Автономный ракетный блок для вертикальной посадки 1-й ступени РН Союз-5

[Neru]

Вертикально ... как у Маска ... это сильно просто.
Включаем фантазию. Вспоминаем БФР из мультиков - а конкретно две такие штуки на хвосте 2 ступени в виде хвостового оперения.
Вспоминаем что когда-то в 2001 году показывали УРМ для Ангары с самолетной посадкой "Байкал".
И фантазируем. На Байкале - ставили реактивный двигатель и шасси - тяжело, поэтому убираем. Сверху УРМа - поворачивающееся крыло... ну это круто конечно, но и его - убираем. И тут обращаем внимание на площадь этого крыла - почти длинна УРМа.
Что бы освежить память, о чем я говорю - смотрим фотки того Байкала. Описываю УРМ не в "ракетном" положении, а в том виде, как Байкал стоит на шасси.
Передняя часть - как обтекатель, после разделения со 2 ступенью никаких острых краев. Как обтекатель.
Нижнюю часть (там, где было шасси) делаем плоской - но вероятно и круглое сечение подойдёт. Вместо шасси снизу ставим выдвигающиеся опоры - как у Фалькона и как у Федерации, садиться будем без самолетного пробега и сразу "на бок", не вертикально.
В задней части ставим пару воздушных рулей как на БФР (только меньше) - когда ступень стоит на опорах "на боку" - рули с развалом в 90-120 градусов стоят над двигателем. Не по классической самолетной схеме, когда горизонтальный руль высоты и сверху - руль направления, а только два.
Используем научный задел по планированию ракетной посадки Федерации, и ставим аналогичный, но более мощный управляемый ТРД мягкой посадки в количестве 2-х штук - первый в районе передних двух опор, а второй - в районе задних.
Получившийся Союз-5 - УРМ после разделения со второй ступенью заставляем планировать - нижняя плоская часть вместо крыла, управляем рулями. Лишнее топливо - сливаем/сжигаем. 
При запуске с Восточного на 51,6 - район падения 1 ступени - середина Охотского моря (между Сахалином и Курильскими островами, ближе к Сахалину). Планируем или в сторону баржи (как у Маска) или до площадки на берегу и мягко садимся. Топлива и окислителя - нет, рвануть ничего не должно.
Масса опор и ТРД у ранее планируемой Федерации с "чисто ракетной посадкой" - 2,6 тонны на 8,5 тонны массы возвращаемой части. Прикидываем, что в случае, если ступень планирует, а не просто "управляемо падает", то усё может получиться значительно красивее, чем у Маска.
Нарисую - попрошу знакомого из самолетного КБ посчитать, как такая "сосиска с хвостиком" может планировать ... особенно при скорости 5-6 Махов.

[Neru]

Только как доставлять первую ступень обратно на старт ... Как понял - изначально Союз 5 планируют в габариты для доставки на космодром АН-124, отсюда и максимальный диаметр и предельная высота первой ступени... выгоднее крыло и реактивный двигатель - тогда вообще побоку диаметр, сама 1 ступень влетит "по самолетному" с полосы завода и до космодрома "своим ходом".

[октоген]

 Белл, я думал ты менее фантазер.     Зачем спасать движок, который не обладает многоразовостью?

[Дмитрий Инфан]

Но его нетрудно сделать таковым.

[Denis Voronin]

Почитал затравку, хотел сказать всякое умное, а почти всё уже сказали:(


Проекты возврата боковушек Энергии предполагали:
- крылья, турбинки и шасси
- парашют

Оба варианта подразумевали вход носом, из чего можно сделать вывод, что РД-170 не умеет атмосферу. Ну не могли конструктора не проработать такой вариант.

Парашютная схема посадки предполагала что крепление строп идёт через хитрый узел, который гуляет по тросу, т.е. ступень должна была мягко принять горизонтальное положение и сесть на опоры. Что-то там на испытаниях не пошло с этой кракозяброй, но суть как я понимаю в том что ступень не позволяет резкую эквилибристику в атмосфере.

Ну и главный контраргумент: у Зенита и без того грузоподъёмность недостаточная.

P.S. А эксплуатация тяжёлых грузовых вертолётов окупается, но не более того, о расширении речи не идёт.

[Denis Voronin]

Neru пишет:
Только как доставлять первую ступень обратно на старт ... Как понял - изначально Союз 5 планируют в габариты для доставки на космодром АН-124, отсюда и максимальный диаметр и предельная высота первой ступени... выгоднее крыло и реактивный двигатель - тогда вообще побоку диаметр, сама 1 ступень влетит "по самолетному" с полосы завода и до космодрома "своим ходом".

Да можно и суборбитально прыгнуть.

[Neru]

Отсюда вывод, что никто не может найти решения проблемы логистики доставки 1 ступени Зенита/Сункара/Союза-5 кроме как впихивать его в грузовой отсек АН-124.
Если решить проблему доставки нужного конструктору габарита ракеты до нужного заказчику космодрома - всем будет легче.
Сейчас разрабатывают "от печки" существующих средств доставки с завода на место запуска.

