Потенциальные возможности "Протона"

[ааа]

С праздничком всех!

Хотелось бы услышать аргументированное мнение участников форума о предельной ПН "Протона" и возможностях ее достижения.
Не скрою, вопрос возник под влиянием темы о полетах на Луну и необходимых для этого носителях. Тема эта у старожилов, понятно, уже порядком навязла на зубах, но, возможно, стоило бы посмотреть на модернизированный "Протон" как на замену тяжелым вариантам "Ангары"? Понятно, что запуск ракет с массой ПН тонн под тридцать - явление нерядовое и нечастое. Модули станций, лунные корабли, возможно, тяжелые межпланетные станции (типа JIMO). О ГСО я умышленно не говорю, т.к. пускать на ГСО из Плесецка, где планируется старт "Ангары" - просто дурной тон, а с Байконура и "Протон-М" справляется.

Так вот, стоит ли ради этих нечастых запусков городить огород с созданием нового носителя и стартового комплекса под него? Или попробовать поискать "скрытые резервы" в имеющемся парке ракет, что может обойтись на порядок дешевле?
Разумеется, в Хруничеве такими работами занимаются и пример этому - "Протон-М". Но профессиональные разработчики поставлены в рамки жестких условий - финансовых, политических и прочих. В отличие от нас. Так что можно дать простор фантазии, в рамках законов физики, конечно.

Мне представляются потенциально возможными следующие пути повышения ПН "Протона" при пусках с Байконура:

- запуски на орбиты с наклонением 46 градусов, а не 51. Получим несколько лишних десятков метров в секунду (метров двадцать, наверное?). Придется, правда, китайцам немножко денежков заплатить;
- форсирование двигателей. В НК как-то писали о таких операциях. Якобы двигатели работали нормально при форсировании на 20 или 25%. Не помню уже в каком номере. 25% - это, пожалуй, перебор, но на 10, наверное, можно и повысить, проработав вопросы сохранения надежности;
- использование РБ в качестве четвертой ступени при выведении на низкую орбиту. Возможно ли с точки зрения прочности , усилив конструкцию РН и РБ, выводить на НО полезную нагрузку в 25-30 тонн?  В этот же раздел можно отнести и разработку новых РБ, в т.ч. водородных;
- облегчение массы ракеты путем применения композитных материалов. Ну, тут хруничевцы, наверное, и сами делают, что могут. Остается лишь пожелать им смочь как можно больше;
- прочее. Всякие "экзотичные" и "пожарные" меры. Типа запускать РН в 30-ти градусный мороз, чтобы больше топлива в баки влезало и прочие читерские штучки, мне неведомые, но наверняка существующие.

Я, увы, не ракетчик, у нас на кафедре уклон в конструкцию спутников был. Так что прошу профессионалов высказать свое профессиональное мнение. Хотелось бы услышать цифру достижимой ПН на НО.

[Старый]

Тема интересная, можно помечтать вдоволь.

 Для начала - зачем Ангара.
 Ангара придумана исключительно для замены Потона в случае ухода с Байконура. Только и всего, других причин нет.

