Танкеры

[поверхностный]

Если заправляться будет ЯРД на водороде, некуда девать кислород. Если ЯРД будет на воде, импульс окажется в точности равен водородному ЖРД, поскольку оба ограничены температурой. (ИМХО)

[Alex_II]

Если заправляться будет ЯРД на водороде, некуда девать кислород. Если ЯРД будет на воде, импульс окажется в точности равен водородному ЖРД, поскольку оба ограничены температурой. (ИМХО)

Ну, я не думаю, что все ЖРД будут срочно заменены на ЯРД. Им тоже найдется работа... Ну и люди смогут утилизировать некоторое количество кислорода  
А ЯРД на воде - оно конечно заманчиво... но не слишком эффективно. ИМХО - не стоит, разве что для каких-то специальных применений... Лучше уж тогда на аммиаке делать.

[SpaceR]

Спектр дальнего действия - от Луны (начиная с 3 км/с) до ГСО (5 км/с). Вспомогательная дальность - орбиты спутников Молния и ГЛОНАСС. Какой бы ни была масса многоразового аппарата, она не может быть нулевой. Следовательно, его возврат потребует ощутимых затрат топлива. А последние ступени при этом останутся неиспользованными.

Последние ступени остаются неиспользованными? Они УЖЕ успешно использовались, выполнили свою задачу и больше ни на что не способны. Чтобы обеспечить им эту возможность, и с достаточной надежностью, необходимо провести доработки, по объему и цене приближающиеся к созданию многоразового КА космического базирования. То, что доработка ступеней будет недорогой - иллюзия.
А возвращение аппарата конечно потребует затрат топлива, но здесь есть несколько "хитростей". Основная из них - торможение атмосферой.

Возвращение аппарата также вызывает вопросы.  Попробуем его вернуть сразу после разгона. Летим к Луне. Если разгон осуществляется за 10 минут = 600 секунд до 3 км/с, то аппарат массой 12.3 т затратит на это 6 т топлива при УИ 4500 м/с. После этого аппарат окажется на расстоянии 805 км от ЗС, а начнёт манёвры по возвращению примерно с 1000 км. Предположим, сухая масса блока - 600 кг. Отделив ПГ 4400 кг, аппарат включит двигатель с той же тягой и, несмотря на значительное ускорение, затратив 930 кг топлива, начнёт возвращение с 1166 км. При минимальных остатках компонентов остаётся топлива на 2 км/с. За 20 с аппарат набирает скорость 1 км/с, летит к цели около 1000 секунд и резко тормозится. Задача выполнена при массе допущений: слишком малая масса аппарата при больших ускорениях (основная конструкция выдержит, но элементы придётся укреплять), малые остатки компонентов, игнорирование баллистических особенностей взаимного движения. С учётом последнего такая схема представляется нереализуемой. Иные схемы приводят к неизбежному снижению массы ПГ + дополнительные конструктивные усложнения.

Ну, конструктивные усложнения неизбежны, но они потребуются для любой схемы, со ступенями или с МТА. А схема у Вас неверная, конечно такую никто реализовывать не будет. Делается все по другому - КА продолжает полет к Луне, но выполняет коррекцию, чтобы после облета Луны вернуться в атмосферу и погасить скорость за счет торвозного щита (вероятно, раскладного или надувного). Аналогично выполняется доставка КА на высокоэллиптические орбиты, торможение в апогее не требует большого импульса.
Полеты на круговые орбиты (ГСО, ГЛОНАСС сложнее всего, вероятно для довывода на ГСО останутся апогейные ступени и ЭРД, а возвращение с ПГСО проблемы не представляет. Кстати, с ГСО тоже оптимальнее возвращаться "через Луну", если конечно потребуется.

[SpaceR]

Использование же для целей разгона "одно-двухразовых ракетных блоков" неэффективно в силу необходимости обеспечения их заправки в невесомости, связанной с проблемами перегрева компонентов и обеспечением сплошности жидкой фазы. Это технически труднодостижимо и в конечном итоге будет менее эффективно, чем применение специализированных кораблей, использующих уже заправленные одноразовые тонкостенные баки. Да и получить эти пустые ступени в нужных количествах на нужных для КК орбитах нереализуемо.

