Новая лунная гонка. Теперь — без спешки

Когда-то, до появления в нём кастрюлек и саженцев, павильон «Космос» на ВДНХ выглядел так.
Полноразмерный макет стыковки двух кораблей, «Союза-4» и «Союза-5».

Рассмотренные в прошлой части сверхтяжёлые ракеты-носители, которые ставились во главу угла и в СССР, и в США во время прошлой лунной гонки, вряд ли будут востребованы в новом «лунном забеге», который будет вестись теперь уже на гораздо более скромной ресурсной базе и в постоянном обсуждении «а что вы там забыли, на этой самой Луне?»

Конечно же, я знаю о недавних заявлениях «Роскосмоса» о сверхтяжёлой ракете и даже прокомментировал их состоятельность с технической точки зрения. Создать сверхтяжёлую ракету в нынешней России достаточно реально с технической точки зрения, но совершенно фантастично — с точки зрения экономики и целеполагания. При наличии желания и цели — на сегодняшний день нет никаких препятствий в создании сверхтяжёлой ракеты, лишённой многих недостатков как королёвской Н-1, так и «Энергии», созданной Глушко.

Однако, с моей точки зрения, пока что Россия не сможет создать новую сверхтяжёлую ракету по иной причине: у страны нет концепции присутствия в «большом» космосе, которая бы нуждалась в таком носителе.
А вот если она по каким-либо объективным причинам возникнет — тогда и в самом деле «возможно всё».

В силу этого новые аппараты для полётов к Луне и в России, и в Китае скорее всего будут стартовать на стандартных тяжёлых ракетах, имеющих грузоподъёмность в пределах 25-35 тонн на низкой околоземной орбите.

Основное преимущество таких достаточно небольших ракет — это возможность их серийного, массового производства.

Проблемой любого супертяжа всегда будет неготовность всей промышленности страны к производству массы уникальных, сложных и негабаритных частей такой гигантской ракеты, которая, к тому же никогда не сможет «выйти в серию», чтобы хоть как-то окупить затраты на массу НИОКР, которые неизбежно надо будет вкладывать в её производство.

Кроме того, любой сверхтяжёлый ракетоноситель будет требовать для себя окончательной сборки из массы частей прямо на пусковой площадке, а сам по себе стартовый комплекс для него уже невозможно будет сделать в виде «платформы в чистом поле»: ни габариты, ни масса такой гигантской ракеты не позволяют обходиться минимумом наземных сооружений, которые ещё могут потянуть всё-таки немаленькую, но ещё померную тушу какой-нибудь «Ангары-5» или «Чанчжэня-5».

Безусловно, «мечта о супертяже» всегда будет снедать умы инженеров и романтиков. Первые будут восхищены комплексностью и дерзостью поставленного перед ними технического и конструкторского вызова, а вторые будут традиционно мечтать о «пыльных тропинках далёких планет» и «цветущих на Марсе яблонях».
Но, к сожалению, и инженеры, и романтики будут идти за деньгами к политикам и бухгалтерам — которые и будут постоянно опускать их ракеты на грешную Землю, призывая их сделать меньше. проще и, главное — дешевле.

В силу этого, я думаю, корабль для полёта к Луне, который в итоге создадут в России или в Китае, будет выглядеть как-то вот так:

Это — «Союз» 7К-ЛОК (ЛОК — Лунный Орбитальный Корабль), имевший заводской код 11Ф93.
Если вы думаете, что у «Роскосмоса» нет на него планов, то вы ошибаетесь: российское космическое агентство уже нашло восемь туристов для облёта естественного спутника Земли.

Если предположить, кстати, что 7К-ЛОК будет стартовать на некоей модифицированной «Ангаре-А5», сравнимой по грузоподъёмности с старым УР-500-«Протоном», то можно и оценить стоимость такого «лунного туризма».
Как я уже писал, стоимость запуска обычной тяжёлой ракеты где-то вдвое выше, чем стоиомость запуска лёгкого «Союза», используемого для доставки нынешних космических туристов на МКС. Следовательно, стоимость запуска лунного туриста по высокоэллиптической орбите к Луне можно считать (очень грубо, конечно), как удвоенную стоимость туризма на МКС. Сейчас туристическая поездка на МКС обходится в 30-40 миллионов долларов.
Думаю, среди тех, кто платит за такого рода услуги, найдутся и те, кто за 80 миллионов долларов согласится войти в гораздо более закрытый «клуб избранных», побывавших в окресностях Луны. Ведь если на околоземной орбите уже побывало более 500 человек, а с началом туричтических суборбитальных полётов эта цифра легко может превзойти тысячи и тысячи людей, то облёт Луны всегда будет уделом людей состоятельных. Так как 100 километров до условной границы космоса, линии Кармана и 300 000 километров до Луны — это, всё-таки, как говорят в Одессе, «две большие разницы».

