Вопрос по марсианскому спускаемому аппарату для пилотируемой экспедиции

Вопрос – что из себя должен представлять марсианский спускаемый аппарат, допустим на трех человек? Примерный облик, масса, размеры и т.д. Сколько ступеней будет? Что-то шатлоподобноое или что-то другое?
Сколько должен весить аппарат чтоб нескольких человек на марсианскую орбиту вывести? А перед этим обеспечить посадку на Марс и более-менее долговременное пребывание там…?

первая космическая для марса - 3.5 км/с . чтобы выйти на околомарсианскую орбиту с поверхности надо где-то 4 км/с . при старте на химических двигателях (гидразин) как раз на одну ступень , ну еще может потребуется довыведение двигателями модуля. Модуль на 3 человек + небольшой груз с небольшой автономностью, чтоб долететь до межпланетного корабля - это что-то вроде "Союза". Тонн на 6. Значит с поверхности должно стартовать тонн 25-27. А садиться тонн 30-35 (Большую часть скорости при посадке можно погасить об атмосферу , остатки погасить двигателями перед самим примарсением.) Такая оценка сверху.

И даже:

Ну вообще говоря в "Союзе" слишком много лишнего для взлёта с Марса. Так что тонны две-три скорее (без топлива)

Насколько понимаю - без резервного модуля всё равно не обойдётся.
Так пусть он образцы и тащит...
Т.е. после взлёта людей с него сбрасывается кабина, ставится заранее подготовленный контейнер с образцами и на орбиту.
А если не повезло - придётся обойтись килограммами с основного модуля...

Все равно как-то гложут сомнения по поводу «Союзовской» размерности – автономность ведь не только орбита-Марс-орбита лететь, еще нужно обеспечить пребывание (какое по длительности? Ну…пусть несколько дней) на поверхности Марса и какое-никакое научное оборудование…
Если примерно перед посадкой 30-35 минус взлетные 25-27 получим всего 5-7 тонн на топливо для торможения-посадки, тепловой экран (а он достаточно большой), научное оборудование, какую-нибудь драндулетку для поездок (по типу лунной для аполлоновских миссий) и на «автономность» в течении нескольких дней на марсианской поверхности. ИМХО маловато будет

Или массу как только можно минимизировать, но два модуля садить, – один пилотируемый и один снабжения/доставки образцов/резервный ?

>Люди значит улетели, а маленькие зеленые человечки должны значит горбатиться – всякие тяжести на резервный модуль грузить, а это им надо??? Или дистанционно управляемый автопогрузчик на Марс везти в место марсомобиля
На каком модуле взлетать - будет выбрано перед взлётом. Соответственно на второй сразу после этого можно ставить контейнер с образцами. Потому как если взлетать начали - отменить не получится. Тут даже САС бестолку - ну посадит она кабину в сотне км от места взлёта - а дальше что?

откуда вообще взялся второй модуль ?
из описания проекта Энергии :

Марсианский комплекс состоит из солнечного буксира массой 210–250 т с запасом рабочего тела 160 т, жилого (орбитального) модуля массой 80 т и посадочного аппарата массой около 60 т. В состав последнего входит взлетная ракета массой около 25 т.

Журнал "Новости космонавтики"

И даже:

Авиакосмические Системы : О комапании

 

- Пап, а правда что снежные люди существуют?
- Нет малыш, - это фантастика.

Mathieus> откуда вообще взялся второй модуль ?
Mathieus> из описания проекта Энергии :

Описание-описанием, а за космонавтов тревожно как-то, подстраховаться хочется

Мало ли что при посадке со спускаемым аппаратом может быть, например может получить небольшие повреждения которые однако сделают невозможным или рискованным взлет…
А так сперва сажаем резервный СА, удостоверяемся что с ним все в порядке, а потом уже с людьми…

Вопрос по поводу энергиевского проекта - что ЯРД не хотят понятно – сложно, дорого, конструкция не отработанна, технически риск и т.д.
Но солнечные батареи таких размеров и конструкции по большому счету еще никто не делал, с парусниками(конечно другая опера, но все же) у нас проблемы были – не раскрывались, да и в полете с приводами что случится или еще что-нибудь…
А почему ЭРД не запитать от обычного реактора, типа тех что на применяется подлодках ( модифицированного конечно)?

Можно и так - но не факт, что КПД будет выше...
И опять же - проблема в выводе ядерного топлива на земную орбиту.
А чем и как в межпланетном пространстве двигать - до лампочки - от нас далеко однако...
Амцы для избежания всего этого и хотят с Луны запускать...

