SpaceX, частная космонавтика и прочий флейм о космической гонке

Я знаю что на меня сейчас набросятся.
Но мне - пофиг.
И всё-таки Маск совершил революцию
В моей голове - точно.
До презентации ITS я как-то полностью ставил крест на идее ЖРД-корабля, который бы целым взлетал с Земли, куда-то там летел (на Луну, Марс, к астероидам) там бы садился, взлетал оттуда как он есть, летел бы назад на Землю и садился бы на Землю таким бы как взлетал.
Это могли делать чудо-корабли в фантастике (на волшебных атомных двигателях). Но не в жизни.
В жизни (полагал я) это запрещено самими законами природы.
И когда я это увидел в презентации первая моя мысль - а почему до чего-то подобного до сих пор не додумался никто другой?




Лично я с младых ногтей привык думать о ЖРД-ракете как о носителе "капсул". Вечно одноразовых, вечно вынужденных оставлять свои части на любой стадии полёта и экономить буквально на всём. Ярчайший пример - высадка американцев на Луну буквально "в корыте". Сэкономили по-максимому. Ради флага. И по-сути... Сдохли. Выдохлись на флаге.
До сих пор вся наша космонавтика в панической битве за экономию веса всего и вся только тем и занималась что игралась в одноразовые "кубики". И это выходило чертовски дорого! Каждая новая цель требовала разработки всего нового с нуля! Каждый такой кубик-капсула всегда должен был быть заточенный эд хос, только под свою крайне узкую задачу. Под одну единственную задачу, один единственный полёт! Мысль что один ЖРД-корабль может в принципе совершить полёт и на Луну и на Марс и еще куда-то, всякий раз возвращаясь на Землю (как нормальное транспортное средство) казалась совершенно дикой, нереалистичной фанзазией!
Она и сейчас тут большинству покажется совершенно дикой.
Верно?
Но лично я после презентации ITS в этом увидел возможность полного переворота подхода к космонавтике. А действительно. Стоит ли экономить на ТОПЛИВЕ, которые - самое дешёвое и в принципе его можно добыть и по-пути?
При этом я не в восторге от того что КОНКРЕТНО предложил Маск.
Я предпочёл бы другие решения и другие подходы (начиная с массы и загрузки такого универсального корабля, нам непременно надо иметь под 200 тонн, может универсалу хватило бы меньше?)
Так концецию РОК (предложенную любителями до того как Маск опубликовал свою версию решения) я считаю куда более интересной.



Но мне в презентации ITS понравилась именно концепция, а не ее конкретная реализация.

Ставим на один многоразовый универсальный корабль-исследователь, который разрабатываем один раз, доводим его до ума и... пользуемся много раз для самых разных задач. Не многоразовый челнок только до орбиты, а дальше - всё те же уродские "кубики" (уродство запредельное-полурешение), а именно многоразовый космический корабль который летит куда нам надо по-сути по схеме планета-планета (задерживаясь на орбите только для дозаправки). Летит целяком ничего не теряя по пути туда и обратно (заправляясь по-пути).
Когда я попытался прикинуть, а как много (насколько разнообразные задачи) можно было бы выполнить с помощью метанового ЖРД ITS я был удивлён спектром открывающихся возможностей (доставку 100 человек и 100 тонн на Марс я посчитал безумной целью и резервом для дополнительного топлива).
По-сути у нас есть одна только глубочайшая гравитационная яма - это Земля. И из неё подобный универсал должен выталкиваться специальный бустером (первой ступенью).
Да, 7 заправок потом на околоземной орбите - это очень плохо. Это почти спускает в ноль всю идею универсальности (почему я бросился искать "косое решение" то есть к кораблю-универсалу в 100-200 тонн сухой массы вывести гипертяжем одним толчком 1000 тонн топлива к нему. Два пуска и встреча на НОО).
Но, скажем, имея заправку на Луне, ваш корабль получает шикарные возможности для полёта и высадки по-сути где угодно до пояса астероидов.
Вы просто не должны везти с собой топливо на обратный путь. Вы должны его уже иметь там заранее. И почти во всех случаях это можно себе обеспечить (даже при первой высадке). Универсальность (способность садится и в атмосферу и без атмосферы) создает тут уникальные возможности в таком случае.
То есть все предыдущие подходы с узко заточенными кубиками - это был явный тупик. Путь в никуда
Не удивительно что мы на этом пути - застряли.
Вся известная нам космонавтика - это один большой концептуальный тупик. Тупик системный. Тупик в который нас по-сути загнали и фон-Браун и Королёв и все все все политические обстоятельства истории космонавтики (произрастающей из ракет-носителей ядерных боезарядов).
И Маск показал выход из него.
Почти детский выход.
(представляю как теперь "взрослые дяди" ринутся мне объяснять что это всё детские фантазии)

Допустим мы хотим поднять с Марса и отправить к Земле корабль сухой массой в 50 тонн
Вторая космическая на Марсе 5,03 км/с. С учётом всех потерь, предположим 5,5 км/с
Скорость истечения рабочей массы из метановых "Рапторов" 3,4 км/с (в вакууме но на Марсе почти вакуум).
Тогда нам нужно 50*[exp(5,5/3,4)-1]= 202 тонны "металокса". Кислорода и метана (будем для простоты считать в стехиометрической пропорции). Калорийность такой смеси 10,2 МДж/кг, то есть при полном сгорании 202 тонн такого топлива выделится 2,061E+12 Дж энергии. Если мы хотим произвести это же из исходных компонентов (вода и углекислый газ) то должны затратить столько же, разделив еще на эффективность процесса. Скажем, 0.75. Итого, прежде чем отправить экспедицию домой нам нужно затратить 2,748E+12 Дж внешней энергии на поверхности Марса. Скажем, это будет реактор. Если мы будем копить это топливо в течении года то нам потребуется источник мощностью 2,748E+12/31536000 = 87,14 кВт. Условно 100 кВт ядерная установка. Это много весит? Мегаваттная установка (при этом в ход идёт именно тепло) могла бы заправить наш корабль считай за месяц. 50 тонн сухая масса - это очень шикарный корабль, кстати. Зубрин планировал куда более скромный модуль для возврата экспедиции из 4-х человек. При этом он планировал использовать не местную воду, а привезённый в корабле возврата водород (его масса составляет 8,3% от конечной массы топлива, но зато заправиться на Марсе можно в автоматическом режиме там где корабль сел, используя только углекислоту из атмосферы Марса).
Напомню. Сначала на Марс отправляется корабль возвращения. В автоматическом режиме он садится на Марс и начинает заправляться. Через два года стартует пилотируемая экспедиция в составе 4 человек в "хабитате". Через 180 дней они на месте. Кстати для обоих пусков нужна ракета типа "Сатурн-5". То есть полёт на Марс 4-х человек в два раза "дороже" по грузоподъемности чем высадка двух астронавтов на Луну. Всего лишь!
Хабитат садится рядом с кораблём возвращения, который уже к тому моменту заправлен местным топливом.
Параллельно запускается второй корабль для будущей экспедиции плюс подстраховка этой. При этом массы каждого модуля не по 50 тонн (не помню но хабитат тонн 25). Запас ресурсов и продуктов на 3 года. При полёте к Марсу предполагалась искусственная гравитация (раскручиванием хабитата и разгонной ступени на соединяющем их тросе). В случае "промаха" мимо Марса (по какой-то причине не стали входить в атмосферу и тормозить) корабль-хабитат с людьми вернётся к Земле через 2 года (поэтому выбрана траектория в 180 дней перелёта).