Двухтопливный /четырёхкомпонентный/ многоразовый одноступенчатый носитель

[pkl]

На днях в очередной раз размышлял над многоразовым одноступенчатым носителем. Там, как известна, главная проблема одноступа - очень большая относительная масса топлива, требующая больших баков. Проблема усугубляется тем, что едва ли не единственное топливо для такой ракеты - кислородно-водородное. Соответственно, ракета получается гигантской при относительно небольшой полезной нагрузке. Соответственно, масса баков тоже большая, причём к ней надо добавить массу теплоизоляции, которая в случае водорода будет очень толстой. Как обойти это противоречие? Для таких носителей предлагался трёхкомпонентный ЖРД, использующий топливо керосин-кислород-водород. Идея в том, чтобы за счёт более плотного /и некриогенного!/ керосина уменьшить запас водорода, соответственно, размеры и массу баков и, соответственно, размеры и массу носителя. У нас даже создали такой - РД-701. Но такой двигатель довольно сложен и дорого. Есть и ещё один нюанс - двигатель начинает работать в атмосфере, а заканчивает в вакууме. А для атмосферы и вакуума требуются разные сопла иначе двигатель будет здорово проигрывать в эффективности там или там. Кроме того, на завершении выведения двигатель придётся дросселировать или делать двигательную установку из нескольких двигателей, часть из которых необходимо отключать иначе перегрузки будут слишком большими. Тогда я задумался о двигательной установке из разных двигателей: стартовые керосиновые ЖРД и маршевые водородные. Мощные керосиновые двигатели, с относительно коротким атмосферным соплом обеспечивают отрыв ракеты от Земли и выведение её за пределы плотных слоёв атмосферы. После этого включаются высокоимпульсные водородные с вакуумным соплом, менее мощные /ракета уже заметно потеряла в массе/, которые и выводят её на орбиту. И тут я подумал: если у нас двигатели разные, то и окислители тоже могут быть разными! И в результате моё воображение нарисовало такую схему: ракета 2-в-1. Четыре бака. Два типа двигателей: стартово-тормозные на топливе керосин-перекись водорода /они обеспечивают старт ракеты, выведение её за пределы атмосферы, орбитальное маневрирование, выдачу тормозного импульса и посадку/ и маршевые на топливе кислород-водород /они обеспечивают разгон и выведение на орбиту/. На старте требуется много топлива, чтобы оторвать ракету от Земли, обеспечить её первоначальный разгон и выход за пределы атмосферы и здесь наиболее удобна пара керосин-перекись, которая не только некриогенна, но и очень плотная - можно здорово сэкономить на размерах и массе баков и, как следствие, ракеты. Ну а за пределами атмосферы начинают работать относительно маломощные высокоимпульсные кислородно-водородные ЖРД с большим соплом. Что интересно, окислителем маршевых двигателей может быть и фтор, но это как по мне, так... не очень. В принципе, и для стартовых двигателей можно использовать пару НДМГ-четырёхокись азота, хотя, если мы задумываемся о массовом использовании такой ракеты /а для другого она и не нужна/ лучше, наверное, обойтись без всего высокотоксично.

В общем, как идея? Какие будут возражения?

[amster]

Хотя бы одноразовый одноступ сделайте(рассчитайте).
Куда там до многоразового.

[GolLem]

Два типа двигателей... керосин-перекись водорода

кислород-водород

В заголовке "Двухтопливный" тогда поменяйте на :
"четырех-компонентный" или "двух-парный"

[Трилобит]

С двумя комплектами баков и двигателей массовое совершенство остаётся за бортом, разве что как у одного из проектов Shuttle 2 1,5ступ со сбрасываемыми баками и двигателями.
И в чем смысл заморачиваться с перекисью?
Не проще взять вместо керосина пропан, а лучше пропан-пропилен? В комбо с кислородом за счёт переохлаждения и плотность будет выше, и УИ у пропана чуточку лучше. 
Что-то вроде ранних версий Феникса до того как они оставили только водород с переменными пропорциями смеси для разных режимов.

[Трилобит]

Хотя возможно здравое зерно есть. Керокись вроде как на 30% плотнее керолокса если я правильно понял, плюс можно использовать в маневровых с катализатором (чтобы не пришлось ещё и гидразин или другие гиперголики до кучи возить третьим топливом).
Апд. А что если ещё и в синтин упороться?

