Максимальная теоретическая грузоподъемность "Сатурна-5&

[Аполлогет]

В смысле - в трехступенчатом варианте и не к Луне, а на ЛЕО.

При выводе "Скайлэба" было 147 тонн, но ведь добавление еще одной ступени всегда ведет к увеличению грузоподъемности.

Сколько мог бы вывести "Сатурн-5", если бы вся заправка третьей ступени расходовалась бы на достижение орбитальной скорости.

Грубо говоря, ничего не меняем в ракете (кроме, может быть, некоторого упрочнения конструкции третьей ступени), но ставим на нее громадный головной блок и выводим его на низкую орбиту?

Сколько может быть в этом случае?

[Дмитрий В.]

Сколько может быть в этом случае?

Однако точную развесовку надо. При этом желательно учесть:
1.Увеличение гравитационных потерь из-за уменьшения тяговооруженности всех ступеней.
2.Увеличение массы конструкции ракетных блоков всех ступеней (из-за роста массово-инерционных нагрузок).
3.Изменение таектории выведения (если снизить высоту орбиты, то траектория, ессно, будет более пологой - снизятся гравитационные потери, но возрастут аэродинамические потери ХС + рост аэродинамических нагрузок).

[Аполлогет]

Сколько может быть в этом случае?

Однако точную развесовку надо. При этом желательно учесть:
1.Увеличение гравитационных потерь из-за уменьшения тяговооруженности всех ступеней.
2.Увеличение массы конструкции ракетных блоков всех ступеней (из-за роста массово-инерционных нагрузок).
3.Изменение таектории выведения (если снизить высоту орбиты, то траектория, ессно, будет более пологой - снизятся гравитационные потери, но возрастут аэродинамические потери ХС + рост аэродинамических нагрузок).

Хотелось бы хотя бы в первом приближении. В смысле, а стоит ли считать более конкретно. Тем более, что
1. тяговооруженность первой ступени изменится незначительно. Второй более существенно, но явно не в разы, а третья вообще разгоняется горизонтально (Если верить Феодосьеву).
2. Опять же, будут ли изменения существенными?
3. Опять же согласно Феодосьеву вторая ступень заканчивает работу на высоте 185 км., при скорости 6,88 км/сек. И конечная орбита выведения также 185-188 км. (то есть горизонтальный разгон). Вроде как траектория выведения не меняется?

[Аполлогет]

На всякий случай, чтобы не искать:

 http://www.skeptik.net/conspir/feodosev.htm

[Дмитрий В.]

Хотелось бы хотя бы в первом приближении. В смысле, а стоит ли считать более конкретно. Тем более, что
1. тяговооруженность первой ступени изменится незначительно. Второй более существенно, но явно не в разы, а третья вообще разгоняется горизонтально (Если верить Феодосьеву).
2. Опять же, будут ли изменения существенными?
3. Опять же согласно Феодосьеву вторая ступень заканчивает работу на высоте 185 км., при скорости 6,88 км/сек. И конечная орбита выведения также 185-188 км. (то есть горизонтальный разгон). Вроде как траектория выведения не меняется?

Грубо говоря, при полете к Луне располагаемая ХС Сатурн-5 около 12 км/с (около 50 т. ПН - Аполлон + посадочный модуль). При выведении на низкую орбиту ХС можно принять равной около 10 км/с (с учетом хилой тяговооруженности Сатурна-5). Вот эти 2км/с и можно конвертировать в ПН. Для расчета нужны точные УИ всех ступеней + начальные и конечные массы всех ракетных блоков. Потом, подбирая Vgy рассчитываем ХС. Как только она достигнет заданной величины - и определиться возможная грузоподъемность Сатурн-5. Считать лень!

[Аполлогет]

Меня это заинтересовало исключительно по одной причине:

на форуме был спор о максимальной грузоподъемности ("Аполлон-15" или "Скайлэб"), но реально достигнутой, а не теоретически возможной.

[Дмитрий В.]

По грубым прикидкам около 140 т.

[Новичок]

По грубым прикидкам около 140 т.

