Небольшая поправочка.
I. Затраты характеристической скорости.
- старт с круговой орбиты ИСЗ (200 км) к Луне - 3050 м/с;
- коррекции на трассе - 50 м/с;
- переход на круговую орбиту ИСЛ (120 км) - 1000 м/с;
- время от старта на орбите ИСЗ до выхода на орбиту ИСЛ - 78 часов;
- старт к Земле - 1000 м/с;
- коррекции на трассе - 100 м/с;
- время от старта на орбите ИСЛ до входа в атмосферу Земли - 67 часов. Вход в атмосферу на второй космической, без предварительного торможения;
- общее время на трассах - 145 часов (без учёта продолжительности пребывания на орбите ИСЛ).
II. Тезисы.
1. Скорее всего, для окололунных включений двигателя придётся использовать долгохранимую топливную пару АТ-НДМГ, т.к. ни кислород-керосин, ни тем более кислород-водород 6 суток просто не выдержат.
2. В случае невозможности обеспечить требуемые запасы ХС одним модулем, хотелось бы получить такое разбиение на модули, когда очередной набор скорости производится двигателями одного и того же модуля. Получаем такое разбиение по набираемым скоростям:
- старт ИСЗ-ИСЛ: 3050 м/с, с запасом - 3100;
- перелёт к Луне и выход на орбиту ИСЛ: 1050, с запасом - 1100 м/с;
- старт ИСЛ-ИСЗ, перелёт к Земле и приземление: 1100м/с, с учётом предыдущих накидок - без запаса.
III. Расчёты.
Запас характеристической скорости (далее ХС) КК "Союз ТМ" составляет всего 400 м/с, поэтому использовать его особого смысла не имеет, разве что на обратном пути (от Луны к Земле) для коррекции траектории. Поэтому есть резон вообще отказаться от штатной ДУ "Союза ТМ", сэкономив массу.
Стартовая масса "Союза ТМ" равна 7100 кг, при этом заправка топливом составляет 892кг, ЖРД весит 310кг. Вычитаем 7100-892-310, получаем 5898кг. С учётом того, что корабль модифицируется на продолжительный автономный полёт, пусть будет 6500кг. Назовём этот "огрызок" "Союз ТМУ" - укороченный
Ассортимент "азотных" разгонных блоков весьма невелик - это "Фрегат", "Бриз КМ" и "Бриз М". Их параметры даны ниже:
РБ - расходуемое топливо, кг - сбрасываемая масса, кг - УИ двигателя, м/с - запас ХС с "Союзом ТМУ"
"Фрегат" - 5350 - 1000 - 3237 - 1859
"Бриз М" - 19800 - 2370 - 3193 - 3903
"Бриз КМ" - 5150 - 950 - 3190 - 1789
Видно, что пятитонные РБ недотягивают до того, чтобы обеспечить расход скорости на всей трассе полёта от Земли к Луне и обратно (1100+1100=2200м/с), а двадцатитонный "Бриз М" сильно перекрывает этот расход. Придётся набирать скорость по кускам.
Начнём с последнего участка - старт ИСЛ-ИСЗ, перелёт к Земле и приземление. Запас ХС=1100м/с может быть получен недозаправкой РБ "Фрегат" или "Бриз КМ". Для "Фрегата" общая масса получается равна 10535кг, для "Бриза КМ" - 10519кг. Разница незначительная, поэтому выбор надо бы осуществить, исходя из стоимости обоих разгонных блоков - но мне она неизвестна, поэтому просто примем для дальнейших расчётов массу 10535кг.
Теперь следующий (точнее, предыдущий) участок: перелёт к Луне и выход на орбиту ИСЛ. Это тоже 1100м/с, опять пробуем "Фрегат" и "Бриз КМ". Получаем соответственно 16205 и 16215кг, разница уже ну совсем мизерная, поэтому принимаем 16215кг.
Проверим возможность сэкономить массу, используя один недозаправленный "Бриз М" на оба участка. Скорость 2200м/с, получаем массу 17665кг - на полторы тонны больше. Этот вариант не проходит.
Последний участок: разгон к Луне (3100м/с). Здесь нужен тяжёлый разгонник, к тому же разгон будет производиться с орбиты ИСЗ, т.е. вскоре после старта с Земли, поэтому можно рассматривать и керосиновые, и даже водородные разгонные блоки. Кандидаты: "Бриз М", блок ДМФ, КВРБ.
РБ - расходуемое топливо, кг - сбрасываемая масса, кг - УИ двигателя, м/с - запас ХС с ПН=16215кг.
"Бриз М" - 19800 - 2370 - 3193 - 2316
блок ДМ - 15050 - 2040 - 3538 - 2127
КВРБ - 19000 - 2100 - 4522 - 3218
Видно, что хватает только КВРБ-М, да и то "внатяг". Для скорости 3100м/с получаем стартовую массу 36355кг.
Теперь разбиваем на модули.
1. к Луне: 36355-16215=20140кг.
2. у Луны: 16215-10535=5680кг.
3. от Луны: 10535-6500=4035кг.
4. собственно КК: 6500кг.
Итого: первым рейсом "Протона" выводим на орбиту часть, которая весит 16 тонн (при этом экипаж либо уже в корабле, либо выводится "Союзом"), вторым "Протоном" выводим КВРБ, стыкуем - и вперёд... Затраты: два "Протона", один "Союз", один "Союз ТМ", один лунный "Союз ТМУ", один КВРБ, два "Фрегата" (или "Бриза КМ"), всего где-то 200-250 мегабаксов.
Ку.
О.Л.