[Neru]

Denis Voronin пишет:
Да можно и суборбитально прыгнуть.

это трата ресурса "-1" к расчетному ресурсу.

Denis Voronin пишет:
Ну и главный контраргумент: у Зенита и без того грузоподъёмность недостаточная.

Делаем из двух многоразовых первых ступеней прикольную штуковину с экзотическим переходником сверху - снизу две первых ступени, а сверху - одна вторая и перекрываем весь диапазон нагрузок, от средних до тяжелых на северном (а по моему и Восточный и Плесецк - северные) космодроме.

А если ещё пофантазировать. ТО к той экзотической штуке, что описывал - которая может планировать и с одной плоской стороной - когда ступень стоит на опорах снизу подкатываем крыло с двумя небольшими турбовинтовыми авиадвижками и простеньким шасси, подсоединяем к крылу топливо. К передней части - стойку переднего шасси. Складываем опоры. И пусть сама взлетает и летит на космодром. Можно переднее шасси и крыло одним блоком, но будет менее транспортабельно крыло доставлять к месту спасения ступени.
Мозги навигации в ступени должны быть. Ну закрепить камеры сгорания ещё.
Ступень взлетает, и в сопровождении небольшого самолета летит хоть с завода на нужный космодром (прощайте ограничения на габариты для доставки с завода до старта) хоть с ближайшего от места спасения аэродрома до космодрома, хоть назад на завод для утилизации.

[Denis Voronin]

Neru пишет:
Делаем из двух многоразовых первых ступеней прикольную штуковину с экзотическим переходником сверху - снизу две первых ступени, а сверху - одна вторая и перекрываем весь диапазон нагрузок, от средних до тяжелых на северном (а по моему и Восточный и Плесецк - северные) космодроме.

В КСП я такое иной раз делал:) Там есть ещё переходники на 3 и на 4. В теории проблем вроде не видно, на практике так почему-то никто не делал.

[Astro Cat]

А почему собственно сверху это надо громоздить? С боков 4 ускорителя. Они же и посадочные движки, на них же и опоры.

[Neru]

У РН Энергия было так:

А методы посадки они, судя по информации, рассматривали все, кроме вертикальной как у Маска. Торможение боковой частью с планированием на специально подготовленную площадку - тоже.
А метод посадки с парашютом выбрали из-за казавшейся простоты реализации, т.к. были доступны обширные места для посадки.

[vlad7308]

Denis Voronin пишет:
Оба варианта подразумевали вход носом, из чего можно сделать вывод, что РД-170 не умеет атмосферу. Ну не могли конструктора не проработать такой вариант.

а зачем им его было прорабатывать, если РД-170 ну никак нельзя использовать для вертикальной посадки а-ля Ф9?

[Denis Voronin]

vlad7308 пишет:

Denis Voronin пишет:
Оба варианта подразумевали вход носом, из чего можно сделать вывод, что РД-170 не умеет атмосферу. Ну не могли конструктора не проработать такой вариант.

а зачем им его было прорабатывать, если РД-170 ну никак нельзя использовать для вертикальной посадки а-ля Ф9?

Да понятно что нельзя, я не про это. Тормозить в атмосфере можно боком, мордом или жопом. Боком тормозить вообще не выйдет без управляющих плоскостей - ЦМ слишком смещён, это даже без учёта поперечных нагрузок. Мордом тормозить не очень эффективно, потому что морд оптимизирован на минимальное сопротивление. Жопом тормозить хорошо патамушта он плоский и ЦМ почти в нём.

[frigate]

Автономный ракетный блок для вертикальной посадки 1-й ступени РН Союз-5. При беглом прочтении получилось "Атомный ракетный блок ..."

[Роман Б]

Меня тут муза посетила 

Автономный ракетный блок для вертикальной посадки 1-й ступени РН Союз-5

1. Бла-бла-бла обоснование экономической эффективности многоразового использования первых ступеней РН вообще и реактивной посадки в частности.

2. Как убедительно показывает предыдущий раздел, наиболее эффективным в плане массовой отдачи, является вертикальная реактивная посадка первых ступеней РН. Однако, использование маршевого двигателя РД-171 для этой цели технически труднореализуемо в связи с отсутствием возможности многократного включения и его большой мощностью (не менее 40% тяги). Решение первой проблемы требует существенных и дорогостоящих изменений конструкции двигателя. Второе приводит к малому времени выдачи необходимого тормозного импульса, то есть малому тормозному пути, что в реальных условиях (плотность атмосферы, погодные явления и пр. ) может привести к аварийной посадке из-за запаздывания или преждевременного торможения. Так же это повышает требования к быстродействию системы управления.
В связи с этим, предпочтительно использование двигателя меньшей мощности. Оценки показывают, что оптимальной является тяга тормозного двигателя примерно в 2 раза превышающая конечный вес ракетного блока, что для первой ступени РН Союз-5 составляет около 75 тс.
Размещение такого двигателя в ХО первой ступени не представляется возможным в связи с необходимостью глубокой модификации ХО, его компоновкой и ограничениями на размеры ХО, которые накладывает требование использования существующих стартовых сооружений РКН «Зенит». В связи с этим, оптимальным представляется размещение тормозной двигательной установки в верхней части ступени.