Уточняю 160т на LEO.

[Дмитрий В.]

По грубым прикидкам около 140 т.

Уточняю 160т на LEO.

Что-то многовато?!

[X]

Для "А-15" было ок. 145 тонн, у "Скайлэба" - под 148 (можно уточнить ещё детальнее, если требуется). Но это - со 2-й ступенью, у "А-15" в ней ещё было топливо. А у "Скайлэба" на орбиту захватили ещё примерно 5-тонный переходник 2-й ступени, который забыл отделиться. И в баках оставалось ок. 8 тонн топлива.

[X]

Да, ещё "Скайлэб" вышел на не очень низкую орбиту (ок. 430 км). В один импульс, что увеличило потери.

[Новичок]

По грубым прикидкам около 140 т.

Уточняю 160т на LEO.

Что-то многовато?!

Еще раз проверил. Чистая ПН 160т без учета массы пустой 3-й ступени равной 13т. Vx=9581м/с, т.е. та же Vx, что и 3-й ступени выходившей вместе с Аполлоном на LEO 185 км.
Если взять ту же, что и у Скайлеба Vx=10733, то для 3-х степенчатого Сатурна-5 Мпн=114,2т., т.е. максимальную чистую ПН на LEO выгоднее выводить двухступенчатым Сатурном-5(вариант Скайлеб)

[hcube]

Если мы выводим ПН, то у нас третья ступень легчает. Примерно - на 2/3 от массы пустой ступени, умножить на процент уменьшениея веса. Т.е. двигатели те же, заливка меньше, баки меньше. Примерно - околофонарно - залитая третья ступень весила 120 тонн, пустая - 13.3. На LEO С-5 выводил 147 тонн ПН, включая топливо. Если это топливо заменить на ПН, получается что из 120 тонн топлива третьей ступени, на довыведение использовалось всего 20 тонн. Т.е. массу баков можно уменьшить в 6 раз ;-)). Т.е. околофонарно - вес уменьшенной третьей ступени будет не 13.3, а где-то порядка 7 тонн, с заливкой порядка 30 тонн кислород-водорода. Т.е. мы экономим где-то 6 тонн. Эти 6 тонн надо приплюсовать к 147 тоннам ПН. Итого получится - околофонарно, конечно - порядка 155 тонн на LEO 185. Я бы делал честно говоря ПН порядка 150 тонн, и 40 тонн заливки ступени, с двумя включениями - получая опорную орбиту не 185, а 400 км. Все равно ее потом поднимать придется.

[Новичок]

Если мы выводим ПН, то у нас третья ступень легчает. Примерно - на 2/3 от массы пустой ступени, умножить на процент уменьшениея веса. Т.е. двигатели те же, заливка меньше, баки меньше. Примерно - околофонарно - залитая третья ступень весила 120 тонн, пустая - 13.3. На LEO С-5 выводил 147 тонн ПН, включая топливо. Если это топливо заменить на ПН, получается что из 120 тонн топлива третьей ступени, на довыведение использовалось всего 20 тонн. Т.е. массу баков можно уменьшить в 6 раз ;-)). Т.е. околофонарно - вес уменьшенной третьей ступени будет не 13.3, а где-то порядка 7 тонн, с заливкой порядка 30 тонн кислород-водорода. Т.е. мы экономим где-то 6 тонн. Эти 6 тонн надо приплюсовать к 147 тоннам ПН. Итого получится - околофонарно, конечно - порядка 155 тонн на LEO 185. Я бы делал честно говоря ПН порядка 150 тонн, и 40 тонн заливки ступени, с двумя включениями - получая опорную орбиту не 185, а 400 км. Все равно ее потом поднимать придется.

Все конечно почти так, но вопрос стоял сколько может вывести на ту же LEO стандартный 3-х ступенчатый Аполлон, а не модификация.

[Bell]

Да это понятно.
Просто может быть при нектором значении ПН тяговооруженности 3-й ступени Сатурна (Аполлон это КК!) не хватило бы уже. Ну это на первый взгляд, смотреть надо.

