Задача отправки людей на поверхность Луны и возврата их на Землю — это задача массы выводимой на околоземную орбиту полезной нагрузки. Больше выводим на околоземную орбиту — больше можем отправить по направлению к Луне, более простую схему доставки и возврата людей назад можно использовать.
Об этом мы и поговорим в рамках небольшого цикла статей, в которых постараемся определить, каким образом нынешние Китай и Россия могут включиться в пилотируемые программы освоения Луны, испытывая обычные финансовые и технологические трудности, связанные с реализацией сложных, комплексных и затратных программ.
Исторически США и СССР использовали три проекта достижения Луны — советские программы «Протон-Зонд» (облётная) и Н1-Л3 (посадочная) и американская программа «Сатурн-Аполлон», которая сочетала в себе как облёт нашего естественного спутника Земли, так и высадку астронавтов на его поверхность. Анализируя опыт, достижения и неудачи этих программ, как и некоторых других менее известных наработок в «лунной гонке», мы сможем и во многих деталях предугадать будущее развитие нынешних российской и китайской лунных программ.
Все предыдущие программы пилотируемого освоения Луны строились на пределе технических и экономических возможностей обеих сверхдержав, которые вложили в так называемую «лунную гонку» практически невозможные по меркам современности ресурсы. Достаточно сказать, что, согласно анализу, период 1964-1973 годов, когда в США осуществлялась программа «Сатурн-Аполлон», вообще был единственным периодом в истории США, когда Америка стабильно больше 1% своего национального бюджета (в 1965-1966 годах — даже 4,5%), а расходы на космос (о, ужас!) составляли до 80% от оборонного бюджета США. На пике программы, в 1966-м году, в НАСА и в её подрядных организациях работало более 400 000 человек — Соединённые Штаты и в самом деле бросили в «лунный прорыв» всё лучшее, что у них было, во многом оголив смежные и конкурирующие с космосом отрасли.
Понятное дело, такое уничижительное для генералов и адмиралов положение вещей долго продолжаться не могло, в силу чего Вернера фон Брауна, в котором он пытался повторить и развить успех, достигнутый им в рамках лунной программы США, был отвергнут Конгрессом США, как «нереалистичный».
Хотя сама программа была просто грандиозная: обитаемая станция на орбите Луны в 1978 году и такая же станция, но уже на поверхности Луны в 1980-м, космическая орбитальная станция на 50 человек к тому же 1980 году, и на 100 человек — к 1985, экспедиция на Марс на двух кораблях в 1983. Плюс ко всему — всё это обеспечивается новым космическим челноком многоразового использования.
Пиковые траты по этой космической программе планировались на уровне в 10 млрд. долларов в год, при том, что вся предыдущая лунная программа США стоила по совокупности около 25,4 млрд. долларов США, которые были «размазаны» на практически 10-летнем периоде.
Безусловно, будь у США тот же самый запал, что возник у них после запуска Советским Союзом первого спутника Земли и первого человека в космос, эту программу можно было реализовать. Но, в реальности, даже к 1969-му году у США возникла масса иных забот, страну подтачивала продолжающаяся война во Вьетнаме, экономика понемногу замедлялась после «золотого американского века» 1950-1960-х, а космосом интересовалось всё меньше людей и, как следствие — налогоплательщиков.
В итоге Вернера фон Брауна с его романтикой в конце 1960-х годов практически отодвинули от будущих проектов в космической отрасли, а сама программа «Сатурн-Аполлон» на своём излёте выдала лишь мелкие брызги в виде орбитальной станции «Скайлэб» и совместного советско-американского полёта «Союз-Аполлон».
«Стыковка на орбите, Восток встречается с Западом». Фотосессия из журнала «Плейбой», 1975 год. О Марсе и Луне уже все, в общем-то, забыли.
Построенная и запущенная в рамках лунной гонки американцами супер-ракета «Сатурн-5» оказалась практически избыточной для массы применений вне самой лунной гонки.
