Чапаев и пустота, Ангара и ТТУ

[Олигарх]

Чапаев и пустота, Ангара и ТТУ

В книге руководителей ЦиХа, которая главами публиковалась на spacenews.ru, они положительно высказываются об американской практике использования бустеров-ТТУ и отсюда как бы следовало, что эта практика будет применяться на РН этого предприятия.

Два года назад в НК была статья о возможности применения в качестве ТТУ ступеней Тополя на 1-й и даже 2-й ступенях Протона, для которого эта возможность при его проектировании точно не рассматривалась.

1.   Известно ли кому-нибудь, как реализуется эта идея? Если она реализуется ...

Но, кажется, эта практика даже не рассматривалась применительно к новой, проектируемой Ангаре?

        2. Если же рассматривалась, то дайте, пожалуйста, ссылки или краткое резюме.

Какие РН, точнее их ступени, могли бы рассматриваться в качестве ТТУ для Ангары?
Наверное, тот же Тополь. И, возможно, 1-я ступень Рокота, точнее сотки, более "родной" для ЦиХ.

Пока не касаемся Ангары 3/5 с ТТУ.

Посмотрим на Ангару 1.

У этой РН непонятные перспективы. Военным она не нужна. Реанимирован Космос 3М, есть другие РН в этом диапазоне, а ПН очень мало.

Тем не менее, сам ЦиХ видит какие-то перспективы для Ангары 1.
Осенью прошлого года в Плисецке было большое совещание по Ангаре.
На сайте ЦиХ опубликован пресс-релиз космических войск по этому совещанию, в котором сказано, что ЦиХ хотел бы забрать старт Циклона для Ангары 1!

Значит, ЦиХ видит какие-то перспективы для Ангары-1.
Я предполагаю, что эти перспективы есть у Ангары-1 с бустерами-ТТУ!  

3.   Есть ли какие-то возражения технического плана против применения ТТУ с Ангарой-1, с ее УРМ?

Если нет, то сколько выведет на LEO=200 км Ангара-1 с УРМ-2, полностью заправленным! (без бустеров он не полностью заправлен!), если у нее:

4.   2 ТТУ – 1-е ступени Рокота?
5.   2 ТТУ – 1-е ступени  Тополя?
6.   4 ТТУ – 1-е ступени Рокота?
7.   4 ТТУ – 1-е ступени Тополя?

[hcube]

Вообще-то, Рокот - это сугубо жидкостная РН, стартовая тяга AFAIK порядка тех же 200 тонн, что у РД-191.

Если брать ТТУ Тополя... ну, по сути получится половинка Атласа. Самого тяжелого. И без водорода. ПН А-1+ (с ТТУ) получится на уровне ПН Союза - т.е. 7-8 тонн. Причем больше двух ТТУ вешать смысла нет - слишком они тяговооруженные, УРМ не выдержит. И так два ТТУ - это 180 тонн тяги дополнительно.

[Cтарый]

Чапаев и пустота, Ангара и ТТУ

В книге руководителей ЦиХа, которая главами публиковалась на spacenews.ru, они положительно высказываются об американской практике использования бустеров-ТТУ и отсюда как бы следовало, что эта практика будет применяться на РН этого предприятия.

Два года назад в НК была статья о возможности применения в качестве ТТУ ступеней Тополя на 1-й и даже 2-й ступенях Протона, для которого эта возможность при его проектировании точно не рассматривалась.

1.   Известно ли кому-нибудь, как реализуется эта идея? Если она реализуется ...

Но, кажется, эта практика даже не рассматривалась применительно к новой, проектируемой Ангаре?

        2. Если же рассматривалась, то дайте, пожалуйста, ссылки или краткое резюме.

 Рассматривалось. Статья в НК "Море планов Ангары". Номер не помню.
 Подоплёка такая. Быстро выяснилось что стартовая тяговооружённость УРМ слишком мала и это не позволяет поставить на него нормальную вторую ступень. В варианте Ангара-1.2 вес ракеты при полной заправке превышает тягу двигателя. Недозаправлять УРМ на четверть - резко снижается ПН и не дотягивает не то что до Циклона-2/3 а и до Рокота. Вот и родилась идея оснастить УРМ двумя ТТУ, которые должны оторвать ракету от земли. Пока работают ТТУ из УРМ вырабатывается необходимая часть топлива и дальше он уже сам, сам, сам... Ну вобщем в точности как на Дельте-2 и Ариане-4. В качестве ТТУ прпедусматривался двигатель от какой-нибудь тактической ракеты, Точка например или Искандер.
 Но сейчас кажется эта идея умерла вместе с Ангарой-1.2.