[hcube]

Если бы мы просто недолили топливо в третью ступень - то 147 тонн. Но на них не хватило бы прочности баков третьей ступени. Проще было бы ее таки переделать. Думаете, амы зря запускали 75-тонный скайлеб двухступенчатым вариантом, когда могли запустить 100+ тонн трехступенчатым? Не, это жу-жуу-жу явно неспроста.

[Новичок]

Если бы мы просто недолили топливо в третью ступень - то 147 тонн. Но на них не хватило бы прочности баков третьей ступени. Проще было бы ее таки переделать. Думаете, амы зря запускали 75-тонный скайлеб двухступенчатым вариантом, когда могли запустить 100+ тонн трехступенчатым? Не, это жу-жуу-жу явно неспроста.

Оно конечно так, да не совсем. NACA считает что при запуске Скайлеб на орбиту было выведено 146т. Сам Скайлеб, вторая ступень, обтекатель и еще немного мелочи, а 77т. это чистый Скайлеб.
Почитайте http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/skylab/obl.html
там все очень подробно.

[hcube]

Ага, а Р-7 'Спутник' на орбиту вывела не 200 кг спутника, а 200 кг + 8 тонн второй ступени, да? И еще обтекатель? ;-)

Нет уж, ПН - это именно ПН, ступени к ней не относятся. С-5 расчитан на 50 тонн ПН на ОТЛЕТНОЙ траектории. Если мы хотим максимум массы на LEO - то надо либо использовать две ступени, либо ставить третью значительно меньшего размера.

[Новичок]

Ага, а Р-7 'Спутник' на орбиту вывела не 200 кг спутника, а 200 кг + 8 тонн второй ступени, да? И еще обтекатель? ;-)

Нет уж, ПН - это именно ПН, ступени к ней не относятся. С-5 расчитан на 50 тонн ПН на ОТЛЕТНОЙ траектории. Если мы хотим максимум массы на LEO - то надо либо использовать две ступени, либо ставить третью значительно меньшего размера.

Вопрос понятен, я тоже за классическое понимание ПН, и книга рекордов Гиннеса тоже не признает рекорда Скайлеб. Но в некоторых случаях, примерно в таких как Вы привели, эффективность РН не является таким однозначным понятием, как классическое понятие ПН. Все это только доказывает, что наш мир это не только белое и черное. В моей профессии-ТВ вещание, международно принято, что между белым и черным 1022 градаций серого. Если хотите понять мою методику, то пришлите мне по ЛС Ваш Е-mail, а я перешлю Вам Exel-файл, в котором Вы сами подставляя параметры ПН прийдете к тому решению, которое сочтете правильным. Околофанарный метод решения дискуссии в данном случае неуместен.

[Старый]

Если на Сатурн-5 вместо Аполлона поставить чугунную чушку в 150 тонн то использовав всё топливо из 3-й ступени он выведет её на ЛЕО.

[Старый]

Или нет? Третья ступень вместе с чушкой будут весить 150 тонн? Хотя какая разница...

[Leroy]

ИМХО, ПН - это ПН. Мотор грузовика-пятитонки тоже ведь, теоретически, толкает не только 5 тонн груза, но и примерно тонну массы конструкции самого автомобиля. Но нас ведь волнуют только 5 тонн в кузове, а остальное не имеет значения!

[Старый]

Ну значит 140 тонн ПН.

[Новичок]

Ну значит 140 тонн ПН.

По моим расчетам 160 на LEO 185км.

[Старый]

Ну значит 140 тонн ПН.

По моим расчетам 160 на LEO 185км.

Ну вобщем гдето так. А вы учли рост гравитационных потерь?
 Но так или иначе чистая ПН в районе 150 тонн без всяких изменений в конструкции ракеты.

[hcube]

Не-а. Попытка запустить 150 тонн, как я выше указывал, приведет IMHO к крашу...

Хотя, вообще, черт его знает... при массе ступени в 13 тонн и массе ПН 50 оно точно летало... т.е. ступень передает 85% тяги двигателя и не разрушается. Оч. может быть, что оно сможет передать и 95% и не разрушиться, особенно если отключить центральный J-2...

