"Самопожирающие" ракеты

Автор fan2fan, 04.06.2008 19:07:06

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

fan2fan

Из мемуаров Р.Ф.Аппазова:
 
"Ко мне несколько раз обращался с просьбой провести кое-какие баллистические расчёты один из специалистов по ракетным двигателям Харчёв Василий Иванович, человек серьёзный и пользовавшийся доверием, а может быть, и благосклонностью Сергея Павловича. Я ему не отказывал. Затем, по его же просьбе, провёл небольшие теоретические исследования более общего свойства по одной весьма заманчивой системе, в которой всю ракету без особой натяжки можно было бы назвать двигателем. Сама идея подобной ракеты принадлежала уже упоминавшемуся мною Ф. А. Цандеру, авторитет которого никем не подвергался сомнению, многие его теоретические работы в области межпланетных полётов и реактивных двигателей нашли применение в практических разработках.
       Тут нельзя не коснуться, хотя бы самым поверхностным образом, технического существа вопроса. Ракета, как известно, разгоняет какой-либо груз, сообщая ему скорость, необходимую для достижения заданной цели, которая может быть определена в виде координат какой-либо точки на поверхности Земли, в виде орбиты спутника Земли, в виде орбиты перелёта на другую планету и т. д. Чем меньше масса конструкции самой разгоняющей ракеты, тем больший груз она в состоянии доставить на нужную траекторию. Разумеется, существуют определённые технически достижимые пределы по минимизации массы конструкции ракеты. Но, оказывается, есть очень заманчивый путь уменьшения этой массы. Дело в том, что по мере сгорания топлива в баках ракеты последние остаются частично пустыми, и ракета несёт, разгоняет части конструкции, которые стали ненужными, превратились в балласт. Если бы время от времени, а ещё лучше - непрерывно можно было бы освобождаться от этих "пустых" частей, мы бы сильно выиграли в выводимой ракетой полезной массе. Но как это сделать? Изобретателями предлагались разные варианты решения. Но наиболее соблазнительным оказалось решение, позволяющее сделать ещё один шаг в нужном направлении: не просто пассивно отбрасывать этот балласт, а сжигать его как топливо и выбрасывать через сопло двигателя, получая за счёт этого дополнительную реактивную силу. Внешние формы подобной ракеты не оставались бы неизменными, а деформировались во время полёта в процессе сжигания частей конструкции, ставших ненужными. Для краткости мы такую ракету стали называть "самопожирающей".
      Моё увлечение идеей вышло далеко за пределы простого любопытства или дружеской помощи энтузиастам - я сам влился в ряды этих энтузиастов. Руководителю работ удалось создать довольно сплочённую группу, состоявшую главным образом из молодых специалистов, которая представляла из себя небольшое нелегальное конструкторское бюро внутри КБ Королёва. Вскоре дело дошло до организации самостоятельного подразделения для ведения работ по этой тематике, поскольку в рамках королёвской структуры можно было рассчитывать только на то, что она будет рассматриваться как научно-исследовательская работа второстепенного значения. Уже готовился приказ директора НИИ, одним из приложений к которому был список работников, переводимых из КБ Королёва в это новое подразделение."
 
Автору мемуаров не удалось перевестись в эту группу и он об этом не жалел:

"Иногда думаю, а что было бы, если вдруг я оказался переведённым к Харчёву? Ведь ему в течение многих лет так и не удалось ничего добиться, не было достигнуто ни одного положительного результата. Сама идея казалась превосходной, блестящей, очень заманчивой, эффектной и сулящей большой успех, но её реализация натолкнулась на практически непреодолимые технические трудности."
"С тех пор прошло уже около пятидесяти лет, но что-то не слышно, чтобы появилось нечто похожее у нас или там, за бугром."
 
http://www.kirimtatar.com/Books/appazov19.html

Интересно, чем же дело кончилось не только для автора ? Какие были трудности ? А за рубежом что, были ли такие разработки ? И могут ли помочь теперь, скажем, нанотехнологии (т.е. может быть, с развитием конструкционных материалов, создадут какой-то "чудо-топливоматериал") ?
Жертвы неизбежны ! (с)

Fakir

ИМХО, идея порочна изначально, не в обиду отцу-основателю будь сказано.

