Солнечно-термический ракетный двигатель /СТРД/

[pkl]

 http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist.php#solarmoth

Когда-то была на форуме такая тема, кажется, ещё до пожара 2003 г. Решил возродить.

[Salo]

СЭДУ:
http://88.210.62.157/content/numbers/203/37.shtml
http://www.kerc.msk.ru/ipg/development/solar/sol_eng.shtml

[pkl]

Видели, знаем. Но они испоганили идею! Зачем делать гибрид термального и химического РД?

[Pretiera]

pkl пишет:
Видели, знаем. Но они испоганили идею! Зачем делать гибрид термального и химического РД?

Для тяги)) в этом есть смысл, нет смысла использовать прокладку СБ)

[pkl]

Кислородно-водородный ЖРД дасту куда большую тягу. А куда более простой термальный РД - куда больший у.и. Само собой напрашивается двухступенчатый РБ, если оно кому-то нужно. Как говорится "мухи - отдельно, котлеты - отдельно". Но для межорбитальных перелётов большая тяга не нужна. У.и. важнее.

[Alex_II]

Перенесу пожалуй ссылку по  СТРД сюда - тут она больше к месту...
http://engine.aviaport.ru/issues/35/page38.htm
В принципе - тепловой аккумулятор тут интересен, да и вещь универсальная, можно всяким теплом зарядить, хоть от работающего ЖРД немного отвести... А вот  электронагрев - и в самом деле сон разума...

[октоген]

Тепловой аккумулятор по ходу дела-это попытка исправить недостаток малой тяги этого СТРД. Ведь даже 500-1000 квт собираемых зеркалами-это очень малая тяга на выходе и вполне закон полета может напоминать таковой у ЭРД.   Т.е. для достижения той же орбиты может понадобиться в 2 раза больший запас ХС.

[Serge]

Alex_II пишет:
Перенесу пожалуй ссылку по СТРД сюда - тут она больше к месту...
 http://engine.aviaport.ru/issues/35/page38.htm
В принципе - тепловой аккумулятор тут интересен, да и вещь универсальная, можно всяким теплом зарядить, хоть от работающего ЖРД немного отвести... А вот электронагрев - и в самом деле сон разума...

502 Bad Gateway . не работает ссылка.

[Serge]

pkl пишет:
Видели, знаем. Но они испоганили идею! Зачем делать гибрид термального и химического РД?

Вы не правы, они предлагают обойтись минимумом переделок и при этом хорошо поднять удельный импульс. По их схеме не надо разрабатывать совершенно новую двигательную установку на солнечных концентраторах. Почти все обычное. Нужны две доп разработки - длительное хранение водорода - новые криогенные баки и этот тепловой аккумулятор работающий от электроэнергии сб. Плюс у них решена проблема многократного включения двигателя - перегретый в аккумуляторе водород самовоспламеняется в камере сгорания в контакте с кислородом.

По сути в их схеме нужна одна серьезная новая для России разработка - криогенный водородный бак длительного хранения водорода в космосе.

Минимум нового при хорошем повышении удельного импульса.

[Serge]

И сама идея теплового аккумулятора, легкого и большой емкости... очень вкусная.

Особенно там где нужно выдать большую запасенную мощность - например при старте с Луны. 

[pkl]

Serge пишет:

Alex_II пишет:
Перенесу пожалуй ссылку по СТРД сюда - тут она больше к месту...
 http://engine.aviaport.ru/issues/35/page38.htm
В принципе - тепловой аккумулятор тут интересен, да и вещь универсальная, можно всяким теплом зарядить, хоть от работающего ЖРД немного отвести... А вот электронагрев - и в самом деле сон разума...

502 Bad Gateway . не работает ссылка.

Та же фигня.

[pkl]

Alex_II пишет: 
В принципе - тепловой аккумулятор тут интересен, да и вещь универсальная, можно всяким теплом зарядить, хоть от работающего ЖРД немного отвести... А вот электронагрев - и в самом деле сон разума...

октоген пишет:
Тепловой аккумулятор по ходу дела-это попытка исправить недостаток малой тяги этого СТРД. Ведь даже 500-1000 квт собираемых зеркалами-это очень малая тяга на выходе и вполне закон полета может напоминать таковой у ЭРД. Т.е. для достижения той же орбиты может понадобиться в 2 раза больший запас ХС.

Тепловой аккумулятор - это масса, причём немалая, если вы не хотите хранить тепло в плазме. Так что тяга особо не вырастет. А вот сложность и потери энергии - возрастут 100%! Преимущество СТРД - в его относительной простоте. Фокусируем свет, нагреваем рабочее тело - и летим! Причём с использованием современных композитов масса концентратора обещает быть сравнительно малой.

Всё же тяга будет ближе к ЯРД, чем к ЭРД. Сотник кг, может, тонные, а не граммы. Для полётов на Луну - в самый раз!

[октоген]

Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

[pkl]

Serge пишет:
Вы не правы, они предлагают обойтись минимумом переделок и при этом хорошо поднять удельный импульс. По их схеме не надо разрабатывать совершенно новую двигательную установку на солнечных концентраторах. Почти все обычное. Нужны две доп разработки - длительное хранение водорода - новые криогенные баки и этот тепловой аккумулятор работающий от электроэнергии сб. Плюс у них решена проблема многократного включения двигателя - перегретый в аккумуляторе водород самовоспламеняется в камере сгорания в контакте с кислородом.

По сути в их схеме нужна одна серьезная новая для России разработка - криогенный водородный бак длительного хранения водорода в космосе.

Минимум нового при хорошем повышении удельного импульса.

В том то и дело, что надо разрабатывать СОВЕРШЕННО НОВУЮ ДУ. Причём это какая-то химера получается - квЖРД + СТРД. И, похоже, разработка зашла в тупик - уже много лет ничего нового.

Вообще, давно заметил: если пытаться улучшить хорошую идею, получится только хуже. Многие наши "конструктора" делают эту ошибку.

