П И Л О

ПИЛОТИРУЕМЫЕ
КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
бюллетень новостей
и аналитических материалов
Выпуск № 34
2014 г.
Содержание
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
США: Сверхтяжёлая ракета-носитель SLS ……...................................................................2
США: Плоские посадочные модули для исследования планет ……………………............9
США: НАСА ищет идеи по созданию систем жизнеобеспечения для длительных
космических экспедиций .......................................................................................................11
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ
Сверхтяжёлая ракета-носитель SLS
Создаваемая НАСА система SLS (Space
Launch System – система запуска в космос)
представляет собой перспективную ракетуноситель сверхтяжёлого класса, которая
откроет совершенно новые возможности для
науки и освоения человеком пространства
выше околоземной орбиты.
Система SLS даст США безопасное,
доступное, рассчитанное на отдалённую
Система SLS в полёте
перспективу средство для выхода за существующие ныне пространственные пределы и
открытия путей для исследований отдалённых уникальных областей космического
пространства.
Космическая система SLS будет выводить в дальний космос многоцелевой пилотируемый
корабль Orion, а также другие важные объекты научного назначения. В ходе длительных
полётов в дальний космос корабль Orion будет выводить за пределы низкой околоземной
орбиты до четырёх астронавтов. Корабля включает в своей состав модуль экипажа (crew
module), служебный модуль (service module) и систему аварийного прекращения запуска (launch
abort system), значительно увеличивающую степень безопасности экипажа.
Система SLS на стартовом комплексе
2
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Сравнение системы SLS с другими средствами выведения США
Система SLS обеспечит транспортные
потребности НАСА в расчёте на дальнейшее
освоение Солнечной системы. При этом, в случае
необходимости, SLS может также
использоваться в качестве резервной системы
транспортировки на Международную
космическую станцию.
SLS будет самой мощной ракетой-носителем в
истории человечества, при этом её конструкция
будет гибкой и допускающей развитие с тем,
чтобы удовлетворять различным требованиям
как в отношении экипажей, так и полезных
грузов.
Работа за пределами околоземных орбит
SLS станет первой ракетой-носителем для
освоения дальнего космоса с тех пор как более
40 лет назад РН Saturn V доставила
американских астронавтов на Луну. Благодаря
высокому значению своей грузоподъёмности,
система SLS расширит радиус доступности
нашей солнечной системы, позволяя астронавтам
на борту корабля Orion исследовать различные
области и объекты дальнего космоса, включая
околоземные астероиды, точки Лагранжа, Луну
и, в конечном счете, Марс.
Система будет гибкой, предполагающей
несколько конфигураций ракеты-носителя. SLS
будет доставлять в дальний космос экипажи, а
также различные грузы и научные миссии.
Допускающая развитие архитектура системы
позволяет изменять конфигурацию SLS с учетом
Структура системы SLS и её сравнение с другими
средствами выведения США
3
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 34-2014
Возможные области использования системы SLS
индивидуальных требований к каждой конкретной миссии.
Следующий этап освоения человеком космоса состоит в продвижении исследователей в
различные области Солнечной системы для поиска ресурсов, создания новых технологий и
получения ответа на вопрос о нашем месте во Вселенной.
Возможности и задачи
Новая американская ракета большой грузоподъемности станет крупнейшей из когда-либо
созданных ракет-носителей, превышающей по энергетическим возможностям РН Saturn V,
которая доставила астронавтов в корабле “Аполлон” (Apollo) на Луну.
Ракета-носитель в конфигурации, предполагающей выведение 70 тонн полезного груза на НОО,
будет иметь тягу на 10% большую, чем РН Saturn V, а система в конфигурации на 130 тонн
будет развивать тягу на 20% больше, чем Saturn V.
Первый полёт SLS - Exploration Mission 1 (Миссия освоения-1) запланирован на 2017 год. В
космос будет запущен космический корабль Orion без экипажа для демонстрации готовности
ракеты-носителя и космического корабля к пилотируемому полёту.
Второй полёт – Exploration Mission 2 – намечен на 2021 год и предполагает запуск корабля
“Орион” c экипажем до четырех человек.
В программе создания SLS будет использоваться апробированная техника и передовые
технологии, заимствованные из космической системы “Спейс шаттл” и других программ
исследования космоса.
Такой подход позволит значительно сократить сроки и стоимость разработки и эксплуатации.
4
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
В качестве компонентов топлива двигательная установка будет использовать жидкий водород и
жидкий кислород. В её состав входит двигатель RS-25 (создан по программе “Спейс шаттл”) для
центральной ступени ракеты-носителя и двигатель J-2X для верхней ступени. В ходе первых
испытательных полётов в составе системы SLS будут также использоваться твердотопливные
ракетные ускорители, пока промышленность не создаст перспективные ускорители,
удовлетворяющие современным требованиям к техническим и экономическим характеристикам
системы.