Dem_anywhere

Можно и так - но не факт, что КПД будет выше...

 

Факт, факт. Начиная с мощностей где-то в десятки-сотни киловатт реактор однозначно выгоднее по массе, чем солнечные батареи (и, кстати, выгоднее, чем изотопные генераторы).
В случае с реактором он при выведении не представляет никакой опасности вообще, там только "чистенький" уран, а активная гадость еще не наработалась. В этом плане изотопные генераторы куда опаснее, но ведь летали, и не раз.

Реакторы, паруса, километры СБ, сотни тонн при отлете. Может проще небольшой кораблик и анабиоз? Кто-нибудь знает, какие достижения в этой области?

И никаких проблем с психологической несовместимостью во время длительного перелета

Fakir>Факт, факт. Начиная с мощностей где-то в десятки-сотни киловатт реактор однозначно выгоднее по массе, чем солнечные батареи (и, кстати, выгоднее, чем изотопные генераторы).
Я не с СБ сравнивал, а с ЯРД СБ конечно в пролёте

"Опасность при выведении" - это в основном вопли зелёных. Хотя они вроде в какой-то договор вылились

Эффективность солнечных батарей на земной орбите сейчас может превышать 300 Вт на квадратный метр. Около Марса соответственно порядка 150.
Чтобы получить мощность, ну скажем 10 МегаВатт на марсианской орбите необходима квадратная батарея размером 260 x 260 метров. Если учесть, что уже сейчас существуют технология солнечных батарей, которые наносятся на тонкую, гибкую пленку, то развертывание такой конструкции на орбите не является непреодолимой инженерной задачей.
Если же проанализировать плюсы и минусы СБ и ядерного реактора, то я придумал только одно преимущество реактора перед солнечными батареями: высокая парусность конструкции. То есть, чтобы станция не тормозилась верхними слоями атмосферы, то станцию придется держать на более высокой орбите, чем скажем МКС, разворачивать батареи параллельно поверхности планета и т.д. Хотя это достаточно эмпирическое умозаключение, и возможно расчеты покажут, что я ошибаюсь.
Зато из плюсов:
- несопоставимо более высовая надежность системы (уже после развертывания). То есть ломаться там, в отличие от ядерного реактора вроде бы вообще нечему. (Представьте себе последствия выхода реактора из строя на пути к Марсу. Экипаж ожидает весьма неприятная долгая смерть от удушья или от холода)
- возможность разделить батареи на множество сегментов, выход одного из которых практически не повлияет на надежность всей системы в целом.
- нет необходимости защищать экипаж и аппаратуру от радиации реактора
- нет необходимости в обслуживании (перегрузка топлива реактора, замена жидкостей в контурах реактора и т.д. - удовольствие не из веселых)
- практически неограниченный срок службы (считается, что за 25 лет эффективность солнечных батарей падает на 10
- не будет проблем с общественным мнением по поводу экологичности системы (не стоит так уж игнорировать эту проблему)


Кстати, еще по поводу минусов реактора. От реактора необходимо отводить тепло. Причем мощность отводимой тепловой энергии должна где-то на порядок превышать номинальную мощность реактора (то есть для нашего 10 мегаватного реактора надо отвести порядка 100 мегаджоулей в секунду (это теплота сжигания 15 тонн бензина в час !!!)). Даже на земле (или на корабле) это является серьезной проблемой. Обычно это двухконтурная система охлаждения, а второй контур охлаждается уже воздухом атмосферы или вода из резервуара испаряется в атмосферу, унося тепло. То есть реактор на земле не является замкнутой системой, взаимодействуя с атмосферой или с природными водоемами. И даже в этом случае, система охлаждения реактора это вероятно наиболее громоздкая и тяжелая часть реактора. А ведь реактор в космосе по сути - замкнутая система. Отдать тепло некому, воды или атмосферы нет. Только путем излучения с радиаторов. И у меня есть серьезные основания полагать, что если мы подсчитаем размеры радиаторов, которым нужно излучить 100 мегаватт тепловой энергии и при этом не расплавиться, то как бы они не были сопоставимыми с нашими солнечными батареями.