Это технология. Она осваивается и дальше используется без проблем. Не нужно думать, что баки - простые тонкостенные бочки и с ними не будет никаких проблем. А пустые ступени - так ведь каждый аппарат будет выводиться вместе со ступенью. :wink:

А чем будет выводиться этот самый аппарат? Одноразовой РН? А топливо для ступени чем?
То есть - если делать многоразовую РН (МТКС), то она будет универсальной, может таскать и КА, и топливо в бочке. Иначе потребность в ее запусках снизится вдвое и создание многоразовика станет неокупаемым.
А если уж топливо выведено на орбиту в бочке, то более логично делать это в баке, к которому стоит только добавить движок и РБ готов. Хоть одноразовый, хоть многоразовый с дешевым одноразовым баком. И никакого перелива.

 Вы же говорите о технологии как о магии: вкладываем в неё деньги, и - вуаля! - топливо из бочки попадает в баки ступени "без проблем".
А как вы представляете физику процесса? КАК вытряхивать топливо из полупустого бака в невесомости? Тут придётся делать искусственную тяжесть, закрутку и т.п... Обеспечивать работу насосов... (хотя при сплошной жидкости как раз с этим проблем и не будет) Обеспечивать минимум теплопотерь процесса... а насколько он будет быстрым для криогеники? А потери газов на продувки магистралей и т.п.? А обеспечение ремонтопригодности всего оборудования и самих ремонтов? Одна только непонятно-как-создаваемая-технология перекачки в невесомости может снизить эффективность прцесса настолько, что альтернативные решения могут стать выгоднее.  Так что не всё так просто. Особенно если не забывать, что потребителей услуг по заправке пока просто нет, и их еще нужно буквально создавать параллельно с самой заправочной инфраструктурой.
Так что, повторюсь, смысл у всей затеи появится не раньше (а скорее позже) появления достаточного грузопотока на орбиту, а это одновременно и предпосылка к созданию многоразового средства выведения.

[mihalchuk]

Положим, разницы нет - заправлять куда. Но разница есть - заправлять что. Если речь идёт о воде, аммиаке, метане или ещё чём-либо для ЯРД - то пожалуйста. Но здесь упоминался УИ 900 с, а это водород. Для водорода нужен совершенно иной танкер. Если бы Радуга подразумевал этот вариант, он бы наверняка сказал: "танкер для водорода". И масса топлива отличалась бы в разы.

Не спорю, возить водород - то еще удовольствие... Но помнится, кто-то (уж не вы ли  :wink: ?) предлагал возить на орбиту воду и разлагать ее на водород и кислород уже там. Вода - обьект для перевозки вполне удобный. Станция, конечно, получается подороже, чем простой резервуарный парк для высококипящих компонентов, но зато и выигрыш велик.

Предлагал и до сих пор предлагаю. Вообще такой оборот дела, когда возим воду, разлагаем, а водород используем для ЯРД, принципиально может реализоваться. Но давайте вернёмся к задаче:
RadioactiveRainbow:

 

Допустим, есть потребность доставлять на орбиту (километров 400-600) топливо. Много топлива. Много и часто.
Ну, скажем, не менее 500 тонн в год.

Задача поставлена грамотно. Доставлять в розницу, а использовать как в розницу, так и оптом. :wink:

[mihalchuk]

Александр Шлядинский.
Мысли про танкер в целом здравые. Но вот это:

Думаю есть одна возможность: танкер представляет собой многоразовую ДУ. На него навешивается бак с компонентом топлива. "Заправляемый" аппарат представляет собой мачту, на одной стороне которой находится ДУ, на другой ПН. "Танкеры" поочередно стыкуются с мачтой(или базовой станцией, к которой этот аппарат пристыкован), навешивают на нее баки с компонентами, пока количество баков и топлива в них не достигнет необходимого. Потом аппарат улетает на целевую орбиту, а ДУ танкеров возвращаются на Землю, где на них цепляют новые баки. Аппарат же, по мере израсходования топлива сбрасывает баки. Вернувшись на базу, там на ОКС, или монтажной орбите, на него снова навешивают баки и ПН, и цикл повторяется. И ни каких переливов из бака в бак, ни каких систем перелива. Топливо идет сразу из бака в ДУ.
Извините, если ранее кто то в этой теме высказал уже эту идею. Тогда я категорически за нее.

