Коммерческий рейсовый суборбитальник - возможен ли?

[hcube]

Собственно выросло из ветки о суборбитальном Клиппере.

Мысль следующая - есть некоторый спрос на БЫСТРУЮ межконтинентальную транспортировку относительно легких грузов - там, органы для трансплантации, срочная почта, VIP-пассажиры. Все что до сего момента существовало - это Конкорд, летающий примерно на 2М.

Есть следующая идея. Делаем суборбитальный самолет, расчитаный на взлет с обычной ВПП, экстремально аэродинамичный (скажем, плоский эллипсоид оживальной формы с убираемыми 'назад' в корпус ПГО и основными плоскостями). Самолет содержит два комплекта двигателей - ТРД для горизонтального полета на 0.8М и ЖРД для суборбитального прыжка. ЖРД обычные классические кислород-керосиновые.

Взлет производится на ЖРД, вектор тяги которых выставлен паралельно ВПП. Скорость отрыва - порядка 500 км/ч, но в силу высокой тяговооруженности используется достаточно короткая полоса - скажем, с тяговооруженностью 1.5 ускорение будет 15 м/с, и 150 м/с скорости набираются за 10 секунд разгона или же 750 метров пробега ;-).

После взлета самолет выходит из зоны 'коробочки' аэропорта и 'дает по газам', уходя на суборбитальную траекторию. По мере разгона он убирает крылья и стабилизаторы в корпус, остается 'чистая РН'. После 5-10 минут разгона примерно до 3 км/c полегчавший втрое самолет летит куда-то в направлении Канарских островов. Через 200 секунд (500 км горизонтального полета) самолет активирует рулевые щитки и делает 'отскок блинчиком', теряя на нем 500 м/с и делает второй прыжок, на 400 км. Потом еще один, на 300... и еще... пропрыгав таким образом порядка 2-3 тыс. км, он окончательно сваливается в атмосферу, выпускает крылья, запускает ТРД и еще 200-300 км летит уже как обычный самолет, снижаясь к аэропорту. Как вариант можно сразу выбрать такую траекторию полета, на которой можно удержаться на высоте 50-80 км чисто на аэродинамике и на нее как раз и выйти.

По всей видимости, тут не будет особых проблем с ТЗП, поскольку нагрев корпуса не превысит 700-800 градусов - можно использовать жаропрочные стали или углерод-углерод практически неограничено.

Итого допуская стоимость такого пепелаца в миллиард $$, условную грузоподьемность в 50 тонн (при сухом весе 100 и взлетном - 400 тонн), пассажировместимость - в 100 человек и ресурс в 300 полетов, получаем аммортизационную стоимость койкоместа в 300 баксов. Допустим, еще столько же уйдет на обслуживание и еще столько же - на летную инфраструктуру. Итого получаем себестоимость одного летного места 'Москва-Владивосток ультраэкспресс' - порядка 1000 $$. С прибылью - 1500$$. Как мы посчитали - время в полете порядка 40-50 минут, прибытие - в стандартный аэропорт.

[KrMolot]

Итого допуская стоимость такого пепелаца в миллиард $$, условную грузоподьемность в 50 тонн (при сухом весе 100 и взлетном - 400 тонн), пассажировместимость - в 100 человек и ресурс в 300 полетов, получаем аммортизационную стоимость койкоместа в 300 баксов. Допустим, еще столько же уйдет на обслуживание и еще столько же - на летную инфраструктуру. Итого получаем себестоимость одного летного места 'Москва-Владивосток ультраэкспресс' - порядка 1000 $$. С прибылью - 1500$$. Как мы посчитали - время в полете порядка 40-50 минут, прибытие - в стандартный аэропорт.

3.000.000.000

[avmich]

Что-то с расчётами тут не то, мне кажется :) . 5-10 минут ускорения, 1,5 стартовая тяговооружённость и потеря массы втрое не стыкуются с современным УИ. Понадобится гораздо больше.

