KNIT 5 2019.Indd
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Том 25 5(120) 2019 НАУКОВО-ПРАКТИЧНИЙ ЖУРНАЛ ЗАСНОВАНО В ЛЮТОМУ 1995 р. ВИХОДИТЬ 6 РАЗІВ НА РІК КИЇВ ЗМІСТ CONTENTS Космічні апарати і корисне навантаження Spacecrafts and Payloads Бердник А. И., Каляпин М. Д., Лысенко Ю. А., Бугаен- Berdnyk O. I., Lysenko Y. O., Kaliapin M. D., Buhaien- ко Т. К. Многоразовый лунный лэндер . .. 3 ko T. K. Reusable lunar lander . 3 Космічні матеріали та технології Space Materials and Technologies Дорожко А. И., Дегтяренко П. Г., Макаров А. Л., Си- Dorozhko А. I., Degtiarenko P. G., Makarov А. L., Sydoruk V. O., дорук В. О., Венцковский О. М. Сверхманевренное Vintskovsky О. M. Supermaneuverable vehicle. 11 транспортное средство . 11 Кашенкова А. В., Калініна Н. Є., Джур Є. О. Розробка Kashenkova A. V., Kalininа N. Ye., Dzhur Ye. О. Develop- пошарового лазерного спікання порошкових ком- ment of selective laser sintering of powder compositions of позицій конструкційних сталей . 18 constructional steels . 18 Астрономія і астрофізика Astronomy and Astrophysics Відьмаченко А. П., Казанцева Л. В., Мороженко О. В., Vidmachenko A. P., Kazantseva L. V., Morozhenko O. V., Чолій В. Я., Неводовський П. В. Астрономічні спосте- Choliy V. Ya., Nevodovskyi P. V. Astronomical observa- реження та моніторингові дослідження Землі з по- tions and monitoring surveys of the Earth from the sur- верхні чи з орбіти Місяця і їхній наземний супровід . 25 face or from the Moon’s orbit and their ground support 25 © НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ, 2019 Історія космічних досліджень History of Space Research Стрелко О. Г., Пилипчук О. Я., Бердниченко Ю. А. До Strelko О. H., Pylypchuk О. Ya., Berdnychenko Yu. А. п’ятдесятиріччя першого експерименту зі зварю- The fiftieth anniversary of the first space welding вання у космосі . 76 experiment . 76 Наші автори . 85 Our authors . 85 На першій сторінці обкладинки — мотор-колесо (див. статтю О. І. Дорожка та ін. на с. 3) Журнал «Космічна наука і технологія» включено до переліку наукових фахових видань України, в яких публікуються результати дисертаційних робіт на здобуття наукових ступенів доктора і кандидата фізико-математичних та технічних наук Відповідальний секретар редакції О.В. КЛИМЕНКО Адреса редакції: 01030, Київ-30, вул. Володимирська, 54 тел./факс (044) 526-47-63, ел. пошта: [email protected] Веб-сайт: space-scitechnjournal.org.ua Свідоцтво про реєстрацію КВ № 1232 від 2 лютого 1995 р. Перереєстровано Міністерством юстиції України 21.11.2018 р., Свідоцтво серія КВ № 23700-13540 ПР Підписано до друку 23.10.2019. Формат 84 108/16. Гарн. Ньютон. Ум. друк. арк. 9,03. Обл.-вид. арк. 9,48. Тираж 101 прим. Зам. № 5772. Оригінал-макет виготовлено і тираж віддруковано ВД «Академперіодика» НАН України вул. Терещенківська, 4, м. Київ, 01004 Свідоцтво про внесення до Державного реєстру суб’єктів видавничої справи серії ДК № 544 від 27.07.2001 р. Ракетно-космічні комплекси https://doi.org/10.15407/knit2019.05.003 УДК 629.788 А. И. Бердник, М. Д. Каляпин, Ю. А. Лысенко, Т. К. Бугаенко Государственное предприятие «Конструкторское бюро «Южное» им. М. К. Янгеля», Днипро, Украина МНОГОРАЗОВЫЙ ЛУННЫЙ ЛЭНДЕР Существенно повысить эффективность космического транспорта позволяет применение многоразовых систем, в особен- ности использующих топливо космического производства, первым источником которого будут полезные ископаемые Луны. Поэтому первоочередным важнейшим звеном будущей инфраструктуры «окололунная орбита — Луна» станет космиче- ская транспортная система, где ключевым элементом будет многоразовый лунный лэндер (МЛЛ), обеспечивающий грузо- и пассажиропоток сообщением «орбита Луны — поверхность Луны» и обратно. В работе приведены сценарии применения МЛЛ для различных этапов его создания, перечислены основные требования для его разработки. Показана конструкция мно- горазового лэндера и состав его основных технических систем. Его двигательная установка будет работать на топливе, производимом на лунной базе из местных ресурсов, а бортовые системы будут оптимизированы для многоразового использо- вания и универсальности применения, в частности в вариантах для доставки грузов и ротации экипажей базы. Приведены основные характеристики и энергетические возможности МЛЛ, состав транспортной системы и лунной инфраструктуры, применяемых совместно с МЛЛ. В статье также приводится предварительный анализ экономической эффективности ис- пользования многоразового лунного лэндера по сравнению с одноразовыми, а также дальнейшие перспективы его применения. Ключевые слова: лунная база, многоразовый лунный лэндер. ВВЕДЕНИЕ В рамках работ, проводимых на лунной базе, В рамках работ по концептуальному проекту планируется создавать и совершенствовать на лунной промышленно-исследовательской базы, практике необходимые технологии, а также вво- разработанному