Это очень сложно. Сложны процессы течения топлива в такой системе. Это только кажется, что топливо пойдёт сразу из бака в двигатель. На самом деле оно бужет смешиваться-перемешиваться, будут застойные зоны, сохранятся газовые полости и т. д. Получим все теже неприятности, что и в баке при заправке, но в усложнённой форме, существенно меняющейся в зависимости от количества баков.

[mihalchuk]

Спектр дальнего действия - от Луны (начиная с 3 км/с) до ГСО (5 км/с). Вспомогательная дальность - орбиты спутников Молния и ГЛОНАСС. Какой бы ни была масса многоразового аппарата, она не может быть нулевой. Следовательно, его возврат потребует ощутимых затрат топлива. А последние ступени при этом останутся неиспользованными.

Последние ступени остаются неиспользованными? Они УЖЕ успешно использовались, выполнили свою задачу и больше ни на что не способны.

:?:  :?:

Чтобы обеспечить им эту возможность, и с достаточной надежностью, необходимо провести доработки, по объему и цене приближающиеся к созданию многоразового КА космического базирования.

Это откуда такая арифметика??!

То, что доработка ступеней будет недорогой - иллюзия.
А возвращение аппарата конечно потребует затрат топлива, но здесь есть несколько "хитростей". Основная из них - торможение атмосферой.

Она не будет недорогой. Но и близко не будет к многоразовому КК. Последний автономен и многоразовый, а нам нужна ступень с двухразовам запуском двигателя и пригодная к реанимации на ЗС.

[mihalchuk]

Прошу прощения за мелкое препарирование, но всё-же:

Ну, конструктивные усложнения неизбежны, но они потребуются для любой схемы, со ступенями или с МТА. А схема у Вас неверная, конечно такую никто реализовывать не будет. Делается все по другому - КА продолжает полет к Луне,

Уходит в длительную экспедицию, за ним нужно следить, напрягать баллистиков, управленцев, измеристов и т. д.

но выполняет коррекцию,

И, кстати, не одну. Отдельная ДУ. Масса растёт.

чтобы после облета Луны вернуться в атмосферу и погасить скорость за счет торвозного щита

Ещё рост массы. Нужно не просто вернуться в атмосферу, но и вернуться довольно точно. Если возмущения при облёте Луны могут корректироваться по траектории, то в атмосфере при торможении экраном нужно управлять. Иначе промашки неизбежны, в том числе по относительному наклонению. Или предложите многовитковое торможение? Лучше, но другие проблемы.

(вероятно, раскладного или надувного).

Вероятно также многоразового и сдувного. :wink:

Аналогично выполняется доставка КА на высокоэллиптические орбиты, торможение в апогее не требует большого импульса.
Полеты на круговые орбиты (ГСО, ГЛОНАСС сложнее всего, вероятно для довывода на ГСО останутся апогейные ступени и ЭРД, а возвращение с ПГСО проблемы не представляет. Кстати, с ГСО тоже оптимальнее возвращаться "через Луну", если конечно потребуется.

Ну, это уже будет цирк.
Словом, всё это возможно, но где-то там, за пределами... Пока, в обозримой перспективе, предпочтение будет отдано порядку: пустил и забыл. Следующий шаг, в моём предположении, будет допускать возню на вспомогательных предметах, типа пдготовки топлива и заправки (заправил - пустил - забыл).