Давай более подробные расчёты.

[avmich]

Если, допустим, УИ у нас 3000 м/с - это неплохой УИ в атмосфере для керосин-кислородных ЖРД - то при стартовой массе 400 тонн (это Мрия по массе) и "сухой" массе 100 тонн ХС получается примерно 4 - 4,5 км/с.

При тяге в 600 тс и УИ 3000 м/с расход топлива - 2 тонны в секунду. 300 тонн уйдут за 150 секунд - это 2,5 минуты, а не 5 и не 10. В конце разгона ускорение - 6 же... надо бы не больше 3.

Гравитационные потери и аэродинамические. В итоге, думаю, больше 3,5 км/с полная скорость не будет.

В вакууме под 45 градусов 3,5 км/с - это примерно 500 секунд полёта, 1250 км расстояния. Насчёт блинчиков - надо отдельно считать.

[avmich]

Ещё осложнит жизнь массовое совершенство. 100 тонн - это и ПН, и конструкция корпуса, ЖРД на 600 тонн (4 НК-33 весят 4 тонны), ТРД (для подлёта, как я понимаю?), баки (для 300 тонн топлива - 20 тонн, вряд ли меньше), шасси, крылья (с раскладным механизмом).

Будем считать, цена топлива несущественна - при такой скорости билеты будут подороже, видимо.

ТЗП... При входе в атмосферу на 3,5 км/с нагрев уже существенен. T = Tвозд + v^2/2010 (Т в кельвинах, v в м/с), соответственно, T выше температуры воздуха на 6094 К. Такого, конечно, не будет - торможение наступит существенно раньше плотных слоёв; но я бы на отсутствие ТЗП при 3,5 км/с не полагался.

В случае, кстати, суборбитального Клипера максимальная скорость - чуть больше 1000 м/с, на 50 км высоты. Нагрев существенно ниже...

[foogoo]

На сверхзвуковую скорость над территорией большинства стран выходить запрещено. Значит некоторое время придется отлетать от аэродрома.

[hcube]

А на сверхзвуке оно будет уже на высоте 30+ километров ;-). Потом, тяговооруженность можно уменьшать просто отключая двигатели.

Касательно блинчиков - есть мнение (с) что постоянный планирующий полет будет таки повыгоднее. Т.е. иметь меньше вертикальной составляющей и больше горизонтальной. Меньше зарываемся в плотные слои -> ниже нагрев. Но это надо считать.

Интересно, ни у кого нету диплома или курсовой на тему 'ракетный транспорт'? ;-)

Массовое совершенство 1:3 для керосиновой ракеты опять же более чем достижимо, IMHO. Даже в сугубо многоразовом варианте. У X-33 было 6 в ВОДОРОДНОМ.

Далее, по деньгам. 3 миллиарда. Делим на 300 рейсов -> 10 миллионов рейс. Делим на 100 человек -> 100 килобаксов место или полтонны груза. Да, немного ступил ;-).

Ну, значит надо уменьшать удельную стоимость или делать серию ;-).

Вообще, 100 килобаксов - это современная цена суборбитального полета. Но тут мы летаем выше, и еще и с точки на точку. Кстати, по моему есть какой-то приз и за такое - т.е. суборбитальный перелет с континента на континент.

[Ворон]

hcube Зенгер затем и придумал "ныряние", чтобы меньше нагревался аппарат.
 В этом "нырянии" весь фокус такой затеи - аппарат раньше приобретает вертикальную скорость, чем успевает прогреться теплозащита. На баллистическом участке он остывает и снова ныряет.
 Длинный планирующий полёт - Для Теплозащиты Хуже Не Бывает.

[Димитър]

Итого допуская стоимость такого пепелаца в миллиард $$, условную грузоподьемность в 50 тонн (при сухом весе 100 и взлетном - 400 тонн), пассажировместимость - в 100 человек и ресурс в 300 полетов,

 Допустим, еще столько же уйдет на обслуживание и еще столько же - на летную инфраструктуру.

