Творческий проект "Перспективные проекты российских космических кораблей XXI века"

Творческий проект

Перспективные проекты российских                     космических  кораблей XXI века

Лукьянов Максим, 14 лет, 7 класс,                                                                              МОУ Гимназия им. Ю.А. Гарнаева,                                                                          ТО «Экспериментатор» МБУДО                                                                                «Центр дополнительного образования

                          «Созвездие» г. Балашова»                                                               Педагог д.о. Лотарев Александр Васильевич

БАЛАШОВ - 2015

Введение

        В  Основных положениях ОСНОВ государственной политики Российской Федерации в области космической деятельности на период до 2030 года и дальнейшую перспективу, утвержденных Президентом Российской Федерации от 19 апреля 2013 г. № Пр-906 отмечается, что главными целями государственной политики в области космической деятельности являются:

- дальнейшее накопление и совершенствование научных знаний о Земле и космическом пространстве, создание научно- технического и технологического потенциалов в целях обеспечения готовности и реализации масштабных космических проектов по углубленному изучению Вселенной, Солнечной системы (в первую очередь окололунного пространства, Луны и Марса);

- деятельность, связанная с созданием космических средств в интересах науки;

- деятельность, связанная с осуществлением пилотируемых полетов, включая создание научно-технического задела для осуществления в рамках международной кооперации пилотируемых полетов к планетам и другим телам Солнечной системы.

       Результатами реализации целей государственной политики в области космической деятельности должно стать:

- до 2030 года - создание космического ракетного комплекса с ракетой-носителем сверхтяжелого класса грузоподъемностью более 50 тонн в целях осуществления запусков космических средств нового поколения на высокие околоземные орбиты, а также к Луне, Марсу, Юпитеру и другим небесным телам Солнечной системы; разработка многоразовых космических буксиров на основе электроракетных двигательных установок для обеспечения реализации программ снабжения долговременной базы на Луне. При реализации в этот период системы обслуживания космических аппаратов на орбите потребуется система средств выведения, включающая многоразовые ракеты-носители и межорбитальные буксиры как ключевые элементы транспортно-технического обслуживания в космосе;

- после 2030 года - завершение создания и начало эксплуатации космического ракетного комплекса ракеты-носителя с многоразовой первой ступенью; разработка научно-технического задела в целях создания средств выведения для осуществления пилотируемого полета на Марс (в частности, ракеты-носители грузоподъемностью до 130-180 тонн и межпланетные буксиры с мощными энергодвигательными установками);

- выход на принципиально новые, находящиеся на стадии концептуальной проработки цели, задачи, принципы и методы реализации космических программ (системы обслуживания космических аппаратов на орбитах, космические электростанции, космические лифты, производство в космосе и другие проекты);

- выполнение полномасштабных исследований в области астрофизики, физики Солнца и околоземного космического пространства;

- осуществление регулярных пилотируемых полетов на Луну, развертывание на ней постоянно действующей базы и научных лабораторий.

       В рамках реализации государственной политики в области космической деятельности в России разрабатываются перспективные проекты космических кораблей XXI века.