Интересно было бы посмотреть расчеты или хотя бы в Кербале с модами на реализм прикинуть.

А что по компоновке, форме вашего гипотетического корабля, теплозащите, посадке?
Конус-затычка VTVL или космоплан с горизонтальной?

[vlad7308]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

[cross-track]

Вот интересно - природа создала много разных вариантов ходящих, ползающих, плавающих, летающих, а вот ни одного космоплавающего не смогла. Может, на других обитаемых планетах по-другому?

[vlad7308]

Вот интересно - природа создала много разных вариантов ходящих, ползающих, плавающих, летающих, а вот ни одного космоплавающего не смогла.

почему не сиогла? А мы? 

[Трилобит]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

А кто-то кроме X-33 реально пытался на практике?
В теории же SSTO возможно, это же не варп-драйв. Просто с практической точки зрения это мало смысла имеет, если не раздувать размеры до совсем циклопических пепелацев.

[vlad7308]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

А кто-то кроме X-33 реально пытался на практике?
В теории же SSTO возможно, это же не варп-драйв. Просто с практической точки зрения это мало смысла имеет, если не раздувать размеры до совсем циклопических пепелацев.

это Вы соглашаетесь или возражаете?

[pkl]

Хотя бы одноразовый одноступ сделайте(рассчитайте).
Куда там до многоразового.

Начать можно вообще с одноразовой двухступенчатой ракеты: 1 ст. - углепластик, керосин-перекись, 2-я - кислород-водород и посмотреть долю полезной нагрузки. Но с расчётами - это не ко мне, я филин-стратег.

[pkl]

Два типа двигателей... керосин-перекись водорода

кислород-водород

В заголовке "Двухтопливный" тогда поменяйте на :
"четырех-компонентный" или "двух-парный"

Поправил. Хотя, вообще-то, компонентными бывают только двигатели.

[pkl]

С двумя комплектами баков и двигателей массовое совершенство остаётся за бортом, разве что как у одного из проектов Shuttle 2 1,5ступ со сбрасываемыми баками и двигателями.
И в чем смысл заморачиваться с перекисью?

Она некриогенная. Я хочу сэкономить на массе баков,, которые для керосина и перекиси могут быть углепластиковыми и на массе теплоизоляции, которая для керосина и перекиси не очень то нужна. А поскольку основные затраты топлива идут на отрыв ракеты и начальный разгон, то криогенные баки для кислорода и водорода тоже получаются сравнительно небольшими. И, соответственно, добиться высокого массового совершенства.

Не проще взять вместо керосина пропан, а лучше пропан-пропилен?

А что это даст? Плотность керосина - 0,81 ± 0,01 г/см³. Плотность жидкого пропана - (+20°C, 8,4 атм.) 0,5005 г/см³. Баки будут тяжелее не только из-за большего объёма, но ещё и потому, что им надо будет держать 8 атмосфер. Ну или за счёт теплозащиты.

 В комбо с кислородом за счёт переохлаждения и плотность будет выше, и УИ у пропана чуточк

Плотность жидкого кислорода - 1,141  г/см³. Сравните с перекисью, у которой плотность - 1.4 г/см³. Т.е. если менять перекись на кислород, а керосин на пропан, у нас опять получится здоровая балда, которая не факт, что сможет одной ступенью на орбиту выйти.


Смысл идеи именно в том, чтобы за счёт высокой плотности топлива керосин-перекись уменьшить размер /и массу!/ баков первой ступени и, за счёт этого, объединить 1 и 2 ступени в единую конструкцию!

[pkl]

Хотя возможно здравое зерно есть. Керокись вроде как на 30% плотнее керолокса если я правильно понял, 

Во-во.

плюс можно использовать в маневровых с катализатором (чтобы не пришлось ещё и гидразин или другие гиперголики до кучи возить третьим топливом).

Вот! Я и этот момент продумал /см. первый пост/.  Конечно, двигатели на перекиси-керосине можно использовать и для орбитального маневрирования, и для ориентации, а также для выдачи тормозного импульса и посадки. Мало того, никто почему-то не обращает внимания на то, что у Шаттла, помимо SSME, были двигатели OMS на вонючке для ориентации и маневрирования. Точнее, три независимые двигательные системы. У Союза было так же, сейчас две - ОДУ на НДМГ-АТ и СУС на перекиси. Как у Бурана и Старшипа - не знаю. Т.е. тут ничего такого нету, много носителей и некоторые космические корабли используют независимые двигательные установки на разных компонентах и ничего, летают как то.