 Теперь как нам реорганизовать Протон.
Самые дешовые и сердитые методы:
1. Афанасьев говорит, что в процессе испытаний тягу РД-253 удавалось довести практически до 200т. Если сделать такой серийный двигатель и соответственно удлинить первую ступень пропрционально увеличив стартовую массу, то ПН "сама собой" возрастёт тоже примерно в той же пропорции - гдето на четверть. То есть примерно до 24-25 тонн. В минусах - нужно модернизировать башню обслуживания подгоняя её к более длинной ракете.
2. Самый общемировой общепринятый способ апгрейда - новый высокоэнергичный разгонный блок. Образец уже есть - КВРБ для Индии. Приспосабливаем КВРБ вместо ДМ и получаем прямо на ГСО в полтора раза больше чем сейчас. То есть как минимум 4 тонны. В минусах - необходимость оборудования стартового комплекса водородной инфраструктурой.
3. Использование РБ в низкоорбитальных запусках. Метод хороший но в данных конкретных условиях вряд ли он даст пользу. Переделка блока ДМ под ПН почти на порядок бОльшую увеличит его вес и вероятно сожрёт весь эффект. И опять же удлинение ПН.
 Но эффект может дать замена 3-й ступени на новую с энергетикой разгонного блока. То есть если сделать большой водородный РБ, который займёт место и самого РБ и 3-й ступени, то ПН на ЛЕО существенно вырастет, минимум на четверть а максимум в полтора раза. То бишь какбы получится эквивалент замены Атлас-Аджены на Атлас-Центавр. Если водородная база уже есть, то это вобщемто даже не проблема.
 4. Ну и наконец самый экзотитческий для нас но самый "общемировой" способ апгрейда ракет - навеска ТТУ. Если в "выемки" между боковыми баками 1-й ступени пристроить небольшие ТТУ, наподобие GEM, то стартовая тяга и стартовая масса ракеты существенно возрастут, а если при этом опять же удлинить 1-ю ступень, то ещё больше.  В минусах - нужно осваивать "ТТУшную" технологию, для нас это новинка.

 Вобщем если применить всё в куче: 200-тонные движки 1-й ступени, навесные ТТУ, удлинённые баки 1-й ступени, водородные верхние ступени, то имхо такое, что можно ПН на ЛЕО "дожать" до 40 тонн если не больше "принципиально ничего не меняя".

 Что скажите?

[X]

Я побаловался с ратманской "Лончмаделью" , результаты следующие
(вывод на 200х200 , изначально 21.5 тонны)

запуски на орбиты с наклонением 46 градусов, а не 51.

эффект мизерный -и полтонны больше не будет

- форсирование двигателей.

при увеличении тяги двигателей первой ступени с 1074 тонн до 1200 (на ~10 процентов), забрасываемая ПН увеличилась до 25 тонн . Может неправильно посчиталось, не знаю , но результат неплохой.

облегчение массы ракеты путем применения композитных материалов.

врядли поможет - сравните Протон-К и М , разница и так невелика, куда ж дальше

[serb]

Что скажите?

Скажу "Зер гут" ;-)
Кстати, хруники останутся при деле. И хрен бы с ним, с гептилом. Водород - не думаю, что радикальная проблема. Все одно его городить - что для "Протона-2", что для Ангары.

[X]

Почему-то все игнорируют вопросы перерасчета статических и динамических нагрузок на топливные баки, особенно 1 ступени, совершенно иных частот вибраций и т.д., а ведь все это - многие месяцы работ, испытаний на стендах, испытательных пусков... Не все так просто!

[serb]

Почему-то все игнорируют вопросы перерасчета (скип) Не все так просто!

Разумеется, непросто. Но, примо, тут большая часть (включая Вашего покорного слугу ;-)) - просто любители космонавтики, а не спецы. Я, например, просто пытаюсь составить себе представление, как обстоят дела, что можно сделать и что реально делается (последнее не радует ).

И секундо - если придется городить носитель бОльшей мощности - без перерассчетов и испытательных запусков один черт не обойтись.

[ааа]

Прежде чем делать открытие, заглянул в справочник. В книгу Уманского "Ракеты-носители и космодромы". Там ТАКИЕ "Протоны" понарисованы! "Протон-М2", например, с водородной третьей ступенью и КВРБ. В высоту - 75 метров. Третья ступень - УКВБ - такая же, как у навороченных вариантов "Ангары". Правда, кроме картинки про этот "Протон" больше ничего нет, видать, это совсем уж далекая перспектива.

Цитата:
облегчение массы ракеты путем применения композитных материалов.  

врядли поможет - сравните Протон-К и М , разница и так невелика, куда ж дальше

Ну, вообще-то "Протон-М" должен выводить на ЛЕО на 1300 кг больше, чем "Протон-" при одинаковой стартовой массе. Неплохая прибавка.

Цитата:
- форсирование двигателей.

