Исторический прорыв от Роскосмоса: грузы на Луну будет доставлять «Зевс»
В древнегреческой мифологии Зевс — грозная карающая сила, иногда его ассоциируют с судьбой
И выбор названия был сделан в пику американской лунной программе «Артемида», чтобы показать, кто на Олимпе Хозяин. Ведь именно Зевс в древнегреческой мифологии является отцом Артемиды.
Если не углубляться в мифологию, а говорить про факты, то в России сейчас идут опытно-конструкторские работы в рамках проекта «Нуклон» по разработке космического тягача с ядерной установкой в 0,45 Мегаватт. Для понимания — это 40-50% мощности блока современной АЭС. Мощность солнечных батарей МКС — около 100 кВт (126 в начале и около 80 сейчас из-за износа). А тут — почти в 5 раз больше.
Создание элементов ядерного буксира на основе ТЭМ с ядерной энергоустановкой в России ведется с 2010 года. Сам реактор уже существует «в железе», разработана документация на модуль служебных систем, создан конструкторский технологический макет несущих ферм, технически решён вопрос сброса излишков тепла в космическое пространство. Планируется, что на орбиту буксир попадёт к 2030 г. для летных испытаний, после чего собираются приступить к его серийному производству и коммерческому использованию. Тягач будет постоянно находиться в космосе, не садясь на планету, и сможет доставлять 10 тонн груза на Луну за 200 суток.
Кто-то решит что 200 суток до Луны — это что-то очень и очень медленное, но окажется не прав. Надо понимать, что буксир служит для доставки грузов, а не для гонок. Здесь имеет первоочередное значение не скорость, а вместимость и цена за килограмм забрасываемого веса. Отдельно надо подчеркнуть, что и 10 тонн к Луне ни одна из существующих ракет не потянет.
Химические двигатели, как у привычных для нас ракет, дают быстрый разгон, но их импульс длится всего несколько минут. У этого буксира будут ионные двигатели, получающие энергию от ядерного реактора. Прирост скорости с двигателями, основанными на таких принципах – небольшой, всего порядка ста метров в сутки, но они будут работать всё время полёта, сотни дней, в первой пути половине разгоняя корабль, во второй – тормозя его. Путь комплекса к Луне с околоземной орбиты будет напоминать постепенно раскручивающуюся и ускоряющуюся спираль. Отправляющийся 55-тонный поезд будет состоять из транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) весом 35 тонн и присоединяемого к нему модуля с полезной нагрузкой (МПН) где будет 10 тонн топлива (ксенон) и 10 тонн научных приборов и оборудования для изучения с орбиты Луны либо полезные грузы для доставки их на поверхность спутника Земли.
Реализуемый российский проект позволяет использовать силы для исследования и освоения космоса намного более рационально, потому что применять сверхтяжёлые ракеты, которые ещё только будут созданы, для постоянной челночной работы — это неподъёмно для любой, даже самой богатой страны. Хотя, надо понимать, что и без сверхтяжёлой ракеты для быстрого пилотируемого полёта при освоении Луны не обойтись, но пусть пока что российский «сверхтяж» «Енисей» спокойно проектируется.
На орбиту комплекс выведут двумя запусками ракет «Ангара». ТЭМ доставит на опорную орбиту 900 км ракета-носитель тяжёлого класса «Ангара А5В», а модуль с топливом и полезной нагрузкой поднимет её более лёгкий собрат «Ангара А5». Авария модуля с реактором при запуске не страшна в плане радиационного заражения. Уран мало радиоактивен (в том числе 235U), к тому же ТВЭЛы, топливо для реакторов – это весьма прочные трубки, которые вряд ли разрушатся даже при взрыве ракеты. Реактор активируется не ниже 900 км, и тогда уже его начинка становится очень радиоактивной. Но опускать ниже 900 км систему не будут, на такой высоте это может существовать веками, не падая на Землю.
В чём огромный плюс «Зевса» – запуск его реактора не означает, что он должен работать непрерывно. Предполагается, что реактор можно будет пять раз выводить на рабочий режим и отключать его. Срок эксплуатации ядерного буксира оценивается в 10 лет.