специалистами Конструктор- дить в строй первые очереди промышленной до- ского бюро «Южное» [1, 3], одной из ключевых бычи внеземных ресурсов, куда кроме топлива задач являлась разработка технологий добычи входят кислород, конструкционные и расходные и использования местных (лунных) ресурсов, в материалы, редкоземельные элементы и другие настоящее время называемых ISRU-технологи- ценные ресурсы, применимые как в космосе, ями. Использование местных ресурсов обеспе- так и на Земле. чит существенное снижение затрат на космиче- Самым востребованным в космосе ресурсом скую деятельность благодаря сокращению мас- будет топливо или рабочее тело ракетных дви- сы запускаемых в космос грузов, что составляет гателей, причем максимально эффективное его львиную долю затрат в космических операциях применение будет реализовано на транспорт- и является основной сдерживающей силой раз- ных участках, наиболее близких к месту про- вития космонавтики за пределы низких около- изводства самого топлива, то есть на перелетах земных орбит. между лунной базой, где топливо производится, и лунной орбитальной платформой — ближай- © А. И. БЕРДНИК, М. Д. КАЛЯПИН, Ю. А. ЛЫСЕНКО, Т. К. БУГАЕНКО, 2019 шем хабе (перевалочном пункте) транспортной ISSN 1561-8889. Космічна наука і технологія. 2019. Т. 25. № 5: 3—10 3 А. И. Бердник, М. Д. Каляпин, Ю. А. Лысенко, Т. К. Бугаенко цепочки «Земля — Луна». Таким образом, сфор- ний и основных характеристик МЛЛ. Для расши- мирована цель создания многоразового лунного рения его функциональности и увеличения эф- лэндера как первичного потребителя, для кото- фективности использования рассмотрены также рого организация производства топлива на Луне миссии с доставкой на поверхность Луны пило- будет необходима в первую очередь. тируемой кабины с экипажем и возвращения ее СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ на окололунную орбиту, что может применяться КА — космический аппарат как для ротации экипажей, так и для пилотиру- ЛБ — лунная база емых высадок в неисследованные районы Луны. ЛОП — лунная орбитальная платформа Кроме этого, при оптимизации конструкции МЛЛ — многоразовый лунный лэндер МЛЛ учитывались следующие требования: НИИТ — Научно-исследовательский инсти- компактность, в частности ширина, позво- тут технологий ляющая размещение в обтекателе с наружным ОКБ — окололунный космический буксир диаметром 6.2 м ракеты-носителя сверхтяжелого ПГ — полезный груз класса; РБ — разгонный блок минимальная высота верхней платформы УСМ — универсальный стыковочный механизм с полезным грузом для упрощения погрузоч- ISRU — in-situ resource utilization (использова- но-разгрузочных операций; ние местных ресурсов) максимальная конструктивная простота, предполагающая минимальное количество ком- КОНЦЕПЦИЯ МНОГОРАЗОВОГО понентов, и минимум затрат как при создании ЛУННОГО ЛЭНДЕРА МЛЛ, так и при его производстве и эксплуатации; Исходя из развития транспортного сообщения симметричное размещение топливных ба- с поверхностью Луны, рассмотренного в работе ков и полезного груза для минимизации смеще- [3] на этапах 3—4, для отработки компонентов ния центровки в полете; многоразового лунного лэндера (МЛЛ) и по- минимальная конечная масса МЛЛ за счет вышения его надежности предполагается, что оптимизации силовой конструкции с учетом на этапе до организации топлива на Луне МЛЛ рационального размещения всех компонентов будет проходить этап летных испытаний и на- МЛЛ и оптимального распределения нагрузок чальной эксплуатации, базируясь на лунной ор- на разных режимах полета и посадки. битальной платформе, и дозаправляться от то- Следуя данным требованиям, многоразовый плива, доставляемого с Земли. На данном этапе лунный лэндер выполнен одноступенчатым, может также применяться одноразовая версия при этом запас топлива в его баках обеспечива- лэндера, которая не требует дозаправки и обслу- ет выполнение как целевой транспортной мис- живания и является полностью независимой от сии, так и возвращения аппарата к месту бази- какой-либо дополнительной инфраструктуры. рования — на лунную орбитальную платформу Основной типовой миссией МЛЛ выбрана до- (ЛОП), а впоследствии — на лунную базу (ЛБ), ставка одиночного полезного груза (ПГ) с око- производящую топливо для дозаправок. лолунной орбиты на лунную базу и возвращение Двигатели лэндера работают на жидких кис- лэндера без груза на орбиту, при этом начальная лороде и водороде, получаемых из лунных за- масса аппарата с ПГ на окололунной орбите со- пасов воды методом электролиза, и обеспечи- ставляет 20 т, как и в транспортной системе для вающих высокую эффективность использова- создания лунной базы [1]. Это упростит пере- ния МЛЛ в транспортных миссиях. Как пока- ключение с одноразового лэндера начального зали проведенные расчеты, аппарат способен этапа на многоразовый на дальнейших этапах доставлять на лунную базу ПГ такой же массы,