Протон КМ

[Fakir]

"Ястреб"? Спасибо, постараюсь найти. А вы сходу параметры на помните?

Кислорода в реголите треть по массе (в ильмените), а водорода - доли процента. Добывать из реголита водород только ради водорода нет смысла, слишком накладно - поэтому на водород солнечного ветра можно рассчитывать лишь в случае добычи Не3, он будет побочным продуктом (наряду с азотом, гелием, водой и др.).

[mihalchuk]

Нашёл. Это РД-0126 с УИ 4760 Н*с/кг, тяга 39 кН.

[Fakir]

Если РД-0126 - так у него, оказывается, давление всего 74 атм, надо же... А если поднять? Сколько там еще УИ выжать удастся? Так УИ 476 при 1:6.

[fagot]

Про Вулкан не помню, а вообще тут 2 фактора: снизить температуру в КС (это для тех, у кого неразвито двигателестроение) и маленькое давление в КС (стремление к дешевизне), при котором оптимум Km уменьшается. Так что давление в КС имеет значение и в ваккуме.

Про температуру я тоже думал, хотя сейчас она вряд ли имеет решающее значение, но разработку конечно упрощает, а вот связи между Km и давлением в существующих двигателях не прослеживается.

[fagot]

А наши РД-0128, 0144 - газогенераторные?

Это кто такие? РД-0126 и РД-0146 - испарительные, у них давления близкие к предельному для данной схемы, а РД-0148 - газогенераторный.

Если РД-0126 - так у него, оказывается, давление всего 74 атм, надо же... А если поднять? Сколько там еще УИ выжать удастся? Так УИ 476 при 1:6.

Еще одна иллюстрация малого влияния давления на вакуумный УИ. Но это вроде параметры для тарельчатого сопла, для обычного немного меньше. Конкретно на нем давление существенно поднять не удастся, так как схема испарительная, а вообще наверно можно выжать несколько секунд (при одинаковой степени расширения).

[Salo]

Возвращаясь к теме топика через девять лет:

Александр Шлядинский пишет:
Совершенствование космической техники.
ПРОТОН КИСЛОРОД-МЕТАНОВЫЙ

Называется «Кто о чем, а вшивый о бане». Почитал я тут про Протон, который намеревались снабдить водородными ступенями, и то, как все хорошо получится, и решил добавить свои размышлизмы. Размышлизмы сии касаются совершенствования нижних ступеней Протона.
Думы думают на эту тему давно. Заключаются эти думы в том, как бы перейти на кислород-керосин и двигатели НК-33. Только вот тут начинают резко увеличиваться в размерах боковые блоки. Т.е. диаметр становится около 3м и надо оснастку менять. Да еще компоненты здорово разные, один криогенный, другой нет. При параллельном расположении баков начинают играть роль различные температурные удлинения баков. В общем, тянется там много чего, проще новую РН сделать.
Вот однажды я чесал в репе и вдруг узрел, что объемные соотношения НДМГ+АТ и ЖК+Жмет не то, что бы равны, но ближе, чем у других пар. А что если залить новую пару в баки первой ступени, может что и получится. А уж когда я вычитал, что и температуры компонентов близки, тут мне захотелось это дело серьезно просчитать. И просчитал:
Первым делом я решил стараться не менять габаритов блоков. Решил полностью сохранить центральный блок первой ступени. Объем его 218м3. Объем боковых баков 150м3. Получилось, что в ЦБ можно залить 60т метана, при этом в Блоки надо залить 204т кислорода. Объем кислорода при этом составит 197м3, вместо имеющихся в наличии 150м3. Это значит, что каждую боковуху надо увеличить в объеме почти на 8м3. К сожалению добрать недостающие метры за счет конических частей не удалось, но при удлинении цилиндрической части блоков до верхнего среза ступени нужный объем получился. При этом боковухи пришлось удлинить на две стандартных секции. Сверху пришлось поставить прямые конусы. Не думаю, что они сильно повлияют на разделяемость ступеней. Далее я «залил» метан во вторую и третью ступени. Соотношение компонентов я выдерживал за счет перемещения разделяющих днищ баков. При этом я принял сухую массу ракеты равную массе обычного Протона. Расчеты показали, что несмотря на увеличение удельного импульса двигателей, масса топлива сильно уменьшается, и ПН сильно падает. Тогда я стал смотреть, как можно увеличить заливку топлива, не меняя размеров второй и третьей ступеней. Решение видно из рисунка. Я решил занять место у сухих отсеков. На второй ступени я поставил вогнутое нижнее днище, а у третьей ступени поместил двигатель в ведро (возможно сделать двигатель утопленник). Положение дел заметно улучшилось. Даже без учета возможности уменьшения массы конструкции ракеты за счет уменьшения ее стартовой массы с 690 до 481т, масса ПН для круговой орбиты 200км составила 22,8т. Расчеты с помощью собственной программы я провел давно. Недавно я попросил провести независимые расчеты Дмитрия В. Ему были даны только исходные данные по массам и двигателям. Его расчеты с помощью спредшита Ратмана очень хорошо совпали с моими. Только после этого я рассказал Дмитрию В об особенностях ракеты.
В свете предложений по переводу третьей ступени Протона на водород, что обещает дать прирост ПН под 30т, метановый вариант с третьей водородной ступенью выведет еще больше. Сразу же напрашивается и установка КВРБ. В любом случае мы имеем ракету, построенную на протоновской оснастке, экологичное и дешевое метановое топливо, стартовый комплекс с минимальной переделкой.