Откуда 1 миллиард ?

Стоимость "космического железа" в России - примерно 1000 - 1500 долл/кг. Сухой вес - 100 т = 100 - 150 миллионов. И еще немного на проэкт.

на летную инфраструктуру - существующий аеродром + резервуар для жидкого кислорода с ближайшего химзавода. Ну, несколько миллионов.

на обслуживание - трудно сказать. Зависит от того, насколько хорошо спроектирован аппарат. По накоплении опыта будет уменьшаться.

[Ворон]

Это вполне возможная схема перевозок, если рассматривать двухступенчатый вариант.

 Разгонный блок - самолётного типа, вырабатывает около 1/2-2/3 топлива и разделяется с основным примерно на высоте разделения современных РН - 40-50 км.
 Остальной путь проделывает только вторая ступень, несущая топливо на доразгон после "нырков".

 Разумеется, на аэродроме посадки должна быть тоже ступень-разгонник, но там, например, должны быть ангары со средствами обслуживания - в случае моноступени, почему бы там не предусмотреть ещё и свой разгонник?

[hcube]

Прошу уточнить, одноразового или многоразового железа? ;-)

Грубо говоря, по сложность машина будет примерно соответствовать Клиперу, а у того заявленная стоимость - 150 мегабаксов, да? При весе 8 тонн. Тут вес - 100 тонн. По моему, как ни крути - миллиард получается.

Интересно, какие есть ПН стОящие 100 килобаксов за тоннй при переброске аэродром-аэродром на 5000 км?

Касательно импульсной нагрузки - ой не знаю... ой сомневаюсь... ну, да, с одной стороны в плюс играет теплоемкость. С другой - нагрев-то тоже значительно выше - это надо 'провалиться', поменять вектор вертикальной скорости и подпрыгнуть обратно...

Да, до кучи я недоговорил следующее - если в грузовой отсек такому суборбитальнику воткнуть 2-ю ступень Зенита, то она выведет тонн 20 на LEO ;-). Если принять стоимость рейса за 10 мегабаксов - то вторая ступень добавит еще 10, и полученные 20 (причем с любого аэродрома, в том числе экваториального!) будут очень симпатичной цифрой ;-).

[Димитър]

1. Прошу уточнить, одноразового или многоразового железа? ;-)

2. Грубо говоря, по сложность машина будет примерно соответствовать Клиперу, а у того заявленная стоимость - 150 мегабаксов, да? При весе 8 тонн. Тут вес - 100 тонн. По моему, как ни крути - миллиард получается.

3. Интересно, какие есть ПН стОящие 100 килобаксов за тоннй при переброске аэродром-аэродром на 5000 км?

4. если в грузовой отсек такому суборбитальнику воткнуть 2-ю ступень Зенита, то она выведет тонн 20 на LEO ;-). Если принять стоимость рейса за 10 мегабаксов - то вторая ступень добавит еще 10, и полученные 20 (причем с любого аэродрома, в том числе экваториального!) будут очень симпатичной цифрой ;-).

1. ИМХО разница не в железе, а в НИОКТР, предшествующие создание конкретнего железа.
В Вашем случае ( макс. скорость 4 - 5 км/с) надеюсь, много нового открывать не надо.

2. "у Клипера заявленная стоимость - 150 мегабаксов" Скажите это Авмичу !  

А кто заявил ИМХО здесь в основном расходы на НИОКТР.

3. НОВЫЙ РУССКИЙ, ЖЕЛАЮЩИЙ БЫТЬ КРУТЫМ !!!      

4. Вот это да! В 3 раза дешевле, чем на Протоне.

[hcube]

4 - в два без малого. Стоимость по которой Протоны ILS уходят - 35 мегабаксов. Пальму среди одноразовых ракет держит Союз - 3.5 мегабакса за 7.5 тонн, 500 баксов за кг ;-).