Разработка начального “варианта 70”
Система SLS, выводящая на орбиту 70 метрических тонн, будет иметь высоту около 98 метров
(321 фут), создавать тягу при отрыве 3810 тонн (8,4 млн. фунтов), иметь стартовый вес около
2 495 тонн (5,5 млн. фунтов) и доставлять на низкую околоземную орбиту 70 тонн полезного
груза.
6
5
4
3
2
1
многоцелевой пилотируемый
корабль Orion
9
7
8
10
Конфигурация системы SLS, выводящей на орбиту 70 тонн полезного груза
Принятые обозначения:
1
2
3
4
5
-
система аварийного прекращения запуска
модуль экипажа
служебный модуль
панели служебного модуля
адаптер космического корабля
6
7
8
9
10
-
промежуточная криогенная ступень
адаптер основной ступени
основная ступень
твёрдотопливные ускорители
двигатели RS-25 (4 шт.)
Центральная ступень оснащается четырьмя двигателями RS-25, прежде служившими главными
двигателями многоразовой транспортной космической системы “Спейс шаттл”. Программа SLS
располагает пятнадцатью двигателями RS-25, которые со 100%-м успехом использовались в 135
полётах “Спейс шаттлов”.
5
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Ускорители
В ходе двух первых полётов системы SLS
“варианта 70” будут использоваться два
пятисегментных твердотопливных ракетных
ускорителя. В настоящее время ведётся
подготовка к приёмочным испытаниям,
запланированным на 2014 год.
Космический корабль, обтекатели и
адаптер полезного груза
Сборка космического корабля и полезного
груза предусмотривает интеграцию
космического корабля Orion и полезного
груза, при этом в конструкции ракетыносителя SLS используются адаптеры.
Необходимо также интегрировать
промежуточную криогенную ступень,
которая будет создавать тягу в ходе двух
Астронавт на астероиде
первых полётов системы SLS. Эта ступень конструктивно базируется на созданной
корпорацией Boeing криогенной второй ступени, используемой в семействе ракет-носителей
Delta IV. Промежуточная криогенная ступень разгонит космический корабль Orion до такой
высоты и выведет на такую траекторию, которые необходимы для полёта космического корабля
вокруг Луны с целью проверки жизненно важных систем во время первых испытательных
полетов.
Увеличение энергетических возможностей ракеты-носителя
Одновременно с разработкой начального “варианта 70”, осуществляется работа по улучшению
экономических характеристик, повышению надёжности и показателей до уровня, необходимого
для достижения следующего этапа, целью которого является обеспечение ещё большей
грузоподъёмности. Такой гибкий эволюционный подход сможет удовлетворять требования к
миссиям с различным составом экипажа и величиной груза. В настоящее время изучаются
конфигурации, позволяющие выводить на орбиту более 100 тонн, вплоть до 130 тонн.
Команда разработчиков перспективных вариантов включает представителей НАСА,
Министерства обороны, промышленности и научных кругов с тем, чтобы выработать наиболее
инновационные и экономически приемлемые идеи для дальнейшей подробной проработки.
После завершения первых полётов системы SLS потребуется перспективное средство запуска в
6
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
№ 34-2014
космос со значительно более высокими характеристиками, чем у ракет-носителей, имеющимися
в распоряжении США в настоящее время. НАСА ищет концепции жидкостных и
твёрдотопливных перспективных ракет-носителей, которые бы позволили уменьшить риски
при одновременном повышении экономической доступности, повысить надёжность и
технические характеристики в рамках подготовки к началу полномасштабного и открытого
конкурса, предполагающего проектирование, разработку, испытания и оценку перспективной
ракеты-носителя. Кроме того, НАСА также рассчитывает на промышленность и научное
сообщество в части концепций перспективных двигательных установок, конструирования,
материалов, электронного оборудования и программного обеспечения.
Разработка “варианта 130”
Тяжёлая ракета-носитель, способная доставлять на орбиту 130 тонн полезного груза, станет
самым мощным средством выведения в космос во всей истории человечества. Ракета высотой
около 120 метров и весом 2948 тонн способна развить тягу на старте 4173 тонны. В этой
конфигурация будет использоваться та же самая центральная ступень с четырьмя двигателями
RS-25 как и в “варианте 70”.
Верхняя ступень и двигатель J-2X
Система SLS “варианта 130” будет включать в себя верхнюю ступень, создающую необходимые
энергетические возможности для полётов в дальний космос. С целью экономии времени и
снижения затрат на разработку верхняя ступень будут иметь много общего с центральной
ступенью, например, одинаковый внешний диаметр, состав материалов, компоненты подсистем и
технологическая оснастка.