Уже указанные колоссальные расходы американцев на лунную программу «Сатурн-Аполлон» во многом определялись именно сверхрасходами на каждый из запусков «Сатурн-5». В ценах 1965-1973 годов каждый из запусков «Сатурна-5» обходился в сумму около 200 млн. долларов, что в ценах 2014 года соответствует где-то 1,2 млрд. долларов.
Единственной же полезной нагрузкой за пределами космической программы США для «Сатурна-5» оказалась околоземная орбитальная станция «Скайлэб», запущенная в 1973 году.
Кроме того, стоит учесть, что даже по нынешним меркам соврешенство «Сатурна-5» достигалось в 1960-е годы во-многом за счёт использования весьма дорогостоящих и экзотических материалов — тугоплавких и жаростойких никелевых сплавов, прочных алюминиевых и титановых сплавов, а также лёгкого бериллия. Тогда все эти материалы стоили относительно дешевле нынешних цен на них.
Все запуски «Сатурна-5» — от первого и до последнего.
Но такова была цена беспроблемного полёта к Луне — меньшая ракета-носитель просто не позволяла уместить в выводимую ею полезную нагрузку все необходимые для полёта на Луну компоненты.
Высокую стоимость запуска «Сатурна-5» можно косвенно оценить и по нынешним заявлениям чиновников НАСА, касающихся новой американской , SLS.
Основным опасением при её создании, как ни странно, является не техническая или технологическая сложность (тут всё просто, как часто и бывает в космической отрасли тут действует принцип «а давайте возьмём молоток побольше»), а именно финансовые показатели.
Так, в том числе и за счёт использования уже отработанных компонентов от программы «Спейс Шаттл» и, возможно, даже модифицированных двигателей от «Сатурна-5», стоимость нового носителя SLS по расчётам около 500 млн. долларов в ценах 2014 года, что всё-таки составляет не более 40% от стоимости старичка «Сатурна-5» и лишь около трети стоимости единичного запуска (более 1,5 млрд. долларов) оказавшегося финансовой катастрофой программы «Спейс Шаттл».
Интересно и то, что даже монстр вида «Сатурна-5», на создание которого пришлось ассигновать 0,5% американского ВВП, 4,5% бюджета и привлечь чуть ли не полмиллиона людей, был недостаточен для реализации так называемой «прямой» схемы высадки на Луну, когда все последующие операции — торможение на окололунной орбите, высадку на поверхность, взлёт с неё и возвращение на Землю, производятся с помощью одного-единственного аппарата. В такой идеологии строилась ранняя американская лунная пилотируемая программа, , для которой даже были исполнены в металле , но она так и не смогла «взлететь», так как ценник необходимой для её воплощения был не просто «конским», но уже каким-то просто «слоновьим».
Посадочный и возвращаемый модули программы Lunex. Общий вид и чертёж.
Посадочный и возвращаемый модули программы Lunex выглядят совершенно футуристично даже сейчас: вертикальная мягкая посадка всей 15-метровой «башни» лунного модуля на Луну, вертикальный взлёт возвращаемого отсека, двойной вход в атмосферу Земли «по-самолётному», подобно будущим «Спейс-Шаттлам», посадка на обычные ВПП, сохранение модуля для будущих полётов.
Однако вся эта красота упиралась в одно-единственное ограничение: для всей инженерной красоты Lunex-а нужна была ракета с грузоподъёмностью минимум в 170 тонн, которая бы смогла вывести на траекторию полёта к Луне необходимые 68 тонн конструкции Lunex-а.
Похожий одностадийный, «прямой» подход исповедовала и ранняя советская программа пилотируемого исследования Луны. В советском варианте старт к Луне в одностадийном варианте должен был осуществляться с помощью столь же монструозной, как и так и не созданная американцами «Нова», ракеты УР-700, «старшей сестры» нынешнего «Протона», УР-500.
Как и в случае американского «Аэроджета», который оставил нам в наследство от «Новы» без преувеличения самый большой из когда-либо созданных человечеством твердотопливных двигателей, проект УР-700-ЛК-700 ознаменовался созданием однокамерных жидкостных реактивных двигателей, :
Фотографии музейного образца РД-270.