    Перспективные проекты российских космических  кораблей XXI века

         Концепция развития космической деятельности на Марсе и Луне исходит из целесообразности обеспечить достижение в период до 2040 г. дальних космических горизонтов. При этом предлагается приступить к решению задачи пилотируемых полетов к Марсу при возможном использовании Луны как одного из элементов создаваемой межпланетной инфраструктуры, в состав которой согласно предлагаемой концепции на лунной поверхности и на окололунных орбитах могут быть размещены средства для расширения деятельности человека на Луне и окололунном космическом пространстве, обеспечения космических полетов к планетам Солнечной системы и их спутникам. Принцип модульности, отработанный на орбитальных околоземных станциях, позволяет уверенно строить планы по сборке пилотируемого межпланетного экспедиционного комплекса (МЭК) непосредственно на околоземной орбите. При этом наиболее рационально в перспективной программе использовать РН двух типов: среднего и сверхтяжелого классов. Суммарная стартовая масса МЭК, необходимого для полета на Марс, составит около 500 т при использовании бортовых ядерных энергетических установок (ЯЭУ) и ЭРДУ. Модули МЭК будут доставляться с Земли и автоматически собираться на околоземной орбите. Участие космонавтов в сборке МЭК и его оснащении с проведением деятельности снаружи космического корабля будет минимизировано, так как работы человека в экстремальных условиях орбитального полета связаны с повышенным риском и большими затратами. При этом, желательно оптимизировать соотношение между интеллектуальными возможностями человека и возможнос-тями автоматики (робототехники). Такая постановка задачи успешно реализуется в отечественной пилотируемой космонавтике. Российские пилотируемые корабли сегодня – это практически на 100 % автоматические средства. Человек лишь контролирует работу систем и вмешивается в управление полетом только при возникновении нерасчетной ситуации. В соответствии с концепцией марсианской программы в состав МЭК будут входить: многоразовый межорбитальный буксир (120 т) с ЯЭУ и ЭРДУ; межпланетный корабль (300 т) с заправленными баками рабочего тела для межорбитального буксира; модуль складской (20 т); пилотируемый марсианский взлетно-посадочный комплекс (40 т) в аэродинамическом контейнере или грузовой посадочный комплекс (40 т) в аналогичном исполнении; пилотируемый корабль (12… 14 т) для доставки с Земли на МЭК экипажа и возвращения его с МЭК на Землю; кислородно-водородный разгонный блок (40 т) для сообщения пилотируемому кораблю необходимых импульсов скорости (в том числе при полете к МЭК).
        В настоящее время РКК «Энергия» завершила техническое проектирование нового российского пилотируемого космического корабля. Предполагается, что к 2017 году должны будут начаться его летные испытания. Созданный «Энергией» корабль должен будет заменить верой и правдой служившие и продолжающие служить российской космонавтике корабли «Союз». Эскизное проектирование по данному проекту было завершено в июне 2010 года, а в 2011 году полноразмерный макет нового космического корабля смогли увидеть зрители МАКС-2011. Система состояла из базового пилотируемого космического корабля, а также ряда модификаций, выполненных на его основе. Базовым является вариант пилотируемого транспортного корабля нового поколения (ПТК НП). Его главное предназначение – это обслуживание орбитальных станций – доставка на них груза, экипажей, возврат их на Землю. Помимо этого данный аппарат может применяться и в роли корабля-спасателя. Максимальная численность экипажа нового корабля должна составить 6 человек (при полетах к Луне уменьшается до 4 человек). В ноябре 2011 года главный директор РКК «Энергия» Виталий Лопота рассказывал, что в новом корабле космонавты будут чувствовать себя удобнее, чем в современных самолетах Boeing. По заявлению создателей ППТС (перспективная пилотируемая транспортная система) сможет доставлять на орбиту груз массой до 500 кг, масса возвращаемого на Землю груза составляет те же 500 кг. Однако, если аппарат используется в качестве «грузовика» и не доставляет на орбиту людей, масса доставляемого груза увеличивается до 2 000 кг. Модификации ППТС смогут решать различные специализированные задачи, среди которых называют ремонт и обслуживание спутников, расположенных на околоземных орбитах, полеты к Луне, длительные (сроком до 1 месяца) автономные полеты с целью проведения разнообразных экспериментов и исследований. А также доставка на орбиту и возвращение на Землю грузов в беспилотном грузовозвращающем варианте. Для нового корабля было принято модульное построение базового корабля в виде 2-х основных функционально законченных элементов – возвращаемого аппарата (ВА) и двигательного отсека (ДО). В возвращаемом аппарате с комфортом сможет расположиться экипаж численностью до 6 человек. При этой численности экипажа корабль сможет доставить и забрать с орбиты грузы массой до 500 кг. Максимальный диаметр возвращаемого аппарата составляет 4,4 метра, что в 2 раза превосходит диаметр, используемых сегодня, кораблей «Союз-ТМА». Форма ВА была выбрана с учетом условий, которые позволяют обеспечить повышенные аэродинамические качества во время выполнения необходимых маневров. Это очень важно в условиях приведения ППТС на российские посадочные полигоны. Применение российских полигонов для осуществления посадки аппарата требует увеличенной точности приземления, так как на территории России не так много подходящих открытых пространств, расположенных южнее широты 51,6 градуса, которые отвечали бы всем необходимым требованиям (характер грунтов, рельеф, ограничения по силе ветра, отсутствие разного рода сооружений и др.). Именно по этой причине главные отличия ПТК НП от эксплуатируемых «Союза ТМА» заключаются в применяемой системе посадки, которую, без всяких преувеличений, можно смело охарактеризовать, как уникальную.
      В целях повышения точности посадки аппарата было принято решение об отказе от парашютной системы, которая подвержена влиянию ветрового сноса. Предполагается, что ВА перейдет полностью к реактивной системе. «Гасить» скорость снижения планируется при помощи твердотопливных ракетных двигателей, начиная с высоты около 1 000 метров. Посадка будет выполняться на специальные амортизированные опоры. За счет такого решения исключается типичное для «Союзов» падение ВА на бок после того, как аппарат касается грунтовой площадки. Реализация на практике «мягкой» вертикальной реактивной посадки в запланированном районе местности ограниченных размеров позволит применять ВА не менее 10 раз. Помимо этого опыт данных посадок может быть использован при создании специализированных лунных и марсианских посадочных модулей.

