Самая удачная ракета для освоения Луны

Автор SpaceR, 18.05.2006 06:05:37

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Shestoper

Кстати обычная двухступенчатая система (метан и водород) в состоянии вывести на орбиту около 13 тонн.
Такова плата за многоразовость первой ступени - ПН уменьшается в полтора раза.
А вот если первую ракетную ступень оснастить складным крылом и маленьким ТРД для возвращения на космодром, то ПН будет примерно 11 тонн (сухая масса первой ступени возрастает  на 9-10 тонн).

И ещё один вопрос, описанный вами АКС это неплохой легкий носитель. Но чтобы он мог выводить 20-тонные блоки, его стартовую массу нужно увеличить в 2,5 раза.
Вот если бы разгонялся ваш АКС не на ЖРД, а на ПВРД, то топлива на разгон ушло бы вдвое меньше. И вторая ступень могла бы быть тонн на 30-40 тяжелее и выводила бы на орбиту ПН порядка 15 тонн.

hcube

Ну, по поводу изгибающих моментов спорно - ступень, как я уже заметил, лежит на створках грузового отсека, которые играют роль своеобразного ложемента. А разделение происходит, считай, в невесомости.

Но даже если и принять что ПН будет порядка 7 тонн - все равно по сравнению с Союзом заметная экономия - там одноразовая конструкция весит более 30 тонн, а здесь - менее 5. Число двигателей также в 6 раз меньше. Вот что крест животворящий делает! (с) При этом ТО разгонщика будет вполне сравнимо с ТО скажем Ту-160 после дежурного полета. А оно должно стоить сотни килобаксов максимум.

Метановая РН той же стартовой массы подняла бы на орбиту примерно те же 10 тонн. Т.е. увеличение массы первой ступени мы компенсируем высоким УИ двигателей которые работают на атмосферном участке полета, да еще немного повышаем УИ двигателей для заатмосферного участка. Если применить в схеме АКС водородную ступень, то можно получить ПН порядка тех же 15 тонн, но... она плохо компонуется в грузовой отсек - у водорода интегралная плотность почти вдвое ниже чем у метана, т.е. придется делать грузовой отсек вдвое большо по обьему.

ГПВРД... я тут где-то описывал главный недостаток ГПВРД. Это нагрев самолета. Да, мы получим бОльшую массу ракетной ступени. НО при этом потеряем две вещи.

1) скорость разделения у нас 3 км/c, это 9М. На такой скорости поток мощности будет порядка 5.5 КВт/кг. Это означает серьезную теплозащиту полного профиля, в то время как для 3М достаточно просто теплостойких конструкционных материалов и захолаживания конструкции перед обратным входом. Удорожание носителя, и главное - увеличение расходов на ТО.

2) скорость разделения не может иметь большую вертикальную составляющую и вообще разделение происходить вне атмосферы. Это значит что мы автоматически лишаемся более высогкого УИ на второй ступени, и еще вынуждены туда установить обтекатель для защиты ПН от набегающего потока. И еще парировать гравитационные и аэродинамические потери.
Звездной России - Быть!

Shestoper

ЦитатаЕсли применить в схеме АКС водородную ступень, то можно получить ПН порядка тех же 15 тонн, но... она плохо компонуется в грузовой отсек - у водорода интегралная плотность почти вдвое ниже чем у метана, т.е. придется делать грузовой отсек вдвое большо по обьему.


Пардон, не заметил, что у вас первая ступень метановая. Тогда у вас получается маленькая характерестическая скорость (я думал что она водородная).
ХС второй ступени всего 4,2 км/c.

Пусть у вас полностью отсутствуют гравитационные и аэродинамические потери. Тогда надо придать ПН 7,7 км/с горизонтальной скорости и около 2 км/с вертикальной (чтобы забросить её на 200 км вверх).
Учитывая, что ХС первой ступени 3 км/c, из них 1 км/с вертикальная скорость, горизонтальная компонента состовляет 2,8 км/c.
Тогда вторая ступень должна разгонять ПН на 4,9 км/c по горизонтали и на 1 км/c по вертикали, то есть общая ХС второй ступени 5 км/c.