[pkl]

октоген пишет:
Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

Ерунда получится. Лучше уж нормальный тфЯРД делать - у.и. и тяга будет больше.

Собственно, я посмотрел сейчас массы ПН "Ангары" - интересная штука при удвоении массы ПН получается! А7 могла бы, в принципе, отправить ПТК к Луне. Еле-еле, не всё же.

[mihalchuk]

СТРД - такая же химера для перелётов. Единственное реальное возможное применение коррекция траектории о объектов типа ОС. Но и здесь нагрев электричеством конкурирует.

[Serge]

pkl пишет: 
В том то и дело, что надо разрабатывать СОВЕРШЕННО НОВУЮ ДУ. Причём это какая-то химера получается - квЖРД + СТРД. И, похоже, разработка зашла в тупик - уже много лет ничего нового.

Вообще, давно заметил: если пытаться улучшить хорошую идею, получится только хуже. Многие наши "конструктора" делают эту ошибку.

Да ладно... Судя по описанной схеме это обычный жрд кислород - водород. Единственное что его отличает от такого обычного жрд это наличие теплового нагрева водорода перед его подачей в камеру сгорания. Именно за счет этого можно изменить баланс окислитель топливо в сторону большего количества топлива, При этом добившись той же температуры в КС. 

Да еще и самовоспламенение смеси за счет перегретости водорода.

Где тут сложности ? еще более простой чем обычный кислород водородный жрд - упрощение за счет самовоспламенения смеси.

[mihalchuk]

Сложности есть. По мере работы аккумутятора на нагрев влодорода его температура будет падать, что желательно плавно отслеживать соотношением компонентов. А иначе и никак - давление/плотность будут изменяться весьма значительно.

[mark20000]

У солнечного термического двигателя есть существенные ограничения.
 
 Первое это УИ. Нагрев рабочего тела осуществляется в теплообменнике, а температура теплообменника не может быть выше температуры 4 200 градусов.(для карбида тантала-гафния) соответственно максимально возможный УИ (для водорода) будет чуть больше 1000 сек. Немного лучше, чем у ТФЯРД.
 
Второе -очень сложно получить большую тягу. так для мегаваттного двигателя тяга составит всего 20 кг, при этом диаметр солнечного концентратора не менее 40 м Т.е. масса самого двигателя получается слишком большой  и он не будет иметь преимущество перед ЖРД.



Фактически это означает, что двигатель имеет очень ограниченную область применения. Видимо он мог бы найти применение в качестве корректирующего на небольших ОС. Такой двигатель работает долго, топливо подвозиться извне, поэтому может быть выигрыш по массе.

[Alex_II]

Serge пишет:
502 Bad Gateway . не работает ссылка.

Позавчера работала. Это сайт журнала "Двигатель". Так что думаю, поднимется он... При желании можно из гуглокэша посмотреть, только без картинок.

[pkl]

mihalchuk пишет:
СТРД - такая же химера для перелётов. Единственное реальное возможное применение коррекция траектории о объектов типа ОС. Но и здесь нагрев электричеством конкурирует.

К.п.д. будет меньше: часть энергии мы теряем на преобразовании солнечного света в ток, часть - при передаче, часть - при нагреве рабочего тела. В СТРД энергия солнечного света для нагрева водорода используется напрямую. Конечно, тоже будут потери на излучение, но, имхо, не такие уж большие.

[pkl]

Serge пишет:

pkl пишет:
В том то и дело, что надо разрабатывать СОВЕРШЕННО НОВУЮ ДУ. Причём это какая-то химера получается - квЖРД + СТРД. И, похоже, разработка зашла в тупик - уже много лет ничего нового.

Вообще, давно заметил: если пытаться улучшить хорошую идею, получится только хуже. Многие наши "конструктора" делают эту ошибку.

Да ладно... Судя по описанной схеме это обычный жрд кислород - водород. Единственное что его отличает от такого обычного жрд это наличие теплового нагрева водорода перед его подачей в камеру сгорания. Именно за счет этого можно изменить баланс окислитель топливо в сторону большего количества топлива, При этом добившись той же температуры в КС. 

Да еще и самовоспламенение смеси за счет перегретости водорода.

Где тут сложности ? еще более простой чем обычный кислород водородный жрд - упрощение за счет самовоспламенения смеси.

Сложности в наличии теплового аккумулятора и оптического концентратора, которые придётся таскать на себе. При этом у.и. такого двигателя не так уж сильно отличается от обычного квЖРД. При этом существует более простой способ воспламенения кислородно-водородного топлива, чем тепловой аккумулятор. Из-за чего, видимо, разработка и заглохла.

[mark20000]

pkl пишет:

mihalchuk пишет:
СТРД - такая же химера для перелётов. Единственное реальное возможное применение коррекция траектории о объектов типа ОС. Но и здесь нагрев электричеством конкурирует.

К.п.д. будет меньше: часть энергии мы теряем на преобразовании солнечного света в ток, часть - при передаче, часть - при нагреве рабочего тела. В СТРД энергия солнечного света для нагрева водорода используется напрямую. Конечно, тоже будут потери на излучение, но, имхо, не такие уж большие.

КПД, конечно меньше, но СБ постоянно Солнцем освещены, а полная мощность на станции не всегда нужна. В частности, когда космонавты спят.

Так, что имеем практически бесплатную энергию. А когда халява и уксус сладкий кпд не важен.

[pkl]

mark20000 пишет:
У солнечного термического двигателя есть существенные ограничения.
 
 Первое это УИ. Нагрев рабочего тела осуществляется в теплообменнике, а температура теплообменника не может быть выше температуры 4 200 градусов.(для карбида тантала-гафния) соответственно максимально возможный УИ (для водорода) будет чуть больше 1000 сек. Немного лучше, чем у ТФЯРД.

Это в два раза больше, чем у РД-0146!

