Межпланетная транспортная система (SpaceX)

Межпланетная транспортная система (англ. Interplanetary Transport System, ITS) — проект американской частной компании SpaceX, предполагающий создание многоразового космического транспорта для доставки людей на Марс, с целью создания там в будущем самоподдерживающейся колонии.

МТКС ITS
Запуск со стартовой площадки LC-39A (рендер)
Общие сведения
Страна	США
Назначение	ракета-носитель
Разработчик	SpaceX
Изготовитель	SpaceX
Основные характеристики
Количество ступеней	2
Длина (с ГЧ)	122 м
Диаметр	12 м
Стартовая масса	10 500 т
Масса полезной нагрузки
• на НОО	300 000 кг
• на Марс	420 000 кг (дозаправка на НОО)
История запусков
Состояние	разработка остановлена в пользу Starship
Места запуска	мыс Канаверал
Число запусков	0
Первая ступень
Сухая масса	275 т
Стартовая масса	6 975 т
Маршевые двигатели	42 × Raptor
Тяга	уровень моря: 128 МН вакуум: 138 МН
Удельный импульс	уровень моря: 334 с
Горючее	жидкий метан
Окислитель	жидкий кислород
Вторая ступень — МТКК ITS
Сухая масса	150 т
Стартовая масса	2 100 т
Маршевые двигатели	9 × Raptor
Тяга	вакуум: 31 МН
Удельный импульс	вакуум: 6 X 382 с, 3 X 361 с
Горючее	жидкий метан
Окислитель	жидкий кислород
Медиафайлы на Викискладе

Подробности проекта представлены основателем компании SpaceX Илоном Маском 27 сентября 2016 года на 67-м Международном конгрессе по астронавтике в Гвадалахаре, Мексика.

Основными конструктивными компонентами системы будут возвращаемая ракета-носитель для запуска с Земли, собственно межпланетный космический корабль ITS для транспортировки грузов и людей, а также его танкерная модификация для дозаправки космического корабля на орбите после старта с Земли или после старта с поверхности других крупных небесных тел Солнечной системы.

Наиболее оптимистичный временной график предполагает первый полёт к Марсу в 2022 году (доставка груза), первый полёт с экипажем ожидался в 2024 году, с прибытием на Марс в 2025 году.

29 сентября 2017 года в рамках 68-го ежегодного Международного конгресса астронавтики, И. Маск анонсировал планы по разработке оптимизированной межпланетной транспортной системы под кодовым названием BFR, которой в будущем планируют заменить все существующие ракеты и космические корабли компании SpaceX.

Ключевые элементы системыПравить

• Многоразовое использование всех компонентов
• Дозаправка на орбите
• Производство топлива на Марсе
• Выбор правильного топлива

ОписаниеПравить

Общая высота транспорта составляет 122 м, стартовая масса — 10 500 т, тяга при запуске — 128 МН. Масса выводимой на низкую околоземную орбиту полезной нагрузки составляет 550 т в одноразовом варианте и 300 т при возвращении ускорителя на стартовую площадку. Все первичные части планировалось выполнить из углепластика.

Ракета-носительПравить

 

Возвращаемый ускоритель

Внешне представляет собой существенно увеличенную версию первой ступени действующей ракеты-носителя Falcon 9.

Высота ускорителя — 77,5 м, диаметр — 12 м, сухая масса составит 275 т.

Масса вмещаемого топлива — 6700 т, около 7 % от общего количества будет использовано для возвращения и посадки непосредственно на место запуска. Использование трёх решётчатых рулей обеспечит максимальную точность приземления.

Ракету планировалось оборудовать 42 жидкостными ракетными двигателями Raptor, расположенными по трём окружностям вокруг центрального двигателя (1-6-14-21). Семь двигателей центральной секции могут отклоняться от центральной оси, обеспечивая контроль вектора тяги, остальные двигатели будут закреплены неподвижно. Каждый двигатель будет способен развивать тягу в 3050 кН на уровне моря, с удельным импульсом 334 с. Суммарная тяга двигателей на уровне моря составляет 128 000 кН, в вакууме — 138 000 кН.

Планировалось, что ракета может быть использована повторно до 1000 раз.

Межпланетный космический корабльПравить

Основная статья: МТКК ITS (SpaceX)

 

Межпланетный космический корабль

Корабль разделяется на отдельные секции: в нижней части расположены двигатели и топливные баки, над ними — отсек для груза, в верхней части корабля размещаются пассажиры. На внешней поверхности в отдельных выступающих отсеках расположены механизмы выдвижения посадочных стоек, которые будут использоваться при посадке как на Марсе, так и на Земле.

Высота корабля составляет 49,5 м, максимальный диаметр — 17 метров, сухая масса — 150 т, масса топлива — 1950 т.

На корабле планировалось установить 9 двигателей Raptor:

• по окружности расположены 6 двигателей для максимально эффективной работе в вакууме, с увеличенным соплом (коэффициент расширения сопла — 200), производящие 3500 кН тяги с удельным импульсом 382 с.
• в центре размещены 3 двигателя со стандартным соплом, которые будут использоваться при посадке.