Однако, кроме РД-270, который без преувеличения мог бы стать очень достойной машиной, в результате почти что десятилетних усилий и работ над комплеком УР-700-ЛК-700 было сделано до обидного мало. Несмотря на достаточно серьёзные усилия в деле создания УР-700, несмотря на масштабную поддержку её главного конструктора, Челомея, со стороны военного ведомства СССР, её стоимость оказалась просто неподъёмной для СССР. В итоге же, уже к 1970-му году все работы над проектом УР-700-ЛК-700 были свёрнуты — вперёд ушли другие проекты, которые как в США, так и в СССР использовали более простые, комбинированные схемы полёта и высадки на Луну.
В итоге проект ЛК-700 так и остался «проектом будущего»: в СССР тоже (и в первую очередь — по финансовым, а не по техническим показаниям) не смогли создать ракету, способную вывести на низкую околоземную орбиту не меньше 150 тонн груза и забросить на траекторию к Луне минимум 70 тонн.
Макет посадочной и взлётной ступеней лунного модуля программы УР-700-ЛК-700.
Конечно, как и в случае с американской «Новой», проект УР-700 был где-то на грани достижимого в ракетной технике. В нижних ступенях ракет использовался весьма токсичный несимметричный диметилгидразин (НДМГ) в паре с не менее ядовитым азотным тетраксидом (АТ), а разгонный блок вообще хотели сделать на весьма экзотической и тоже токсичной паре фтор-водород.
Однако основной причиной закрытия программы ЛК-700 стала именно финансовая: СССР просто не «тянул» сразу все начатые в ранних 1960-х годах программы пилотируемого освоения Луны.
Сравнительные размеры (слева направо): корабль программы «Аполлон», корабль программы Н1-Л3 с разгонным блоком Д, лунный корабль ЛК-700.
Этапы полёта корабля ЛК-700 до Луны и обратно.
В итоге и в США, и в СССР отказались от прямых, одностадийных схем полёта к Луне. Даже в момент наивысшего расцвета космонавтики, когда обе супердержавы тратились на космос не по остаточному принципу, создание ракеты с грузоподъёмностью в 150-200 тонн на низкой околоземной орбите и 70-100 тонн на траектории полёта к Луне (по «правилу стелля», хороший криогенный блок может обеспечить столько же от грузоподъёмности к Луне, сколько и весит сам, для «керосинки» параметры немного хуже), оказалось им не по плечу — в первую очередь из-за неподъёмной стоимости такого сверхсупертяжа.
В итоге и СССР, и США использовали проектирования для полёта к Луне схему, предложенную советским учёным (Шаргеем), которую впоследствии назвали «трассой Кондратюка».
В отличии от прямых схем, схема Кондратюка обеспечивала лучшее весовое совершенство, за счёт того, что лунный корабль разделялся на две части: орбитальную и посадочную, каждая из которых концентрировалась на своей задаче: либо на обеспечении манёвров на пути к Луне и обратно, либо же на посадке на поверхность нашего искусственного спутника. Дублирование некоторых конструкций и систем жизнеобеспечения в этом случае окупалось тем, что необходимый для обратного манёвра к Земле запас топлива не сажали и не поднимали на Луну, а сам лунный модуль — не тащили назад с Луны или к Земле, бросая его частями по дороге домой.
«Трасса Кондратюка», ставшая уже классической после реализации программы «Аполлон», возникла лишь по причине того, что «Сатурн-5» мог вывести на траекторию полёта к Луне «всего лишь» 47 тонн груза.
Именно ограничения на грузоподъёмность и без того немальнекого и очень недешёвого «Сатурна-5» определили итоговый выбор «трассы Кондратюка» для программы «Сатурн-5-Аполлон».
Однако, не лучше, а даже намного хуже обстояли дела с основной лунной программой в СССР. Лунная программа СССР, которая базировалась на использовании такой же дорогой и мощной ракеты Н-1, по своим параметрам совершенно не дотягивала до возможностей УР-700 или даже «Сатурна-5».
В последних модификациях Н-1 могла вывести на низкую околоземную орбиту не более 100 тонн, а к Луне отправить и того меньше — не более 36 тонн.
