Долгоживущий РБ на криогенных компонентах топлива

[Max_Z]

Данный прожект сделан на основе нескольких тем Форума.

Известны траектории вывода КА на ГСО «через Луну». Данная траектория позволяет существенно уменьшить «проклятие широты» для российских космодромов. Однако «долгоживущих» РБ, срок активного существования которых составлял хотя бы неделю (для использования этой траектории) не имеется.
Основная причина «короткой» жизни РБ – борьба с солнечным излучением (и немножко с излучением Земли), солнечная постоянная на орбите земли – грубо 1,3 кВт/кв.м, и эта энергия в настоящий момент является полностью паразитной, с которой приходится бороться.


Вкратце результат рассуждений следующий:


Топливный бак – шарик (может быть цилиндр с полусферами) с совмещённым днищем. Топливо – ЖМ+ЖК (практически равная рабочая температура). Теплоизоляция – плёнка ЭВТИ с вакуумным зазором (малая масса). Рабочая температура грубо: -180 градусов. Небольшой электрический тепловой насос с теплоаккумулятором (допустим с максимумом в -120 градусов) для охлаждения компонентов.


Наддув – компонентами топлива, в газообразном состоянии, при этом «лишние» газы наддува хранятся в шар-баллонах высокого давления (допустим, 150 атм). В эти же шар-баллоны закачиваем и дренаж из топливного бака электрокомпрессором.


Солнечные батареи – при развёртывании в рабочее положение полностью закрывают РБ от Солнца. При этом кроме собственно солнечных элементов должна быть и система охлаждения СБ с теплоаккумулятором. Желательно обеспечить работу СБ при температуре -30 градусов.


Батарейки и приборный отсек с рабочей температурой примерно +20 градусов.


ДУ со схемой «с фазовым переходом», с «помогающим ему» ЭНА и лазерным зажиганием.


Схема работы:
При включении ДУ РБ в невесомости: в первую очередь в двигатель поступают газы из системы наддува (уже высокого давления), производится зажигание, топливо в баке осаждается, проходит последовательно с помощью электронасосов через теплоаккумуляторы бака, СБ, приборного отсека, рубашку КС, и уже горячее поступает в КС.


Преимущества схемы:
Нет потерь топлива на дренаж, нет инертных газов наддува, нет расхода топлива на ТНА, нет (или почти нет) невырабатываемых остатков топлива.
Недостатки: термостабилизация работает только пока есть топливо в баках. Требуются регулярные включения двигателя для охлаждения системы. 

[Salo]

Всё придумано до Вас: гуглим ACES и наслаждаемся.

[Комодский Варан]

Максимальный выигрыш при полёте на ГСО через Луну ~200 м/с по сравнению с классической схемой. ИМХО овчинка выделки не стоит. 

Экономически эффективная РН будет будет конкурентоспособной даже при запуске с широты в 90°. 

[m-s Gelezniak]

Криогенный РБ типпа "блок Д" имел срок существования в неделю. И обеспечивал по расчётам, выдачу первого тормозного импульса ЛК после разделения на траекторию посадки.

[mihalchuk]

Никто так и не оценил идею. А она здравая, хотя в РБ есть излишества. Желательно убрать баллоны высокого давления. Нужно обойтись без теплового насоса. Летать не обязательно через Луну, можно выбрать вытянутый эллипс и сделать импульс в апогее. Полёт займёт недели три. На выбранных компонентах это осуществимо, нужно только правильно экранировать РБ.

[m-s Gelezniak]

Блок "Визувий" (ЖВ и ЖК) 58 движок, неделя, холодильная машинка.

[m-s Gelezniak]

Середина, конец восьмидесятых.

[m-s Gelezniak]

http://yandex.ru/yandsearch?text=%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B3%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9+%D0%B1%D0%BB%D0%BE%D0%BA+%D0%B2%D0%B8%D0%B7%D1%83%D0%B2%D0%B8%D0%B9&from=os&clid=1836589

[Salo]

m-s Gelezniak пишет:
Блок "Визувий" (ЖВ и ЖК) 58 движок, неделя, жолодильная машинка.

Э-э-э...

[m-s Gelezniak]

Сало с тобой не интересно. все мины снимаешь. РД57М конечно.

[m-s Gelezniak]

РД58  синтиновый.

[Salo]

m-s Gelezniak пишет:
Сало с тобой не интересно. все мины снимаешь. РД57М конечно.

Только как один из вариантов на начальном этапе.

[m-s Gelezniak]

Ну вот пость теперь топикстартер изучает вопрос.

[Max_Z]

За ссылки большое спасибо, буду изучать...