3. Техническая реализация представляется следующим образом:
- блок реактивной посадки выполняется в виде цилиндрической вставки между 1-й и 2-й ступенями РН, в равном диаметре со ступенями;
- топливная пара – аналогичная компонентам топлива самой РН, ЖК и керосин;
- топливо для посадки в размере около 20% конечного веса ступени размещается в топливных баках автономного посадочного блока;
- в качестве основных тормозных двигателей применяются 2хРД-0110Р, с соплами развернутыми на небольшой угол относительно вертикали для уменьшения теплового воздействия на поверхность баков сажаемой ступени;
- блок оснащается двигателями стабилизации и ориентации на основных компонентах;
- система управления посадкой, включая источники питания так же устанавливается в блоке;
- масса заправленного блока - 9 т, сухая - 1,5 т.

Таким образом, реализация вертикальной посадки не требует существенных изменений конструкции первой ступени (за исключением дополнительной тепловой защиты верхней части бака кислорода и установки посадочных опор) и может быть применена на серийном одноразовом изделии после незначительных доработок.


ЗЫ. Возможен вариант полностью ампулизированного блока на долгохранимых компонентах, однако в таким случае необходимо предусмотреть мероприятия по обеспечению экологической чистоты и дезактивации ступени после посадки от продуктов сгорания и остатков токсичных компонентов.

Интересная идея

[Роман Б]

А у меня такой вопрос - для ракеты "Зенит-2" ведь не так давно производился двигатель РД-120. И лет более 20 назад или около того шли работы над стартовой версией этого двигателя типа РД-120У для первой ступени ракеты "Квант" и боковых блоков РН "Союз". Кажется проект назывался "Русь". Почему бы не пойти путём как у Маска на "Фалькон-9" - на первой ступени 9 РД-120У и 1 стандартный РД-120 + рулевой двигатель на 2 ступени. Ну правда это будет уже не "Союз-5". а новая ракета. Ну или как вариант - переделать только двигательный отсек 1 ступени

[sychbird]

А у меня такой вопрос - для ракеты "Зенит-2" ведь не так давно производился двигатель РД-120. И лет более 20 назад или около того шли работы над стартовой версией этого двигателя типа РД-120У для первой ступени ракеты "Квант" и боковых блоков РН "Союз". Кажется проект назывался "Русь". Почему бы не пойти путём как у Маска на "Фалькон-9" - на первой ступени 9 РД-120У и 1 стандартный РД-120 + рулевой двигатель на 2 ступени. Ну правда это будет уже не "Союз-5". а новая ракета. Ну или как вариант - переделать только двигательный отсек 1 ступени

РД -120 производился в Днепропетровске. Для многоразовой многодвигательной схемы важны не только тяга, но и  возможности дросселирования и повторного запуска. 
Считай новый двигатель.

Для ракеты у которой нет старта и нет нагрузки слишком гемморойно.

[Роман Б]

РД -120 производился в Днепропетровске. Для многоразовой многодвигательной схемы важны не только тяга, но и  возможности дросселирования и повторного запуска.
Считай новый двигатель.

А камера сгорания? Я так понимаю, что в Днепре он только собирался?  

[Роман Б]

Меня тут муза посетила 

Автономный ракетный блок для вертикальной посадки 1-й ступени РН Союз-5

1. Бла-бла-бла обоснование экономической эффективности многоразового использования первых ступеней РН вообще и реактивной посадки в частности.

А это не такой уж и бла-бла-бла вопрос. Если ракета будет/должна летать столько же сколько "Фалькон-9", то многоразовость целесообразна и экономически выгодна, а если 4-5 раз в год, то смысла никакого нет

[Роман Б]

Для ракеты у которой нет старта и нет нагрузки слишком гемморойно.

Тогда вопрос - что мы обсуждаем? Если принципиальную возможность возвращения 1 ступени ракеты "Союз-5", то, наверное, можно сделать это так, как предлагает автор темы. Если то как делать многоразовую первую ступень ракеты, то тогда нужно идти путём как у Илона Маска - создать аналог "Мерлина-1" и подобную первой ступени ракеты "Фалькон-9" конструкцию, взяв за основу ракету "Союз-5". Как я написал ранее - если рассчитывать на количество пусков как у "СпейсХ", то это стоит делать, если на 4-5 пуска в год в рамках федеральной программы "Роскосмоса" то смысла нет.