Первое заданием, которое получит «Зевс» – зондирование поверхности Луны, причём будет производиться не просто картографирование, но и просвечивание радарами спутника Земли на километровую глубину! Будет произведена разведка полезных ископаемых, в том числе криолитосферных ресурсов (проще говоря — водного льда), идентификация районов с подповерхностными пустотами, оценка их размеров, объема и глубины залегания. Кто подобное сейчас может осуществить? Да никто!
Одно дело — тратить бешеные деньги на ракеты сверхтяжёлого класса и высаживаться с непонятными целями, другое — получить точные карты Луны и планировать возможный полёт уже с понятной целью и чёткими задачами. Не лететь туда почти вслепую, а знать: куда, зачем и что именно там делать. Но зондирование поверхности и подповерхностных пустот требует мощного источника энергии, которым для модуля с научной аппаратурой может стать тот же транспортно-энергетический модуль, по сути летающая АЭС на орбите Луны.
Вторым объектом изучения может стать Венера, а дальше «Зевс» перейдёт к рутине — станет транспортным «челноком» между Землёй и другими планета Солнечной системы (ионный двигатель выигрывает у ракет в полётах на большие расстояния), займётся доставкой необходимых ресурсов для будущей базы на Луне.
Помните времена в истории, когда вся планета была покрыта паровыми машинами, паровозами, пароходами и вышла первая бензиновая самоходная коляска? Помните, когда по воздуху плавали первые дирижабли, а братья Райт выкатили свой первый аэроплан? Российский проект — это прорыв такого же масштаба, прорыв на новый уровень. Именно потомки «Зевса» будут осваивать Солнечную систему в XXI веке, летая на порядок быстрее, чем любые самые быстрые современные ракеты, перевозя на порядок более тяжёлые грузы. И мы с вами это всё ещё увидим.
Обязательно подписывайтесь на наши каналы, чтобы всегда быть в курсе самых интересных новостей News-Front|Яндекс Дзен, а также Телеграм-канал FRONTовые заметки
Источник
«Нуклон»: похоже, что Россия «сделает» США в лунной гонке
В общем, я сейчас под ещё более сильным впечатлением от нашего «ядерного буксира» по имени «Нуклон», чем был до этого. и на то есть причины.
Ядерный буксир. Кадр из видео «Арсенал».
Если хорошо покопаться на сайте госзакупок, то можно найти документ, в котором описано техническое задание на будущий российский ядерный буксир. Там столько подробностей, что только успевай осмысливать.
Для тех, кто не в теме: «Нуклон» — это российский проект космического тягача с ядерной установкой. Он будет постоянно находиться в космосе, не садясь на планеты.
Мощность его двигателей невелика. Но, за счёт их длительной работы, в итоге он выигрывает у ракет в полётах на большие расстояния.
Итак, читать я только начал. Пока больше всего поразило то, что логически вытекало из самой идеи космического реактора. Это лежало на поверхности, но я не догадывался посмотреть на всё это шире.
Это не просто буксир — это гораздо круче!
Начиная со стр. 4 интриговали слова о МПН — модуле полезной нагрузки, и постоянные упоминания об исследованиях Луны.
Здесь обратило на себя внимание, что речь идёт не просто о самом буксире, а о полезной нагрузке. То есть, сразу прописано, что речь не об испытаниях буксира с номинальным грузом, а об аппарате с вполне определёнными задачами.
И вскоре, на странице 10, увидел вот это:
обеспечение МПН электрической энергией с выходной мощностью до 450 кВт включительно
Ещё раз: мощность модуля полезной нагрузки — 450 киловатт.
Вы понимаете что это такое? Я перечитал несколько раз, пока осмыслил.
То есть, здорово, когда можно с помощью ядерного буксира перемещать грузы. Но ведь, «Нуклон» — не только буксир, это одновременно ещё и мощная космическая электростанция.
Представьте, какие задачи можно решать с помощью такого энергообеспечения? Полмегаватта только лишь на полезную нагрузку.
Не на перемещение, а именно на полезную конечную работу.
Интересно же не просто сам буксир в пространстве переместить, но и какую-то работу в точке назначения выполнить. А для этого нужна энергия. И чем её больше, тем выше польза от всей миссии.
