22:51:01
Именно так. Даже с Луны не взлететь, пока.
Но зато можно, закинув на химии 10т (20-50 спутников) на НОО, развезти их от туда по разным орбитам. Фантастические возможности.
Орбитальную станцию можно превратить в сервисную, и с любой орбиты забирать на обслуживание/заправку/ремонт спутники и возвращать обратно.
Кто будет владеть этой технологией, тот будет контролировать орбиту Земли.
|
|
caSmith ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 06:20:26 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 23:16:58
как часто вы обслуживаете ваш ноутбук/смартфон/комп? сколько стоит 200 кг спутник? какова цена его олова на орбите, доставка на условную мкс, заправка и/или замена блока электроники (топливо и блоки нужно на мкс доставить), возврат на целевую орбиту?
Нет, сынок, это фантастика.
А что касается обслуживания - то это уже делается. Уже второй раз спутник на геостационаре будет условно "заправлен топливом". Только не мы "контролируем орбиту Земли".
|
|
aspb ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 10:18:24 |
Цитата: caSmith от 26.08.2020 06:20:26
Конечно делается. МКС заправили ... кто-нибудь считал сколько раз ? И совсем не условно. Топливо, насколько мне известно, доставляет только Россия.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 10:30:16 |
Цитата: caSmith от 26.08.2020 06:20:26
Сравнение спутников со смартфоном или компом, это феерично. Смартфон - бытовая погремушка. И даже в самом дешёвом компе требуется иногда чистить кулер.
И зачем обслуживать дешёвые спутники?
Обслуживать надо дорогие: СПРН, ГЛОНАСС, Лиана, Персона, Спектр-РГ.
Если продлить работу такой станции хотя бы на 3-5, лет, то это будет экономически очень выгодно.
С появлением ядерного буксира появится возможность это делать.
Только теперь не понятно, когда он появится.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 11:32:25 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 23:16:58
Путешествовать между околоземными орбитами подобный буксир будет медленно и печально. Поэтому ни одна, ни вторая концепция не имеет смысла.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:05:27 |
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 11:32:25
У ионника низкая не скорость, а ускорение. Система будет иметь малое но долгое ускорение, что приведёт к скорости выше, чем от хим. движка. Т.ч. лететь он будет быстро и весело.
Соответственно обе концепции, это следующий этап космонавтики.
|
сапёрный танк ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:19:01 |
Цитата: Волжанин от 26.08.2020 12:05:27
..........Это если далеко летать. На орбиту Луны или дальше. А где поближе (орбиты Земли) медленно и печально. Бо разогнаться не успеет, а надо уже тормозить (образно говоря).
|
|
basilevs ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:34:20 |
Тем не менее - именно на ионниках многие спутники чапают своим ходом на запланированную геостационарную орбиту. Медленно, печально, но верно.
|
|
сапёрный танк ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:39:02 |
Цитата: basilevs от 26.08.2020 12:34:20
.......Так мы с Волжанином вроде как о буксире речь вели. И он утверждал, что оный буксир будет "летать" аки сокол.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:59:29 |
Неправда ваша
.Я говорил, что он сможет не торопясь окучить требуемые орбиты. Надо развезти с десяток спутников и расставить в "нужных местах" - он это не торопясь сделает. Пусть и за неделю. Главное их на НОО закинуть.
Или например, требуется на дорогом спутнике заменить деградировавшие солнечные панели. Чух-чух туда забрал и обратно на сервисную станцию. Заменили. Чух-чух вернул на место и обратно сам вернулся. Ляпота!
|
|
EugeneZ ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:07:28 |
Цитата: basilevs от 26.08.2020 12:34:20
А ещё и поддерживают точку стояния длительное время, что на химических двигателях проблематично.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:00:18 |
Цитата: Волжанин от 26.08.2020 12:05:27
Так переход между орбитами - это и есть изменение скорости, то бишь ускорение. Ключевое значение имеет, насколько быстро вы можете изменить скорость. Если буксир будет 2-3 недели переходить с НОО на целевую орбиту, а потом столько же возвращаться за следующим спутником, то концепция получается, мягко говоря, сомнительная. Целесообразнее действовать по старинке - каждому спутнику приделать разгонный блок на химии.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:36:44 |
Цитата: mse от 26.08.2020 13:26:52
Масса. Масса (выбрасываемого рабочего газа в секунду) у него малая . А тяга, это уже слеццтвие...
.
А вообще был разговор про печальную скорость, потому и было сказано про ускорение (печальное но долгое), которое в итоге приведёт к весёлой скорости.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:54:30 |
Цитата: Волжанин от 26.08.2020 13:36:44
Речь шла не об абсолютной величине скорости, а о том, насколько быстро будет достигаться целевая орбита. А достигаться она при малой тяге ионника будет медленно, срок будет идти на недели в одну сторону, по самой меньшей мере.