 Второе -очень сложно получить большую тягу. так для мегаваттного двигателя тяга составит всего 20 кг, при этом диаметр солнечного концентратора не менее 40 м Т.е. масса самого двигателя получается слишком большой и он не будет иметь преимущество перед ЖРД. 

 Если сделать оптический концентратор из композитов, удельная тяга у него также может превосходить тфЯРД! 40 м, точнее 2 х 20 м - не так уж и много. Это близко к размерам антенн современных спутников-ретрансляторов. У Турайи размер антенн - 16х12 м.

Хм... а сколько времени займёт перелёт с ОИСЗ на ОИСЛ при такой тяге?

Фактически это означает, что двигатель имеет очень ограниченную область применения. Видимо он мог бы найти применение в качестве корректирующего на небольших ОС. Такой двигатель работает долго, топливо подвозиться извне, поэтому может быть выигрыш по массе.

Такой двигатель, как и классический тфЯРД, будет занимать промежуточное положение между ЖРД и ЭРД. Я вижу его область применения как межорбитальные перелёты ОИСЗ-ОИСЛ и назад. Возможно, ещё к Венере. Это может быть альтернатива ядерному буксиру. Или дополнение к нему. Допустим, грузы - ЯЭДУ, а людей - СТРД.

[pkl]

mark20000 пишет:
КПД, конечно меньше, но СБ постоянно Солнцем освещены, а полная мощность на станции не всегда нужна. В частности, когда космонавты спят.

Так, что имеем практически бесплатную энергию. А когда халява и уксус сладкий кпд не важен.

Не совсем - на орбитальной станции постоянно что-то работает. Даже когда космонавты спят. Эксперимент, длящиеся месяцами. Аккумуляторы заряжаются. МКС, куда уж мощную СЭП имеет, а всё равно приходится следить за балансом. Да и проще ЖРД.

[mark20000]

pkl пишет:
Такой двигатель, как и классический тфЯРД, будет занимать промежуточное положение между ЖРД и ЭРД. Я вижу его область применения как межорбитальные перелёты ОИСЗ-ОИСЛ и назад. Возможно, ещё к Венере. Это может быть альтернатива ядерному буксиру. Или дополнение к нему. Допустим, грузы - ЯЭДУ, а людей - СТРД.

Для межорбитальных маневров он не подходит - тяга слишком маленькая. Гравитационные потери "съедят" преимущество от большого УИ.

[pkl]

Но ведь ИСЗ и АМС маневрируют на ЭРД с куда меньшей тягой!

[mark20000]

pkl пишет:
Но ведь ИСЗ и АМС маневрируют на ЭРД с куда меньшей тягой!

Это разные вещи. Вот для орбитальных маневров он как раз и походит. Особенно если есть дозаправка с Земли как в случае с ОС.

Единственное - не могу оценить его массу, Не получится ли, что большая масса двигателя "съест" экономию топлива.

[pkl]

Так я потому и заинтересовался СТРД, когда стала появляться информация, что масса ТЭМ "поплыла".

Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

[mark20000]

 Я думаю, что ТЭМ даже с "поплывшей" массой все равно будет эффективнее и большее применение найдет.

[C-300]

октоген пишет:
Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

Этим в 50-х - 60-х гг занималась фирма TRW. Судя по отсутствию реальных движков дело того не стоит.

[C-300]

pkl пишет:
Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

ЯРД для бедных по сути.

[pkl]

Александр Хороших пишет:

pkl пишет:
Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

ЯРД для бедных по сути.  

Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

[C-300]

pkl пишет:
Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

Тут надо подумать над:
1. Ввод излучения в КС. Потребуется оптический элемент с высокой прозрачностью, но стойкий к высоким температуре и давлению. Видимо, это будет кварцевая пластина, охлаждаемая тем же водородом.
2. Нагрев самого водорода. 
3. Система подачи. ИМХО, электронасосный агрегат или расширительная схема. Но тут считать надо. В первом случае потребуются солнечные батареи, во втором - надо считать охлаждение КС.

[mark20000]

Александр Хороших пишет:

октоген пишет:
Эх, взяли бы килограмм полония(30 лимонов долл) и делали тепловой движок на нем. Отводить 14 квт тепловой мощности на старте и в полете не думаю что станет огромной проблемой. Ну и бак под шугобразный водород нужен.

Этим в 50-х - 60-х гг занималась фирма TRW. Судя по отсутствию реальных движков дело того не стоит.

Так такой двигатель надо постоянно охлаждать. Т.е., когда тяга не нужна, сопло надо глушить и гонять РТ по кругу, охлаждая в радиаторах.

[pkl]

Александр Хороших пишет:

pkl пишет:
Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

Тут надо подумать над:
1. Ввод излучения в КС. Потребуется оптический элемент с высокой прозрачностью, но стойкий к высоким температуре и давлению. Видимо, это будет кварцевая пластина, охлаждаемая тем же водородом.
2. Нагрев самого водорода.
3. Система подачи. ИМХО, электронасосный агрегат или расширительная схема. Но тут считать надо. В первом случае потребуются солнечные батареи, во втором - надо считать охлаждение КС.

Зачем такие сложности, если можно просто нагревать брусок графита или карбида какого с множеством каналов внутри?

[C-300]

pkl пишет:
Зачем такие сложности, если можно просто нагревать брусок графита или карбида какого с множеством каналов внутри?

П. 3 всё равно остаётся.  
Ну и вопрос - а этот брусок графита будет устойчив к водородной коррозии?..

[pkl]

Мне нравится вытеснительная подача сжатым гелием - двигатель всё равно вакууме работает. А коррозия... А фиг с ней, РБ всё равно одноразовый. Скорость эрозии каналов определяем опытным путем и высчитываем расстояние между ними в бруске.

[октоген]

Про эррозию забудьте, в ярд при гораздо более тяжелых условиях( потоки нейтронов) ее победили. Почти, по крайней мере до исчерпания ресурса движка.