Конечно, при использовании «Протона» конструкцию будущего туристического корабля надо будет ограничивать размерами и массой старого аппарата «Зонд»: как говорится, старичок-«Протон» просто «не вынесет двоих», что уже было просчитано в прошлые попытки отправки «Союза» 7К-ЛОК к Луне. В итоге в варианте «Зонда», который представлял собой усечённый «Союз» 7К-ЛОК, с него сняли всё лишнее, включая даже орбитальный отсек.

Программа «Зонд» использовала модифицированные корабли «Союз» 7К-ЛОК, в варианте 7К-Л1, который был значительно облегчён с целью использования маломощного «Протона».

Спускаемый аппарат «Зонда» — это всё та же самая «фара» от «Союза», которую хорошо известна по всем репортажам о возвращении советских, российских, а теперь — и китайских космонавтов (тайконавтов) на Землю. Такая форма спускаемого аппарата определяется не просто аэродинамическим, планирующим спуском возвращаемой капсулы с околоземной орбиты, который более щадящий по перегрузкам, нежели баллистический спуск «шариков» от «Востоков» и «Восходов», но и тем, что в случае возврата с окололунной орбиты, вход в атмосферу Земли осуществляется по сложной траектории, с рикошетом спускаемого аппарата от атмосферы Земли и с последующим входом в неё уже с меньшей скоростью. Без такого варианта гашения второй космической скорости — перегрузки на входе в атмосферу Земли будут достигать просто катастрофических значений, а абляционную (сгорающую) теплозащиту аппарата надо будет кратно увеличивать.

Принцип двойного входа в атмосферу Земли лунного посадочного модуля при возврате спускаемого аппарата из района Луны.

Иcторически американцы, не испытывая никаких сложностей с массой выводимого на околоземную орбиту груза за счёт использования сверхтяжёлой ракеты «Сатурн-5», на двойной вход в атмосферу Земли даже не заморачивались — спускаемый аппарат «Аполлона» сразу «нырял» в атмосферу и гасил свою вторую космическую скорость, уже не выходя за её пределы.
Интересно, что при таком способе возвращения космонавтов на Землю с окололунной орбиты, перегрузки в спускаемом аппарате «Аполлона» достигали 14g, в то время, как спускаемый аппарат «Союза»-«Зонда» и сложный аэродинамический манёвр позволяли снизить пиковые перегрузки лишь в 6-7g.
На основании такого же аэродинамического манёвра возвращался на Землю и посадочный модуль китайского аппарата «Чанъэ-5Т1», который фактически представлял собой всю ту же уменьшенную копию «фары» от «Союза»-«Зонда»:

Нет, мальенького тайконавта в «Чанъэ-5Т1» не было. Но это не значит, что Китай не сможет использовать технологии «Союза»-«Зонда» для постройки своего лунного корабля.

А вот «Аполлоны», как я уже упомянул, не использовали двойной вход в атмосферу Земли, что сразу же ставит массу вопросов касательно надёжности и даже возможности такого рода конструкции, которую описывало NASA для своего посадочного модуля.
Кроме того, пиковая перегрузка в 14g, безусловно, была бы совершенно не «курортным испытанием» для возвращающихся американских астронавтов, что наглядно видно на графике перегрузок для однократного и двойного входа в атмосферу Земли.

График перегрузок при заходе в атмосферу Земли с лунной облётной траектории. Красная линия — вариант «Союза»-«Зонда», синяя линия — вариант «Аполлона».

Интересен и ещё один факт, достаточно подробно изложенный вот в этом переводе оригинальной статьи новозеландского автора Фила Коутса, впервые опубликованной на сайте «лунных скептиков».
Однако, как я уже много раз писал, разбор старых мифов или достижений никак не приблизит нас к решению уже давным-давно назревшего вопроса «когда же мы, наконец, вернёмся на Луну?», в силу чего я оставляю на ваш суд анализ всяческих теорий о спуске «Аполлонов» в земной атмосфере, как и просмотр вот этих документальных кадров с приводнением «Аполлона-13» в акватории Тихого океана и прыжками астронавтов после перегрузок в 14g. Каждый в наш информационный век волен верить в своих драконов.
А сам я продолжу повествование о будущих лунных проектах.

Как же можно сегодня обеспечить безопасный и удобный облёт космонавта, тайконавта или даже любого космического туриста вокруг Луны а то, и упаси господи, посадку пилотируемого модуля на лунную поверхность? Да ещё и имея реально в распоряжении всего лишь стандартные тяжёлые ракеты, а не столь чаямый романтиками супертяж?

Во-первых, по сравнению с РН «Протон», которая планировалась к качестве ракеты для запусков «Зондов», сейчас в распоряжении России и Китая есть более мощные варианты вывода грузов на околоземную орбиту. Так, ракета «Ангара-А5» даже без водородной верхней ступени, исключительно на керосине, может забросить на низкую околоземную орбиту около 24,5 тонны полезной нагрузки. Это на 1,5 тонны больше, чем грузоподъёмность «Протона», плюс, в отличии от старичка, унаследовавшего токсичную топливную пару НДМГ+АТ от своего предшественника, МБР УР-500, в «Ангаре-А5» используется только керосин, что делает её старты более безопасными с точки зрения нештатных ситуаций на стартовом столе и в начале полёта.