[Олигарх]

Вообще-то, Рокот - это сугубо жидкостная РН, стартовая тяга AFAIK порядка тех же 200 тонн, что у РД-191.

Если брать ТТУ Тополя... ну, по сути получится половинка Атласа. Самого тяжелого. И без водорода. ПН А-1+ (с ТТУ) получится на уровне ПН Союза - т.е. 7-8 тонн. Причем больше двух ТТУ вешать смысла нет - слишком они тяговооруженные, УРМ не выдержит. И так два ТТУ - это 180 тонн тяги дополнительно.

Насчет ступеней Рокота в качестве ТТУ – я лоханулся ... J
С нами, лего-конструкторами, это случается нередко J

8. А ступени каких других твердотопливных ракет можно использовать как бустеры для Ангары-1? Может Старт-1, ведь он твердотопливный. Или нет?

Итак, по мнению эксперта ncube из вопросов 4-7 имеет смысл только 5 и ПН при этом на LEO порядка 7-8 тонн.
Но это заповедная территория потомков Семерки, значит ЦиХ втихомолку готовит вторжение на эту территорию!
Я сработал за Старого и раскрыл коварный план хруников J

Ведь на Ангару-1 с бустерами/Тополями можно поставить Бриз-КМ и получается аналог Союз/Фрегат!

Еще: здесь недавно обсуждалась Ангара-1 (без бустеров) с водородной ступенью (КВРБ?) вместо УРМ-2. И, кажется, такой вариант понравился.

9. Сколько выведет на LEO=200 км Ангара-1 с двумя Тополями и КВРБ вместо УРМ-2? Хотя такой вариант, наверное, больше подойдет для более высоких орбит.

10. Интересно, а можно ли для запуска этого варианта использовать строящийся старт для Ангары 3/5?

Если да, то с этого старта можно запустить Ангару-3 с двумя Тополями.

11. А Ангара-3 с двумя Тополями – это реально? Если да, то сколько она выведет на LEO?

[hcube]

А-3 с тополями не имеет смысла, IMHO. Проще А-5 запустить, чем возиться с двойным разделением ступеней. Вот А-1 - еще туда-сюда.

Далее, А-1 с КВРБ имеет смысл ТОЛЬКО при работе 'на ГПО'. Т.е. когда поверх КВРБ у нее стоит не более 4-5 тонн. Иначе получается катастрофическая нехватка тяговооруженности второй ступени. ТТУ в принципе могут до некоторой степени это исправить - надо считать, на самом деле. Примерно скорость с которой может эффективно работать КВРБ - это не менее 5.5-6 км/с. Ниже будут неприемлемые гравитационные потери. Если первая ступень обеспечивает такую скорость - все ок ;-). У Атласа - напомню - тяговооруженность Центавра составляет не менее 0.7-0.8. А у КВРБ - менее 0.4. Поэтому профили выведения должны быть разные, несмотря на внешнюю схожесть.

Еще одно возражение против ТТУ - амы их используют, потому что у них хорошо отработаны ТТУ на МБР. Но мы традиционно имеем хорошие ЖРД - так почему их не использовать? По удельной стоимости ЖРД вполне сопоставим с ТТРД.

[Yegor]

Может Старт-1, ведь он твердотопливный. Или нет?