[SpaceR]

Ну, это уже пошла полемика в деталях.
Ок, про надувной я возможно и погорячился. Но Вы ушли от вопроса, как сепарировать топливо при перекачке. У Вас на космо-ЗС будет искусственная тяжесть? Или все баки должны быть с мембранами?

[поверхностный]

Ну, это уже пошла полемика в деталях.
Ок, про надувной я возможно и погорячился. Но Вы ушли от вопроса, как сепарировать топливо при перекачке. У Вас на космо-ЗС будет искусственная тяжесть? Или все баки должны быть с мембранами?

Например, поставить внутри бака пластину и крутить ее, а не бак.

[mihalchuk]

Для подачи топлива можно создать искусственную тяжесть раскруткой, можно закрутить топливо в баке, создав тяжесть за счёт центробежной силы, можно поставить мембрану и наддувать. В последнем случае заправляемый бак может быть нагрет и наддут парами заправляемого компонента. Можно придумать ещё что-нибудь - например, использовать поверхностные или капиллярные эффекты (отсеивать пузыри сеткой). В заправляемом баке не обязательно раскручивать жидкость, лучше для сепарации жидкости и газа использовать напор жидкости. Задача решаема.

[SpaceR]

Можно сделать и еще проще - возить топливо на орбиту вместе со ступенью, в которую его будем заливать. Нам ведь всё равно выводить его чем-то, волшебным образом оно там не окажется.
Так вот - при данном пуске топливо является полезным грузом, и в процессе полета этой самой ступени поступает в ее баки методом перелива (как и на Бризе-М ). При этом на участке полета последней ступени топливо из верхнего (расположенного на месте ПГ) бака полностью расходуется. После выхода на орбиту осталось только отделить пустой бак, на его место пристыковать ПГ (а это ГОРАЗДО проще, чем переливать топливо), и запускать связку дальше - на ПГСО, ГСО, к Луне и т.д.

При этом предыдущими ступенями (или одной ступенью) при выведении может быть как одноразовая РН, так и многоразовая, либо ВКС.

[mihalchuk]

Тоже вариант использования последней ступени. Трудно сказать, насколько он проще, но ненамного сложнее.
Но здесь есть 2 момента.
1. Допустим, нам нужно отправить далеко большой груз. Мы имеем РН, которая сможет вывести его на НКО, но чтобы отправить его дальше, потребуется по массе в 3 раза больше топлива. Тогда накопления топлива не избежать, либо строить новую РН вместе с инфраструктурой. И здесь вопрос: нужно сравнить не только стоимость создания, но и стоимость амортизации стартового комплекса и орбитального заправочного комплекса. И смотреть, что изнашивается быстрее. На мой взгляд, в конечном счёте в борьбе за ресурс живучести победит орбитальный комплекс, но об этом можно поспорить.
2. Обсуждаемая тема представляет собой очевидный вопрос: должны ли танкеры создаваться на тех же принципах, что и обычные РН, либо они - особенные. На мой взгляд в концепции танкеров, как особенных средств, могут конкурировать два противоположных направления: ракеты упрощённой контрукции с пониженными характеристиками и продвинутые девайсы. Но в любом случае требования к ним будут иные, чем к носителям, выводящим ПГ общего назначения. В частности, по надёжности. А это диктует осторожный подход к идеям использования одного средства выведения для обеих целей.

[SpaceR]

2. Обсуждаемая тема представляет собой очевидный вопрос: должны ли танкеры создаваться на тех же принципах, что и обычные РН, либо они - особенные. На мой взгляд в концепции танкеров, как особенных средств, могут конкурировать два противоположных направления: ракеты упрощённой контрукции с пониженными характеристиками и продвинутые девайсы. Но в любом случае требования к ним будут иные, чем к носителям, выводящим ПГ общего назначения. В частности, по надёжности. А это диктует осторожный подход к идеям использования одного средства выведения для обеих целей.