Лишние полотры тонны полезной нагрузки на НОО — это около 700 кг дополнительного веса на траектории полёта к Луне. Что позволяет, вместе с минитюаризацией систем управления, с повышением эффективности солнечных батарей и массой других приятностей технического прогресса и в самом деле вернуть лунному облётному кораблю исходный облик «Союза» 7К-ЛОК, уйдя от «кастрированного» и максимально облегчённого варианта «Зонда» 7К-Л1.

Похожие возможности в деле совершенствования уже обкатанной на беспилотном аппарате «Чанъэ-5Т1» концепции есть и у китайцев, с учётом успешных испытаний отдельных компонентов их стандартного тяжёлого носителя, «Чанчжэн-5».
Китайцы, ничтоже сумняшеся, в своей обычной манере скопировали кислородно-керосиновые двигатели РД-170 советского КБ «Энергомаш» разработки 1976-1988 годов, летавшие на РН «Энергия».
Фактически китайцы, конечно, получили лишь часть конструкторской документации по РД-170, в силу чего их двигатель получился хоть и похожим на советский прототип, но всё же во многом оригинальной китайской конструкции.
Интересно и то, что клоны и модификации оригинального РД-170 сейчас используются на российских РН семейства «Ангара», на украинской РН «Зенит», в новом российско-казахском проекте РН «Сункар» и даже в американской РН «Атлас».
На основании модификации оригинального РД-170, названной РД-171, планируется и создание гипотетической сверхтяжёлой ракеты «Роскосмоса», о которой я упомянул в начале статьи. В общем, никто не знает, на чём люди снова полетят на Луну, но то, что советский РД-170 в этом примет участие — практически запрограммировано.

Китайский «Чанчжэн-5», как и российская «Ангара-А5, построен по модульному принципу: небольшие блоки ракеты тестируются на заводе и по отдельности прибывают на стартовую площадку.

Полезная нагрузка «Чанчжэн-5» задекларирована на уровне в 25 тонн на НОО: китайцы собираются вывести на низкую околоземную орбиту на полтонны больше, чем выводит сейчас российская «Ангара-А5» и на две тонны больше, чем выводит «Протон».
Ждать демонстрации нам осталось совсем недолго: три дня назад первые блоки новой РН «Чанчжэн-5» уже начали уезжать на стартовую площадку с построенного в китайском городе Тяньцзинь мега-завода для производства компонентов и блоков новой китайской ракеты.
Вчера первый блоки ракеты «Чанчжэн-5» были уже погружены на борт судна, которое доставит их к космодрому Вэньчань на острове Хайнань, где новая китайская тяжёлая ракета и будет запущена, скорее всего — уже до конца текущего года.



Включились уже без дураков в новую лунную гонку и американцы.

18 августа 2016 года наконец-то были проведены огневые испытания нового (или старого?) кислордно-водородного двигателя RS-25, который раньше использовался на второй ступени «Спейс Шаттл», а теперь планируется к использованию для нового сверхтяжёлого американского ракетоносителя SLS, который по факту представляет из себя «творческое LEGO» из всех американских ракетных наработок 1960-1980х годов.

Несмотря на заявления о разработке сверхтяжёлой ракеты, прозвучавшие от «Роскосмоса», основные усилия концерна всё-таки направлены пока что на новый завод в Омске, который должен выпускать ракетные блоки «Ангары», как «горячие сосиски», по меткому определению Никиты Хрущёва.

Выглядит это начинание ничуть не хуже, чем у китайцев или у американцев, осталось дело за малым: подтвердить всё это успешными пусками «Ангары».



Ну а дальше, как и в случае первой лунной гонки 1960х годов, встанет вопрос: а как долететь и сесть на Луну с минимумом затрат.
Ведь, как ни крути, но даже американский сверхтяжёлый SLS пока что, на существующих компонентах, не дотягивает до грузоподъёмности «Сатурна-5» Вернера фон Брауна или даже королёвской Н-1. Всё-таки SLS Block I, вокруг которой пока что сосредоточены основные работы и надежды NASA — это не 140 тонн на НОО и даже не 90 тонн, а всего лишь 70.

Откинув же пока планы «Роскосмоса» на сверхтяжлую ракету, как малореальные, для России и Китая надо признать, что оперировать этим странам придётся и того более скромными возможностями — их самые тяжёлые ракеты смогут выводить не более 24-25 тонн полезной нагрузки на НОО.

В силу чего — снова-таки надо будет возвращаться к многопусковой схеме и к стыковкам на околоземной орбите, чтобы даже в таком усечённом варианте обеспечить доставку грузов и, возможно, людей, на поверхность нашей Луны.
После чего, как я сказал, вопрос о том, а «были ли американцы на Луне» наконец-то потеряет ту самую сакральную актуальность, которую во многом подпитывает тот прискорбный факт, что сегодня никого из людей — русских, американцев или китайцев на Луне таки нет...

Алексей Анпилогов