Протон должен быть посчитан

Автор Антон, 17.07.2022 13:40:48

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Антон

Как писал когда-то Lin у себя в ЖЖ: --дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию), но это совсем другая история. Так вот, когда становится понятным, что супертяжа у нас в обозримом будущем не будет, а идея многопуска Ангары с водородными РБ вызывает оторопь от своей несбыточности даже у самих ее создателей, начинаешь перебирать совсем уж экзотические варианты. И вдруг один из них при ближайшем рассмотрении начинает играть такими красками, что оказывается и никаких сверхтяжей не надо.
Посчитано и отрисовано все это было в  первый локдаун в 20г, но окончательно не было оформлено, и сейчас уже нет возможности  довести до идеала, поэтому публикую так  как есть, не судите строго. Если будет интересно, добавлю вторую часть, собственно лунную, в первый пост, чтобы не разбрасывать по  разным страницам.
Идея использования орбитальных ступеней после дозаправки на орбите в качестве разгонных блоков (межорбитальных и межпланетных буксиров), а так же в качестве орбитальных топливохранилищ и заправочных станций не нова, точнее очень стара). И на страницах этого форума и в других местах периодически раздавались возгласы: --А что, давайте зальем в Протон больше топлива и выведем на орбиту и вот вам готовый РБ! Что характерно, народ особо не спорил, да, говорил, давайте, отличная мысль! Но вникать в детали (ведь не все же так просто),  никто особо не спешил. Вот я и решил этот пробел заполнить.
 
Очень коротко напомню основные проблемы многопусковых схем, ведь пост могут читать не только зубры. Для двухпусковых схем - ограничение по массе, в случае использования РН Ангара А7В (она вообще реальна?) МПГ ~ 50т и водородного РБ - максимальный груз на ОИСЛ - 20т. Это камень преткновения при разработке лунного варианта ПТК и слишком мало для нормального лунного посадочного модуля. Эти проблемы с очень большим напряжением решить можно, но в этом случае никак не обойтись без окололунной станции. Для трех(и более)пусковой схемы нужны минимальные промежутки между пусками из-за проблемы хранения криогенных компонентов топлива. Перенос пусков (что случается довольно часто) недопустим. В случае проблем с запуском хотя бы одного модуля из нескольких - вся миссия будет неудачной. Это только небольшая часть проблем, и среди не перечисленных есть те, что считаются пока не решенными. Теперь, наконец, к Протону.
 
Для наглядности привожу изображение стандартной 3-й ступени Протона.
У ступени очень высокое (для нашей техники) массовое совершенство.
Суха масса - всего 3.5т включая отсек бортового оборудования в верхней части ступени.
Корпус отсека композитный.


Вы не можете просматривать это вложение.

В вариате танкера 3ст удлинена на 2.1м, объем баков увеличен на 25т, увеличен отсек оборудования, в нижней его части (над баком окислителя) расположены топливные баки высокого давления для двигателей ориентации и емкости для газа наддува (использовать для наддува генераторный газ нежелательно, чтобы не загрязнять топливо продуктами горения). Так же добавлены: узел стыковки, блоки двигателей торможения и коррекции, боковые топливопроводы. Сухая масса ступени увеличивается до ~5т, масса дополнительного топлива на опорной орбите ~24т - при экономии стартовой массы за счет обтекателя. Возможно дополнительное увеличение массы топлива за счет заланированных модернизаций РН Протон.

Вы не можете просматривать это вложение.

