Лунная миссия Artemis I, SLS/ Orion - немного подробнее
NASA закончила установку космического корабля "Орион" на ракету носитель SLS, и все меньше и меньше времени остается до старта. Пока скептики и оптимисты спорят на тему данного проекта, причем первые утверждают что "долбанет", а вторые надеются что нет
рассмотрим данную систему SLS/Orion миссии "Artemis I" немножко подробнее.Итак, ракета носитель "SLS", что означает Space Launch System - т.е. всего то "Система космического запуска". Она в миссии "Artemis I" работает в первой из возможных ее конфигураций, Block 1 Crew, т.е. "модификация 1 с экипажем".
Да, она может быть и в конфигурации Block 1 Cargo, т.е. "грузовик" для формирования и снабжения окололунной станции и прочих вещей - например вывода на орбиту модулей космических станций, тяжелых спутников, разрабатываемых космических телескопов, мини шаттлов, и так далее.
Высота ракеты с пристыкованным "Орионом" в обтекателе -101 метра при диаметре 8,4 метр.
В грузовом варианте с грузовым кораблем в обтекателе ее высота составит 95 с небольшим метра.
SLS Block 1 может доставить на низкую околоземную орбиту 95 тонн полезной нагрузки, а на орбиту к Луне порядка 26 тонн. В дальнейшем ракета носитель будет модифицирован, и на орбиту к Луне сможет закидывать не менее 45 тонн полезной нагрузки.
В конфигурации Block 1 Crew ракета носитель имеет две ступени.
4 двигателя RS-25 первой ступени, сжигая 2,8 миллиона литров топлива "жидкий водород + жидкий кислород", создают тягу 2 миллиона lbs (907 тс), а 2 пяти сегментных твердотопливных ускорителя (SRB, solid rocket buster) добавляют еще более 7 млн. lbs (3175 тс) тяги.
Суммарно ракета носитель создает порядка 8.8 миллиона международных фунтов (lbs) тяги (3991 тс), т.е. примерно эквивалентно тяге матрицы, составленной из 9-10 двигателей РД-180.
Первую ступень SLS строит Боинг. Скептики усмехнутся, но стоит напомнить, что именно Боинг строил S-IC, первую ступень ракеты Сатурн-5 программы "Аполлон".
По сути, мы уже видели полеты первой ступени SLS в программе Space Shuttle, в качестве внешнего бака, ибо конструктивно да и визуально они весьма похожи, и первая ступень является прямым его потомком. Только побольше, побольше
Так же ничего нового нет (кроме ряда модификаций) в двигателях Aerojet Rocketdyne RS-25, успешно поработавших на Шаттлах.
Ну и твердотопливные ускорители тоже модернизированные Шаттловские.
У NASA (вернее у изготовителя ускорителей ATK) осталось 16 корпусов ускорителей, предназначенных для Шаттлов, поэтому на 8 полетов SLS Block 1/1B ускорителями система обеспечена, а дальше в космос пойдет SLS Block 2, на котором будут стоять к тому времени уже проверенные и отлаженные новые твердотопливные ускорители, с намного большей тягой.
Как не странно, NASA решила пока не ставить новые и более мощные ускорители, поскольку пришлось бы переделывать ... стартовую площадку LC-39B, углублять и расширять ее траншею для пламени, и модифицировать пусковую установку.
Т.е. NASA взяли проверенные более чем 130 успешными полетами Шаттлов компоненты, и модифицировав их, скомпоновали первую ступень.
Разумеется, горячие головы хотели бы создать все это дело "по другому и с нуля", и, наступив на все возможные грабли (включая возможные человеческие жертвы), сделать что то ну совсем новенькое, но NASA решила снизить все возможные риски, и пошла по пути использования проверенных и надежных решений, применяя новые решения (новая вторая ступень, новые ускорители, возможно - новые двигатели) постепенно, по мере их разработки, отладки и испытаний, в виде ввода в строй новых версий SLS.