при увеличении тяги двигателей первой ступени с 1074 тонн до 1200 (на ~10 процентов), забрасываемая ПН увеличилась до 25 тонн . Может неправильно посчиталось, не знаю , но результат неплохой.

А Вы не могли бы прикинуть ПН с третьей ступенью УКВБ?
Сухая масса - 7350 кг.
Топливо - 44000 кг.
Тяга - 4х103 кН
УИ - 4611 Нс/кг

Почему-то все игнорируют вопросы перерасчета статических и динамических нагрузок на топливные баки, особенно 1 ступени, совершенно иных частот вибраций и т.д., а ведь все это - многие месяцы работ, испытаний на стендах, испытательных пусков... Не все так просто!

Мы рассматриваем сейчас вопрос выбора между разработкой с нуля "Ангары" с ее инфраструктурой и модернизацией "Протона". Модернизация, имхо, всяко дешевле обойдется.  

[ааа]

Вобщем если применить всё в куче: 200-тонные движки 1-й ступени, навесные ТТУ, удлинённые баки 1-й ступени, водородные верхние ступени, то имхо такое, что можно ПН на ЛЕО "дожать" до 40 тонн если не больше "принципиально ничего не меняя".

Супер-пупер "Ангара-5" с тем же УКВБ должна выводить на ЛЕО 28,5 тонны. Если "Протон" с УКВБ ее переплюнет, а это наверняка, то зачем она ("Ангара") и нужна?

[X]

облегчение массы ракеты путем применения композитных материалов врядли поможет - сравните Протон-К и М , разница и так невелика, куда ж дальше

Ну, вообще-то "Протон-М" должен выводить на ЛЕО на 1300 кг больше, чем "Протон-" при одинаковой стартовой массе. Неплохая прибавка.

прибавка за счет двигателей  имхо. Сухая масса 1-2-3 ступеней Протона М и К отличается в 3 знаке. Из конструкции выжато все .  Тут  не насовершенствуешь , лучше новую ракету сделать.

А Вы не могли бы прикинуть ПН с третьей ступенью УКВБ?

Это пусть ратман считает . Я не настолько опытный юзер его спредшита - у меня ПН вообще не вышла орбиту.  (большие гравпотери на водородной ступени ? маломощная она какая-то ,  и очень  долго работает - ладно это пускай гуру разбираются)

[X]

а там оказывается ограничение - считает только 600 секунд и программу тангажа не пойми откуда брать

[hcube]

У -М против -К - более полная выработка топлива за счет управляемого дроселлирования двигателей. И более гибкое дроселлирование - не по программе, а по реальному скоростному напору, то есть - меньшие гравитационные потери. За счет этого 1.5 тонны дополнительные и получились.

IMHO наиболее реальный путь апгрейда - замена ДВУХ верхних ступеней на ОДНУ водородную. Двигатель под это есть, и вы его знаете (с) ;-) - это РД-0120. Вполне адекватная замена РД-253 с его 170 тоннами тяги. Более того, его можно сделать сразу с высотным соплом - потому как он начнет работать этак на 4-6M и высоте километров в 20. А вообще, конечно, еще хорошо было бы перевести и первую ступень на кислород-керосин, скажем, использовав упрощенные РД-191 или форсированные НК-33. Тогда и заправка унифицировалась бы, и казахи попритихли. Но это уже большая переработка - придется старт модифицировать под другое топливо и так далее... С другой стороны, ракета стартовым весом под 1000 тонн, да с хорошим высокоимпульсным двигателем выведет никак не меньше 40 тонн на LEO - как треть Сатурна-5, примерно.

[Bell]

А вообще, конечно, еще хорошо было бы перевести и первую ступень на кислород-керосин, скажем, использовав упрощенные РД-191 или форсированные НК-33. Тогда и заправка унифицировалась бы, и казахи попритихли. Но это уже большая переработка - придется старт модифицировать под другое топливо и так далее...

Чур вас! Это уже какая-то Ангара получается!
Если серьезно, в свете современных представлений водородная 3-я ступень - то, что надо.