[Новичок]

Ну значит 140 тонн ПН.

По моим расчетам 160 на LEO 185км.

Ну вобщем гдето так. А вы учли рост гравитационных потерь?
 Но так или иначе чистая ПН в районе 150 тонн без всяких изменений в конструкции ракеты.

Гравитационные потери я не учитывал, а поступил следующим образом. У меня, как у начинающего, есть большая таблица с характеристиками РН. В этой таблице по данным NASA есть расчет характеристической скорости для Сатурна на LEO, как он летал на Луну. Я принял что 3-я ступень полность работает до выведения на LEO 185км и затем подбирал величину ПН до того, пока у меня не сравняли характеристические скорости. Ответ был найден при Мпн=160т. Я считаю, что это достаточно корректно.
Старый, кстати о табличке. Можно ли Вам кинуть ее на мыло, для того, что бы Вы на досуге посмотрели и с Вашим опытом посоветывали что и как нужно переделать, что бы ее содержание было близко к истине. Поправте начинающего, если есть время. Ваше мыло у меня есть. Прошу ответить через форум. Заранее признателен.

[Дмитрий В.]

Ну значит 140 тонн ПН.

По моим расчетам 160 на LEO 185км.

Ну вобщем гдето так. А вы учли рост гравитационных потерь?
 Но так или иначе чистая ПН в районе 150 тонн без всяких изменений в конструкции ракеты.

Гравитационные потери я не учитывал, а поступил следующим образом. У меня, как у начинающего, есть большая таблица с характеристиками РН. В этой таблице по данным NASA есть расчет характеристической скорости для Сатурна на LEO, как он летал на Луну. Я принял что 3-я ступень полность работает до выведения на LEO 185км и затем подбирал величину ПН до того, пока у меня не сравняли характеристические скорости. Ответ был найден при Мпн=160т. Я считаю, что это достаточно корректно.

В общем-то, правильно. Однако, Старый прав, спрашивая о гравитационных потерях. При увеличении массы ПН тяговооруженность всех ступеней Сатурн-5 (и так не блестящая) уменьшится еще больше с соответствующим ростом гравпотерь. Соответственно ХС при выведении на ЛЕО по моим оценкам составит около 10000 м/с. Так что, ИМХО, 160 т все-таки многовато.

[Новичок]

Ну значит 140 тонн ПН.

По моим расчетам 160 на LEO 185км.

Ну вобщем гдето так. А вы учли рост гравитационных потерь?
 Но так или иначе чистая ПН в районе 150 тонн без всяких изменений в конструкции ракеты.

Гравитационные потери я не учитывал, а поступил следующим образом. У меня, как у начинающего, есть большая таблица с характеристиками РН. В этой таблице по данным NASA есть расчет характеристической скорости для Сатурна на LEO, как он летал на Луну. Я принял что 3-я ступень полность работает до выведения на LEO 185км и затем подбирал величину ПН до того, пока у меня не сравняли характеристические скорости. Ответ был найден при Мпн=160т. Я считаю, что это достаточно корректно.

В общем-то, правильно. Однако, Старый прав, спрашивая о гравитационных потерях. При увеличении массы ПН тяговооруженность всех ступеней Сатурн-5 (и так не блестящая) уменьшится еще больше с соответствующим ростом гравпотерь. Соответственно ХС при выведении на ЛЕО по моим оценкам составит около 10000 м/с. Так что, ИМХО, 160 т все-таки многовато.

Оно конечно академически так, но  в лунной ситуации, при определении Vx, гравитационные потери не учитывались. Учитывая разницу между 146т. и 160т. гравитационные потери не будут значительными - к бабке не ходи.

[Старый]

Увеличение стартовой массы ракеты на 100 тонн и удлинение активного участка заметно увеличат гравитационные потери.

[hcube]

Вот не согласен по поводу 'заметно'. Практически, третья ступень работает уже на орбите - на довыведение тратится 20 тонн из 120 ее заливки. А на орбите все равно, за какое время жечь топливо - главное чтобы меньше примерно четверти витка.