       Новый космический корабль выполнен бескрылым, его ВА имеет усеченно-коничес-кую форму в верхней части и одноразовый агрегатно-двигательный отсек в нижней. Предполагается, что в нем будут широко использоваться системы, которые в РКК «Энергия» проектировали для корабля «Клипер». Длина корабля – 6,1 м., диаметр корпуса – 4,4 м., масса при выполнении орбитальных околоземных полетов – 12 т. (при выполнении полетов за окололунную орбиту масса доходит до 16,5 т.), масса ВА составляет 4,23 т. (включая системы мягкой посадки — 7,77 т.). Объем герметичного отсека корабля – 18 куб. м. Предполагается, что отработанные на ППТС новые материалы и решения в будущем могут использоваться при создании новых межпланетных кораблей и автоматических космических аппаратов.          
         Длительность автономного полёта корабля - до месяца. Новые конструкционные материалы, основанные на алюминиевых сплавах с улучшенными прочностными характеристиками, и углепластики снизят массу конструкции космического корабля на 20—30 % и позволят продлить срок его эксплуатации. Бытовые отсеки будут просто пристыковываться, в зависимости от той задачи, которая будет перед ППТС стоять. Обеспечение связи, пеленгации и навигации будет выполняться в режиме реального времени через спутниковый контур. Оборудование ППТС для связи будет работать через многофункциональную космическую систему ретрансляции «Луч», в которой используются спутники-ретрансля-торы. Спутники позволят ЦУП проводить сеансы связи в любой момент времени, а не только при пролёте над наземными измерительными пунктами пилотируемого корабля. Вся информация, передаваемая и принимаемая на космический корабль и с него, будет представлять собой единый цифровой поток, защищённый от постороннего доступа, но удобный для дешифровки, распределения по потребителям и дальнейшего хранения. По словам инженера проекта, представлявшего ПТК НП на выставке МАКС 2013, корабль будет оснащён твердотопливными двигателями тягой 22.5 тс и однокомпонентными двигателями на перекиси водорода тягой 75 кгс. Корабль получит систему стыковки от «Союзов». Учитывая требования к ПТК, а также опыт разработки всех существующих систем стыковки, для нового корабля была выбрана модифицированная стыковочная система «штырь-конус». Эта система используется только на «Союзах», «Прогрессах» и российских модулях МКС, а также на европейском грузовом корабле ATV, другие иностранные аппараты, в свою очередь, используют другие стыковочные системы. Поэтому РКК «Энергия» проведет с американской компанией Lockheed Martin работы по адаптации разрабатываемого пилотируемого американского корабля Orion для стыковки с российским ПТК НП. В будущем возможно проведение орбитальной экспериментальной стыковки нового американского корабля с создаваемым ПТК. Полигоны посадки планируются в южной части России. Спускаемый аппарат будет приземляться с помощью трёх парашютов и реактивной системы мягкой посадки. Парашюты будут раскрываться на высоте ≈1 км, твёрдотопливные ракетные двигатели будут уменьшать скорость снижения с ≈50 м. Ранее предлагалась полностью реактивная система, с резервными парашютами на случай неисправности двигателей. Посадка будет осуществляться на амортизированные опоры, за счёт чего исключается падение спускаемого аппарата на бок после касания грунта, характерное для космического корабля «Союз». Изначально планировалось, что запускать ПТК НП будут на новой РН «Русь-М», но в 2011 году проект закрыли. Возникла необходимость в создании новой сверхтяжёлой ракеты. В 2014 году идею создания такой ракеты одобрил В.В.Путин и её включили в проект Федеральной космической программы на 2016-2025 годы. Но на начальном этапе планируется использовать для запусков непилотируемого ПТК НП ракету «Ангара-А5»  или РН «Зенит». В декабре 2014 года РКЦ «Прогресс» представил аванпроект новой сверхтяжёлой ракеты Роскосмосу. Реализовывать проект предлагается в два этапа:

• На первом этапе программа предусматривает создание к 2028 году сверхтяжелой ракеты для полетов на Луну грузоподъемностью 85-90 тонн;
• На втором этапе программа предусматривает создание к 2040 году сверхтяжелой ракеты для полетов на Марс грузоподъёмностью 160-200 тонн.

         В Роскосмос в декабре 2014 года поступили проекты от трех ведущих космических предприятий отрасли. Ожидается, что в январе 2015 будет выбран оптимальный вариант проекта и начнется формирование самого облика сверхтяжелой РН.  В декабре 2014 прозвучали сообщения о работах над тяжелой «Ангарой» для лунной экспедиции. Центр имени Хруничева реализует техническое задание по созданию ракеты-носителя «Ангара» для доставки автоматических аппаратов и пилотируемых кораблей в рамках лунной экспедиции, сообщил заместитель гендиректора Центра, доктор технических наук Александр Медведев. Медведев отметил, что это может быть вариант ракеты «Ангара-5», но не исключил, что под пилотируемую программу может быть доработана «Ангара-3»

Вывод.

        Работа по изучению перспективных проектов российских космических кораблей  расширила  мои знания в области новых технологий создания перспективных проектов космических кораблей и  позволила, мне  включится в работу по созданию  экспериментальной модели  космического  корабля XXI  века.

Источники информации:

1. http://www.federalspace.ru/115/
2. http://www.vz.ru/society/2012/12/26/613858.print.html
3. http://www.energia.ru/rus/news/news-2009/public_08.html
4. http://ru.wikipedia.org/wiki

5. http://pahapct.livejournal.com/20096.html

6. http://www.rg.ru/2013/08/29/lopota.html