Кроме того, если бы все орбиты лежали в одной плоскости, это бы ещё хоть как-то могло взлететь. Но если вспомнить про такие штуки как наклон орбиты и долготу восходящего угла, смена этих параметров будет требовать просто гигантских затрат характеристичекой скорости. И, соответственно, больших затрат времени для ионного буксира. Так что идея универсального бегунка, таскающего туда-сюда спутники по разным орбитам, выглядит весьма утопично.
|
|
Alexxey ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 14:43:12 |
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 13:54:30
Изменения наклона орбиты как раз наиболее эффективны при минимальных скоростях — в апоцентре. При определённых условиях изменение наклона круговой орбиты даже выгодно производить в три манёвра: переход на эллиптическую орбиту, изменение наклона в апоцентре, скругление орбиты обратно до исходной.
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 13:54:30
Так многие спутники и сейчас чапают до целевых орбит месяцами и более, на электротяге. Почему бы и не таскать их универсальным бегунком, планово и размеренно? Или плановый грузопоток для лунной базы, например, обеспечивать. Самое то для ядерного грузовика. Утопично, ИМХО, применение в пилотируемой космонавтике.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 11:25:22 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 22:42:40
УИ на порядок выше, но при этом тяга как минимум на порядок ниже. Из-за этого ионник практически лишён возможности использовать такую полезную фичу небесной механики, как эффект Оберта.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:14:18 |
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 11:25:22
Эффект Оберта - при скорости, превышающей половину скорости реактивной струи, кинетическая энергия может превысить потенциальную химическую энергию.
Я не знаю, применим ли этот эффект к электрореактивным двигателям.
Но сейчас скорость истечения рабочего газа у нашего ионника - 70 км/сек. (и это не предел, в перспективе можно и до 200 км/сек).
Соответственно, если корабль достигнет скорости 20-30 км/сек, это даст новые возможности в космосе.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:34:05 |
Суть эффекта Оберта в том, что включение двигателя имеет максимальную эффективность на низкой орбите или в перигее высокоэллиптической орбиты.Цитата: Волжанин от 26.08.2020 12:14:18
ЦитатаЯ не знаю, применим ли этот эффект к электрореактивным двигателям.Не очень применим именно из-за того, что ионнику требуются дни работы, чтобы сообщить кораблю существенное приращение скорости. А эффект Оберта работает, когда можно краткосрочным ускорением успеть передать большой импульс.
Именно поэтому ЯРД на бумаге гораздо предпочтительнее. "Всего лишь" вдвое больший удельный импульс позволяет квадратично сократить объем требуемого рабочего тела, не сильно теряя в манёвренности по сравнению с химией. Главная проблема, с которой сталкиваются ЯРД - это недолговечность, если бы её удалось решить, то эти двигатели оказались бы вне конкуренции.
ЦитатаНо сейчас скорость истечения рабочего газа у нашего ионника - 70 км/сек. (и это не предел, в перспективе можно и до 200 км/сек).Такие скорости могли бы иметь практическое значение только для дальней межпланетки - типа перелётов к Марсу и дальше. Но и там ионник сталкивается с определёнными проблемами: приближаясь к целевой планете, корабль в любом случае движется по гиперболической траектории, и снизить скорость ниже 2-й космической он просто физически не успеет за время пролёта. То есть нужны тормозные двигатели высокой тяги дополнительно к ионникам, вместе с соответствующим запасом топлива.
Соответственно, если корабль достигнет скорости 20-30 км/сек, это даст новые возможности в космосе.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:41:22 |
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 13:34:05
Я уже здесь задавал вопрос про торможение.
Спецы (кто-то из "зубров") уверено заявили, что корабль вполне может не торопясь развернуться и затормозить. Рабочий газ соответственно надо брать на 4 действия: туда на разгон, торможение и в обратную на разгон, торможение.
Если разворот невозможный манёвр, тогда действительно проблема.
|
|
sharp89 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 15:14:56 |
Цитата: Волжанин от 26.08.2020 13:41:22
То, что тормозить нужно развернувшись - это я даже не оспариваю, это само собой разумеющийся факт.
Но тут нужно понимать, что динамика космического перелёта существенно сложнее, чем движение из точки А в точку Б по прямой. Нужно же не просто затормозить, нужно именно выровнять скорости по отношению к тому космическому телу, с которым сближаетесь. А если вы значительно разогнались, то вектор скорости космического аппарата и небесного тела могут сильно не совпадать. Кроме того, если небесное тело обладает значительной гравитацией, то при сильном сближении оно ещё и разгоняет космический корабль. И если в перигее не дать значительный тормозящий импульс, можно просто пролететь мимо.
|
|
basilevs ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 14:26:01 |
Цитата: sharp89 от 26.08.2020 13:34:05
А насколько велик эффект Оберта? Это проценты или разы? Это я к тому, что имея на порядок больший импульс у ионника - может, и фиг с ним, с этим эффектом. Потому что на порядок больший импульс позволяет на два порядка сократить объём требуемого рабочего тела.
|
|
Borisov ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:22:55 |
Цитата: Волжанин от 25.08.2020 22:42:40
Вам бы статью. почитать.