В варианте орбитального топливохранилища - разгонного блока добавлены: стыковочно-заправочный манипулятор, системы энергоснабжения, терморегулирования, телеметрии и связи и др.
Перелив топлива происходит при его осаждении на стенках баков за счет осевого вращения модулей. Раскручивание производится с помощью двигателей коррекции или приводом первой оси стыковочного манипулятора. После осаждения принимающая емкость вакуумируется, а отдающая наддувается. В случае стандартной операции перелива из танкера в хранилище - в танкере сохраняется  пусковое давление наддува и дополнительный наддув не требуется. При разнице давлений 1бар и диаметре топливопроводов 50мм, скорость перелива около 2т в минуту.
Терморегулирование может осуществляться изменением площади освещения солнцем за счет ориентации, прокачиванием топлива через теплообменник, а так же сжиганием некоторой части топлива.
Очевидные технические проблемы:
ДУ РД-212 придется доработать для возможности многократного запуска, желательна возможность дросселирования и оснащение сопловым насадком.
Плескание топлива при маневрировании. В баке окислителя возможно размещение эластичной мембраны, в баке горючего то же самое затруднено из-а топливопровода, хотя можно сделать вокруг него каким-нибудь чулком.                                         
Перечислил только самые очевидные технические моменты, остальные буду рад обсудить в теме.
Такое топливохранилище может годами находиться на НОО (или на ОИСЛ или, например в L1 Земля-Луна)
При массе топлива 95т
1. ПГ 30т - Δv 4490с
2. если лететь без ПН - остаток топлива на ОИСЛ (через L2) - 25т
3. если лететь без ПН - остаток топлива в L1 Земля-Луна -  36т


Вы не можете просматривать это вложение.

Наглядно процесс перелива:




Процесс стыковки:




Минусы Протона

1. Вонючка. Хотя как сказать - летали 50 лет, и еще можно полетать для дела.
Причем этот минус в случае многопуска быстро превращается в сплошные плюсы.
2. Все пусковые комплексы находятся на территории другой страны.
Что тут можно сказать, только то, что Россия стремительно перестает быть беззащитной в случях изменения международной конъюнктуры.
3. Окончание сроков эксплуатации в 2026г.
4. Окончание производства - возможно еще решаемо.
Думаю, что при финансовой заинтересованности условия договора можно пересмотреть, и см. п 2.
 
Плюсы Протона

1. Цена 2 200 000 000 р. в ценах 2019г. и может быть ниже при массовом производстве.
2. Стоимость подготовки запуска может быть существенно снижена. В случае запуска танкера или
разгонного блока, вся подготовка сводится к сборке РН. Все ступени заправляются одинаковыми компонентами.
3. Две действующих пусковых площадки и еще 2 при желании можно восстановить.
4. При заказе 100 РН Протон все финансовые проблемы Хруничева будут решены.
5.РН Ангара никуда не девается, она идет на пилотируемые запуски.
6. Проблемы с перетяжелением Лунной версии Орла уходят, Возможен запуск с частичной заправкой и дозаправка на НОО.
Наоборот, можно будет еще увеличить стартовую массу и автономность. Так же при дозаправке возможны различные орбитальные миссии.
7. Нет проблем с жестким весовым ограничением ЛПВК. На базе Протона можно планировать не только флаговтыки, а полноценную программу освоения Луны, с нормальной базой и частыми пилотируемыми полетами.
8. Самое главное - под эту схему можно убедить Главного на нацпрограмму по освоению Луны.
9. Китай не нужен!
10. На стоимость разработки и первого пуска сверхтяжа можно получить всю лунную программу

Старый

Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48Как писал когда-то Lin у себя в ЖЖ: --дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию),
Лин или Кот?
1. Ангара - единственная в истории новая РН которая хуже старой. (с) Старый Ламер
2. Главное назначение Ангары и Восточного - выкачать из бюджета максимум денег.
3. Фалкон-9 длиннее и толще чем  УРМ-1
4. Зато у Рогозина тоннели длиннее и толще чем у Маска
5. Было стыдно и весело (с) Hiroo

Старый

Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48В варианте орбитального топливохранилища - разгонного блока добавлены: стыковочно-заправочный манипулятор, системы энергоснабжения, терморегулирования, телеметрии и связи и др.
Перелив топлива происходит при его осаждении на стенках баков за счет осевого вращения модулей.
Ой, блин, лучше уж в Португалию... :(
1. Ангара - единственная в истории новая РН которая хуже старой. (с) Старый Ламер
2. Главное назначение Ангары и Восточного - выкачать из бюджета максимум денег.
3. Фалкон-9 длиннее и толще чем  УРМ-1
4. Зато у Рогозина тоннели длиннее и толще чем у Маска
5. Было стыдно и весело (с) Hiroo

vissarion

Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию)
лин не уехал

Антон

Цитата: vissarion от 17.07.2022 13:51:17
Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию)
лин не уехал
Вернулся все-таки.
Ну и хорошо, жалко было бы.
Но не пишет ведь ничего, спасибо за инфу.

Дмитрий В.