Вообще-то имелся в виду другой расклад: когда появляется новое средство, в данном случае это многоразовая система, то оно должно быть достаточно универсальным, то есть способным возить и КА, и РБ, и спецгрузы вроде контейнера с расходниками для МКС, или бочки с компонентом.
Потом, когда стало заметно, что растет доля топлива, используемого как отдельный груз, встает вопрос - нужно ли теперь разрабатывать для него специализированный транспорт, если можно доставлять его на универсальном? Окупят ли преимущества танкеров по сравнению с обычными транспортниками весь объем затрат на их создание и эксплуатацию? Кстати, еще и с учетом снижения рентабельности транспортников, которые лишатся существенной доли своей загрузки?

[mihalchuk]

Вообще-то имелся в виду другой расклад: когда появляется новое средство, в данном случае это многоразовая система, то оно должно быть достаточно универсальным, то есть способным возить и КА, и РБ, и спецгрузы вроде контейнера с расходниками для МКС, или бочки с компонентом.
Потом, когда стало заметно, что растет доля топлива, используемого как отдельный груз, встает вопрос - нужно ли теперь разрабатывать для него специализированный транспорт, если можно доставлять его на универсальном?

Я против такой постановки вопроса. Разработку танкера нельзя привязывать к созданию нового универсального средства. И он не обязательно должен расти из универсального средства, а может, и даже очень, быть разработан самостоятельно.

Окупят ли преимущества танкеров по сравнению с обычными транспортниками весь объем затрат на их создание и эксплуатацию? Кстати, еще и с учетом снижения рентабельности транспортников, которые лишатся существенной доли своей загрузки?

Это вопрос вопросов. И именно он подталкивает к решению не разрабатывать универсальные транспортники до создания танкера, а использовать обычные РН. Специализированный танкер будет иметь много отличительных черт, а его создание может стоить заметно дешевле из-за пониженных требований к разработке. Моё мнение - решение находится в нише небольшой грузоподъёмности, возможно, до 5-6 т, которая слабо востребована в грузовых перевозках. И как раз в такой нише эффективны АКС, над чем и стоит задуматься. 500 т в год на орбите - это 100 полётов в год танкера на 5 т.

[SpaceR]

Вообще-то имелся в виду другой расклад: когда появляется новое средство, в данном случае это многоразовая система, то оно должно быть достаточно универсальным, то есть способным возить и КА, и РБ, и спецгрузы вроде контейнера с расходниками для МКС, или бочки с компонентом.
Потом, когда стало заметно, что растет доля топлива, используемого как отдельный груз, встает вопрос - нужно ли теперь разрабатывать для него специализированный транспорт, если можно доставлять его на универсальном?

Я против такой постановки вопроса. Разработку танкера нельзя привязывать к созданию нового универсального средства. И он не обязательно должен расти из универсального средства, а может, и даже очень, быть разработан самостоятельно.

Это два различных сценария - либо универсальная МТКС создается ДО (1) появления танкеров, либо ПОСЛЕ (2) . Первый сценарий мне кажется более вероятным.

Окупят ли преимущества танкеров по сравнению с обычными транспортниками весь объем затрат на их создание и эксплуатацию? Кстати, еще и с учетом снижения рентабельности транспортников, которые лишатся существенной доли своей загрузки?

Это вопрос вопросов. И именно он подталкивает к решению не разрабатывать универсальные транспортники до создания танкера, а использовать обычные РН.

Как раз этот вопрос не имеет смысла, если рассматривается второй сценарий. И ни к чему поэтому не подталкивает. Если сравнивать сценарии, то и вопрос нужно ставить по другому, а именно какой из сценариев более вероятен? Какой способ решения транспортировки при увеличении грузопотока более выгоден экономически?
Расчеты требуют достаточно тщательных оценок, и просто "на аргументах" это определить маловероятно (даже несмотря на то, что я уверен в преимуществах сценария 1).

Специализированный танкер будет иметь много отличительных черт, а его создание может стоить заметно дешевле из-за пониженных требований к разработке.

У меня другое мнение: считаю, что само по себе создание и эксплуатация многоразовой космической транспортной системы потребует решения такого большого комплекса трудноувязываемых проблем, что ее отличия из-за специализации только на перевозку топлива окажутся непринципиальными.