Но тут идея была несколько в другом:

В "классическом" ЖРД вся располагаемая энергия содержится в химической энергии топлива. Так как энергоёмкость 1 кг топлива определяется составом компонентов, то и в каждой топливной паре есть предельный УИ, выше которого "прыгнуть" невозможно.


Вместе с тем, есть ЭРД, рабочее тело которого вообще не несёт никакой энергии, а энергия берётся только от Солнышка и только в виде электроэнергии. В случае ЭРД количество энергии упирается в площадь и КПД солнечных панелей, которые тоже не безграничны.

В случае с ЖРД у нас энергия Солнца вообще никак не используется, и с ней приходится бороться. В случае ЭРД энергия Солнца используется примерно на 25% (КПД СБ).


Собственно основная проблема, решить которую я попытался в схеме РБ звучит так:
Можно ли в "классическом" ЖРД максимально полно использовать электрическую и тепловую энергию Солнца, насколько вырастет УИ такой двигательной установки, и есть ли задачи, при которых данная схема будет эффективнее существующих решений?
Логика рассуждения при этом примерно следующая:
Если время работы РБ - до нескольких часов, при этом есть только одно-два-три включения, то использование солнечных батарей в принципе невыгодно (1 кг "вонючки" имеет энергоёмкость в 2,2 кВт*ч, а 1 кг батареек - 0,2 кВт*ч, 1 кг СБ - может генерировать только 200 Вт электричества).
Если же РБ, допустим, работает месяц с периодическими включениями, то 1 кг СБ может нагенирировать электричества около 150 кВт*ч - намного выше, чем энергоёмкость любого топлива.
Вместе с тем, СБ не только дают электричество, но и греются, причём на нагрев идёт больше энергии, чем генерирует СБ электричества. Если взять за грубую оценку КПД СБ "по дополнительному теплу" в 50%, то от СБ можно получить в виде нагрева топлива ещё 300 кВт*ч энергии. Если топливо из бака сначала подогреть в системе охлаждения СБ, а только потом отправить в КС ЖРД, то при прочих равных для нагрева в КС до заданной температуры потребуется меньше окислителя, что приведёт к увеличению УИ.

[m-s Gelezniak]

То есть одбросив всё лишнее. Получаем сфер. бак с криогенным рабочим телом. И некий направленный коллектор нагреватель?
Хм. Так и до изотопной "грелки" недалеко.

[m-s Gelezniak]

А рабочее тело - лёд. Так если поизвращаться и бака ненадо. Просто окрашенный "отлетающей" плёнкой ледяной "карандаш".
ЗЫ У меня такого есть "в загашнике".

[Штуцер]

Subrogator пишет:
Если топливо из бака сначала подогреть в системе охлаждения СБ, а только потом отправить в КС ЖРД, то при прочих равных для нагрева в КС до заданной температуры потребуется меньше окислителя, что приведёт к увеличению УИ.

Отлично. Прикиньте весь гимор с теплопередачей от СБ к КРТ и подумайте, сколько это дает в градусах. Сравните это с температурой в КС. Добавьте к этому, что нагрев КРТ снижает кавитационные запасы, то есть практически низкокипящие вообще до входа в ТНА греть нельзя. Оценили?
После этого положите идею в тот же загашник, куда и матрос складывает. 

[Вернер П.]

Затея с подогревом топлива в СБ разгонного блока напоминает по сути "машину Голдберга" . Забавно, но стоимость-эффективность стремится к нулю

пс Если уж РБ, то с простыми аккумуляторами и за несколько часов.
Если использовать СБ и ЭРД то уж самого спутника, благо мощность КВт на кг их массы постоянно растет. И тогда уж вовсе без РБ

[Вернер П.]

m-s Gelezniak пишет:
А рабочее тело - лёд. Так если поизвращаться и бака ненадо. Просто окрашенный "отлетающей" плёнкой ледяной "карандаш".
ЗЫ У меня такого есть "в загашнике".  

Что старый, что малый  

[m-s Gelezniak]

Плейшнер
User
Сообщений: 7242

Регистрация: 08.09.2010
#190 26.04.2017 20:57:16
Цитата
m-s Gelezniak пишет:
А рабочее тело - лёд. Так если поизвращаться и бака ненадо. Просто окрашенный "отлетающей" плёнкой ледяной "карандаш".
ЗЫ У меня такого есть "в загашнике".


Что старый, что малый

Отчасти вы правы идеи лет 18-20. Посчитайте на досуге. Небезинтересно. 
А мне сторонее  мнение.
Там не "реактор" а именно грелка. но с активацией.
Впрочем скорее всего это не для вас. Вы более любитель "классики".