Даже если бы ваша вторая ступень весила 50 тонн (а в реальности она скорее будет весить 40 тонн), то из этих 50 тонн 38 должно состовлять топливо, а на ПН и конструкцию остается всего 12 тонн.
Получается что ПН будет не более 8,5 тонн, даже при высоком весовом совершенстве ступени.

А если взять более реалистичную цифру - вторая ступень массой 40 тонн, то ПН получается массой 6,8 тонн.

Fakir

ЦитатаПравда для стратегических бомбардировщиков масса пустого самолета (без топлива и полезной нагрузки) состовляет порядка 40% от максимальной взлетной. А ведь при их проектировании идет жесточайшая борьба за вес.

Это всё-таки боевые самолёты, поэтому у них есть приличные запасы прочности - в т.ч. на маневрирование с перегрузками. Не истребительными, конечно, но тоже заметными.
Вообще, насколько я помню семинары по сопромату, в авиации средний запас прочности - 1,5. В космической же технике - заметно меньше. Так что здесь тоже можно наиграть минимум 10-20%.

Shestoper

Цитата2) скорость разделения не может иметь большую вертикальную составляющую и вообще разделение происходить вне атмосферы.

Может, самолет на скорости 10 Махов может выполнить "горку" и забраться на 40-50 км. Хотя при этом горизонтальная скорость конечно немного упадет.

Shestoper

Цитата: "Fakir"
ЦитатаЭто всё-таки боевые самолёты, поэтому у них есть приличные запасы прочности - в т.ч. на маневрирование с перегрузками.

Когда АКС будет совершать разгон на ЖРД, чтобы набрать скорость (в том числе вертикальную компоненту 1 км/c, это достаточно крутая "горка"), то перегрузка будет вполне заметной. К тому же начало этого разгона будет происходить практически с полными баками, а бомбардировщики могут энергично маневрировать только в районе цели, когда топливо наполовину израсходовано (сразу после старта они перегружены топливом).

То есть уровень рассчетных перегрузок будет немного ниже, чем для бомберов, но тоже заметным.

hcube

Не на гиперзвуке. Ему бы, болезному, в горизонтали удержаться, какие уж там горки ;-). Любой маневр на гиперзвуке (т.е. наращивание перегрузки) означает пропорциональное увеличение теплового потока. Хотите 2G? Нет проблем, но на 8М ТЗП должна быть как у Шаттла, а то и лучше. И повторюсь - ГПВРД работает ТОЛЬКО в атмосфере. Причем скоростной напор должен иметь вполне приличную величину. т.е. никаких безударных сбросов в невесомости и вакууме - а только активное разделение в полете. Что на мой взгляд есть сакс ;-). Конечно можно набрать горизонтальную скорость на ГПВРД, а потом прыгнуть на ЖРД - но по моему, проще и горизонталь и вертикаль на ЖРД набрать. Причем на ЖРД перегрузка будет осевой, а поскольку бОльшая часть запаса топлива как раз по оси, то крылья тут уже работать не будут.

Да, и вертикальная скороть несколько ниже - у нас разделение происходит на 85 км, опорная орбита скажем 185, вертикальная скорость 1 км/с,  плюс еще надо учесть то что ступень сама по себе разгоняется в горизонтали.... в общем, для набора орбитальной скорости есть порядка 200-250 секунд. 7.5-2.5 = 5 - т.е. средняя по траектории перегрузка для ракетной ступени должна быть порядка 2-2.5G. Принимая 'эффективное G' примерно за 8 м/с2, получаем что с 1 км/с вертикальной скорости и с разгоном в горизонтали ракетная ступень взлетит примерно на 150 км. Что даже несколько выше чем нам нужно.
Звездной России - Быть!