Потери. конечно, будут, но не шибко значительные. В общем, мое мнение - 155 тонн на 185 или 150 на 400.

[Cтарый]

Вот не согласен по поводу 'заметно'. Практически, третья ступень работает уже на орбите - на довыведение тратится 20 тонн из 120 ее заливки. А на орбите все равно, за какое время жечь топливо - главное чтобы меньше примерно четверти витка.

 При чём тут это то всё? Это в штатном варианте, с 45-ю тоннами ПН так. А в нашем случае ступень вместе с ПН просто на 100-110 тонн тяжелее. Почти в полтора раза. И чтоб дотянуть её до орбиты прийдётся сжечь всё топливо, то есть двигатель будет работать в 6 раз долше штатного. И отделение от 2-й ступени произойдёт на значительно меньшей высоте и скорости, при значительно большем угле наклона траектории. И просто стартовый вес ракеты будет на 100 тонн больше что заметно снижает и без того маленькую тяговооружённость.  Так что гр. потери вырастут заметно.

[Аполлогет]

Вот не согласен по поводу 'заметно'. Практически, третья ступень работает уже на орбите - на довыведение тратится 20 тонн из 120 ее заливки. А на орбите все равно, за какое время жечь топливо - главное чтобы меньше примерно четверти витка.

 При чём тут это то всё? Это в штатном варианте, с 45-ю тоннами ПН так. А в нашем случае ступень вместе с ПН просто на 100-110 тонн тяжелее. Почти в полтора раза. И чтоб дотянуть её до орбиты прийдётся сжечь всё топливо, то есть двигатель будет работать в 6 раз долше штатного. И отделение от 2-й ступени произойдёт на значительно меньшей высоте и скорости, при значительно большем угле наклона траектории. И просто стартовый вес ракеты будет на 100 тонн больше что заметно снижает и без того маленькую тяговооружённость.  Так что гр. потери вырастут заметно.

Но ведь третья ступень разгоняется горизонтально? Или я не прав?

[Yegor]

О каких это 150 тонн вы тут разговариваете  :shock: ?

Двухступенчатый 75 тонн.
Трехступенчатый 118 тонн (185 км орбита).
http://www.astronautix.com/lvs/saturnv.htm

[Аполлогет]

О каких это 150 тонн вы тут разговариваете  :shock: ?

Двухступенчатый 75 тонн.
Трехступенчатый 118 тонн (185 км орбита).
http://www.astronautix.com/lvs/saturnv.htm

Бедные Американцы! Опять их уличили в обмане! Не летали они на Луну, не могли... :lol:  Я плачу.

"Скайлэб" тяжелее 75 тонн, даже без обтекателей. неотделившихся переходников, вышедших на орбиту ступеней и остатков топлива.

Любой лунный комплекс на орбите тяжелее 118 тонн, а некоторые - и 140 тонн.
В этом сомневаются только Прохожие, у которых "Сатурны" керосиновые, которые не доливают топливо и воруют полезные нагрузки.

[Yegor]

О каких это 150 тонн вы тут разговариваете  :shock: ?

Двухступенчатый 75 тонн.
Трехступенчатый 118 тонн (185 км орбита).
http://www.astronautix.com/lvs/saturnv.htm

"Скайлэб" тяжелее 75 тонн, даже без обтекателей. неотделившихся переходников, вышедших на орбиту ступеней и остатков топлива.
Любой лунный комплекс на орбите тяжелее 118 тонн, а некоторые - и 140 тонн.

1. Там по ссылке написано: двухступенчатый: ПН 75 тонн на 500 км орбиту. "Скайлэб" был больше 75 тонн, но его и вывели на 400 км орбиту, поэтому всё в порядке.
2. Всё правильно лунный комплекс ~140 тонн на орбите вместе с частично заполненным рагонным блоком - то есть третьей ступенью, которая всё это дело и довыводит. При этом ПН ~45 тонн! А какой был вопрос вначале? "Сколько мог бы вывести "Сатурн-5", если бы вся заправка третьей ступени расходовалась бы на достижение орбитальной скорости?" Если выводить ПН на ЛЕО трехступенчатым Сатурном, то и получится полезной нагрузки (ПН) 118 тонн. Ещё на орбиту выйдет пустая третья ступень массой 13.3 тонн, но третья ступень не является полезной нагрузкой! Не путайте ПН с тем что долетает до орбиты.