Peter

Ничего порочного в идее как таковой не вижу, просто это не для области больших нагрузок - тепловых, аэродинамических и т.п. Скажем, для лунного модуля - представимо: допустим, используется топливная пара перекись-пентаборан, которая хранится в твердом состоянии без баков. Ну, пленка напылена на поверхность полимерная, светоотражающая. Далее - шнековый загрузчик... Подогреваемый бункер... Ну, и далее все, как у людей.

mihalchuk

ЦитатаНичего порочного в идее как таковой не вижу, просто это не для области больших нагрузок - тепловых, аэродинамических и т.п. Скажем, для лунного модуля - представимо: допустим, используется топливная пара перекись-пентаборан, которая хранится в твердом состоянии без баков. Ну, пленка напылена на поверхность полимерная, светоотражающая. Далее - шнековый загрузчик... Подогреваемый бункер... Ну, и далее все, как у людей.
А если твёрдую перекись ковырять - ведь рванёт...

SpaceR

Один из немного знакомых мне украинских инженеров-энтузиастов несколько лет пробивал идею "автофажной" (самопожирающей) ракеты, но он предлагал использовать в качестве горючего полиэтилен в виде толстой шашки, к нижнему торцу которой крепилось своеобразное днище-реактор-двигатель, постепенно расплавляющее эту шашку в кольцевом реакторе-газификаторе :)
Из него газообразный полиэтилен поступал в высокотемпературный компрессор и затем в КС.  А жидкий окислитель был внутри этой шашки.
Помнится, ему удалось выбить финансирование по линии УНТЦ и он провел некоторые практическе эксперименты (потом выступал на конференции), но до действующего прототипа было всё же далеко.

Главной проблемой его концепции, как я понимаю, была недостаточная проработка уплотнений (обтюраторов), отделявших газификатор от внешней среды, а пространство для окислителя от внутридвигательной полости.

А так, на схемах и диахраммах, выглядело довольно красиво :)
Взлетала длинная полиэтиленовая шашка с окислителем, и укорачиваясь в полёте, выходила на орбиту уже в виде такой коротенькой "плашки"   :D

Вроде бы, по расчетам, удельного импульса газифицированного полиэтилена с кислородом хватало, чтобы вывести эту "плашку" с небольшим грузом на орбиту (в одноступенчатом (!) ) варианте.

dan14444

Единственное достоинство подхода - "бесконечное" число ступеней - но только по топливу.

При этом инженерные проблемы и хреновость движка "для всех условий" убивают идею наглухо.

Вот если кто предложит движок, который уменьшается во время работы... :roll: То остальные проблемы решаемы :lol: Но не одним "инженером-энтузиастом", разумеется :lol:

mihalchuk

ЦитатаА так, на схемах и диахраммах, выглядело довольно красиво :)
Взлетала длинная полиэтиленовая шашка с окислителем, и укорачиваясь в полёте, выходила на орбиту уже в виде такой коротенькой "плашки"   :D

Вроде бы, по расчетам, удельного импульса газифицированного полиэтилена с кислородом хватало, чтобы вывести эту "плашку" с небольшим грузом на орбиту (в одноступенчатом (!) ) варианте.
А как газифицировался полиэтилен? Он же полностью не возгоняется.
А вообще единственное рациональное зерно этой идеи - переработка последней ступени РН на ОС. И то ещё подумать нужно. :roll:

В ракете "Протон-М" сухая масса РН = 7% от стартовой массы. Стоит ради этих 7% огород городить?

Dio

ЦитатаДалее - шнековый загрузчик... Подогреваемый бункер...
Тогда уж лучше какой-нибудь кипятильник в виде проволоки или тонкой трубки пропустить через массу замороженного  топлива и пусть оно изнутри подтаивает и стекает прямо в двигатель :)

ЦитатаВ ракете "Протон-М" сухая масса РН = 7% от стартовой массы. Стоит ради этих 7% огород городить?
Вообще-то очень даже стоит, так как большую часть скорости ракета получает на поздних этапах разгона, когда баки почти пусты. Зависимость конечной скорости от соотношения масс -- см. ф-лу Циолковского, оно стоит в экспоненте.

mihalchuk

ЦитатаВ ракете "Протон-М" сухая масса РН = 7% от стартовой массы. Стоит ради этих 7% огород городить?
Стоило бы, так как позволило бы отказаться от ступенчатости, лишних двигателей и прочего... Если бы существовало удачное техническое решение. Но его нет.

sychbird

Вообще говоря, пофантазрвать можно. Алюминий - прекрасное топливо. Можно представить себе сферические баки из малых многоугольных элементов с кромками сложной геометрии, сохраняющими форму исключительно при избыточном внутреннем давлении и при криогенных температурах. Однако получатся подвесные баки и потребуется силовой каркас. Может съесть все преимущества. Но для РБ например может и сгодится. Или для лендеров.