Shestoper

Согласен полностью.
Но если горизонтально разгоняться только на ТРД, то больше 1 км/c не получить, и ради этого нужно тащить тяжеленные ТРД, тяжеленное шассии, тяжеленные крылья и утяжелять конструкцию для горизонтального полета.
ИМХО проще стартовать на ЖРД, и потом просто планировать на маааленьких крылышках, расчитанных только под пустую первую ступень.
Правда понадобится пусковой стол для вертикального старта. Но зато посадочную полосу можно делать короткую, как для истребителя - для посадки пустой первой ступени много места не надо, она будет иметь малую удельную нагрузку на крыло и маленькую посадочную скорость.

Shestoper

ЦитатаПри этом ТО разгонщика будет вполне сравнимо с ТО скажем Ту-160 после дежурного полета. А оно должно стоить сотни килобаксов максимум.

ТО будет больше похоже на SR-71  :)
Многоразовые ЖРД имеют ресурс порядка 10 полетов, и после каждого полета требуют переборки на стенде. С Шаттла после каждого полета двигатели снимают для ТО.
Это неудивительно, ТРД тоже за его жизнь несколько раз переберают по винтику на регламентных осмотрах, просто у него ресурс на 2 порядка больше.

hcube

Так полоса и так будет не шибко длинная. На 200 тонн самолета 100 тонн тяги двигателей - это тяговооруженность как у 144-го или 160-го. Причем схема с ПГО - т.е. нет проблем при взлете иметь большие углы атаки.

Касательно же бесполезности крыла... ну, не совсем так ;-). Оно полезно для взлета - не надо строить стартовый комплекс. Полезно при посадке. Полезно при разгоне до 3М/20 км. Полезно при входе - меньше тепловая нагрузка. В общем, оно IMHO себя окупает.
Звездной России - Быть!

Shestoper

ЦитатаТак полоса и так будет не шибко длинная. На 200 тонн самолета 100 тонн тяги двигателей - это тяговооруженность как у 144-го или 160-го.

Интересно, с насколько короткой полосы взлетает полностью загруженный Ту-144 или Ту-160?  :wink:
Видел я те полосы - километра по 3 длиной. А вот По-2 имеет движок всего 100 л. с., а ВВП для него всего 120 м.
Помимо высокой тяги двигателей играет роль (негативную) высокая нагрузка на крыло "трехмахового" самолета (то есть относительно небольшие крылья) и малое аэродиномическое качество на дозвуке - взлетная скорость получается высокой. А иначе никак нельзя, не то до 3 Махов не разгонимся.

Дмитрий В.

ЦитатаКасательно же бесполезности крыла... ну, не совсем так ;-). Оно полезно для взлета - не надо строить стартовый комплекс.
Оппаньки! А, что - аэродром это уже не стартовый комплекс (придется строить ведь специальный, да не абы какой) со всей сопутствующей инфраструктурой?!
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Fakir

Аэродром - на порядок более универсальный стартовый комплекс!  :)
С него смогут взлетать АКС самых разных типов.
Кроме того, у него есть еще и сугубо "земное" применение - как у части транспортной системы для доставки грузов на космодром.

Дмитрий В.

ЦитатаАэродром - на порядок более универсальный стартовый комплекс!  :)
С него смогут взлетать АКС самых разных типов.
Кроме того, у него есть еще и сугубо "земное" применение - как у части транспортной системы для доставки грузов на космодром.
Да, ну? С аэродрома могут взлетать аппараты с Мст не более 600т (да, и то таких аэродромов по всему миру десятка полтора), тогда как с УКСС могут стартовать системы с Мст от 370 (типа РН "Ямал") до 4800 т.
Нет, конечно, если Вы желаете ПОДНЯТЬ стоимость выведения ПН, то да - АКС - самая для этого подходящая система.
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Shestoper

ЦитатаНет, конечно, если Вы желаете ПОДНЯТЬ стоимость выведения ПН, то да - АКС - самая для этого подходящая система.