STEP пишет:

Хуже нет искать собственные ошибки. Сегодня часа три потратил, под это дело даже программку написал специальную. Смотрю, все конечные цифры нормальные (я этот вариант давно несколько раз пересчитал), а как начинаю подставлять, то ерунда получается. Пока не допер, что массовое отношение АТ к НДМГ вместо 2,76 взял 1,76, то всякая ерундень и получалась.

И так, у Протона К на первой ступени:
Топлива - 416,8 т;
АТ - 305,95 т, V - 217,9 м3
НДМГ - 110,85 т; V - 150,9 м3
Vок/Vг=1,44

Размеры баков: 4,1х16,3 и 1,6х12,4

У Протона КМ на первой ступени:
Топлива - 267,5 т;
ЖК - 206,7 т, V - 217,9 м3
ЖМет - 60,8 т; V - 191,6 м3
Vг/Vок=1,14

Размеры баков: 4,1х16,3 и 1,6х15,8

У Александра Геннадьевича закралось ещё ряд ошибок: похоже плотность жидкого метана в расчётах у него 315 кг/м3 вместо 415, ну и ещё по мелочи.

У меня получилось:

У Протона М на первой ступени:
Топлива - 419,4 т;
Соотношение компонентов 2,67
АТ - 305,1 т, Vок - 211,4 м3
НДМГ - 114,3 т; Vг - 144,6 м3
Vок/Vг=1,46

Размеры баков: 4,1х16,3 и 1,6х12,4

У Протона КМ на первой ступени:
Топлива - 310,1 т;
Соотношение компонентов 3,5
ЖК - 241,2 т, Vок - 211,4 м3
ЖМет - 68,9 т; Vг - 166 м3
Vг/Vок=1,27

Размеры баков: 4,1х16,3 и 1,6х14,2

[Salo]

Запас топлива упал в 419,4 т / 310,1 т= 1,35 раза.
Это не есть гуд.