После 2 минут полета ракета носитель сбрасывает отработавшие боковые твердотопливные ускорители, а после 8 минут полета, выведя на 160 км орбиту Земли вторую ступень и Orion CM-002, разогнав их до более 28 000 км в час, отходит отработавшая свое первая ступень.
Орион набирает высоту, проводя маневр подъема перигея орбиты с 160 км до 600 км над поверхностью Земли.
Далее начнется маневр TLI (Trans-lunar injection, вывод на траекторию полёта к Луне), когда ракета, описав почти 1 виток вокруг планеты с повышением орбиты, включает двигатель второй ступени и уходит с орбиты Земли, в точку рандеву с Луной.
Этот маневр де факто стандартный.
Советские и американские лунные миссии в процессе своих полетов к Луне выполняли его более 70 раз.
Первым аппаратом, успешно выполнившим маневр TLI была Луна -2 (Е-1А № 7), совершившая его 12 сентября 1959 года. Луна-1 (Е-1 № 4), запущенная 2 января 1959 года, могла быть первой, успешно выполнившей TLI, но из за просчетов в настройках аппаратуры, мимо Луны промахнулась, став спутником Солнца.
Маневр TLI (красным - точка начала маневра). Moon it arrival time - позиция Луны во время прибытия. Moon it TLI - Позиция Луны во время начала маневра TLI.
Вторая ступень SLS - Interim Cryogenic Propulsion Stage (ICPS), производства Boeing/Mitsubishi, является немного модернизированной верхней ступенью Delta Cryogenic Second Stage (DCSS ) в "пятиметровой" версии (диаметр 5 метров), использующейся на ракетах Delta IV/ Delta IV Heavy, и оснащена двигателем "жидкий водород + жидкий кислород" Aerojet Rocketdyne RL10B-2 (отличается выдвижным углеродным соплом для увеличения удельного импульса).
Orion CM-002 (Lockheed Martin), раскрыв солнечные батареи на сервисном модуле (Airbus Space) на высоте 484 км, разгонится второй ступенью ICPS до скорости 39 400 км/час, уходя в точку встречи с Луной. Через 1 час 53 минуты с начала полета ICPS выполнит свою работу и отстыкуется, чтобы потом, летя следом за Орионом по инерции, облететь вокруг Луны и спустя через много много времени полета сгореть в Солнце.
В процессе полета ICPS запустит несколько кубсатов (мини спутники), а Орион займется проведением целого комплекса исследований и испытаний, поддерживая связь с центром в Хьюстоне через систему Deep Space Network (DSN).
DSN имеет три наземные станции, расположенные на Земле примерно на 120 градусов друг от друга (120 + 120 + 120 = 360). Это необходимо для того, чтобы любой спутник в дальнем космосе мог постоянно поддерживать связь хотя бы с одной станцией. Антенны DSN имеют от 34 до 70 метров в диаметре.
В процессе всего полета, от старта до посадки, будет выполнятся радиационный научный эксперимент "Матрешка" (Matroshka AstroRad Radiation Experiment. NASA/ФРГ/Израиль) в ходе которого в двух манекенах в корабле Орион, один из которых будет защищен антирадиационным жилетом AstroRad, а второй нет, будет замеряться уровень накопления радиации.
Манекены программы Матрешка дают возможность измерить радиационное облучение не только на поверхности , но и внутри человеческого тела.
Радиационное облучение будет измеряться с использованием как пассивных, так и активных дозиметров, распределенных внутри антропоморфных манекенов, в местах чувствительных к радиации тканей и местах высоких концентраций стволовых клеток.
Через 4 суток 7 часов 18 минут Орион совершит пролет на высоте 100 км над поверхностью Луны и переместится на дальнюю ретроградную (противоположную вращению Луны) лунную орбиту (DRO), на расстоянии около 70 000 км от Луны, где и пробудет еще около 6 суток.
