Анализ возможности создания взлетной ракеты для доставки грунта с Венеры

Язык труда и переводы:
УДК:
629.76
Дата публикации:
27 апреля 2023, 13:50
Категория:
Секция 09. Космонавтика и устойчивое развитие общества (концепции, проблемы, решения)
Аннотация:
Рассмотрен один из возможных вариантов реализации проекта доставки образцов инопланетного, в частности венерианского, грунта на Землю. Предложен вариант исполнения взлетной ракеты для доставки грунта с Венеры. На данный момент экспедиций такого рода на Венеру не осуществлялось, исследования ограничивались анализом проб посадочным аппаратом, однако работы в этом направлении ведутся и в Российской Федерации, и за рубежом. Более глубокое и подробное лабораторное исследование венерианских образцов возможно даст ответы на некоторые вопросы, связанные с историей возникновения Венеры, особенностями ее строения, даст понимание закономерностей и явлений, происходящих как на ней, так и на нашей родной планете.
Ключевые слова:
взлетная ракета, посадочный аппарат, Венера, возврат грунта, возвратный модуль
Основной текст труда

Венера — вторая от Солнца и ближайшая к Земле планета Солнечной системы. Несмотря на свою близость, Венера весьма малоизучена и продолжает приковывать внимание ученых со всего мира.

Особенность планеты Венера заключается в том, что она имеет немало сходства с Землей. Иногда эти две планеты называют «сестрами» или даже «близнецами». Они образовались примерно в одно время и в схожих условиях, что делает Венеру весьма привлекательным предметом исследования, так как ее сходство с Землей может поспособствовать пониманию закономерностей и явлений, проходящих на нашей родной планете.

Несмотря на экстремальные условия для работы техники, ученые неоднократно предпринимали попытки изучения Венеры как «планеты-близнеца» Земли. За всю историю для ее изучения было запущено 42 (включая неудачные) автоматические межпланетные станции, в задачи которых, в зависимости от конкретного аппарата, входило как орбитальное наблюдение, так и посадка на поверхность.

В связи с большим количеством пока неизученных особенностей «планеты-сестры», тема доставки образцов грунта с поверхности Венеры на Землю для дальнейшего изучения является весьма актуальной на настоящий момент и разрабатывается ведущими мировыми космическими агентствами. В частности, в России госкорпорация Роскосмос и входящие в нее организации совместно с РАН вплотную занимается разработкой путей решения данной задачи.

Главной проблемой осуществления возвратной ракеты с Венеры являются экстремальные условия на ее поверхности и в атмосфере. Давление на поверхности достигает 93 атм, а температура варьируется от 400 °С до 800 °С (в некоторых местах). В связи с этим наиболее оптимальным решением представляется запуск ракеты из атмосферы, а именно с высоты 55 км над поверхностью, где атмосферное давление и температура максимально близки к земным и составляют 0,93 атм и 30–50 °С соответственно [1, 2].

Для осуществления «воздушного» старта будет использован аэростатный модуль с термозащитным контейнером, защищающим ракету во время нахождения на поверхности и в процессе подъема на аэростате [3].

Этапами функционирования проектируемой взлетной ракеты будут являться;

  • перелет в составе автоматической станции по маршруту Земля–Венера;
  • посадка внутри спускаемого аппарата на поверхность Венеры;
  • нахождение на поверхности планеты в специальном теплозащитном контейнере до момента погрузки грунта;
  • подъем на надувном аэростате внутри контейнера на высоту старта;
  • запуск и взлет ракеты после раскрытия контейнера с подвеса аэростата;
  • активный полет ракеты с выводом полезной нагрузки на опорную орбиту;
  • стыковка груза с орбитально-перелетным модулем.

В работе рассмотрен непосредственно этап взлета ракеты с высоты 55 км на опорную орбиту в 500 км с определением необходимой программы изменения угла тангажа для достижения необходимого значения массы полезной нагрузки, а также необходимой стартовой массы взлетной ракеты [3].

Дальнейшая работа предполагает более детальное проектирование заявленной возвратной ракеты с учетом особенностей двигательной установки, компонентов топлива, теплоизоляции и программы влета и управления ракетой вплоть до выхода контейнера с пробами на орбиту и стыковки его с перелетным модулем [4, 5].

Таким образом, в работе предложен вариант исполнения взлетной ракеты для доставки грунта с Венеры в составе автоматической миссии, рассчитаны параметры ее взлета на атмосферном и внеатмосферном участке полета, представлена возможная схема компоновки и программа выполнения возвратной миссии.

Литература
  1. Seiff A., Schofield J.T., Kliore A.J. et al. Model of the structure of the atmosphere of Venus from the surface to 100 km altitude. Advances in Space Research, 1985, vol. 5, no. 11, pp. 3–58. DOI: https://doi.org/10.1016/0273-1177(85)90197-8
  2. Кузьмин А.Д., Маров М.Я. Физика планеты Венера. Москва, Наука, 1974, 408 с.
  3. Воронцов В.А., Лохматов М.Г., Мартынов М.Б., Пичхадзе К.М., Симонов А.В., Хартон В.В., Засова Л.В., Зеленый Л.М., Кораблев О.И. Перспективный космический аппарат для исследования Венеры. Проект «Венера-Д». Вестник ФГУП НПО им. С.A. Лавочкина, 2010, № 4, с. 62–67.
  4. Кирилин А.Н., Ахметов Р.Н., Куренков В.И. Выбор основных проектных характеристик и формирование конструктивного облика ракет-носителей. Самара, Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2015, 448 с.
  5. Сердюк В.К. Проектирование средств выведения космических аппаратов. Москва, Машиностроение, 2009, 504 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.