Апд. А что если ещё и в синтин упороться?

Честно говоря, особо не думал. Но сегодня с утра размышлял над пентабораном - он с перекисью даёт почти такой же у.и., как водород с кислородом. Но есть нюансы. Да можно, в принципе, и ЯРД в качестве маршевого двигателя либо водород-фтор, но... понимаете, вся идея в том, чтобы создать ракету-носитель, который по простоте эксплуатации и её стоимости будет близок к авиации. Потому топливо надо подбирать из наиболее доступных. И потому все эти бораны, синтины и проч. - это путь не туда. Топливо должно быть такое, чтобы его можно было или сравнительно легко купить, либо самим призводить без особых усилий.

А что по компоновке, форме вашего гипотетического корабля, теплозащите, посадке?
Конус-затычка VTVL или космоплан с горизонтальной?

Тут я ничего придумывать не хочу, представляю его как классический VTOL SSTO:

Естественно, кислородный и водородный баки требуют толстой теплоизоляции, поэтому их надо делать максимально близкими к сфере и размещать в наиболее широкой части ракеты. Видимо, где-то внизу. Идеальным вариантом был бы один бак с герметичной перемычкой и общей теплоизоляцией. С некриогенными и плотными керосином и перекисью возможны варианты. Теплозащита - на одной из боковых сторон ракеты.

[pkl]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

Думайте. Думать Вам никто не запрещает.

[pkl]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

А кто-то кроме X-33 реально пытался на практике?
В теории же SSTO возможно, это же не варп-драйв. Просто с практической точки зрения это мало смысла имеет, если не раздувать размеры до совсем циклопических пепелацев.

Вообще-то, первые Атласы вполне себе выходили на орбиту почти одной ступенью. На керосине. Только стартовые двигатели сбрасывали. Например, Atlas-SCORE:

https://en.wikipedia.org/wiki/SCORE_%28satellite%29
Правда, масса выведенной полезной нагрузки составляла 68 кг при стартовой массе Атласа 117900 кг; масса на орбите - 3890 кг. Т.е. это возможно было ещё в 1950-х, весь вопрос в том, как повысить массу ПН до приемлемых величин.

[Трилобит]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

А кто-то кроме X-33 реально пытался на практике?
В теории же SSTO возможно, это же не варп-драйв. Просто с практической точки зрения это мало смысла имеет, если не раздувать размеры до совсем циклопических пепелацев.

это Вы соглашаетесь или возражаете?

Возражаю. "Никто не может" и "никто не хочет" это разные вещи.
SSTO возможны, особенно с современными технологиями и материалами.
Мне кажется если орбитальная заправка криогенным топливом станет обыденной - снова тема всплывёт.

[pkl]

Возражаю. "Никто не может" и "никто не хочет" это разные вещи.
SSTO возможны, особенно с современными технологиями и материалами.
Мне кажется если орбитальная заправка криогенным топливом станет обыденной - снова тема всплывёт.

Тема всплывёт только если будет потребность летать часто и помногу. 2 - 3 раза в неделю или даже чаще. Если нет, то гораздо более конкурентоспособной будет классическая двухступенчатая одноразовая ракета с топливо керосин-перекись на первой ступени и кислород-водород на второй. Что-то типа Атласа-5.

[vlad7308]

Джентльмены, тут "обычный" vertical start SSTO никто не может сделать уже 70 лет, а вы про многоразовый.
Может, тогда сразу думать, как на одной заправке десять раз на орбиту слетать? Чего мелочиться-то

Думайте. Думать Вам никто не запрещает.

нее, я Вам предлагаю
Разве не прекрасная идея? Заправил ракету и.. десять раз! Даже странно, что никому это раньше в голову не приходило. Будете первым.

[vlad7308]

SSTO возможны, особенно с современными технологиями и материалами.

В смысле SSTO в технологиях ничего не изменилось с 50х годов. Чтобы он стал возможен практически (а не теоретически), нужны прежде всего двигатели со значительно более высоким удельным импульсом, чем имеющиеся. См. формулу Циолковского.
Для многоразового SSTO - еще более значительным.