Цитата: Старый от 17.07.2022 13:42:47
Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48Как писал когда-то Lin у себя в ЖЖ: --дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию),
Лин или Кот?
Лин ездил в Португалию, но только на время. ;)
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Штуцер

Цитата: Старый от 17.07.2022 13:45:56Ой, блин, лучше уж в Португалию...
Ой, б.... , лин, лучше уж в Португалию...
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!

Штуцер

Охренительное обсуждение танкера.  ;D
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!

Штуцер

Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48Плескание топлива при маневрировании. В баке окислителя возможно размещение эластичной мембраны, в баке горючего то же самое затруднено из-а топливопровода, хотя можно сделать вокруг него каким-нибудь чулком.  
Никаких мембран в баках такого размера не должно быть. По ряду причин.

Почитайте для начала "челомей, полухин, миркин, пневмогидравлические системы подачи...". Чтобы иметь начальный уровень понимания.
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!

Антон

Цитата: Штуцер от 17.07.2022 15:32:58Охренительное обсуждение танкера.  ;D
Ну, значит по существу вопросов нет))

mihalchuk

Цитата: Дмитрий В. от 17.07.2022 15:12:18
Цитата: Старый от 17.07.2022 13:42:47
Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48Как писал когда-то Lin у себя в ЖЖ: --дико хочется на Луну.. (а сам уехал в Португалию),
Лин или Кот?
Лин ездил в Португалию, но только на время. ;)
Думаю, и на Луну он хотел не навсегда. :)

mihalchuk

Цитата: Антон от 17.07.2022 15:39:49
Цитата: Штуцер от 17.07.2022 15:32:58Охренительное обсуждение танкера.  ;D
Ну, значит по существу вопросов нет))
По существу: зачем?
Использование вонючки в больших количествах - это тупик, точнее - откат назад. На Луну полететь можно, но в этом способе нет развивающих признаков. Посмотрите, как вопрос решался здесь: Энергообменные технологии. Вариант неудобный из-за водорода, был предложен и на метане, по схеме, которую позже взял Маск. Сущность в том, что и АТ, и НДМГ на орбите тоже нужно термостатировать при хранении. В аппаратах эти компоненты надёжно упрятаны в баки под обшивкой и изоляцией. Если делать хранилище, по сути - орбитальную заправочную станцию, то уж делать! И тогда, если посчитать, то вонючка не даёт значительного выигрыша по сравнению с криогеникой О2/СН4. Поэтому я бы не брался - насущной необходимости лететь на Луну сейчас нет.
Как инженерное решение, у вас вполне получилось, но оно запоздало минимум лет на 40.

Андрюха

Цитата: Антон от 17.07.2022 15:39:49
Цитата: Штуцер от 17.07.2022 15:32:58Охренительное обсуждение танкера.  ;D
Ну, значит по существу вопросов нет))
Вторую часть, непосредственно про Луну (что обещали) в студию :) Буду благодарен ;)

Антон

Цитата: mihalchuk от 17.07.2022 15:59:38По существу: зачем?
Использование вонючки в больших количествах - это тупик, точнее - откат назад. На Луну полететь можно, но в этом способе нет развивающих признаков. Посмотрите, как вопрос решался здесь: Энергообменные технологии. Вариант неудобный из-за водорода, был предложен и на метане, по схеме, которую позже взял Маск.
Знаете, я сам так думал, импульс меньше, то да сё.. вонючка опять же.. А потом прозрел)) По факту корабли еще очень долго будут летать на вонючке. Маска не берем, т.к. его корабль (именно как корабль) пока под большим вопросом. Про хранилища криогеники на орбите, я прочитал все мытарства насы по этому поводу, они хранилищами бредят с 60-х и.. ничего..
Цитата: mihalchuk от 17.07.2022 15:59:38Сущность в том, что и АТ, и НДМГ на орбите тоже нужно термостатировать при хранении. В аппаратах эти компоненты надёжно упрятаны в баки под обшивкой и изоляцией.

Все так, только делать это принципиально проще, даже в открытой всему бочке. У меня про это написано немножко.