Делаем финт ушами:
Заливаем в центральный бак метан 211,4 м3 X 0,415 т/м3 = 87,7 т

При соотношении компонентов 3,5 ЖК потребуется 87,7 т Х 3,5 = 307 т
Объём ЖК в боковушках составит 307 т / 1,141 т/м3 = 269 м3
Масса топлива 307 т+ 87,7 = 394,7 т

Объём боковушек нужно увеличить в 269 м3 / 144,6 м3 = 1,86 раза.
Проще всего это сделать увеличив диаметр с 1,6 м до 2,06 м (диаметр нижней части ЦБ Союза) и удлинить их на 6%.

[Salo]

Теперь посмотрим на верхние ступени: если не менять общий объём баков, то РЗТ упадёт в 1,4 раза.
Поэтому логично растянуть верхние ступени. Но если тянуть,то насколько?
Предлагаю растянуть до размера Союза-5. Диаметр можно взять 4,1 м. Хотя и 3,6 м тоже возможен.
Т.е. на новую первую ступень мы сверху ставим Союз-5 и получаем метановый Протон.

[Олег Шляпин]

Скажите, а зачем это надо - замена топлива на "Протоне"? Ну ладно - на верхних ступенях. И то - есть задача переноса запусков на территорию России и полная независимость в производстве ракет. Т.е. "Восточный" и "Ангара-5".

[Salo]

Теперь о двигателях: РД-253/РД-275 отказывал два раза при 2400 лётных экземплярах.
У него рекордное отношение тяги к массе при умеренном давлении в КС (170 атм).

Объёмное соотношение компонентов у НДМГ/АТ очень близко к ЖМ/ЖК, а при Км=4 оно вообще одинаковое.
Главной проблемой КБХА при конверсии с вонючки на ЖК/керосин были плохие охлаждающие свойства керосина в сравнении с НДМГ. У метана охлаждающие свойства значительно лучше чем у НДМГ, да ещё и температура на 180 градусов ниже. Ниже и потери давления в охлаждающем тракте и температура в КС. Думаю можно будет значительно сэкономить на завесе. Скорее всего камеру сгорания сильно модифицировать не придётся.
Что касается ТНА, то объём компонентов при том же массовом расходе увеличится примерно в полтора раза.

Думаю конверсия РД-275М на ЖК/ЖМ силами Энергомаша обойдётся дешевле и будет сделана быстрее, чем разработка РД0164 с нуля в КБХА. Он хоть и с кислым ГГ, но с умеренными параметрами и налаженным производством в Перми. Земной УИ я оцениваю в 315 с, а вакуумный в  345 с.

Для второй ступени целесообразно использовать два таких двигателя с высотными насадками из УУКМ, которые позволят добавить 5 с к вакуумному УИ. Их придётся оснастить карданом и рулевыми приводами для качания в двух плоскостях. Третью ступень берём от Союза-5 без изменений.

По моим прикидкам такой метановый Протон может вывести ПН в 32 т на НОО.
Попутно получаем из двух верхних ступеней Союз-5 с двумя земными метановыми РД-275М с ПН в 9,5 тонн.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Рад, что выплыл мой старый проект. Весь смысл его был в том, чтобы не менять геометрию первой ступени в сечении, ну и по максимумам длину... Идея разработки была не в создании более мощной ракеты, а, прежде всего, в переходе на экологически чистое топливо. Ну и хотелось сохранить дизайн ракеты, которую я числю одной из самых красивых. Минимальные переделки стартового оборудования тоже надо учесть. А тут сразу начинается: увеличим боковые блоки до диаметра... то есть это уже совсем-совсем-совсем новая ракета и новый старт, и появление ее сразу становится невозможным даже в мечтах...

[Старый]

Salo пишет: 
Думаю конверсия РД-275М на ЖК/ЖМ силами Энергомаша обойдётся дешевле и будет сделана быстрее, чем разработка РД0164 с нуля в КБХА. Он хоть и с кислым ГГ, но с умеренными параметрами и налаженным производством в Перми. Земной УИ я оцениваю в 315 с, а вакуумный в 345 с.

Всётаки кислый ГГ на тетроксиде и кислый ГГ на кислороде - не одно и то же. Так что боюсь что быстро не получится.