WildPig> Чтобы получить мощность, ну скажем 10 МегаВатт на марсианской орбите необходима квадратная батарея размером 260 x 260 метров. Развертывание такой конструкции на орбите не является непреодолимой инженерной задачей.
Вы забываете, что КПД пленочных СБ всего 6%, что в 3 раза меньше (6%=100 Ватт/кв.м) Ваших пресловутых 300 Ватт/кв.метр. Т.е. имеем существенное увеличение площади СБ и протяженности ферм. Да, развертывание такой конструкции не является непреодолимой задачей - так же, как и альтернативная разработка ЯЭУ.
Я с трудом могу себе представить динамические нагрузки и колебания многосотметровой ажурной ферменной системы, а так же гигантских полотнищ СБ, при микроперегрузках от работы маршевого РД и РД системы ориентации. Не факт, что по весу такая система окажется легче, чем ЯЭУ. Я уж не говорю о том, что динамика таких конструкций совсем не исследована.
WildPig> Зато из плюсов: - несопоставимо более высовая надежность системы (уже после развертывания). То есть ломаться там, в отличие от ядерного реактора вроде бы вообще нечему. (Представьте себе последствия выхода реактора из строя на пути к Марсу. Экипаж ожидает весьма неприятная долгая смерть от удушья или от холода)
Ломаться там тоже есть чему - энергопреобразователи, системы ориентации на Солнце и т.д., хотя и верно, что эта система проще на порядок.
Но даже заглушенный ЯР выделяет достаточно остаточного тепла для питания жизненно важных систем КК. На случай полного отказа ЯЭУ мона и нуна предусмотреть аварийный источник энергии, работающий на топливе для торможения и посадки на Марс. Как вариант - аварийные СБ.
WildPig> - возможность разделить батареи на множество сегментов, выход одного из которых практически не повлияет на надежность всей системы в целом.
На ЯР тоже можно дублировать критические узлы и механизмы - насосы, холодильники и т.д. Мона вообще поставить не 1 ЯР по 10 МВатт, а 2 ЯР по 5 МВатт. И вообще, системы ЯР по-любому должны пройти длительные ЛКИ, в т.ч. и беспилотные полеты к Марсу/Венере с возвратом - с приборами ДЗ в качестве ПГ, с доставкой топлива/ландера/домика/ресурсов СЖО к Марсу и т.д. Перед отлетом нового КК к Марсу желательно совершить тестовый облет Луны для обкатки/тестирования систем.
WildPig> - нет необходимости защищать экипаж и аппаратуру от радиации реактора
Решение тривиально - ферма + теневая биозащита.
WildPig> - нет необходимости в обслуживании (перегрузка топлива реактора, замена жидкостей в контурах реактора и т.д. - удовольствие не из веселых)
Никто этого делать и не собирается - закладываемся на необслуживаемый ЯР. После выработки гарантийного ресурса - грузится телескопами, радаром, ландерами и отправляется к одной из внешних планет в качестве супер-АМС. Как вариант - самоходом идет на Солнце на утилизацию.
WildPig> - практически неограниченный срок службы (считается, что за 25 лет эффективность солнечных батарей падает на 10
Если это воопче не лажа, то тока для земных условий. В условиях космоса СБ деградируют существенно быстрее.
WildPig> - не будет проблем с общественным мнением по поводу экологичности системы (не стоит так уж игнорировать эту проблему)
Если уж с РИТЭГами экологи утерлись, то с радиационно-безопасным ЯР проблем никаких не будет, тем более на такое дело. Для особо нервных мона поставить САС.
WildPig> От реактора необходимо отводить тепло. Причем мощность отводимой тепловой энергии должна где-то на порядок превышать номинальную мощность реактора ... путем излучения с радиаторов
КПД в 10% явно занижено, и намного. Опять передергиваем? Эффективность радиаторов существенно больше СБ на единицу площади, я бы оценил - на порядок больше, особенно в районе Марса. А капельные радиаторы еще и не боятся микрометеоритов...
Дополнительные плюсы ЯЭУ:
- дармовая защита от солнечных вспышек;
- просто обеспечить искусственное тяготение;
- очень БОЛЬШОЙ плюс - разработанная для марсианского КК ЯЭУ может без изменений использоваться на стационарных лунных и марсианских базах.

Резюме: Ваш обзор явно необъективен и тенденциозен в пользу СБ. Не вижу смысла вкладывать ресурсы в тупиковую ветку межпланетных пилотируемых КК с СБ. Они не имеют реальных возможностей по увеличению мощности - а это нужно для увеличения ПН и уменьшения длительности перелета. ИМХО - будущее за ЯР, дело за политической волей для этого.