[Chilik]

Александр Хороших пишет: Ну и вопрос - а этот брусок графита будет устойчив к водородной коррозии?..

У графитов есть известная проблема с химической эрозией в среде водорода. Особенно сильно проявляется при температурах в диапазоне 800-1200 С (по памяти, плюс-минус 50 градусов). В этом интервале интенсивно идёт образование метана и эрозия за счёт этого. При более низких температурах вообще всё хорошо, при более высоких довольно велик ещё и коэффициент физической эрозии (sputtering), но там всё довольно сильно зависит от средней энергии атомов водорода. Но полная скорость эрозии падает раз в 3-5 по сравнению с "метановым пиком". Короче, плазмохимия, в которой всякие чудеса бывают.

[Имxотеп]

pkl пишет:

Александр Хороших пишет:

pkl пишет:
Поясню: у СТРД у.и. больше, чем у ЖРД. А удельная тяга больше чем у ЭРД. Так что, мне кажется, стоит порыть в этом направлении. Конечно, не увлекаясь всякими химерами.

ЯРД для бедных по сути.

Да, ЯРД для бедных! Стоит дёшево, риски минимальны.

Эффективность к сожалению тоже невыдающаяся, если сравнивать с собратьями по малой тяге.
Для понимания применимости СТРД как межорбитального буксира до ГСО можно посмотреть старинную статью, где анализируются всевозможные сценарии выведения. В частности там рассмотрены одноразовые разгонники (expandable) на СТРД, СЭРД, ЯЭРД, многоразовые (reusable) буксиры СТРД и ЯЭРД, просто довыведение на СЭРД (integral) и обычные РБ. Cтарт с LEO 400 км, 28°, удельная мощность СБ - 200 Вт/кг, солнечных концентраторов - 1500 Вт/кг, при мощности более 100 кВт предполагается степенной закон массы энергоустановки, m~P^1.5

При старте на Delta II (7920) малой тягой за соответствующее время можно вывести вот такие массы ПН:


Как видно, при времени довыведения менее 30 дней СТРД является однозначным фаворитом, в полтора раза превосходя возможности химических РБ. Если торопиться некуда, гораздо более выигрышны ЭРДы, они увеличивают ПН втрое, а лететь всего на месяц больше. ЯЭРД слишком тяжел для таких легких нагрузок и выигрыша не дает. Разбивка по массе для всех случаев (при времени довыведения в 100 дней) такова:


При старте на Delta IV Heavy ситуация следующая:



Здесь преимущества СТРД минимальны, он довыводит не сильно больше обычных РБ. Здесь предпочтительнее ядерные буксиры.

Таким образом, СТРД сравнительно эффективны лишь для легких ПН, которые, если уж на то пошло, можно по-быстрому закинуть ракетой среднего или тяжелого класса. Изобретать и отрабатывать новую технологию здесь смысла нет. Для тяжелых ПН СТРД ничем не лучше прочих ни по выводимой массе, ни по времени. Уж если браться за такое дело, лучше один раз сделать ядерный буксир.

[pkl]

Спасибо, Имхотеп!  Эта статья многое объясняет. В т.ч. современную популярность выведения ИСЗ на ГПО с использованием химических РБ с последующим довыведением собственными ЭРД спутника - это же, по сути, буксир с СЭДУ, интегрированной в спутник. Я темой этой заинтересовался, когда пошли слухи, что наш ядерный буксир не получается в рассчёте посмотреть альтернативу. И получается, альтернативы ядерному буксиру нет /кроме, возможно, лазерного двигателя, где больше плотность энергии и, соответственно, больше удельная тяга/. СТРД свой исторический шанс упустил!

[Pretiera]

Кхм, что то статья видимо некорректна, не понятно как 300 кВт ЯЭРДУв одноразовом варианте имеет хар-ки хуже чем у возвращаемой? как можно говорить о месячной траектории для ЭРД в 300 кВт с выводом 25-30% ПГ от стартовой массы? какая тяга должна быть?
при том два рефлектора по 300 м кв (20 м диаметр) дадут 900 кВт тепловой мощности и весить будут тонны 2-3!
как МОБ с УИ 800-900 с ( и соответствующей тягой) летит с тем же грузом столько же что и плазмення черепашка с УИ 5000-15000 с? очевидно что для сравнения к ЯЭУ надо подключать термический РД с электронагревом (как у Келдыша), тогда можно сравнивать источники энергии СБ или ЯЭ, но ТА можно греть излучением, когда мощность больше по сравнению с СБ в 5-6 раз а масса меньше?
Почему для многоразового СТРДМОБ не существует быстрой траектории? если она есть для ЯЭУ? каким образом  350 кВт ЯЭРДУ может обспечить достаточную тягу для 30 суточного перелета и при этом СТРД не может? ведь в этих условиях тяги должны быть схожими, а значит схож и УИ, вот только 900 кВт солнышко может дать на 600-1000 кг концентраторов и никакой радзащиты и радиаторов, а ЯЭУ 900 кВт в 20 т не влазит? масса ТРД на 900 кВт с ТА/ПИ будет менее тонны, лучьше СТРД при быстрых перелетов может быть только ЯРД из-за огромной удельной тепловой мощности (50-100 МВт на тонну) но дешевле не будет + старт с 800 км сильно подгаживает...
кстати используя комбинированный СТРДМОБ с химбустировкой можно снизить сухую массу(так как кислород много плотнее водорода) и сократить время в пути и гравпотери -с УИ 500-600 с в комбо выходим на элипс и дальше добираем ХС на 800-900 с СТРД, возврат на чистом СТРД.