Да Старт-1 твердотопливный:
Первая ступень: Gross Mass: 26,000 kg. Empty Mass: 3,000 kg. Thrust (vac): 100,000 kgf. Isp: 263 sec. Burn time: 60 sec. Isp(sl): 238 sec. Diameter: 1.61 m. Span: 1.61 m. Length: 8.50 m.
http://www.astronautix.com/lvs/start1.htm

[Yegor]

Если две первые ступени от Старта-1 поставить м добавить ещё один движок в КВРБ (то есть будет два), тогда получится нечто вроде Атласа IIAS: LEO Payload: 8,610 kg. to: 185 km Orbit. at: 28.5 degrees. Payload: 3,630 kg. to a: Geosynchronous transfer trajectory.
Но больше, потому что КВРБ больше.
http://www.astronautix.com/lvs/atlsiias.htm

[Олигарх]

Если две первые ступени от Старта-1 поставить м добавить ещё один движок в КВРБ (то есть будет два), тогда получится нечто вроде Атласа IIAS: LEO Payload: 8,610 kg. to: 185 km Orbit. at: 28.5 degrees. Payload: 3,630 kg. to a: Geosynchronous transfer trajectory.
Но больше, потому что КВРБ больше.
http://www.astronautix.com/lvs/atlsiias.htm

1. ncube:

Еще одно возражение против ТТУ - амы их используют, потому что у них хорошо отработаны ТТУ на МБР. Но мы традиционно имеем хорошие ЖРД - так почему их не использовать? По удельной стоимости ЖРД вполне сопоставим с ТТРД.

Но и наши вроде отработали ТТУ на МБР – Тополь, Старт и другие есть.
Кроме того, предлагается использовать уже готовые ТТ-ступени военных ракет, для которых полезных применений очень мало, большинство их обречено на уничтожение и поэтому они должны продаваться дешево.
И речь идет не о тотальной замене ЖРД на ТТРД, а о дополнении ЖРД в тех ситуациях, когда это имеет смысл.

2. Интересно, что оба эксперта независимо друг от друга указали на хилость КВРБ в качестве 3-й ступени.
Но КВРБ разработан быть 4-й ступенью, РБ, так что какие к нему претензии ...

Мне нравятся минималистские решения, может быть, чересчур.
Поэтому Протон с его 3 ступенями + 4-я – РБ, кажется некоторым перебором. Слишком много сущностей ... J

А если в него повтыкать ступени Тополя а качестве ТТУ, то это не РН, а елка ... J
Хотя и летающая – верю профессионалам из ЦиХ.

Для Протона, кажется, давно, когда Ангарой еще и не пахло, предлагалась 3-я водородная ступень.


 Может имеет смысл подумать о 3-й водородной ступени, она же и РБ, унифицированной для Протона, Ангары 3/5 и 1 с бустерами/ТТУ?
Для Протона эта ступень заменила бы 3-ю ступень+КВРБ, для Ангары УРМ-2 +КВРБ.

Добавляем в КВРБ еще один движок, как предлагает Yegor, а может и два, увеличиваем массу КВРБ до 30-35- тонн ...
Наверное, одна унифицированная водородная ступень для всех РН и всех применений не оптимальна.
Тогда две версии этой ступени, различающиеся только массой как 3-я ступень Союз 2-1б и УРМ-2 Ангары, например, по 30? и 40? тонн.
 
Выигрыш в ПН для легкой версии, при работе на ГПО, должен быть не так уж велик в сравнении с обычной 3-й ступенью+КВРБ, но достаточный, чтобы не уступать одиночные тяжелые спутники (вскоре до 8-9 тонн) Ariane 5 ECA и Atlas 5, а основной выигрыш в себестоимости запуска за счет уменьшения сущностей ...

Тяжелая версия для парных запусков на ГПО. А также к Луне ... для облегчения наших лунных мечтаний J.

  Получится? Кто-нибудь прикинет?

[hcube]

Уже есть такая ступень, в проекте по крайней мере. Называется УКВМ, и идет на А-5В. ПН растет с 24 до 29 тонн. 35-40 тонн заправка, 4 КВД-1М. Можно кстати и на Протон ее поставить.

А КВРБ она не заменит, по простой причине - сухая масса такой ступени - порядка 5 тонн минимум, а КВРБ - 2 тонны. А тяга при разгоне на ГПО несущественна. Так на ГПО улетает дополнительно 5 тонн - это считай 10 тонн на LEO, а так - только две тонны (и еще 5 остается на LEO). Считай, 3 тонны из 30 на LEO таким образом экономится. Плюс - унифицируется носитель для LEO и для ГПО.