Обращаю Ваше внимание на то, что статью написали люди, которые разрабатывают ЯЭУ и буксир на ионных двигателях.
Ионные двигатели будут использованы для разгона на обратном пути к Земле. кроме того ЯЭУ будет обеспечивать комплекс электроэнергией.
ЦитатаМожно отметить и наличие у рассматриваемой комбинации ЯРД + ЯЭУ определенного резерва в улучшении характеристик МЭК за счет введения на этапе возвращения комплекса к Земле дополнительно к режиму большой тяги ЯРД длительного режима малой тяги ЭРДУ, питание которой обеспечивается ЯЭУ. Этим может быть обеспечено как снижение расхода водорода и начальной массы МЭК [7], так и создание более благоприятных условий для последующего входа КВЗ в атмосферу Земли.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 12:36:20 |
Цитата: Borisov от 26.08.2020 12:22:55
Разве в статье говорилось про ионные двигатели? Я не смог её скачать. На схеме чётко видны: 2.ЯЭУ - ядерная электроустановка. И 1.ЯРД - ядерный ракетный двигатель.
.
ЯЭУ сейчас создают для ядерного буксира с ионниками.
ЯРД имеет УИ на порядок меньше, чем у ионника, при этом его перестали разрабатывать в 70-х.
Если вернутся к разработке ЯРД - будет предмет для разговора, а пока только схемы.
|
|
Borisov ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 13:05:36 |
Сообщение удалено
Borisov
26 авг 2020 14:11:29
Borisov
26 авг 2020 14:11:29
Отредактировано: Borisov - 26 авг 2020 14:11:29
|
|
Borisov ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 14:14:10 |
Цитата: Волжанин от 26.08.2020 12:36:20
Статью читать отказываетесь? принципиально?
Вроде уже из цитат, которые я дал вполне понятно, почему разработчики используют предлагают ЯРД.
Вам непонятно? Попробуйте тогда скачать всю статью.
Цитатапри этом его перестали разрабатывать в 70-х.
Если вернутся к разработке ЯРД - будет предмет для разговора, а пока только схемы.
Еще одна цитата.
ЦитатаРазработка в 1965–1985 годах в КБХА ЯРД 11Б91 (РД-0410) тягой 35 кН была доведена до серии огневых испытаний на Семипалатинском ядерном полигоне [2].
ЯЭУ требуемой электрической мощности может быть реализована на базе технологий, разрабатываемых в
рамках проекта ядерной энергодвигательной установки КА [3].
Я не считаю этичным выкладывать платную статью в интернет, но если не знаете как оплатить и скачать, то я могу вам на электронную почту прислать её.
|
|
Sergey_64 ( Слушатель ) |
| 26 авг 2020 15:02:44 |
Цитата: Borisov от 26.08.2020 14:14:10
Коллега Borisov, а вот в Центре Келдыша в рамках ОКР по ТЭМ надо было провести наземную отработку турбомашинного агрегата с параметрами: рабочее тело - гелий-ксеноновая смесь, температура рабочего тела на входе в турбину - 1500 К, мощность электрическая - 250 кВт, обороты - 60 000 в минуту, подвеска ротора - магнитная, расчётный ресурс - 100 000 часов (более 11 лет). Эта техническая задача в тысячи раз проще полёта на Марс.
Скажите пожалуйста, ОКР по турбомашинному агрегату уже завершён? Меня устроит любой ответ, в том числе и дипломатический.
|
|
Волжанин ( Слушатель ) |
| 28 авг 2020 11:05:02 |
Цитата: basilevs от 27.08.2020 15:12:46
Я в таких случаях вспоминаю историю создания Су-27.
Когда в прототип Т-10 было уже вбухано много сил, времени и денег, генконструктор Сухого Симонов Михаил Петрович понял, что самолёт "не получился", и признание в этом могло стоить ему карьеры, а то и хуже.
Однако он нашёл в себе мужество и пошел к заместителю министра авиационной промышленности Ивану Силаеву. Рассказал, что и как обстоит. Силаев конечно охренел, но пошёл на встречу Симонову, поддержал его.
В итоге мы получили шедевр Су-27, который тем или иным образом до сих пор обеспечивает нашу обороноспособность и экономику.
Да были люди - титаны!