Возможен ли полёт к Луне, если манёвр разгона с околоземной орбиты не удастся?
Во-первых, давайте ещё раз вспомним о том, что согласно официальным данным НАСА в полёте на околоземной орбите каждый час с баков третьей ступени «Сатурна-5» испарялось 1,2 тонны водорода и кислорода. Если космический корабль движется с первой космической скоростью, тогда один виток вокруг Земли на низкой круговой орбите происходит приблизительно за 90 минут, т.е. полтора часа. Всего перед началом выполнения манёвра разгона к Луне по легенде НАСА наш комплекс делал три витка. Соответственно, за это время с его баков успевало испариться приблизительно 5,4 тонны водорода и кислорода. И всё это многокилометровое облако газов, находящееся вокруг корабля, должно двигаться вместе с ним по орбите, так как в вакууме лобовое сопротивление среды отсутствует.
Теперь представьте включение маршевого двигателя – 100-тонника J-2 – внутри огромного облака гремучего газа…
Процессы, вероятно происходящие в таких условиях, возможно когда-нибудь будут промоделированы на вычислительной технике, но в первом приближении мне представляется, что следствием детонации своеобразного гигантского заряда объёмного взрыва обязательно будет полное разрушение баков со сжиженным водородом и кислородом, которых к этому моменту осталось ещё не менее 85 тонн только в баках третьей ступени «Сатурна-5». В вакууме на Солнышке эти жидкости практически моментально превратятся в газообразное состояние, образуя ещё более грандиозное облако гремучего газа в космосе, взрыв которого вообще трудно вообразить…
Американские военные, которые в начале 60-х годов занимались ядерными испытаниями в стратосфере, удавились бы от зависти…
Но давайте для дальнейшего анализа представим, будто гремучий газ засмотрелся на красоты космоса и забыл взорваться от воздействия на него пламенем маршевого двигателя J-2.
Во-вторых, как уже ранее было сказано, 140-тонный космический комплекс на околоземной орбите не имел достаточно мощных двигателей ориентации, с помощью которых можно было бы остановить вращение и выставить его в точное положение для начала выполнения разгонного импульса. Если не удаётся сориентировать и стабилизировать корабль в заданном направлении, включать маршевый двигатель не имеет смысла – в Луну он не попадёт.
В-третьих, повторное включение маршевого двигателя третьей ступени должно произойти в точно рассчитанный момент, не раньше и не позже. Если включение двигателя произойдёт не вовремя, траекторию полёта к Луне как минимум придётся существенно подправлять. А это не только означает использование дополнительного топлива, которого может банально не хватить для вывода комплекса на расчётную трассу полёта к Луне. Это также означает, что нужно будет включать двигатель третий раз, и возможно ещё и ещё…
Почему я акцентирую внимание на повторных включениях маршевого двигателя ступени S-IVB? Да потому, что во всех четырёх неудачных испытательных полётах этого аппарата включить повторно двигатель J-2 в космосе не удалось ни разу!
Почему это произошло.
Сжиженное водородное топливо для ракет, кроме вышеупомянутых неудобств, имеет также свойство постоянно кипеть в приграничном слое внутренних ёмкостей баков, поскольку баки на Земле нагреваются от атмосферного воздуха, а в космосе – от Солнца. Если на стартовом столе под действием силы тяжести, а также в процессе разгона ракеты под действием сил тяжести и инерции газообразный водород сразу вытесняется к верхней части бака, а жидкий – в основном находится в нижней части, откуда он поступает в насосы, то в невесомости при орбитальном полёте жидкий водород находится строго в центральной части бака, а со всех сторон под огромным давлением накопляется газообразный водород. Насосы ракетных двигателей, работающих на сжигании топлива с криогенными компонентами, рассчитаны на работу с жидкостями, пусть даже переохлаждёнными, но никак не с газами. Таким образом, насыщения горючей смеси перед камерой сгорания до необходимого уровня давления достичь не удавалось, поэтому водородно-кислородный двигатель в космосе у них и не запускался.
Понятно, что баронов Мюнхгаузенов из НАСА это не остановило, поэтому они просто взяли и полетели на «Аполлоне-8» сразу к Луне… Кстати, задачка взять жидкость для насоса при температуре -253°С именно из центра бака в момент запуска двигателя довольно нетривиальна; к моменту написания этой работы в лунных чертежах НАСА ничего предназначенного для этой цели не было. Любая вытеснительная система, работающая на инертных газах, в невесомости тоже неприменима, ибо разные газы будут просто перемешиваться, невзирая на разницу в плотности. Но я уверен, что после прочтения этой работы в НАСА обязательно что-нибудь придумают и внесут в документацию по «Сатурну-5» соответствующие правки.