Верхняя ступень оснащается двумя двигателями J-2X,
разрабатываемыми компанией Pratt & Whitney Rocketdyne. J- 2X является высокоэффективным и
универсальным ракетным двигателем, сертифицированным для транспортировки людей.
Первая версия двигателя J-2X, получившая название E10001, была создана и начала
испытываться в Космическом центре Стенниса в 2011 году. В ходе выполнения программы было
проведено огневое испытание длительностью 500 сек, что соответствует требованиям по
продолжительности использования двигателя в реальном полёте.
Управление программой и кооперация
Программа создания системы SLS осуществляется подчинённым НАСА Центром космических
полетов имени Маршалла, который тесно взаимодействует с программой Orion (Центр имени
Джонсона), Космическим центром имени Кеннеди в части стартовых комплексов и
эксплуатации системы.
7
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
1
2
4
5
3
7
6
8
Конфигурация системы SLS, выводящей на орбиту 130 тонн полезного груза
Принятые обозначения:
1
2
3
4
-
обтекатель полезного груза
адаптер полезного груза
приборный отсек
верхняя ступень с двумя двигателями J-2X
5
6
7
8
-
промежуточная ступень
основная ступень
перспективные ускорители
4 двигателя RS-25
Все эти три подразделения подчинены Отделению разработки систем освоения космоса в
рамках Директората пилотируемого освоения (Explorations Systems Development Division within
the Human Exploration and Operations Mission Directorate) в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
Кроме того партнёрами по программе SLS в рамках НАСА являются: Исследовательский центр
Эймса, ответственный за анализ физических проблем; Исследовательский центр Гленна,
который проводит исследования в области композитов и разработку обтекателя полезного
груза; Космический центр Годдарда, отвечающий за полезные грузы; Научноисследовательский центр Лэнгли, осуществляющий испытания в аэродинамических трубах;
сборочное предприятие Мичуд, которое производит и собирает центральную и верхние ступени
системы SLS, а также главную двигательную установку и Космический центр Стенниса,
который осуществляет испытания двигателей J-2X и RS-25.
8
Номер
статьи
Дата публикации в
оригинале
95
2014 г.
Электронные адреса источников
http://www.space.com/12942-photos-nasa-giant-rocket-space-launch-system.html
http://www.nasa.gov/sls/
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Плоские посадочные модули для исследования планет
В процессе дальнейшего исследования и освоения планет в космические полёты, возможно,
будут отправляться десятки автоматических устройств, внешне напоминающих плед, которые
подобно листку бумаги спускаются
на поверхность исследуемых планет.
Конструкторы разрабатывают
плоские, спускаемые аппараты
размером с прикроватный коврик,
которые могут в большом количестве
доставляться, например, на Марс или
спутник Юпитера Eвропу. Данный
подход к конфигурации аппаратов
демонстрирует радикальное
отклонение от общепринятого,
который предполает использование
Плоские посадочные модули
дорогостоящих одноразовых спускаемых аппаратов и роверов, разработка и изготовление
которых обходится в сотни миллионов долларов.
По мнению одного из специалистов Лаборатории реактивного движения НАСА, двумерные
посадочные модули можно складывать в стопки и распределять по большим территориям, а не
просто производить посадку в конкретном месте. Предполагается, что это позволит НАСА
добираться до таких мест, которые сейчас недоступны.
Новый способ освоения
Новая концепция предполагает наличие десятков оснащённых датчиками листовых
конструкций размером 1 Х 1 метр и толщиной не более 1 см, которые сбрасываются на
поверхность планеты или небесного тела с основного космического корабля.
Листовые конструкции могут приземлиться в разных местах, что исключает необходимость
создания сложных и дорогостоящих систем посадки, типа "небесного крана", который спустил
ровер Curiosity на поверхность Марса 6 августа 2012 года.
Предлагаемые спускаемые аппараты должны обладать способностью пассивной посадки,
позволяющей избегать дорогостоящего комплексного использования ракетных двигателей,
систем управления и радаров со своим оборудованием. При этом, потеря нескольких аппаратов
9
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
в ходе выполнения миссии не создаст больших проблем. Даже если всего лишь половина из них
останется в работоспособном состоянии, задача в целом будет решена.
Спектр возможностей
Достижения последних лет в области тонких гибких электронных устройств дают возможность
плоским конструкциям на солнечных батареях собирать большое количество данных на
поверхности других планет. Каждая из таких конструкций может оснащаться миниатюрными
камерами, спектрометрами и приборами для экологического мониторинга.
Спускаемые аппараты будут передавать полученные данные на орбитальный или пролётный
аппарат, который, в свою очередь, передаст их на Землю.