Для сравнения: мощность солнечных батарей МКС — около 100 кВт (126 в начале и около 80 сейчас из-за износа). А тут — почти в 5 раз больше.
Ядерный буксир. Кадр из видео «Арсенал».
А что можно делать с такой мощью?
В голову сразу полезла куча догадок: особенно озадачивало, что если мощность полезной нагрузки известна, значит уже запланирована и конкретная задача. Но какая.
И вскоре, на страницах 14 и 15 прояснилось: не просто изучение Луны и других тел Солнечной системы, а вот это:
картографирование поверхности с определением уклонов и высоты неровностей;
картографирование верхнего покрова глубиной до нескольких километров;
идентификация районов с подповерхностными пустотами, оценка их размеров, объема и глубины залегания;
разведка полезных ископаемых Луны, в том числе криолитосферных ресурсов;
определение электрофизических свойств грунта, идентификация районов с аномальной проводимостью, теплоемкостью, плотностью в целях обеспечения связи на поверхности Луны.
Вот для чего оказывается нужна такая мощность — это просвечивание Луны на несколько километров сквозь реголит! Как вам такое?
Обратите внимание на планы по изучению «пустот» внутри Луны. Сразу вспоминаются теории о странностях Луны: что она внутри полая и вообще искусственная.
Ну вот и проясним, что там на самом деле! Выясним всё, что от нас инопланетяне прячут — где у них лунная гравицапа и чем они там занимаются 🙂
А вообще, пустоты под поверхностью — это потенциальные места для лунных баз.
Выгоды России от этого
Рядом с этим, высадка астронавтов на Луну кажется каким-то детским развлечением.
Ну, честное слово, это просто несерьёзно: сравнивать втыкание флага и катание на лунном квадроцикле с получением карт поверхности и лунных недр вглубь на несколько километров.
Нет, я не умаляю планов США и Китая. Высадка на Луну — это сложная и важная задача. В итоге, её всё равно надо решать. И ещё раз: они молодцы, что этим занимаются. Действительно молодцы.
Но, одно дело — тратить бешеные деньги на ракеты сверхтяжёлого класса и высаживаться с непонятными целями.
А другое — получить точные карты Луны и планировать возможный полёт уже с понятной целью и чёткими задачами. Не лететь туда почти вслепую, а знать: куда, зачем и что именно там делать.
Я уже молчу о том, сколько денег может сэкономить Россия, если просветит Луну и вдруг узнает, что там точно ничего полезного нет. 🙂
И всё это — без сверхтяжёлых носителей! Сам буксир и МПН по-отдельности выведут на орбиту двумя запусками ракет «Ангара». 35 и 20 тонн — вполне по силам «Ангаре», а там и её тяжёлая версия 5В подоспеет. Не нужен нам сейчас сверхтяж для Луны (пусть «Енисей» спокойно проектируется).
Кстати, теперь понятна оценка времени полёта «Нуклона» до Луны в 200 суток. Эта цифра часто в последнее время в Сети появляется. Насколько я пока понял, там 10 тонн МПН и ешё 10 тонн топлива (поправьте, если не так). 20 тонн нагрузки при слабых ионных движках — неудивительно, что так медленно. Для пилотируемого полёта это явно не подойдёт, а для автоматической станции — вполне нормально.
Ну, а американцы. да пусть сейчас летят: кучу денег потратят, флаг воткнут, порадуются. И я тоже порадуюсь за них. Нет, в самом деле, подогревать интерес к Космосу обязательно надо реальными делами.
Высадка на Луну — это сложная технология. И они молодцы, что этим занимаются.
И мы займёмся, когда определимся зачем именно оно нам нужно. А пока посмотрим, с большим удовольствием.
И продолжим пилить ядерный «Нуклон» 🙂
Дополнение. Поскольку в комментах опять спрашивают об охлаждении, снова привожу ролик Арсенала c принципиальной конструкцией излучателей: https://www.youtube.com/watch.
Вот такие дела. вроде бы я и интересовался этой темой, а пока не прочитал первоисточник — даже в голову не приходило, какие возможности открывает мощная электростанция в космосе. Ведь, нехватка энергии — одна из причин ограничения задач спутников лишь фотографированием и замерами.