[Salo]

Для энергомаша

Александр Шлядинский пишет:
Рад, что выплыл мой старый проект. Весь смысл его был в том, чтобы не менять геометрию первой ступени в сечении, ну и по максимумам длину... Идея разработки была не в создании более мощной ракеты, а, прежде всего, в переходе на экологически чистое топливо. Ну и хотелось сохранить дизайн ракеты, которую я числю одной из самых красивых. Минимальные переделки стартового оборудования тоже надо учесть. А тут сразу начинается: увеличим боковые блоки до диаметра... то есть это уже совсем-совсем-совсем новая ракета и новый старт, и появление ее сразу становится невозможным даже в мечтах...

Сохранять нужно геометрию нижней части, то бишь ХО. С этим всё в порядке. Башню придётся переделывать в любом случае, поскольку появится кабель-мачта для подпитки и дренажа ЖК/ЖМ. О системе заправки я уж и не говорю.

[Salo]

Старый пишет:

Salo пишет:
Думаю конверсия РД-275М на ЖК/ЖМ силами Энергомаша обойдётся дешевле и будет сделана быстрее, чем разработка РД0164 с нуля в КБХА. Он хоть и с кислым ГГ, но с умеренными параметрами и налаженным производством в Перми. Земной УИ я оцениваю в 315 с, а вакуумный в 345 с.

Всётаки кислый ГГ на тетроксиде и кислый ГГ на кислороде - не одно и то же. Так что боюсь что быстро не получится.

Дык и ТНА будут существенно разные. По максимуму удастся использовать только КС. Но проблем у Энергомаша будет явно меньше, чем у КБХА,

[Salo]

Олег Шляпин пишет:
Скажите, а зачем это надо - замена топлива на "Протоне"? Ну ладно - на верхних ступенях. И то - есть задача переноса запусков на территорию России и полная независимость в производстве ракет. Т.е. "Восточный" и "Ангара-5".

Это не замена топлива на Протоне. Это использование имеющегося технологического задела для разработки нового ряда носителей на метане с ненапряжёнными двигателями и к тому же не пересекающегося по ПН с Ангарой-5.
Кстати, кроме трёхступенчатого метанового Протона и двухступенчатого Союза-5 возможен ещё и вариант без верхней ступени. Вот он уже будет конкурировать с Ангарой.

[Олег Шляпин]

Salo пишет:
Это не замена топлива на Протоне. Это использование имеющегося технологического задела для разработки нового ряда носителей на метане с ненапряжёнными двигателями и к тому же не пересекающегося по ПН с Ангарой-5.
Кстати, кроме трёхступенчатого метанового Протона и двухступенчатого Союза-5 возможен ещё и вариант без верхней ступени. Вот он уже будет конкурировать с Ангарой.

То есть это, фактически, новая ракета? Вернее даже новый ряд ракет? Ну тогда понятно. Спасибо, понял

[Дем]

ИМХО, раз уж всё равно много чего переделывать, то надо принять следующие условия:
1) Стартовая масса остаётся прежней или рассчитывается исходя из коэффициента тяги 1.2
2) новая ракета - двухступенчатая, с правильным распределением масс ступеней с оптимизацией на запуск на высокие орбиты (т.е. вверху РБ с аппаратом)
3) так как современные коммуникации не требуют такого охрененного количества контактов - возможна установка седьмого движка по центру.  Т.е. стартовая масса 850-900т

Ну а ПН... какая получится. 30т, как понимаю

Ещё можно посчитать облегчённые варианты, например с 4 двигателями стартовой массой 500 и ПН 17т

[Sаlyutman]

Не будет этого.

[Дмитрий В.]

Sаlyutman пишет:
Не будет этого.

Конечно, нет. Это тема - о гипотетических вариантах "Протона".

[Sаlyutman]

К сожалению и с реальным вариантом проблемы.