Для СТРД есть еще возможность возврата с аэроторможением:) для больших МОБ и тем более грузовозвращаемых МОБ очень оправдано

[Pretiera]

при массе СТРД в 5 т(сухая, 1 т рефлекторы, 1 т ТРД и 3 на бак длительного хранения водорода) Мст на НОО 25 т МОБ вытянет в одну сторону 10 т ПГ, тяга 18 кг,  перелет на ГСО 15-20 суток, многоразовый выведет 5-5,5 тонн, На ОИСЛ вместе с МОБ с выдочей комбинированого тормозного импульса с УИ 550-600 с масса ПГ 7-8 т, при этом МОБ может быть и многоразовым, если на ОИСЛ его ждет заправка (ранее доставленный к ЛОС танкер)

[Pretiera]

для реюзабельного МОБ нет нужды вписываться в 25 т на НОО, стартовая масса может достигать 50 т с мощностью в 2-5 МВт (рост тяги и сокращение сроков полета) 20 т LH2 (один пуск 25 тонника на НОО) 10-15 т МОБ и 13-15 т ПГ на ОСИЛ. Для ГСО оптимален вариант с МОБ 3-4т(без массы баков, мощность 1-1,5 МВт) + 8-10 т ПГ + 15 т танк с водородом

[Дем]

У СТРД есть неупомянутая тут фича - он абсолютно всеяден по рабочему телу. При 4000С почти любое вещество испарится.
Вот сегодня запустили аппарат на ГСО.
Точнее, ракета его вывела на ГПО. Его и ещё четыре тонны уже бесполезной массы второй ступени, на 90% состоящей из достаточно легкоплавкого сплава.
Если бы эти тонны скормить СТРД - спутник бы вышел на ГСО не тратя собственных запасов топлива.

[pkl]

Автофаг? Идея заманчивая, но как это сделать на практике? Это на борту разгонного блока должно быть оборудования для размельчения и плавки конструкции ракеты. И транспортировки расплава к двигателю. Из чего его делать?

Гораздо интереснее черпать и сжижать атмосферу.

[Alex_II]

pkl пишет:
Это на борту разгонного блока должно быть оборудования для размельчения и плавки конструкции ракеты. И транспортировки расплава к двигателю. Из чего его делать?

А если в два этапа? Первый - делаем мусорщик для НОО. Собирает и перерабатывает всё (ну, что поймает). Второй этап - сдает переработанное на МОБ с СТРД, как рабочее тело... Громоздко конечно, но решаем сразу две задачи....

[Кубик]

Самое интересное, что для длительной работы РД с испарением любого вещества сопло должно быть нагрето до температуры испарения РТ, иначе...

[Chilik]

Дем пишет: ...Его и ещё четыре тонны уже бесполезной массы второй ступени, на 90% состоящей из достаточно легкоплавкого сплава.
Если бы эти тонны скормить СТРД - спутник бы вышел на ГСО не тратя собственных запасов топлива.

Сначала эти 4 тонны нужно попилить на кусочки скармливаемого размера.
А потом запихать эти кусочки в камеру с контролируемым вектором тяги.
Кто пилить будет? (не в смысле бюджета, с этим-то обычно всё хорошо, а в смысле ножовки-болгарки)

[sychbird]

Вообще чисто умозрительно варианты есть. Топливо может играть роль и силовой конструкции. 
Например микропористая алюминиевая губка с высоким массовым процентом содержания адсорбированного водорода. В гибридном двигателе с внешним расширением. Окислитель - жидкий кислород или фтор

[октоген]

А какова тяговооруженность связки РБ+спутник должна быть чтобы лететь прямо, без фишки ЭРД с его потребным трехкратным расходом  ХС?

[Max_Z]

А если электроэнергию солнечных батарей использовать не на нагрев теплообменника, а на привод теплового насоса от системы охлаждения тех же солнечных батарей?
не будет ли здесь повышения КПД всей системы?
Так как электрический КПД солнечной батареи где-то 20-30% (условно 25%), то оставшаяся энергия идёт на нагрев СБ, что нежелательно... это тепло тепловым насосом перекачиваем в теплоаккумулятор с большой теплоёмкостью, а от него другой тепловой насос уже греет теплообменник двигателя... заодно с помощью насосов стабилизируем в холодном состоянии рабочее тело, т.к. бак водорода, как его не изолируй, всё равно будет греться...и нужно либо выработать всё рабочее тело, пока он критично не нагреется, либо использовать холодильную установку для его постоянного охлаждения, а тепло перекачивать в тот же теплоаккумулятор... 
В этом случае система терморегуляции встраивается как элемент двигателя, и отдельная система сброса тепла в космическое пространство не нужна... вся система будет охлаждаться при работе двигателя... 

[Salo]

https://ria.ru/science/20170120/1486133130.html

В МАИ предложили использовать более легкие ракеты-носители
14:51 20.01.2017
 
МОСКВА, 20 янв — РИА Новости. Ученые Московского авиационного института (МАИ) предлагают перейти к использованию ракет-носителей более легкого класса за счет использования разгонных блоков с солнечными тепловыми ракетными двигателями (СТРкД), обладающих гораздо большими возможностями, чем стандартные блоки, следует из тезисов доклада, который ученые собираются представить на Академических чтениях по космонавтике.
"Одним из возможных путей решения этой проблемы (повышения проектно-баллистической эффективности разгонных блоков) является использование разгонного блока с СТРкД. Баллистическая эффективность этого разгонного блока в полтора-два раза превышает возможности жидкостных средств для межорбитальной транспортировки. При этом возможно использование ракет-носителей более легкого класса", — говорится в тезисах.
Отмечается, что подобные разгонные блоки будут обладать удельным импульсом 700-900 секунд при тяге до 200 Ньютонов. За счет этих показателей для выведения космических аппаратов на геостационарную орбиту можно будет использовать энергетически выгодную многоимпульсную схему.
Ученые считают, что время выведения должно составить порядка 30-60 суток. При дальнейшем увеличении времени уже невозможно будет увеличивать массу полезной нагрузки.
Предлагаемые учеными двигатели выполнены по схеме "концентратор-приемник". Такая схема позволяет нагревать рабочее тело (водород) до 2500-2900 градусов по шкале Цельсия, за счет чего удается обеспечить наиболее высокий удельный импульс, по сравнению со всеми аналогичными проектами.
Отмечается, что разработка разгонных блоков с "солнечными" двигателями сопряжена с определенными технологическими трудностями. В таком случае задачу выведения груза не удается разделить на динамическую и параметрическую составляющие. Разработчики будут вынуждены оптимизировать параметры космического аппарата, двигательной установки и траектории полета при ограничениях на время выведения и размеры концентратора.