Ну я бы не стал это утверждать так уверенно. Но вот по поводу схемы ТРД+ЖРД c горизонтальным стартом первой ступени меня гложут сомнения в её эффективности. Из всех известных мне проектов АКС такая схема прорабатывалась только у Боинга. Будь она мега-эффективна, уж обратили бы на неё большее внимание, ИМХО.

Дмитрий В.

Цитата
ЦитатаНет, конечно, если Вы желаете ПОДНЯТЬ стоимость выведения ПН, то да - АКС - самая для этого подходящая система.

Ну я бы не стал это утверждать так уверенно. Но вот по поводу схемы ТРД+ЖРД c горизонтальным стартом первой ступени меня гложут сомнения в её эффективности. Из всех известных мне проектов АКС такая схема прорабатывалась только у Боинга. Будь она мега-эффективна, уж обратили бы на неё большее внимание, ИМХО.
Вообще-то, я старался не встревать в споры о многоразовых системах, в т.ч. АКС, т.к. имею вполне определенное мнение о их бесперспективности (с точки зрения существенного снижеия затрат на выведение) для большинства классических задач. Кстати, что Вы имеете в виду под "эффективностью"?
Lingua latina non penis canina
StarShip - аналоговнет!

Shestoper

ЦитатаКстати, что Вы имеете в виду под "эффективностью"?

Стоимость заброски килограмма груза на LEO.
Но мне в этом смысле АКС тоже совсем не нравятся.

Из многоразовых систем дать существенное снижение стоимости ИМХО может разве что спасаемая первая ступень ракетного носителя. Первая ступень самая дорогая, а спасать её относительно просто, причем 5-6 кг лишнего веса первой ступени (из-за средств спасения) уменьшают ПН всего на 1 кг (для второй ступени соотношение 1:1).

Lin

hcube, смотри какая картинка ;)
http://dreamsofspace.nfshost.com/gifs/insideinfospacetravel1970a.gif
Крылья правда меньше, чем у твоей системы
"Вся суть - в переселении с Земли и в заселении космоса."

Дем

ЦитатаПравда для стратегических бомбардировщиков масса пустого самолета (без топлива и полезной нагрузки) состовляет порядка 40% от максимальной взлетной. А ведь при их проектировании идет жесточайшая борьба за вес.
Ту-160
Масса, кг    
  пустого самолета   110000
  максимальная взлетная   275000
т.е. ровно 40%. Но не надо забывать, что на нём дофига всякой военной аппаратуры, которпя нафиг не нужна. Кабину тоже можно выкинуть.
Итого - "сухая масса" вполне составит 25%, если не меньше...
Плюс - можно включить ЖРД и на старте. Что позволит увеличить тягу в разы и увеличить стартовую массу практически при том же весе конструкции.

Цитатаскорость разделения у нас 3 км/c, это 9М. На такой скорости поток мощности будет порядка 5.5 КВт/кг.
На какой высоте? Может имеет смысл повыше забраться, пусть даже вместо набора горизонтальной скорости? И разделяться проще...

ЦитатаМногоразовые ЖРД имеют ресурс порядка 10 полетов, и после каждого полета требуют переборки на стенде. С Шаттла после каждого полета двигатели снимают для ТО.
Всё зависит от давления в камере. Снизь его на порядок - ресурс вырастет на четыре порядка. УИ конечно упадёт, тут ничего не сделаешь...
Например, НК-33 запросто проработал 14000с (в 100 раз больше требуемого) за раз
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

Старый

ЦитатаПлюс - можно включить ЖРД и на старте. Что позволит увеличить тягу в разы и увеличить стартовую массу практически при том же весе конструкции.
А бензинчик он расходовать не будет? ;)
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