Вообще-то, самым вероятным способом стартовать с Марса считается посадка пустого топливного бака и заправка его метаном, добытым на месте. Так что 35 тонн это, видимо, многовато.

P.S. Вот, кстати, выцарапал из руин НК.

http://http://www.geocities.com/czpanorama/mars2.jpg [zero size or time out]

Планетарный пилотируемый аппарат для кругомарсианских перелетов. Садится по частям, из трех боковых и одного центрального блока. Космонавты прилетают на Марс в центральном модуле и собирают из отдельно севших трех баков такой вот аппарат. Живут в пустых отсеках, пока поочередно не заполнят наработанным метаном и окислителем. Когда жить становится негде, перелетают на новое место. Для облегчения посадки челнока баки сбрасываются, в радиусе нескольких километров от посадки. во время вылазок трактором приволакивают к центральному модулю. после выполнения кругосветной экспедиции баки компонуются вертикально с центральным модулем наверху. Старт в режиме обычной РН. Довыведение твердотопливным двигателем пилотируемого модуля и многоразовым планетарным реактивным двигателем агрегатного отсека.
Да, перекликается с идеей про лунные баки, но кто-то в америке предлагал строить отель из пустых цб шатлов.

Космонавты прилетают на Марс в центральном модуле и собирают из отдельно севших трех баков такой вот аппарат. Живут в пустых отсеках,

 

питаясь горохом,

...пока поочередно не заполнят наработанным метаном

 

Waldi

КПД в 10% явно занижено, и намного.

 

Не, примерно так и есть. К сожалению...

И вообще, системы ЯР по-любому должны пройти длительные ЛКИ, в т.ч. и беспилотные полеты к Марсу/Венере с возвратом - с приборами ДЗ в качестве ПГ, с доставкой топлива/ландера/домика/ресурсов СЖО к Марсу и т.д.

 

На базе такой унифицированной ЯДУ можно и нужно также делать зонды к внешним планетам.

Ломаться там тоже есть чему - энергопреобразователи, системы ориентации на Солнце и т.д., хотя и верно, что эта система проще на порядок.

 

Кроме этого, могут возникнуть проблемы из-за взаимодействия этих огромных батарей со струёй комплекса ЭРД - я уже много раз обращал на это внимание. У современных серийных СПД на ксеноне полуугол расхождения струи - 45 градусов. На более совершенных лабораторных образцах 2-го поколения вроде бы удавалось уменьшить до 15 градусов, но и это не так уж мало - учитывая размеры панелей.

КПД в 10% явно занижено, и намного.

 

Fakir> Не, примерно так и есть. К сожалению...
Ну, может быть, я и обшибся. Вообще-то я ориентировался на кпд промышленных реакторов ВВЭР (28-31%) и английских газовых ЯР (до 40%). Я в курсе, что они имеют мощность на 2 порядка больше, чем рассматриваемый. Так что на подобный высокий кпд рассчитывать всяко не приходится.
Но если принять за основу одноконтурную схему ЯР с газовой турбиной, а в контур холодильника поставить еще и аммиачную турбину, то имхо 10% кпд - это явно преуменьшено, и сильно...
Интересно бы посмотреть на сравнительный обзор б.м. реализируемых схем космических ЯЭУ размерностью в единицы-десятки МВт (с машинными, МГД-, и т.д. преобразователеми), буде таковое есть в сети...

Fakir> Кроме этого, могут возникнуть проблемы из-за взаимодействия этих огромных батарей со струёй комплекса ЭРД
Ну в энергиевской схеме марсианского КК этот эффект, очевидно, должен паририроваться ромбовидной формой СБ. Но кто сказал, что обязательно должны быть ионники? М.б., лучше поставить МПД? Как у них там с УИ, тягой и углом расхождения струи?

Вспомнил еще 2 аргумента в пользу ЯЭУ:
- сборку и старт КК мона провести с низкой LEO - нет влияния атмосферы на паруса;
- в 2 раза короче фаза разгона до 2й космической - не мешает тень.

ИМХО, солнечные буксиры в размерности десятки-сотни кВт - как в варианте прямого нагрева РТ, так и в комбинации ЭРД с СБ или Стирлингом - вполне имеют право на жизнь - на линии Земля-Луна. При условии, что программу освоения Луны не свернут... Хотя я бы и тут скорее на ЯРД ставил...
А для Марса - потребные мощностей в единицы-десятки МВт - СБ+ЭРД получаются слишком монструозными, тем более далеко за орбитой Земли.