Разгонный блок - самолётного типа, вырабатывает около 1/2-2/3 топлива и разделяется с основным примерно на высоте разделения современных РН - 40-50 км.
Остальной путь проделывает только вторая ступень, несущая топливо на доразгон после "нырков".

Ворон, я тебя ща закопаю одним простым вопросом - куда и с какой скоростью летит по твоему после разделения разгонник? ;-)

Вобще, умасштабировать 'вниз' IMHO можно примерно до 10 тонн веса пустого и 10 человек - т.е. примерно тот самый 'Клиппер верхом на ДМ-С' ;-). Но НИОКР меньше 500 мегабаксов не будет ;-).

[Lin]

Интересная тема. Как-то я пытался прикинуть яхту лично для себя Экипаж 3 -4 человека, компоновка вертикальная. Сверху капсула желательно попросторней "Союз"овской (надеялся обеспечить спасение на любом участке полета, под себя же делал ).  Под капсулой что-то вроде первой ступени Н-1 (по виду, и совсем чуть-чуть по компоновке). Для взлета вблизи городов хотел использовать ВРД (присматривался к движкам МИГ-29, хотя с ними около офиса тоже не припаркуешься). Кое-что прикидывал и считал... гонял программы Ratman а...  Но увы – дальность больно хреновая... из Москвы даже до Праги не дотягивает без рикошетирования... не то что до Испании
Кстати, при рикошетировании получалась уж очень большая перегрузка... за 8 Нее... для себя же делал... мне такое не надо ! (а если много раз рикошетить, да аэродинамикой дотянуть пытаться – то время полета увеличивается, причем очень сильно... проще тогда на самолете). И даже когда перешел на водород – все равно.. увы и ах.. не хватает массового совершенства. Если две ступени – то теряется смысл яхты, а если ЯРД, то теряется и здравый смысл. Но увы – остается ждать ТЯРД или вообще терлямпампаацию... стер я папку "Яхта" на рабочем столе, поэтому даже массы не скажу теперь, какие у меня получались.   Получилось, в общем, что не возможно.

[Ворон]

Разгонный блок - самолётного типа, вырабатывает около 1/2-2/3 топлива и разделяется с основным примерно на высоте разделения современных РН - 40-50 км.
Остальной путь проделывает только вторая ступень, несущая топливо на доразгон после "нырков".

Ворон, я тебя ща закопаю одним простым вопросом - куда и с какой скоростью летит по твоему после разделения разгонник? ;-)

Вобще, умасштабировать 'вниз' IMHO можно примерно до 10 тонн веса пустого и 10 человек - т.е. примерно тот самый 'Клиппер верхом на ДМ-С' ;-). Но НИОКР меньше 500 мегабаксов не будет ;-).

 Неа, не закопаешь.

 Первая ступень Союза улетает до разделения километров на 100 (скорее на 50) и километров на 50 в высоту. Расходует 2/3 топлива.
 Вопросы Ё? Скорость при разделении - около 1800 м/с - хватит с потерями на плавный разворот обратно?

[Ворон]

Интересная тема. Как-то я пытался прикинуть яхту лично для себя Экипаж 3 -4 человека, компоновка вертикальная. Сверху капсула желательно попросторней "Союз"овской (надеялся обеспечить спасение на любом участке полета, под себя же делал ).  Под капсулой что-то вроде первой ступени Н-1 (по виду, и совсем чуть-чуть по компоновке). Для взлета вблизи городов хотел использовать ВРД (присматривался к движкам МИГ-29, хотя с ними около офиса тоже не припаркуешься). Кое-что прикидывал и считал... гонял программы Ratman а...  Но увы – дальность больно хреновая... из Москвы даже до Праги не дотягивает без рикошетирования... не то что до Испании
Кстати, при рикошетировании получалась уж очень большая перегрузка... за 8 Нее... для себя же делал... мне такое не надо ! (а если много раз рикошетить, да аэродинамикой дотянуть пытаться – то время полета увеличивается, причем очень сильно... проще тогда на самолете). И даже когда перешел на водород – все равно.. увы и ах.. не хватает массового совершенства. Если две ступени – то теряется смысл яхты, а если ЯРД, то теряется и здравый смысл. Но увы – остается ждать ТЯРД или вообще терлямпампаацию... стер я папку "Яхта" на рабочем столе, поэтому даже массы не скажу теперь, какие у меня получались.   Получилось, в общем, что не возможно.