[Salo]

М-да!
http://tass.ru/kosmos/3957113

Российские специалисты предлагают использовать космические ракеты на солнечных батареях
 20 января, 12:26 UTC+3

 Предлагаемый конструкторами двигатель, в частности, должен будет содержать приемное устройство солнечного излучения, выполненное в виде солнечной батареи с фотоэлектрическими преобразователями
 
МОСКВА, 20 января. /ТАСС/. Российские специалисты предлагают использовать при выведении на орбиту разгонные блоки с солнечными тепловыми ракетными двигателями, эффективность которых в полтора-два раза выше, чем у разгонных блоков с жидкостными двигателями. Об этом говорится в докладе представителей Московского авиационного института, который будет представлен на Академических чтениях по космонавтике.
"В настоящее время возможности традиционных жидкостных разгонных блоков близки к предельным. Для повышения их эффективности требуются прорывные технологии, позволяющие повысить выводимую на орбиты массу полезного груза. Одним из возможных путей решения этой проблемы является использование разгонных блоков с солнечными тепловыми ракетными двигателями", - считают они.
Предлагаемый конструкторами двигатель, в частности, должен будет содержать приемное устройство солнечного излучения, выполненное в виде солнечной батареи с фотоэлектрическими преобразователями, которые преобразуют падающую на поверхность солнечной батареи лучистую энергию в электрическую.
"Баллистическая эффективность разгонных блоков с солнечными двигателями в полтора-два раза превышает возможности жидкостных средств межорбитальной транспортировки", - отмечают специалисты.
Это сделает возможным использование ракет-носителей более легкого класса для выведения на геостационарную орбиту полезных грузов. "Так, тяжелая ракета "Протон-М" с разгонным блоком "Бриз-М" может быть заменена на носитель среднего класса типа "Союз-2" с "солнечным" разгонным блоком", - уточнили в МАИ.

[zandr]

Salo пишет:
М-да!

Когда увил это "Сообщение ТАСС", подумал, что ему самое место в теме "Ох, умора..."
Однако нашёл здесь...

[Cepёгa]

Термический двигатель на ФЭП с КПД ~40%? Не понял затею. Мб всё же речь о ЭРД?

[Salo]

Там используется тепловой аккумулятор.
http://kerc.msk.ru/wp-content/uploads/2012/09Разгонные-блоки-на-основе-солнечной-энергодвигательной-установки.pdf
 

[Salo]

[Max_Z]

Вызывает интерес возможность снимания с солнечной батареи не только электричества, но и непосредственно тепла. При КПД 30% - 70% это тепло (СБ нагревается) и излучение СБ.

Схема "с помощью СБ получаем электричество, которым нагреваем теплоаккумулятор" напоминает старый анекдот: украсть ящик водки, водку вылить, бутылки сдать, получить деньги, а деньги пропить...  

Кроме того, если заменить проблемный водород на существенно менее проблемный СПГ - насколько упадут характеристики?

А центр Келдыша ищет то недостающее промежуточное звено между одноразовыми и многоразовыми разгонными блоками, что не может не радовать...

[Юрий Темников]

Subrogator пишет:
Вызывает интерес возможность снимания с солнечной батареи не только электричества, но и непосредственно тепла. При КПД 30% - 70% это тепло (СБ нагревается) и излучение СБ.

Схема "с помощью СБ получаем электричество, которым нагреваем теплоаккумулятор" напоминает старый анекдот: украсть ящик водки, водку вылить, бутылки сдать, получить деньги, а деньги пропить...  

Кроме того, если заменить проблемный водород на существенно менее проблемный СПГ - насколько упадут характеристики?

А центр Келдыша ищет то недостающее промежуточное звено между одноразовыми и многоразовыми разгонными блоками, что не может не радовать...
В этом контексте интересен  вариант телескопа Ньютона.Первичное зеркало увеличивает КПД СБ и уменьшает их массу,вторичное,оно же СБ нагревает РТ до 2000-3000 Т.Последующий  нагрев  в ЭРД значительно увеличивает УИ.Так как только часть энергии вторичного концентратора может быть использована для надлежащего нагрева РТ, нельзя снижать Т,остающуюся можно использовать для  работы турбогенератора повышая КПД.                    
         
      
      
         
            
                                  
         
      
   
             
               
                  
                                           
 
                  
               
            
         

[октоген]

Господа, даже беря солнечную постоянную 1.36 квт/м2  и площадь концентраторов 1000 м2, надеяться на достаточную тягу чтобы лететь прямо, а не как на ионниках, нет никаких оснований. 1.36 мвт выраженные через тягу рд-171 всего лишь около  0.05 т.  Не зря келдышевцы вводили в свои проекты тепловой аккумулятор, чтобы летать импульсами, но на достаточной для прямого полеа тяге.

[Юрий Темников]

октоген пишет:
Господа, даже беря солнечную постоянную 1.36 квт/м2и площадь концентраторов 1000 м2, надеяться на достаточную тягу чтобы лететь прямо, а не как на ионниках, нет никаких оснований. 1.36 мвт выраженные через тягу рд-171 всего лишь около0.05 т.Не зря келдышевцы вводили в свои проекты тепловой аккумулятор, чтобы летать импульсами, но на достаточной для прямого полеа тяге.

Ну и что мешает летать импульсами,или увеличить площадь зеркала,или использовать+ внешний ну очень большой концентратор??Или  СКЭС с передачей энергии на ЛА,а лучше нескольких СКЭС на орбитах близких по эллипсу разгона??