Однозначно беру назад свои недавние слова о том, что зря журналисты упомянули Луну в качестве цели для «Нуклона». Я имел ввиду только пилотируемые полёты, а речь-то о сногсшибательных возможностях беспилотных исследований с орбиты.
Буду читать ТЗ дальше — возможности и впрямь удивительные открываются. И, как всегда, что особенно радует в таких случаях: эффективность решения. Затраты у нас на этот проект не такие уж и большие по меркам космической отрасли, а эффект должен быть просто бешеный.
Источник
Ядерный буксир — разбираем вопросы и заблуждения.
Тема ядерного буксира часто вызывает одни и те же вопросы в комментариях к статьям — приходится повторяться в обсуждениях.
Поэтому, на некоторые из них попробую ответить так, как сам понимаю.
Если что — поправьте.
Космический ядерный буксир — это российский проект многоразовой двигательной установки для транспортировки грузов. Он постоянно находится в космосе, не садится на поверхность планет.
При полётах на очень большие расстояния оказывается быстрее, чем «обычные» ракетные двигатели.
Зачем нужен буксир, если он будет лететь до Луны 200 дней?
200 дней — это время полёта ядерного буксира к Луне при доставке груза до 10 тонн.
Вообще, ядерный буксир проектировался прежде всего для Дальнего космоса. Но, «вдруг», для исследования Луны России потребовалась мощная электростанция .
А, раз такая электростанция уже будет в составе буксира, который может летать сам, то разумно сэкономить на ракете и отправить всю установку к Луне своим ходом.
Да, медленно. А куда торопиться? Людей-то на борту нет.
Поэтому, 200 дней полёта не представляют особой проблемы.
То есть, к пилотируемым полётам на Луну буксир не имеет прямого отношения. Это грузовой транспортник + самоходная электростанция.
Так говорили же, что буксир быстрее?
И это правда, но относительная 🙂
У ядерного буксира очень малая тяга. Однако, топливо в нём расходуется с более высоким КПД, а двигатели могут работать на протяжении всего полёта (условно). То есть, он способен разгоняться длительное время и в итоге достичь более высоких скоростей на больших расстояниях.
Поэтому, при полётах на расстояния примерно до Марса, буксир сравним с ракетами по итоговому времени полёта.
Но, начиная уже с Главного пояса астероидов и дальше, — однозначно придёт к цели раньше аппаратов с ракетными двигателями.
А вот Луна находится слишком близко — буксир просто не успевает набрать скорость. Поэтому космонавты будут летать туда на обычных ракетах, а буксир будет использоваться как беспилотный грузовик.
А куда крепится полезная нагрузка?
Это частный вопрос. Действительно, если посмотреть на изображение стыковочного узла (круг на изображении), то кажется, что там очень мало места между двигателями:
Во-первых, это беспилотный корабль. А значит, нагрузка может быть более компактной — там не нужен большой диаметр для жизненного пространства экипажа.
Во-вторых, никто не мешает вернуться к схеме, когда двигатели разносились на крестовине по сторонам. Просто, сейчас видимо не планируется крупногабаритная нагрузка.
Ядерному буксиру не нужно топливо!
Увы, нужно. Поэтому выше в скобках и было написано «условно» насчёт постоянного разгона во время полёта.
Да, сама ядерная установка заряжается один раз и дозаправки не требует. НО, она вырабатывает электричество, которое питает ионные (плазменные) двигатели, которые выбрасывают из себя разогнанный до высоких скоростей ксенон. И вот эти запасы ксенона — конечны.
Кстати, поэтому буксир видимо придётся иногда заправлять, ведь он делается как многоразовый грузовик для многолетней работы. Использование обычных ракет в качестве буксиров невыгодно.
Так что, с этой точки зрения, ядерный буксир — это всё та же ракета с горючим, только гораздо более выгодная.
Ядерный буксир долетит до звёзд?
(за разумное время. )
Из предыдущего ответа понятно: всё упирается в мощность двигателей и запасы топлива.
Поскольку топливо для ионных двигателей рано или поздно израсходуется, то буксир не сможет разгоняться всю первую половину пути, достигая сверхвысоких скоростей и потом тормозить всю вторую половину полёта.
