Анализ многоразового лунного транспортного корабля, использующего ядерную энергетическую установку

Авторы

Лёб Х. В.^1*, Могулкин А. И.^2**, Обухов В. А.^3**, Петухов В. Г.^3***

1. Justis-Liebig-Universitat, Physikalisches Institut, Giessen, Germany
2. Лаборатория «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей»,
3. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: Horst.w.loeb@expl.physik.uni-giessen.de
**e-mail: riame@sokol.ru
***e-mail: vgpetukhov@gmail.com

Аннотация

Рассматривается многоразовый лунный транспортный корабль (МЛТК) с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ), который должен осуществить несколько замкнутых перелетов между низкой околоземной орбитой (НОО) (высотой 800 км) и низкой селеноцентрической орбитой (НСО) (высотой 100 км) для транспортировки компонентов постоянно функционирующей обитаемой лунной базы. При старте с НОО космический аппарат (КА) должен иметь массу 61.8 тонн, в том числе 25 тонн полезной нагрузки (ПН). ЯЭУ массой 20 тонн обеспечивает 1 МВт электрической мощности. Она оснащена четырьмя двигательными блоками (ДБ) по 10 ионных двигателей (ИД) в каждом. 28 ИД будут создавать суммарную тягу 18.2 Н, потребляя 840 кВт электроэнергии. На один перелет расходуется 10.8 тонн ксенона. Разрабатываемый высокочастотный ИД (ВЧИД) ВЧИД–45 с диаметром ионизатора в 49 см должен обладать следующими характеристиками: потребляемая входная мощность – 35 кВт, удельный импульс тяги – 7000 с, ресурс – 50000 часов.
Проведенный анализ МЛТК показал, что он может обеспечить доставку 128.5 тонн ПН на НСО или 57.4 тонн ПН на поверхность Луны за пять перелетов в течение 7 лет, причем для обеспечения этих операций требуется доставка на НОО 205,2 тонн ПН, что в 2…3.5 раза меньше, чем при использовании транспортной системы без электроракетных двигателей (ЭРД).

Ключевые слова

высокочастотный ионный двигатель, многоразовый лунный транспортный корабль, низкая околоземная орбита, селеноцентрическая орбита, ядерная электроракетная двигательная установка

Библиографический список

1. Афанасьев, И. Ядерный космос в России [Текст] // Новости космонавтики. — 2010. — № 2, с.44-47.
2. Loeb, H.W. Design of High—Power High—Specific Impulse RF—Ion Thruster [Text] / H.W. Loeb, D. Feili, G.A. Popov, V.A. Obukhov, V.V. Balashov, A.I. Mogulkin, V.M. Murashko, A.N. Nesterenko, S. Khartov // Paper IEPC—2011—290, 32 International Electric Propulsion Conference. — 2011, 11–15 September. — Kurhaus, Wiesbaden, Germany. — 8 p.
3. Loeb H.W. State—of—the—Art of the RIT — Ion Thrusters and Their Spin—offs [Text] / H.W. LoeJ. Freisinger K.H. GraA. Scharmann // IAF—88—258, 39 International Astronautical Congress. — 1988, 8–15 October. — Bangalore, India.
4. Sackett L.L., Malchow, T.N., Edelbaum T.N. Solar Electric Geocentric Transfer with Attitude Constraints: Analysis ,NASA CR—134927. — 1975.
5. Petukhov V.G. One Numerical Method to Calculate Optimal Power—Limited Trajectories // IEPC—95—221. — 1995. — Moscow.
6. Петухов В.Г. Оптимизация многовитковых траекторий перелета между некомпланарными эллиптическими орбитами [Текст] / Космические исследования. — 2004. — т. 42, № 3. — С. 260–279.
7. Konstantinov M.S. Spacecraft Insertion into High Working Orbits Using Light—Class Launcher and Electric Propulsion [Text] / M.S. Konstantinov, V.G. Petukhov // 17 International Symposium on Space Flight Dynamics: Proceedings. — 2003, V. 2. — Moscow.
8. Konstantinov M.S. Easy Engineering Technique of Optimal Electric Propulsion Trajectory Estimation [Text] / M.S. Konstantinov V.G. Petukhov // IAC—06—C4.4.06, 57 International Astronautical Congress. — 2006, 2–6 October. — Valencia, Spain. — 11 p.
9. Petukhov V.G. Robust Suboptimal Feedback Control for Low—Thrust Transfers Between Noncoplanar Elliptical and Circular Orbits [Text] / V.G. Petukhov V.V. Svotina // 3 European Conference for Aero—Space Science, EUCASS—2009. — 2009, 6–9 July. — Versailles, France. — 8 p.
10. Петухов В.Г. Проектно—баллистический анализ лунного транспортного космического аппарата с электроракетной двигательной установкой [Текст] // XXXIII Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства. — 2009, 26–30 января. — Москва, 1 с.
11. Ивашкин В.В. Определение траектории перелета КА от Земли к Луне с малой тягой при использовании орбиты захвата Луной [Текст] / В.В. Ивашкин, В.Г. Петухов // XXXIII Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства. — 2009, 26–30 января. — Москва, 1 с.
12. Петухов В.Г. Квазиоптимальное управление с обратной связью для многовитковых перелетов с малой тягой между некомпланарными эллиптической и круговой орбитами [Текст] // Космические исследования. — 2011. — т. 49, № 2. — С.121—130.

Скачать статью