Электроснабжение обеспечивают 2 раскладывающихся крыла солнечных батарей, общей производительностью до 200 кВт.

Абляционное теплозащитное покрытие PICA третьего поколения должно было позволять выдерживать высокую температуру при входе в атмосферу Марса, а также в атмосферу Земли на обратном пути.

В корабле предполагалось доставлять на НОО до 300 т груза, а на Марс  — до 450 т полезного груза (при условии дозагрузки на орбите). В перспективе корабль должен был способен вместить 100 и более пассажиров для полёта на Марс.

Межпланетный корабль может быть использован для повторных полётов до 12 раз.

ЗаправщикПравить

Основная статья: МТКК ITS (SpaceX)

 

Дозаправка на орбите

Повторяет общую схему конструкции с межпланетным кораблём для снижения стоимости разработки и постройки. Секции для груза и пассажиров предполагалось заменить топливными баками для дозаправки основного корабля на орбите в ходе нескольких повторных запусков.

Отсутствие дополнительного оборудования уменьшает сухую массу заправщика до 90 т, вместимость топлива увеличится до 2500 т. За один раз корабль сможет доставить до 380 т топлива для дозаправки.

Ожидалось повторное использование заправщика до 100 раз.

ТопливоПравить

Одним из ключевых элементов системы является выбор топлива, в связи с необходимостью его производства используя ресурсы Марса. Это, в сумме с другими факторами (величина топливных баков, стоимость топлива, удобство его в хранении, влияние на повторное использование оборудования) определило выбор криогенной топливной пары жидкий метан (топливо) и жидкий кислород (окислитель) как для ускорителя, так и для корабля. Оба эти компонента можно добывать на Марсе из углекислого газа и воды с помощью реакции Сабатье. Кроме того, возможность использования газообразного метана для создания и поддержания высокого давления в топливных баках и для пневматических приводов различных систем ракеты позволит отказаться от использования сжатого гелия. Также, сжатый метан будет использован в системе ориентации в качестве рабочего газа для набора газовых сопел, что позволит отказаться от использования сжатого азота.

Стартовая/посадочная площадкаПравить

Изначальный план предусматривает постройку старто-посадочного комплекса в рамках ныне используемого компанией SpaceX комплекса LC-39A на территории Космического центра Кеннеди на мысе Канаверал. В дальнейшем может потребоваться постройка и других комплексов.

Планируемая схема полётаПравить

 

Вход в атмосферу Марса

Ракета-носитель разгоняет закреплённый на ней космический корабль до скорости 8650 км/ч, и после отстыковки возвращается на Землю. После отстыковки от ракеты-носителя, корабль, выполняя роль второй ступени и используя все 9 двигателей, продолжает полёт до достижения парковочной орбиты, и, израсходовав почти всё топливо, дожидается корабля-заправщика. С помощью крана на стартовой площадке корабль-заправщик устанавливается на вернувшуюся ракету-носитель и запускается для стыковки с главным кораблём и его дозаправки. После этого заправщик возвращается на стартовую площадку для повторения процесса. Всего требуется до 5 дозаправок. Полностью заправленный межпланетный корабль совершает импульс вакуумными двигателями в 6 км/с для выхода на быструю, полу-эллиптическую траекторию^{[уточнить]} к Марсу, после чего последует полёт длительностью в среднем 115 дней. При достижении Марса (скорость подлета 8,5 км/с), корабль максимально использует атмосферу планеты для торможения, после чего, с помощью 3 центральных двигателей, осуществят гашение остаточной скорости в 1-1,5 км/с и вертикальную посадку на поверхность. Максимально испытываемые пассажирами перегрузки составят 4-6 g. После заполнения баков произведённым на Марсе топливом, корабль может стартовать к Земле используя только собственные двигатели, без ракеты-носителя, из-за сравнительно низкой величины второй космической скорости для этой планеты.

СтоимостьПравить

	Ускоритель	Заправщик	Корабль
Стоимость производства (в млн. $)	230	130	200
Повторное использование (раз)	1000	100	12
Запусков в одной миссии	6	5	1
Средняя стоимость обслуживания на 1 запуск (в млн. $)	0,2	0,5	10
Общая стоимость одной миссии (в млн. $)	11	8	43

Стоимость топлива — $168 за тонну
Стартовый комплекс — $200 000 за запуск
Общая стоимость миссии — $62 млн.
Доставляемый груз — 450 т.
Стоимость доставки тонны груза на Марс: <$140 000 ^{(слайд 41)}.

Другие миссииПравить

 

Концепт миссии на Энцелад

По заявлению разработчиков, корабль может совершить автономную посадку на любой твёрдой поверхности в пределах Солнечной системы. Во время презентации были представлена возможность выполнения миссий корабля на луны Юпитера и Сатурна, к объектам пояса Койпера и облака Оорта, при условии создания дополнительных топливных депо в космосе.