Ему нужно израсходовать половину топлива на разгон. Затем сколько-то времени лететь с набранной скоростью. А в конце тормозить примерно столько же, сколько длился разгон.
То есть, увы, — максимальная скорость у буксира ограничена. Поэтому неправильно мечтать, что при постоянном ускорении буксир разгонится до скоростей, сравнимых со скоростью света и быстро долетит до ближайших звёзд.
До какой скорости разгонится «Нуклон»?
Поскольку топливо расходуется, то корабль становится легче. А значит, он движется с нарастающим ускорением. Конечная скорость в этом случае расчитывается по формуле Циолковского для ракет:
V = I * ln( M1 / M2 ) , где:
V — конечная скорость;
I — удельный импульс;
M1 — начальная масса ракеты с топливом;
M2 — массы ракеты за вычетом израсходованного топлива.
(ln — натуральный логарифм)
Для «Нуклона» известно: масса 55 тонн, включая 10 тонн топлива и 10 тонн условно полезной нагрузки.
В качестве двигателей примем ИД-500 с удельным импульсом 70000 м/с.
Посчитаем предельную скорость разгона при расходовании всего топлива: 14 047 м/c (сейчас примем, что срок работы двигателя не ограничен.)
То есть, предельная скорость разгона «Нуклона» с полезной нагрузкой 10 тонн — 14 км/c. А, если при подлёте к цели нужно будет затормозить, то максимальная скорость перелёта вдвое ниже — 7 км/c.
Далее, учтём начальную скорость, до которой его разгонит ракета-носитель при старте с Земли (почти 8 км/с на орбите 900 км). И тогда уж прибавим скорость Земли вокруг Солнца — 30 км/с, раз речь о межзвёздных полётах.
Получим 45 км/с относительно Солнца. Примерно с такой скоростью летел к Плутону аппарат «New Horizons», некоторое время удерживавший пальму первенства по скорости. Но, он и весит неполные полтонны.
ПС: удельный импульс у обычных ракетных двигателей на порядок ниже:
твердотопливные — примерно до 2600 м/с
керосиновые — около 3000 м/с
водородные — около 4200 м/с
разницу в максимальной скорости можете посчитать сами. но, не забудем, что время набора скорости у них несравнимо меньше.
За сколько буксир долетит до ближайшей звезды?
Расстояние до Альфы Центавра — 41 248 784 860 452 км. (и пусть это будет прямая. )
Скорость полёта «Нуклона» относительно Солнца мы только что посчитали — 45 км/с.
Получается, что время полёта именно этого ядерного буксира до ближайшей звезды с торможением около неё — примерно 29 000 лет .
Или в два раза быстрее, если не тормозить в конечной точке. можно и ещё быстрее, если урезать полезную нагрузку и/или добавить топлива 🙂
Увы, чем больше я наращивал массу топлива в расчётах, тем слабее был эффект — корабль получается слишком тяжёлым на старте и медленно разгоняется.
В общем, мощность сегодняшних двигателей надо поднять на целых два порядка, чтобы начать задумываться о звёздах.
Поправьте, если я неверно посчитал — пишу в канун Нового года 😉
ПС: здесь не учтены гравитационные манёвры вокруг Солнца и планет. Они могут довольно сильно увеличить скорость. Однако, этот прирост придётся учесть при расчёте топлива для торможения.
Но, как правильно мне заметили в комментариях, через десятки тысяч лет реактор может просто перестать работать. впрочем, при наличии турбины в электро-генераторе, это произойдёт гораздо быстрее.
ПС2: влияние гравитации Солнца и планет тоже опущено. Во-первых это сложно, а во-вторых для оценочного расчёта излишне — всё равно львиная доля пути приходится на межзвёздное пространство.
ПС3: ещё раз поясняю: это просто пример возможностей ядерного буксира при полёте на сверхбольшие расстояния (все же помнят известную цифру 80 000 лет полёта на «обычной» ракете к ближайшей звезде. ). На самом деле, есть множество других факторов, и нормальный расчёт межзвёздного полёта требует отдельной статьи.
А зачем там солнечные батареи?
Действительно, раз на борту есть электростанция, то солнечные батареи смотрятся странно.
Источник