Анализ многоразового лунного транспортного корабля, использующего ядерную энергетическую установку
Аэрокосмическое двигателестроение
Авторы
1*, 2**, 3**, 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), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
*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 установкаБиблиографический список
- Афанасьев, И. Ядерный космос в России [Текст] // Новости космонавтики. — 2010. — № 2, с.44-47.
- 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.
- 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.
- Sackett L.L., Malchow, T.N., Edelbaum T.N. Solar Electric Geocentric Transfer with Attitude Constraints: Analysis ,NASA CR—134927. — 1975.
- Petukhov V.G. One Numerical Method to Calculate Optimal Power—Limited Trajectories // IEPC—95—221. — 1995. — Moscow.
- Петухов В.Г. Оптимизация многовитковых траекторий перелета между некомпланарными эллиптическими орбитами [Текст] / Космические исследования. — 2004. — т. 42, № 3. — С. 260–279.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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