Цитата: mihalchuk от 17.07.2022 15:59:38насущной необходимости лететь на Луну сейчас нет

Написал простыню, она потерлась) переписывать не стану, оставлю без коментариев

Антон

Цитата: Штуцер от 17.07.2022 15:38:45
Цитата: Антон от 17.07.2022 13:40:48Плескание топлива при маневрировании. В баке окислителя возможно размещение эластичной мембраны, в баке горючего то же самое затруднено из-а топливопровода, хотя можно сделать вокруг него каким-нибудь чулком. 
Никаких мембран в баках такого размера не должно быть. По ряду причин.

Почитайте для начала "челомей, полухин, миркин, пневмогидравлические системы подачи...". Чтобы иметь начальный уровень понимания.
Почитал в части внутрибаковых устройств. Про размер мембран, к сожалению ничего нет. Кстати, нашел тип мембран вертикальным чулком, до этого упоминаний не встречал. Подробно рассказано про Аполлоновский успокоитель, но это все не то. Встречалось еще где-то, что в ниимаше, велись исследования по моделированию плескания в баках.

Штуцер

Прочитали? Тогда подумайте про конструктивные остатки незабора у мешков. Особенно в невесомости.
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!

Штуцер

#16
ЦитатаВсе ступени заправляются одинаковыми компонентами.
Вообще то компоненты топлива космических аппаратов несколько иные.
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!

Антон

Цитата: Штуцер от 17.07.2022 17:21:40Прочитали? Тогда подумайте про конструктивные остатки незабора у мешков. Особенно в невесомости.
Мембрана здесь нужна только чтобы 45 тонн в каждом баке не плескалось при коррекциях, при переливе наддув должен быть в топливо, а осаждение центробежное, а при запуске основной ДУ осаждение включением вспомогательных.

mihalchuk

Цитата: Антон от 17.07.2022 16:50:35Знаете, я сам так думал, импульс меньше, то да сё.. вонючка опять же.. А потом прозрел)) По факту корабли еще очень долго будут летать на вонючке. Маска не берем, т.к. его корабль (именно как корабль) пока под большим вопросом. Про хранилища криогеники на орбите, я прочитал все мытарства насы по этому поводу, они хранилищами бредят с 60-х и.. ничего..
Не прозрел. Нюх потерял. :) Если не считать давний Аполлнон, то все корабли имеют довольно ограниченный запас ХС, и тут важно надёжность. Потому вонючка и пр. Городить корабль с огромными топливными баками - это дорого и вообще ошибка. Лучше и надёжнее использовать отдельные разгонные устройства, ещё более интересно - последние ступени ракет. И тогда нет привязки типов топлива в корабле и разгонном блоке.
Чего в вашей идее нет. Например, создаём мы орбитальную заправку на кислороде/метане. Дальше меняем на новых ракетах последнюю ступень на кислородно-метановую. И таскаем топливо на орбиту в баках последней ступени. Чтобы было проще, заводим на станции буксир-перехватчик для подтаскивания грузов. И всё, дальше смотрим расписание и нормализуем работу ракетной промышленности под оптимум. То есть, каждый завод регулярно производит определённое число ракет, а стартовые комплексы регулярно производят запуски. Если есть полезная нагрузка, запускают её, нет - топливо на орбитальную заправку. Используются все типы ракет, которые не осилят метан (например, Союз), везут только кислород. Новые ракеты также везут топливо в испытательных пусках - они становятся безрисковыми и небесполезными.
Далее - нам нужно удешевить стоимость полётов в дальний космос - начинаем совершенствовать средства доставки топлива (многоразовость и пр.), а это значительно проще и дешевле чем обычные средства выведения.
И вот такая стратегия с вонючкой будет плохо работать. Кроме Протона вонючку нужно везти в отдельном модуле, и заправлять его нужно отдельно в специальном месте. И далее тоже неудобства. К тому же Луна - не предел, следующие полёты начнутся на внешние, более холодные орбиты СС.

Штуцер

Цитата: Антон от 17.07.2022 17:42:11
Цитата: Штуцер от 17.07.2022 17:21:40Прочитали? Тогда подумайте про конструктивные остатки незабора у мешков. Особенно в невесомости.
Мембрана здесь нужна только чтобы 45 тонн в каждом баке не плескалось при коррекциях, при переливе наддув должен быть в топливо, а осаждение центробежное, а при запуске основной ДУ осаждение включением вспомогательных.
Юноша, вы читаете, что вам пишут?
Но в виде обломков различных ракет
Останутся наши следы!