[Старый]

Если выводить ПН на ЛЕО трехступенчатым Сатурном, то и получится полезной нагрузки (ПН) 118 тонн.

С какой это радости?

[Дмитрий В.]

А давайте скинемся, наймем какого-нибудь баллистика. Вот он нам все точненько и посчитает!

[Yegor]

Если выводить ПН на ЛЕО трехступенчатым Сатурном, то и получится полезной нагрузки (ПН) 118 тонн.

С какой это радости?

У Вейда так написано: http://www.astronautix.com/lvs/saturnv.htm
Ну наверно посчитали, если укрепить третью ступень, то энергетики хватит, чтобы 118 тонн на ЛЕО вывести.

[Аполлогет]

Какое-то вырождение Сатурна получается.

Как получилось 118 тонн - предположить можно.

Это некая тупая операция - арифметически вычитаем из массы третьей ступени 70 тонн (не доливаем в смысле) топлива, которое расходуется после выхода на LEO, и также арифметически плюсуем эти тонны с массой ПН в варианте "Аполлона"; получается 48+70=118 тонн.

Но кто так делает?

Фишка в том, что мы все, что положено, доливаем и это долитое топливо расходуем! Не может от этого не вырости ПН. Иначе ракета вырождается: двигатель работает, топливо жжется, а ПН - та же.

[Yegor]

Как получилось 118 тонн - предположить можно.

Это некая тупая операция - арифметически вычитаем из массы третьей ступени 70 тонн (не доливаем в смысле) топлива, которое расходуется после выхода на LEO, и также арифметически плюсуем эти тонны с массой ПН в варианте "Аполлона"; получается 48+70=118 тонн.

Но кто так делает?

Фишка в том, что мы все, что положено, доливаем и это долитое топливо расходуем! Не может от этого не вырости ПН. Иначе ракета вырождается: двигатель работает, топливо жжется, а ПН - та же.

Нужно ещё третью ступень укрепить.
А сколько топлива из третьей ступени тратилось на довыведение до орбиты в варианте "Аполона"?

[Старый]

Нужно ещё третью ступень укрепить.

Однако на участке работы 3-й ступени нагрузка на неё в любом варианте будет равна тяге двигателя и составит 100 тонн. Однако на участке 1-2-й ступеней дело конечно хужей.

[Аполлогет]

Как получилось 118 тонн - предположить можно.

Это некая тупая операция - арифметически вычитаем из массы третьей ступени 70 тонн (не доливаем в смысле) топлива, которое расходуется после выхода на LEO, и также арифметически плюсуем эти тонны с массой ПН в варианте "Аполлона"; получается 48+70=118 тонн.

Но кто так делает?

Фишка в том, что мы все, что положено, доливаем и это долитое топливо расходуем! Не может от этого не вырости ПН. Иначе ракета вырождается: двигатель работает, топливо жжется, а ПН - та же.

Нужно ещё третью ступень укрепить.
А сколько топлива из третьей ступени тратилось на довыведение до орбиты в варианте "Аполона"?

Согласно Феодосьеву, по памяти, заправка S-IVB - 17 тонн водорода и 87 тонн кислорода. Всего, стало быть, 104 тонны.

Из них как раз около 70 тонн и оставалось в ступени после выхода связки на орбиту. Ну, тонны полторы, терялось в процессе дренажа на орбите.

[Yegor]

Кстати, новый сверхтяжёлый РН США в двухступенчатом варианте выводт 105 тонн на ЛЕО, а в трехступенчатом всего на 20 тонн больше - 125 тонн. Хотя третья ступень у него по весу приблизительно такая же как и у Сатурна-5 (~100 тонн).