Lunar Starship концептуально ошибочен

Программе ARTEMIS нужен другой лендер

 

Давайте разберёмся, сколько топлива понадобится Lunar Starship (LS)
для выполнения его исторической миссии HLS Artemis III ?

Как известно миссия должна состоять из следующих этапов:

 

Рассмотрим этапы 3, 4, 6 и 8 этой миссии в обратном порядке.

Взлёт с поверхности Луны и достижение орбитальной скорости V = 1,678 км/сек.
Формула Циолковского:
V = I * ln(M/m) , где:
I - удельный импульс для пары метан/кислород двигателя Raptor Vacuum (3,68 км/сек);
M - стартовая масса LS на поверхности Луны;
m - конечная масса LS на орбите ИСЛ, равная сухой массе LS (120 т.)
Решив уравнение:
1,678 = 3,68 ln(M/120) , находим M = 189 т.
Таким образом для взлёта с поверхности Луны LS потребуется 69 т. топлива.
Поскольку задачей 6-го этапа является не только посадка LS на поверхность Луны, но и доставка туда полезной нагрузки (ПН), учтём это добавив к 189 т. ещё 100 т. ПН.
Тогда m - конечная масса LS после посадки должна быть 289 т. Найдём стартовую массу LS на орбите ИСЛ перед посадкой используя ту же формулу Циолковского.
1,678 = 3,68 ln(M/289) Стартовая масса на 6-м этапе составит 457 т.
В том числе 120 т. сухая масса LS + 100 т. масса ПН + 69 т. топлива для взлёта + 168 т. топлива для посадки.
Задача 4-го этапа - торможение возле Луны для изменения скорости LS на величину 0,722 км/сек. Посмотрим сколько топлива понадобится LS для этого маневра.
0,722 = 3,68 ln(M/457) Стартовая масса на 4-м этапе составит 556 т.
В том числе 120 т. сухая масса LS + 100 т. масса ПН + 69 т. топлива для взлёта + 168 т. топлива для посадки + 99 т. топлива для торможения возле Луны.
Задача 3-го этапа - выведение LS на траекторию перелёта к Луне, для чего скорость надо увеличить с 1-ой космической для Земли до 2-ой на величину 3,29 км/сек.
Посчитаем сколько топлива понадобится LS для этого маневра.
3,29 = 3,68 ln(M/556) Стартовая масса на 3-м этапе составит 1360 т.
В том числе 120 т. сухая масса LS + 100 т. ПН + 1140 т. топлива. Учитывая, что баки LS вмещают 1200 т. топлива, недолив составит всего 60 т (5%).

Выводы:

1) Как видим лунная миссия выполнима, но судьба марсианского Старшипа вызывает сомнения, потому что на Марсе гравитация в 2 раза сильнее, чем на Луне. На этапах 4 и 6 (торможения возле Марса и посадки на его поверхность) топливо конечно можно экономить, за счёт торможения трением об атмосферу Марса, но после взлёта с поверхности Марса понадобится решить ещё и задачу отлёта к Земле. Без дозаправки топливом на поверхности Марса (либо на орбите ИСМ) марсианский Старшип на Землю вернуться скорее всего не сможет. Здесь нужно заметить, что для колонизации Марса этот факт значения не имеет. Колонизаторам обратные билеты не нужны.

 

2) На этапах 4, 6 и 8 суммарная дельта V = 0,722 + 1,678 + 1,678 = 4,078 км/сек, а на одном только 3-ем этапе - 3,29 км/сек.

Очевидно, что задачу 3 этапа лучше решать с помощью разгонного блока (либо грузовика Cargo Starship), иначе возле Луны будет болтаться нелепая каланча с полупустыми баками, якобы выполняющая задачи лунного лендера. Точнее баки LS будут заполнены топливом лишь на 28% (336 т. из 1200 т.). Тем более эта полая почти пустая "пизанская башня" не может претендовать на роль многоразового лунного лендера, регулярно курсирующего между орбитой ИСЛ и поверхностью Луны.
Идея использования Lunar Starship в качестве HLS Artemis концептуально ошибочна! Программе Артемида нужен лунный лендер, в задачи которого не будет входить отлёт к Луне на собственном топливе. Тогда ему не понадобятся баки на 1200 т. топлива и он не будет столь чудовищно переразмерен как Lunar Starship. Кажется руководители NASA уже поняли, что погорячились, отдав победу в конкурсе HLS SpaceX, потому что они объявили новый конкурс  SLD (Sustaining Lunar Development) по результатам которого будет выбран альтернативный лунный лендер для программы Artemis.

 

3) Задача доставки на поверхность Луны ПН массой 100 т. (научное, энергетическое и транспортное оборудование) ставит под большой вопрос необходимость полной многоразовости лунного лендера. Возвращать на Землю всё, что будет доставлено на Луну вовсе не требуется, поэтому грузовой отсек лунного лендера может и должен быть одноразовым, способным в каждой новой миссии содержать новую ПН. Именно так летают все корабли Dragon Илона Маска - в каждом новом полёте у них новый багажник. Если грузовой отсек будет расположен внизу (а не наверху как у LS) то на 8-ом этапе он может выполнять роль стартового стола (которого у LS нет). А если он будет представлять из себя герметичное помещение, то из нескольких таких грузовых отсеков можно будет собрать модульную обитаемую лунную базу. Нижнее расположение ПН будет выгодно понижать центр тяжести всего лендера, особенно по мере выработки топлива в процессе его посадки на поверхность Луны. Удивительно, что Илон Маск в качестве CEO Tesla ясно понимает выгоды от понижения центра тяжести транспортного средства, но полностью игнорирует эту задачу для LS в качестве CEO SpaceX (спрашивается, это один и тот же человек или два разных?). Возможный облик альтернативного лунного лендера для программы Артемида я попытался представить на рисунке ниже.

 

Ещё на ту же тему: http://cropman.ru/hls/