[Юрий Темников]

Юрий Темников пишет:
Кроме того, если заменить проблемный водород на существенно менее проблемный СПГ - насколько упадут характеристики?

Ни одно РТ без учета его диссоциациине не способно заменить Н2.

[Кубик]

Юрий Темников пишет: Или СКЭС с передачей энергии на ЛА,а лучше нескольких СКЭС на орбитах близких по эллипсу разгона??

Юрий, почём рыбка выйдет?  И на каждый запуск с другим наклонением - свои СКЭС? Ваши трубы из той же оперы...

[Юрий Темников]

Кубик пишет:
Юрий, почём рыбка выйдет?И на каждый запуск с другим наклонением - свои СКЭС? Ваши трубы из той же оперы...

Как вам это обьяснить?Большинство полетов нынче в основном в плоскости экватора.Полеты на Луну также.Напомню чуть больше 100 лет назад количество ТЭС измерялось десятками.Сколько их сейчас ?

[Кубик]

Юрий Темников пишет: Большинство полетов нынче в основном в плоскости экватора.Полеты на Луну также.

Ну, вы даёте..  И кто с экватора стартует?

[октоген]

Юрий Темников пишет:

октоген пишет:
Господа, даже беря солнечную постоянную 1.36 квт/м2и площадь концентраторов 1000 м2, надеяться на достаточную тягу чтобы лететь прямо, а не как на ионниках, нет никаких оснований. 1.36 мвт выраженные через тягу рд-171 всего лишь около0.05 т.Не зря келдышевцы вводили в свои проекты тепловой аккумулятор, чтобы летать импульсами, но на достаточной для прямого полеа тяге.

Ну и что мешает летать импульсами,или увеличить площадь зеркала,или использовать+ внешний ну очень большой концентратор??Или СКЭС с передачей энергии на ЛА,а лучше нескольких СКЭС на орбитах близких по эллипсу разгона??

Каждое новое усложнение в космосе приводит  к квадратическому усложнению системы в целом. Потому до сих пор и летают в основном на обычных РБ.

То что келдышевцы считали так в серию, да даже в натурный эксперимент не пошло.  Видать там куча своих проблем.  Увеличение площади зеркал-это масса, площадь зеркал потребная будет не менее 10 000 м2, а то и 50 000 м2. Это все весит.    Про внешний концентраторр или СКЭСдаже писать не буду-чушь несусветная.

[avb]

Шняга это.
Лучше иметь в космосе ядерный реактор чем массив концентраторов (или СБ).

[pkl]

На днях пришла в голову новая идея касательно СТРД: разгонный блок с гибридной ДУ: СТРД + ЭРД для запуска лёгких зондов во внешнюю Солнечную систему. Смысл в том, что в гравитационных полях Венеры и Земли, а также в перигелии используем СТРД, а в промежутках - ЭРД. Будет это иметь какие-то преимущества перед чистой ЭРДУ?

[Alex_II]

pkl написал:
На днях пришла в голову новая идея касательно СТРД: разгонный блок с гибридной ДУ: СТРД + ЭРД для запуска лёгких зондов во внешнюю Солнечную систему. Смысл в том, что в гравитационных полях Венеры и Земли, а также в перигелии используем СТРД, а в промежутках - ЭРД. Будет это иметь какие-то преимущества перед чистой ЭРДУ?

Вряд ли - у ЭРД в околоземном пространстве и ближе к Солнцу завались энергии, а УИ у них изначально выше...  СТРД имеет УИ от силы 900 (на водороде!), при этом порядочно весит и требует отдельного от ЭРД запаса рабочего тела, а это дополнительная масса...

[pkl]

Я предлагаю для ЭРД и СТРД использовать одно и то же рабочее тело - водород. СТРД хочу использовать внутри гравитационных ям вблизи Земли, Венеры и Солнца, где у ЭРД будут сильные гравитационные потери.

[Alex_II]

pkl написал:
Я предлагаю для ЭРД и СТРД использовать одно и то же рабочее тело - водород. СТРД хочу использовать внутри гравитационных ям вблизи Земли, Венеры и Солнца, где у ЭРД будут сильные гравитационные потери.

Тогда возможно будет смысл. Но надо решить вопрос с хранением водорода... И с использованием солнечного концентратора СТРД как источника энергии для ЭРД...

[pkl]

Alex_II написал:
 Тогда возможно будет смысл. Но надо решить вопрос с хранением водорода... 

Да, это главная проблема. Нужна будет холодильная машина. Но я не вижу принципиальных ограничений.

И с использованием солнечного концентратора СТРД как источника энергии для ЭРД...

Не уверен, что это хорошая идея - паре солнечный концентратор + ГТУ понадобится радиатор для сброса тепла. А это масса и немалая. У меня другая идея: лёгкий надувной солнечный концентратор а-ля:

http://www.projectrho.com/public_html/rocket/enginelist.php#solarmoth
+ солнечные батареи. Тоже с концентраторами как у Galaxy 11:



По-моему, так проще и легче.

[октоген]

pkl


Проблема в том что СТРД не существует. Нет ни одного образца летавшего в космосе и показавшего пригодность. А то что там келдышевцы бабло пилят на глупости-это не повод думать что оно рельное есть.

[sychbird]

Юрий  Темников написал:
Схема "с помощью СБ получаем электричество, которым нагреваем теплоаккумулятор" напоминает старый анекдот: украсть ящик водки, водку вылить, бутылки сдать, получить деньги, а деньги пропить...   

Все еще хуже.
Анекдот звучал так: два мужика украли ящик водки. Водку продали, деньги пропили! 
Бритва Окама универсальна и в конструировании и в сочинительстве.  

[Alex_II]

sychbird написал:
Анекдот звучал так: два мужика украли ящик водки. Водку продали, деньги пропили!

В классической версии - "водку продали за полцены, деньги пропили..."