Наконец, в-четвёртых, манёвр разгона к Луне можно считать удачным только в том случае, если двигатель J-2 отработает положенное время на номинальной тяге. Если любое из этих двух необходимых условий не выполняется, говорить о полёте к Луне не приходится.
Результатом работы маршевого двигателя на этом этапе согласно легенде НАСА было приращение скорости от 7,9 до 11,8 км/с и превращение орбиты из эллиптической в параболическую. При этом двигатель J-2 должен был израсходовать 85 тонн жидкого водорода и кислорода. Это я говорю к тому, что никогда – ни до, ни после – такой массивный космический корабль (140-55 тонн) от первой до второй космической скорости с помощью одного ракетного двигателя никто не разгонял…
Итак, нам нужно оценить максимальную вероятность успешного выполнения манёвра разгона к Луне с помощью рассматриваемой технической системы. Как мы уже договаривались, некоторые моменты – даже если они делают невозможным выполнение рассматриваемого этапа в принципе – мы будем игнорировать в пользу НАСА. В данном случае, мы допускаем, что гремучий газ забыл взорваться при включении маршевого двигателя, а также, что каким-то таинственным образом 140-тонная связка третьей ступени «Сатурна-5» и всех частей «Аполлона» была точно сориентирована и стабилизирована по направлению на момент начала выполнения разгонного импульса. Другими словами, пусть вероятность любых технических проблем в данный момент равна нулю, а надёжность – единице.
Рассмотрим лишь два основных фактора, которые самым очевидным образом влияют на успех данного этапа: повторное включение двигателя J-2 и выдача этим двигателем точно предвычисленного количества удельного импульса в заданном направлении. Для этого я опять призову на помощь официальные данные НАСА, дабы не быть обвинённым в предвзятости.
Повторное включение двигателя J-2 в невесомости четырежды не удалось, а потом (когда «на Луну летели» пилотируемые корабли) девять раз удалось. Всего имеем 13 событий, из которых 9 – удачные. Соответственно, общая надёжность данной технической системы при выполнении повторного включения двигателя J-2 составляет 9/13 = 0,69230…
Кроме этого, двигатель J-2 после своего повторного включения должен был отработать положенное количество импульса. Как будет работать этот двигатель в невесомости при повторном включении, до «счастливого периода полётов на Луну» оценить так и не удалось. Соответственно, чтобы не обидеть сторонников НАСА, давайте примем надёжность на уровне 99%, что примерно соответствует надёжности работы в космосе двигателей «Союзов» и «Протонов», развивавшихся и совершенствовавшихся 40 лет.
Итого, максимальная надежность рассматриваемого этапа у нас получается 0,6923 х 0,99 = 0,6854 или немногим более 68%.
Я прошу заметить, что мы берём для расчётов всю пилотируемую программу «Аполлонов», вернее её официальные результаты. А представьте себе, как выглядели бы эти показатели надёжности перед «первым облётом Луны» на «Аполлоне-8»! Вы пустили бы живых людей в такой полёт?… Но не будем отвлекаться, ведь у нас впереди ещё большая часть программы экспедиции.
Полёт к Луне.
Возможно ли выполнение всей программы экспедиции, если по дороге к Луне с космическим кораблём возникнут какие-либо технические проблемы?
Даже само НАСА, рассказав человечеству историю об «Аполлоне-13», отрицательно ответило на этот вопрос.
Ранее мы уже говорили о пожароопасной кислородной атмосфере внутри обитаемых отсеков «Аполлонов», отсутствии убедительных средств компенсации солнечного разогрева корабля и его энергетического обеспечения. Объём этой работы не позволяет изложить ряд других интересных вопросов к НАСА, заданных исследователями на форумах, которые остались без вразумительных ответов. Эти вопросы касаются систем жизнеобеспечения, ориентации, радиосвязи, а также некоторых других систем лунного и командного модулей, о которых мы будем говорить несколько позже.
Чтобы оценить вероятность успешного завершения данного этапа экспедиции, у нас снова есть под рукой прекрасная официальная статистика от НАСА, которая гласит, что из девяти пилотируемых полётов к Луне только в одном произошла маленькая такая проблемка – взрыв кислородного бака, из-за чего высадку на Луну пришлось отменить. Итого, вероятность успешного выполнения этого этапа составляет 8/9 = 0,(8) или немногим менее 89%.
От себя хотел бы добавить, что неожиданные взрывы в космосе при испытаниях третьей ступени «Сатурна-5» видимо так впечатлили «пейсателей» американской легенды о покорении Луны, что они не смогли придумать ничего более скромного на борту «Аполлона-13», чем взрыв кислородного бака. Наверняка они тогда посчитали, что других проблем в космосе просто не возникает…