Лунный Дракон

27 апреля 2016 года владелец и главный конструктор компании SpaceX Илон Маск написал в своём Твиттере: 

Те, кто не в танке, тут же смекнули, что из текста этого сообщения можно сделать косвенный вывод: Crew Dragon РЕКОМЕНДОВАН для полётов астронавтов к Луне. А если вспомнить, что одной из замечательных особенностей этого космического корабля является его способность совершать пропульсивную посадку, можно задать следующий вопрос: 
А может ли Crew Dragon доставить людей на Луну и вернуть их обратно на Землю? Можно ли использовать его по тому назначению, для которого 50 лет назад компанией Grumman Aircraft был создан Лунный модуль корабля Аполлон? 

Какой ракетой можно отправить Crew Dragon к Луне, и что ещё может потребоваться для того, чтобы такое путешествие стало возможно? 
Ради ответа на эти вопросы пришлось провести небольшое исследование, результатом которого и является эта статья. Руководство SpaceX может рассматривать её как одну из идей по расширению спектра назначений новых кораблей Crew Dragon. Откроем справочники и посмотрим, что же известно о технических характеристиках этого пилотируемого корабля компании SpaceX: 

масса капсулы без багажника (включая 400 галлонов топлива) - 8 тонн, 
масса топлива (учитывая плотность гептила и амила) - 1,7 тонны, 
общая тяга 8 двигателей SuperDraco - 544 кН, 
время работы двигателей - 25 секунд. 
Зная первую космическую скорость для спутника Луны - 1680 м/сек и время работы двигателей корабля, можно оценить замедление во время посадки (или ускорение во время взлёта), разделив скорость на время, получим a =  67,2 м/сек^2.  Это на порядок больше, чем перегрузки, которые испытывали астронавты садившиеся на Луну в лунных модулях Аполлонов, но всё же меньше, чем перегрузки, которые приходится испытывать тем, кто иногда возвращается с орбиты на Землю по баллистическим траекториям в спускаемых аппаратах кораблей Союз.
Используя второй закон Ньютона (F=m*a) посмотрим, на что способны двигатели SuperDraco: делим 544000 Н на 8000 кг и получаем  68 м/сек^2. 
Формально тяги 8 двигателей для посадки на Луну должно хватить, но о комфорте для лунавтов во время такой посадки говорить не приходится. Перегрузка в 7 земных G хоть и в течении 25 секунд - удовольствие лишь для экстремалов. И для взлёта с Луны топлива не остаётся. Без дозаправки на Луне экспедиция на её поверхность с помощью корабля Crew Dragon энергетически НЕВОЗМОЖНА. Интересно, что дозаправка делает такую экспедицию похожей на исторический вояж Конрада и Бина на Аполлоне-12 (в ноябре 1969 года) к ранее прилетевшему на Луну аппарату Сервейер-3. 

Сначала на Луну отправляется танкер с топливом (и автоматически садится там), а затем ему в догонку стартует пилотируемая экспедиция. К счастью корабль Crew Dragon способен осуществлять прецизионно точную посадку и до танкера нашим гипотетическим путешественникам не придётся бегать с канистрами за 200 метров (как Конраду и Бину к Сервейеру-3). 

Кстати, танкер поможет осмотреть местность вокруг и заранее выбрать поблизости удобную для посадки астронавтов площадку. Таким образом мы видим, что Илон Маск сказал правду (хоть и не всю), - его новый пилотируемый корабль способен сесть на Луну, а после дозаправки и вернуться на орбиту спутника Луны. Но как ему туда добраться? И как ему вернуться на Землю? 
К сожалению самая мощная ракета компании SpaceX - Falcon Heavy ничем помочь не сможет, она способна отправить к Луне лишь ПН массой 13,6 тонны, а этого хватит лишь для облёта Луны, но не для посадки на её поверхность. 

К счастью НАСА давно работает над собственной сверх-тяжёлой ракетой SLS и обещает создать целый спектр её конфигураций: 

Нам нужна вторая слева ракета, способная вывести на НОО ПН массой 105 тонн.

Она способна отправить к Луне груз массой 33 тонны, и нам этого вполне хватит. А как же должен выглядеть наш Лунный Дракон на пути к Луне? Увы, ему придётся поменять свой красивый багажник на дополнительный сервисный отсек с топливом и двигателем для торможения возле Луны (0,7 км/сек), и для старта с орбиты Луны при возвращении на Землю в конце путешествия. Выглядеть он может как-то так: 

Я использовал рисунки знакомого итальянского космического иллюстратора Giuseppe De Chiara. (Джузеппе, прости меня, не было времени с тобой связаться и спросить твоего разрешения) 
Масса сервисного отсека корабля Аполлон - 24 тонны, а масса нашего - может быть поменьше, потому что тормозить возле Луны ему придётся не 45 тонн, а гораздо меньше (правда к Земле возвращать нужно будет чуть большую массу, чем у командного отсека Аполлона - 6,3 тонны вместо 5,5). 
Итак, изложем в должной последовательности все этапы гипотетического полёта Лунного Дракона в царство Селены: 
1. На Луну отправляется танкер с топливом для Лунного Дракона. Автоматически садится в заданном районе, выполняет самодиагностику и рекогносцировку. Тут никаких проблем не ожидается, на Луну кто только ни садился - и советские Луноходы и американские Сервейеры и даже китайский Нефритовый Кролик.  (Правда 1,7 тонн топлива никто из них туда ещё не доставлял)
2. Ракетой SLS (Block IA Crew) Лунный Дракон отправляется к Луне. 

3. Двигателем дополнительного сервисного отсека Лунный Дракон тормозится возле Луны до орбитальной скорости и переходит на орбиту её спутника. 
4. Посадочная капсула отделяется и совершает посадку на Луну. 
5. Лунавты выбираются из своего корабля и производят его дозаправку. 

6. Путешественники делают обязательный флаговтык, селфи, расставляют приборы нового комплекта DLSEP, собирают лунные камни для сувениров (и для того, чтобы заткнуть ими рты идейных противников), выбрасывают свои памперсы и прочие отходы. 

7. Лунный Дракон взлетает с Луны и пытается догнать оставленный на орбите дополнительный сервисный отсек. 

8. Осуществляется поиск, сближение и стыковка капсулы и сервисного отсека. Конечно непривычно выглядит стыковка через тепловой щит Дракона. Но если учесть, что из этого щита появляются четыре ноги (во время посадки) и это не влияет на работоспособность щита, то появление ещё одного конструктивного элемента на той же поверхности не должно стать неразрешимой проблемой. 

9. Включением двигателя сервисного отсека корабль переводится на трассу полёта к Земле. Вряд ли в баках сервисного отсека после этого останется 1,7 тонны топлива (гептил + амил). Но хотелось бы третий раз заправить баки капсулы перед посадкой на Землю. Впрочем, атмосфера позволяет садиться на тряпках (пардон, на парашютах, которых у него целых четыре). 

10. Происходит вход в атмосферу со второй космической скоростью (для этого тепловой щит Дракона заранее потребуется усилить) и на всякий случай привычное приводнение в океане (не стоит выпендриваться садясь на сушу, после такого непростого приключения). 

Ну и как Вам такое путешествие? Лично я огорчён тем, что Илона Маска интересует только Марс.