Другой вариант -  пористые объмно-капилярные заполнители, сорбирующие водород и горящие в кислороде после десорбции водорода.
Ответил со свойственной ему свирепостью (хотя и не преступая ни на дюйм границ учтивости). (C)  :)

hcube

Можно сделать гибридный двигатель - полиэтиленовая шашка плюс ЖК внутри нее. И двигательный блок, который выбирает полиэтилен и кислород одновременно, полиэтилен плавит и гонит в двигатель, ЖК - прогоняет через рубашку охлаждения. Поскольку полиэтилена надо довольно много, он вполне потянет на роль стенки. Вопрос в адекватном уплотнителе либо механике подачи полиэтилена в КС.
Звездной России - Быть!

Александр Ч.

ЦитатаВообще говоря, пофантазрвать можно.
Ага, например, безкорпусной РДТТ, на подобие безгильзового патрона ;)
Ad calendas graecas

fan2fan

А все же - новые материалы могут помочь ? В качестве фантазии: гипотетический материал, который горит строго вдоль и в сторону "информационного" лазерного луча, который светит в хвост ракеты-свечки, а за пределами светого пятна не горит. Т.е. луч подводит не энергию, а информацию (сигнал), за счет которого происходит самовозгорание уникального материала (химическая реакция под воздействием излучения определенной частоты или ряд реакций за счет их быстрой их последовательности). Сначала выгорает середина (образуя сопло, кстати), а по мере удаления от источника луча, с увеличением светового пятна - начинают и края. Здесь выйдет виртуальное сопло внутри луча, как электромагнитное, из темы про звездолеты :-), но без источника энергии на КК - только за счет сигнала и структуры материала.
Жертвы неизбежны ! (с)

RadioactiveRainbow

Цитата
ЦитатаВообще говоря, пофантазрвать можно.
Ага, например, безкорпусной РДТТ, на подобие безгильзового патрона ;)
Это только если космический. У топлив очень низкая прочность на растяжение - порядка 20 МПа. Так что такой заряд разрушится до того как полностью догорит. И при разрушении мгновенно потухнет.
И не факт, что такой "корпус" будет легче композитного. Плотность у топлива и композита - одного порядка, а прочность разнится на порядки.

Кроме того, насколько я себе представляю, безкорпусный заряд можно будет сделать только с прогрессивным законом горения... цилиндрический или (предпочтительнее) сферический.
То есть придется делать двигатель, от которого требуется скорее фиксированное значение полного импульса, а не тяги и времени работы.

Да и такому двигателю понадобятся некоторые технологические покрытия...
Глупость наказуема

Дем

ЦитатаМожно сделать гибридный двигатель - полиэтиленовая шашка плюс ЖК внутри нее. И двигательный блок, который выбирает полиэтилен и кислород одновременно, полиэтилен плавит и гонит в двигатель, ЖК - прогоняет через рубашку охлаждения. Поскольку полиэтилена надо довольно много, он вполне потянет на роль стенки. Вопрос в адекватном уплотнителе либо механике подачи полиэтилена в КС.
А зачем уплотнители? Расплав может удерживаться в чашке приёмника даже собственным весом (а в КС подаваться насосом). И может даже не полиэтилен а парафин или что подобное, чтобы проблем с полимеризацией не было. А окислитель заливаем в герметично запечатанные пузыри по центру, которые вскрываются механически по мере расходования оболочки
Летать в космос необходимо. Жить - не необходимо.

sas

Или вот - баки коаксиальные. В центре трос. По тросу, сматывая его лебедкой, карабкается платформа с двигателем, кроша оболочки баков в труху. Труху можно сыпать за борт, можно в двигло.

В общем, с одной стороны появляются системы, что бы все это работало, по весу сравнимые с весом сэкономленных баков. С другой стороны требуется специальное топливо, которое имеет явно худшие характеристики по импульсу. С третьей стороны сама система будет иметь явно меньшую надежность. И все это ради того, чтобы ракета стала дороже, тяжелее, с меньшей грузоподъемностью и меньшей надежностью.
Вот как надо проектировать космическую технику! А вы гравицапа, гравицапа!   :D  :D  :D
КАКТОТАК
----------------------------
Моделью ракеты можно достичь модели Марса

Значит так. Нанороботы из полиэтилена вгрызаются в шашку твердого кислорода и сгорают в месте вгрызания. По-моему по реалистичности конструкция ни чем не хуже обсуждавшихся выше.

ЦитатаЗначит так. Нанороботы из полиэтилена вгрызаются в шашку твердого кислорода и сгорают в месте вгрызания. По-моему по реалистичности конструкция ни чем не хуже обсуждавшихся выше.

Нее, самое реалистичное, это посадить на ракету дядю Васю. Он за пол-литру будет пилить все ножовкой и закидывать лопатой в топку. На счет надежности не уверен, но будет оччень дешево.  :D
КАКТОТАК
----------------------------
Моделью ракеты можно достичь модели Марса