[Alex_II]

октоген написал:
 pkl


Проблема в том что СТРД не существует. Нет ни одного образца летавшего в космосе и показавшего пригодность. А то что там келдышевцы бабло пилят на глупости-это не повод думать что оно рельное есть.

А что у нас вообще есть реальное? Реактор? А его кто видел? Мощные ЭРД? Так и их нету...

[pkl]

Нужен экспериментальный девайс. Да хоть кубосат для начала. Раскрыть лепестки-концентраторы. А греть просто воду.

[ОАЯ]

Продолжение из-за желания убрать опасный ядерный реактор или плутоний с жестким излучением:

https://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2003index/0022-0303...

http://toughsf.blogspot.com/2017/10/liquid-rhenium-solar-thermal-rocket.html

https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=19860000381

https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=44070.0

https://info.wikireading.ru/84105

https://www.nap.edu/read/11780/chapter/7#177

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_rocket

http://www2.ee.ic.ac.uk/derek.low08/yr2proj/solarthermal.htm

https://www.gsenergy.eu/solar-thermal-rocket/

http://www.neofuel.com/staiff1999/index.html

https://ultramet.com/propulsion-system-components/advanced-propulsion-concepts/

Замечание 1 - если двигатель не нужен, его можно убирать из фокуса механически же.
Замечание 2 - почему не делают двухэтапный нагрев? В первом топят до кипения, во втором греют пар до максимальной температуры под строгим контролем и управлением нагрева вторым зеркалом с электроподогревом.
Замечание 3 - Почему водород считается идеальным вариантом? Ведь чем больше масса молекулы, тем больше импульс?

[Serge V Iz]

Почему водород считается идеальным вариантом? Ведь чем больше масса молекулы, тем больше импульс?

При той же внутренней энергии (~ температуре) - тем меньше.

[Alex_II]

pkl написал:
Нужен экспериментальный девайс. Да хоть кубосат для начала. Раскрыть лепестки-концентраторы. А греть просто воду.

Кстати интересная задачка - и решаемая относительно недорого... Сколько там  кубсат 4U или 6U стоит?

[pkl]

Думаю, в сотню тыс баксов можно уложиться.

[Alex_II]

pkl написал:
Думаю, в сотню тыс баксов можно уложиться.

От нескольких сотен до пары миллионов - оно реалистичнее. Но все равно не так чтоб много...

[Serge V Iz]

Если полностью забыть про экспертментальный девайс, а просто собрать и испытать кубсат с минимальными требованиями, но требуемым набором датчиков, преобразователей, передатчиков и антенн для эксперимента, в сумму 100 млн р можно уложиться.

А девайс сам по себе, с вопросами адаптации его к условиям эксплуатации т выведения - да кто ж его знает )

[pkl]

Надо какой-нибудь университетской лаборатории поручить. Они могут сделать дёшево. Правда, не факт, что быстро и с должным качеством.

[ОАЯ]

Если такой тестовый спутник запускать с МКС, то для экономии можно на борту МКС перед пуском подключить спутник к бортсети и прогреть до предельной температуры рабочее тело в термостате. Тогда в полете достаточно до нагревать для подачи в двигатель небольшую очередную порцию. 

[pkl]

ОАЯ написал:
Если такой тестовый спутник запускать с МКС, то для экономии можно на борту МКС перед пуском подключить спутник к бортсети и прогреть до предельной температуры рабочее тело в термостате.

Это зачем, чтобы баллон разорвало прямо на борту? Мы же двигатель испытываем.

[ОАЯ]

Отражатель на микроспутнике сделать большим трудно. Еще труднее микроспутнику поддерживать ориентацию на Солнце. Поэтому предварительный нагрев от отражателя желательно убрать, оставив второй этап - донагрев в маршевом двигателе. И облегчить ему работу заранее нагревая рабочее тело чуть ниже температуры в камере двигателя. Если температура сохраниться хотя бы 7 часов, то подводимой энергии для работы двигателя на 7 часов можно взять от 4 сторонней солнечной батареи кубсата. Дальше уменьшить порции рабочего тела в зависимости от снижающейся температуры из термостата. Мощность, естественно, станет меньше.

[pkl]

Смысл эксперимента - проверить работу двигателя с нагревом рабочего тела от Солнца. Если убрать нагрев, он пропадает.

[ОАЯ]

Плюсы нагрева от Солнца всем известны, но в кубсате трудно это сделать. Из минусов - нерегулируемый оперативно приток тепла в облучатель и жесткая ориентация на Солнце. Надо ли это проверять? 
Зато остаются масса других компонентов: система высокотемпературного контроля и управление температурой на всех стадиях, транспортирование нагретого рабочего тела до двигателя, управление полетом и работой самого двигателя, измерительные инструменты всего процесса... Это и надо проверять, увязывать и оценивать. Что и можно сделать в кубсате.

[Alex_II]

ОАЯ написал:
Плюсы нагрева от Солнца всем известны, но в кубсате трудно это сделать.

А что в этой жизни легко? Тем более никто не предлагает упихивать всё это в литровый спутник, речь о 6U как минимум. И наверное воде в качестве рабочего тела.(проще работать). Концентратор солнечных лучей складной или надувной.
А "мелкими частями" "испытывать" отдельные, слабо связанные системы - будет еще хуже чем сейчас с солнечными парусами... Деятельность без особенного смысла.

[ОАЯ]

С раскладушкой не все так просто:
2) Центр масс CubeSat (CM) должен находиться в следующем диапазоне относительно геометрический центр полезной нагрузки.
...
VI. 6U (+/- 12 см)

И хотелось бы протестировать не с водой, а с реальным высокотемпературным рабочим телом...

[Alex_II]

ОАЯ написал:
И хотелось бы протестировать не с водой, а с реальным высокотемпературным рабочим телом...

Не, давайте сперва всё же на кошках тренироваться... Тем более что нормальное РТ для СТРД - это водород, а с ним возни дофига. Можно на азоте попробовать, если желание есть... Но это сложнее чем на воде. Или на аммиаке...