Такой небольшой вес советского «лунника» при сравнимых с «Сатурном-5» размерах и массе самой Н-1 определялся тем, что все ступени Н-1, включая и разгонный блок Д, были керосиновыми, в то время, как американцы на верхних ступенях «Сатурна-5» использовали более мощную пару водород-кислород, которая обеспечивала лучший удельный импульс, особенно в космосе, что было критически важно для разгона аппаратов к Луне.
Уникальная фотография: две ракеты Н-1, стоящие рядом, на соседних стартовых столах, лето 1969 года. 3 июля 1969 года, за две недели до полёта «Аполлона-11» одна из этих ракет взорвётся на 23-й секунде полёта и разрушит оба стартовых стола.
Программа Н-1 наглядно показала все трудности, связанные с созданием тяжёлых ракет-носителей: практически штучные изделия так и не удалось наладить сборкой непосредственно на пусковой площадке, а финансовые трудности не позволили СССР в то время создать прямо на Байконуре (монтажно-испытательный комплекс). С другой стороны, как показал последующий опыт не менее сложного проекта «Энергия-Буран», создание хорошего МИК, который позволяет проводить все операции не под открытым небом, дождём, ветром и снегом, позволяет избежать массы брака даже на таких сложных и комплексных проектах, как сверхтяжёлые ракетоносители.
Однако, как показывает нынешнее состояние экономики России, которое не позволяет в полной мере финансировать даже «Роскосмоса», и отнюдь не безграничные возможности Китая — в отличии от США, у России и Китая очень немного возможностей построить новые или возродить производство старых сверхтяжёлых носителей. В силу этого при анализе будущих возможностей освоения Луны нам стоит более внимательно посмотреть не на программу Н1-ЛЗ или «Сатурн-5-Аполлон», а на «вторую линейку» лунных программ.
Облётная программа «Зонд», которую СССР реализовывал с помощью проверенной, но маломощной для Луны ракеты «Протон», тоже безбожно отставала по срокам от мощных усилий американцев, да ещё и поддержанных столь весомыми финансовыми вливаниями в рамках единой программы «Сатурн-Аполлон».
В итоге, поскольку основной задачей облётной программы «Зондов» мыслился приоритет в пилотируемом облёте Луны советскими космонавтами, работу над ней в 1970-м году свернули, так и не запустив космонавтов СССР к Луне. Однако на запусках «Зондов» были отработаны все этапы такого рода программы — от старта космического корабля к Луне и вплоть до возвращения спускаемого аппарата на Землю, с учётом двух маршрутов захода на обратную посадку — по «северной трассе», с приводнением в акватории Индийского океана и по «южной трассе», с приземлением на территории СССР.
Именно опыт программы «Протон-Зонд» будет интересен нам при анализе перспектив китайской (да и российской) программы возврата к пилотируемому освоению Луны, так как создание сверхтяжёлой ракеты-носителя пока что не представляется реалистичным ни в современной России, ни в нынешнем или будущем Китае. Те ракеты, которые либо есть, либо планируются к использованию в лунных программах России («Ангара-5») и Китая («Великий поход-5» он же «Чанчжэн-5», СZ-5) по грузоподъёмности относятся к тому же классу, что и использовавшийся в программе «Зонд» ракета-носитель «Протон», и значительно отстают по грузоподъёмности и от монструозного «Сатурна-5», и от королёвского супертяжа Н-1, который планировали использовать для запуска сцепки Л3-ЛК. В силу этого, как говорится, «по одёжке и протянем ножки».
Спускаемый аппарат «Зонда-7» в подмосковном выставочном зале МВТУ им. Баумана в Орево. Он облетел Луну!
Тем более, как вы заметили на первой фотографии — китайские космонавты в 2012-м году по-прежнему сидят на фоне всё той же «фары» от «Союза»-«Шеньчжоу»-«Зонда», которая облетела Луну при помощи достаточно скромного ракетоносителя и успешно вернулась обратно.
А это — «Шэньчжоу-5». Он пока что к Луне не летал, но вполне может.
И об этом — в следующем материале.
Оригинал взят у
© 2009 Технополис завтра
Перепечатка материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши правила строже этих, пожалуйста, пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.