Базовая концепция предусматривает стационарность позиции “листового” посадочного
аппарата. Однако некоторая мобильность всё же может достигаться за счет его оснащения
малогабаритными “ногами” или механизмами, которые при необходимости могут свернуть лист
в сферу, что на таких планетах как Марс позволит им перемещаться под действием ветра.
Марс является подходящим местом для использования группы плоских спускаемых аппаратов.
Они могут быть отправлены в места, которые считаются слишком рискованными и сложными
для проведения исследований, такие как, огромная система каньонов Valles Marineris.
Более отдаленные небесные объекты типа Европы и спутника Сатурна Энцелады, которые, как
полагают, имеют подземные океаны воды в жидком виде, также перспективны в качестве
объекта исследований. На самом деле, доставка плоских посадочных модулей на поверхность
Европы представляется весьма интересным решением имея в виду, что НАСА разрабатывает
пролётную миссию к Луне, получившую название Europa Clipper.
Вследствие отдалённости Европы и Энцелады от Солнца, любым плоским посадочным
аппаратам на их поверхности для поддержания работоспособности, возможно, потребуется
дополнительная энергия. Она может передаваться с борта космического аппарата, который, в
любом случае, должен регулярно пролетать в зоне видимости листообразного спускаемого
аппарата с целью ретрансляции полученных им данных на Землю.
Несмотря на то, что передача энергии на столь большие расстояния кажется научной
фантастикой, данная концепция после успешно проведённых в наземных условиях испытаний
считается вполне реализуемой.
Номер
статьи
96
10
Дата публикации в
оригинале
апрель 2014 г.
Электронные адреса источников
http://www.space.com/25000-planetary-exploration-flat-landers-tech-nasa.html
http://www.niac.usra.edu/index.htm
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
НАСА ищет системы жизнеобеспечения для длительных экспедиций
На проведённой 16 апреля встрече с журналистами представитель Директората полётов в
интересах космических технологий НАСА Майкл Газарик (Michael Gazarik), отметил, что
астронавты не смогут взять с собой всё необходимое им в длительном полёте количество
воздуха.
Способность заново возвращать кислород в атмосферу
корабля для будущих пилотируемых полетов будет
иметь решающее значение. НАСА в настоящее
занимается поиском предложений систем безопасной и
эффективной регенерации воздуха для длительных
космических полётов. На борту МКС НАСА уже
использует системы, которые возвращают в оборот
(рециклируют) около 40% кислорода для астронавтов,
но агентство ищет новые технологии, которые могли бы
увеличить степень восстановления кислорода до
величины не менее 75%.
Однако НАСА намеревается не только повысить
степень восстановления кислорода. По сравнению с
ныне существующей системой регенерации новая
Система восстановления воздуха,
используемая в настоящее время на МКС
технология должна воплощаться в виде менее массивного оборудования, которое занимает
меньше места на борту и потребляет меньше электроэнергии.
В рамках программы прорывных разработок (Game Changing Development Program) НАСА
принимает предложения от своих научно-исследовательских центров, других государственных
агентств, финансируемых из федерального бюджета научно-исследовательских групп,
академических институтов, коммерческих компаний и некоммерческих организаций.
Представители НАСА сообщают, что на первом этапе предполагается выдать шесть грантов (до
$750 000 каждый) для групп, занявших призовые места за предложения по проектированию,
разработке и испытаниям технологий, обеспечивающих степень восстановления кислорода не
менее 75 %. На втором этапе, рассчитанном на два года, отобранные коллективы будут
создавать опытный образец системы.
11
№ 34-2014
ПИЛОТИРУЕМЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЁТЫ
Кроме того, НАСА изучает возможность получения кислорода на основе веществ, являющихся
местными ресурсами других планет. Свой очередной марсоход НАСА планирует запустить в
2020 году. В ходе экспедиции будет доставлено оборудование для научно-технического
эксперимента, предусматривающего превращение углекислого газа атмосферы планеты в
кислород, пригодный для дыхания людей. По словам Газарика, НАСА рассматривает такой
эксперимент как первый шаг в испытании технологии использования местных ресурсов на
поверхности планет.
Перспективные системы жизнеобеспечения является лишь одной из восьми ключевых областей
космических технологий, в которую Директорат предполагает инвестировать средства в
течение следующих 18 месяцев. К числу этих областей относятся солнечные электроракетные
двигатели высокой мощности; перспективные материалы, позволяющие облегчить топливные
баки и элементы конструкции ракет; а также системы связи для дальнего космоса,
использующие лазеры для передачи данных на астрономические расстояния.
12
Номер
статьи
Дата публикации в
оригинале
97
2014 г.
Электронные адреса источников
http://www.space.com/25518-nasa-oxygen-recycling-space-tech.html