 А что перегрузка никак не зависела от качества и режима полёта?

 Что касается двух ступеней - да это не "яхта", полностью автономная. На аэродроме посадки нужен ещё один буксир, ну и что?
 Минимально нужен сам аэродром и службы по обслуживанию "яхты".
 Можно и разгонный блок предусмотреть.

[Asteroid]

Ну во-первых, я бы отмасштабировал идейку вниз на порядок-полтора
А во-вторых, для начала честно бы себе ответил: зачем это надо, особенно в век глобальных информационных сетей?

[hcube]

Ну, не все можно перегнать по Интернету. Опять же, имея базы на Диего-Гарсия и в Узбекистане... ну все помнят, подо что разрабатывался Зенгером такой проект, да? ;-).

На мой взгляд, есть ЕЩЕ вариант. Он правда усложняет конструкцию и удорожает... зато перегрузки минимальные и радиус действия сильно растет.

Комбинировать водородные ЖРД типа аэроспайка, водородные же ТРД и скрамджет, сиречь ГПВРД. Тогда на старте работают ТРД+ЖРД, по наборе 6М - включается ГПВРД, а на долете сначала планируем, а потом садимся на ТРД. Полет весь в атмосфере, но очень высоко - на 50+ км.

[Ворон]

Ну, не все можно перегнать по Интернету. Опять же, имея базы на Диего-Гарсия и в Узбекистане... ну все помнят, подо что разрабатывался Зенгером такой проект, да? ;-).

На мой взгляд, есть ЕЩЕ вариант. Он правда усложняет конструкцию и удорожает... зато перегрузки минимальные и радиус действия сильно растет.

Комбинировать водородные ЖРД типа аэроспайка, водородные же ТРД и скрамджет, сиречь ГПВРД. Тогда на старте работают ТРД+ЖРД, по наборе 6М - включается ГПВРД, а на долете сначала планируем, а потом садимся на ТРД. Полет весь в атмосфере, но очень высоко - на 50+ км.

 Как я понимаю, может ошибаюсь идея реализации самолёта Зенгера в том, что он "почти ракета" - и на участке последовательного "ныряния" он практически пустой, но имеет большой объём.
 Это позволяет иметь большое качество при минимальной теплозащите - велика площадь поверхности. За время входа в плотную атмосферу самолёт Зенгера не успевал бы разогреться и выныривал.

 А вот при длительном планирующем полёте - чем выше качество, тем хуже в общем и целом.
 И 50 км не "высоко" - более 80 это "высоко", но там нельзя планировать уже.

 Длительный разгон с ВРД тоже не здорово - мы должны лететь при достаточном количестве воздуха попадающего в воздухозаборник, значит при большом скоростном напоре.
 ВРД надо иметь здоровенный и разгоняться тоже быстро, а это большая масса двигателя, если это ТРД.

[Ворон]

Вообще, наиболее реальным представляется "собственно Зенгеровский"  проект - здоровенный, тонн 300 стартовой массы ракетный самолёт, с массой конструкции процентов 10, и ПН 2%.
 Будем иметь 6 тонн ПН - пару десятков пассажиров.

 Возможно, ещё стоит использовать для дополнительной маневренности и улучшения удельного импульса ПВРД в какой-то модификации - ПВРД, СПВРД, ГПВРД или их сочетание.