Отработав нужный участок программы исследований на DRO, космический корабль снова совершит пролет над Луной на высоте 60 км и ляжет на обратный курс к Земле.
Через 25 дней 11 часов 30 минут с начала полета Орион, находясь на высоте порядка 5100 км над поверхностью Земли, расстыкуется с сервисным модулем., и еще через полчаса, на высоте 7.1 км. раскроет парашюты.
В процессе полета будут испытаны все системы и подсистемы комплекса SLS/Orion и системы защиты от радиации.
Карта миссии Artemis I (октябрь 2021г)
1- запуск, 2- отделение твердотопливных ускорителей, 3- отделение первой ступени, 4- маневр подъема перигея орбиты, 5- проверки систем и разворачивание солнечных панелей, 6- включение двигателей второй ступени ICPS, начало маневра TLI, 7- завершение работы двигателя второй ступени, отделение (далее серым пунктиром показан полет отделившейся второй ступени и буквами A,B,C - запуски кубсатов данной ступенью), 8- коррекция траектории короткими включениями двигателя сервисного модуля Орион, 9- проход около Луны на высоте 100 км, включения двигателя сервисного модуля для выхода космического корабля на DRO, 10- выход на DRO (удаление от Луны около 70 000 км, полет по орбите в течении 6 суток). 11- DRO, 12- начало выполнения маневра возврата к Земле, 13- пролет над Луной на высоте 60 км, кратковременные включения двигателя сервисного модуля для выхода в маневр возврата к Земле, 14- коррекция курса полета к Земле, 15-разделение посадочного модуля Орион и сервисного модуля, 16 - вход в атмосферу, 17- приводнение.
SLS Block I будет использоваться и во второй миссии Artemis II, на сей раз Орион пойдет с экипажем, и совершив облет вокруг Луны, вернется на Землю.
Ракета носитель получит новую модификацию SLS Block 1B Crew/ SLS Block 1B Cargo начиная с миссии Artemis IV.
Высота SLS Block 1B Crew увеличится в сравнении с SLS Block I до 111.25 метров, а "грузовик" подрастет до 99 метров.
Ракета изменится визуально - исчезнет переходник Launch Vehicle Stage Adapter, сменившись на переходник Interstage, вторая ступень ICPS сменится на Exploration Upper Stage (EUS), разрабатываемой и производимой компанией Boeing (заказано 8 штук), оснащенную уже 4 мя двигателями RL10-C3, что позволит выводить на низкую околоземную орбиту (НОО) более 100 тонн полезной нагрузки.
Далее ракета получит SLS Block 2, где вместе с требуемыми модификациями по опыту эксплуатации Block 1B произойдет переход на новые твердотопливные ускорители.
Эти ускорители будут созданы на основе твердотопливных ракетных ускорителей с композитным корпусом, которые разрабатывались для отмененного проекта OmegA (возможно будут выбраны другие, поскольку у NASA есть несколько предложений по ускорителям от ряда фирм), и, по расчетам, полезная нагрузка SLS Block 2 увеличится до 130 тонн для НОО, и как минимум 45 тонн для вывода к Луне.
"Грузовик" SLS Block 2 Cargo получит более объёмный обтекатель, и подрастет до 108 метров. Высота SLS Block 2 Crew останется такой же, как и у версии SLS Block 1B Crew - 111.25 метра.
Ну а в этой табличке можно посмотреть максимальную тягу в М lbs, объём отсека полезной нагрузки и вес полезной нагрузки, доставляемой на траекторию полета к Луне:
Ну и несколько иллюстраций основных компонентов системы SLS Block 1, SLS Block 1B и Block 2:
SLS Block 1 Crew
SLS Block 1B Crew
SLS Block 2 Cargo
И немного подробнее, компоненты SLS Block 1 Crew:
Последний раз редактировалось Kantor; 19.03.2022 в 03:27..