[Bat]

Не смог промолчать. Ну не смог. Простите.
Доколе будем летать на гептиле??? Допустим хрен с ней с природой, но по-ходу обсуждения уже упоминались проплаты китайцам и казахам конкретно за гептил. А может всё же дешевле будет перевести "Протон" на кислород-керосин? Тем более, что рано или поздно от гептила придётся отказаться.

[ratman]

а там оказывается ограничение - считает только 600 секунд и программу тангажа не пойми откуда брать

Ограничения по времени нет - можно поменять шаг и/или добавить строчек - читайте FAQ.
С программой тангажа несколько сложнее - но и ее можно задать достаточно просто. Опять же, читаем документацию - все описано в подробностях.

[X]

Выводы:
Не трогать сам РН как систему, для того чтобы не снижать производственную преемственность и преемственность по надёжности.
И тем более не вводить ТТУ.

Увеличивать грузоподьёмность Протона организационными методами
1. Поиск нового космодрома перспективны:
Кооперативная республика Гаяна.
Там президент который обучался в СССР и он хочет строить космопорты - даже встречался с Путиным и просил его об этом.
Республика Эфиопия
Район Гоба - на высоте 3500-4000 метров ( увеличение ПН из-за увеличения стартовой тяги на высотном космодроме.
Мадагаскар, Малагасийская Республика.
Мировой океан, морской стартовый комплекс, стационарный морской космодром (постоянно находящийся в точке пуска на экваторе). Использовать опыт Сиа Ланч.
2. Превращение третей ступени в ракетный разгонный блок многократного запуска. И создание системы орбитальной автоматической заправки.
Третья ступень превращается в удленнёный разгонный блок
Создаётся система многократного запуска двигателя, система подачи топлива в невесомости, система сохранения топлива.
РБ выполняется в разных грузовых категориях
50, 100(промежуточный)  и 200 тонн
Ступень заправленная масса 45 000 кг-200 000 кг сухая масса 4 500 кг-25 000тонн
При заправке на орбите 3 полётами заправщиков
сможет доставлять 15000 кг на ГСТО

При формировании РБ в двухступенчатый  мы получаем супер систему
РБ 200 тонн и РБ 50 тонн, при 15 заправках способной выводить на траекторию полёта к луне 80 тонн ( итого всего 18 стартов РН Портон)

При этом надо учитывать что 18 стартов Протона намного дешевле и надёжнее чем 1 старт супер РН в 14 000 тонн, или 5 стартов УР700

Учитываем что топливо Протонв долгохранимое.
И сборку системы можно спокойно осуществлять в течении года.
И стоить такой запуск будет около 500 милионов баксов что в два раза дешевле одного полёта Спейс Шатла
Сравните
20 тонну СШ и 330 тонн у Протона!!!

[X]

Сегодня проверил - водородом 28.5 тонн вытащить можно.
Интересует другое применение Протона - почему бы не вывести оставшиеся модули МКС . Полеты Шаттлов сдвигают с завидной регулярностью ,  скоро дата окончания строительства будет совпадать с датой затопления .  Подобные проекты появлялись в НК , но были отвергнуты по интересной причине : "Беда в том, что эти самые модули спроектированы в расчете на условия выведения шаттлом, и в частности – на максимальный уровень перегрузки 3g" . Балуясь с ратмановским спредшитом обнаружил , что максимальная перегрузка наблюдается в конце работы 1 ступени и составляет чуть больше 3g . IMHO можно без особого ущерба подроселлировать двигатели и обеспечить приемлимые условия для ПН . Адаптация под Протон будет стоить денег и времени , но это может оказаться выгоднее , чем ждать неизвестно чего.

[Agent]

Интересует другое применение Протона

Ну допустим вывели. Через часов 8 перегреються и сдохнут.
А если  навешивать систему энергоснабжения, охлаждения, ДУ и стыковки - получаеться грузовик весом больше самого модуля.
Причем еще и космонавтов для монтажа нада отдельно запускать.