[Олигарх]

Уже есть такая ступень, в проекте по крайней мере. Называется УКВМ, и идет на А-5В. ПН растет с 24 до 29 тонн. 35-40 тонн заправка, 4 КВД-1М. Можно кстати и на Протон ее поставить.

А КВРБ она не заменит, по простой причине - сухая масса такой ступени - порядка 5 тонн минимум, а КВРБ - 2 тонны. А тяга при разгоне на ГПО несущественна. Так на ГПО улетает дополнительно 5 тонн - это считай 10 тонн на LEO, а так - только две тонны (и еще 5 остается на LEO). Считай, 3 тонны из 30 на LEO таким образом экономится. Плюс - унифицируется носитель для LEO и для ГПО.

Я про этот УКВМ пытался что-то через Google найти, но ничего точного не нашел.
Так есть планы поставить УКВМ на Протон?

[Олигарх]

Про УКВМ.
Это все-таки ступень для вывода только на LEO?
И если надо на ГПО, то на этот УКВМ надо ставить РБ – тот же КВРБ или Бриз-М?

Мне, как любителю минималистских решений, очень нравится Atlas 5 – две ступени и бустеры, причем вторая – и РБ.

Но российская космонавтика не любит минималистские решения L.
Так же как ТТУ и водород. Она любит ЖРД с керосином и вонючкой L.

Вернемся к Ангаре 1 с бустерами, но без водорода, то есть с УРМ-2.
 
С двумя бустерами-Тополями (1 ступень) получается по оценке эксперта ncube примерно 7-8 тонн на LEO, что плохо, так как здесь РН Союзы от У до 2-1б.

Шанс для Ангары 1 с бустерами появляется, если она может обойти Союз 2-1б, то есть выводить на LEO 8,5 тонн, лучше 9-10- тонн.

Бустеры-Старт 1 (1 ступень) немного помощнее, чем бустеры-Тополи, но, похоже, недостаточно в данном случае.
Может кто-нибудь точно посчитает оба варианта – с Тополями и Стартами?

Более мощных ТТУ у нас, кажется, нет.

В прошлом году партнер ЦиХ по ILS запустил Atlas 5 с тремя бустерами, причем один бустер был меньше двух других. И с такой несимметричной конфигурацией Atlas 5 сработал точно!

Может к УРМ цеплять два Тополя/Старта и один ТТУ поменьше?
Тополь/Старт 2-я или 3-я ступень, например?
Может кто-нибудь точно посчитает эти варианты?

Но может все-таки к УРМ цеплять симметрично три Тополя/Старта 1-я ступень?
УРМ выдержит?
Если да, то сколько получится на LEO?

[Yegor]

Но может все-таки к УРМ цеплять симметрично три Тополя/Старта 1-я ступень?
УРМ выдержит?

Теоритически да. Была такая ракета Титан-4. У неё тяга ТТУ была в 6 раз больше тяги двигателей первой ступени. Так что, теоритически, можно к Ангаре-1 навесить 12 ТТУ от Старта-1.   Если диаметр первой ступени позволит.
ЗЫ: Правда летал Титан-4 не очень хорошо. И это у них. А что у нас будет  :roll: .

[Yegor]

Бустеры-Старт 1 (1 ступень) немного помощнее, чем бустеры-Тополи, но, похоже, недостаточно в данном случае.

Тополь и Старт это практически одно и то же: Тополь - это название для МБР, а Старт для РН:
http://www.astronautix.com/lvfam/topol.htm
http://www.astronautix.com/lvs/topol.htm
Старт отличается от Старт-1 тем, что у просто Старта две вторых ступени.

[Олигарх]

Из статьи в НК про Протон и ТТУ-Тополя:

                 Т1             Т2         Т3

Тяга нач. 100 тс       50 тс      25 тс

Масса       26 т          13 т         6т

Время
работы     60 сек       64 сек     56 сек

Длина       8,1 м         4,6 м       3,9 м
_______________________________________

ЕСТЬ "плохая" РН Ангара 1.2 (УРМ+УРМ-2), в которой 2-я ступень (УРМ-2) даже незаправлена полностью и которая выводит ПН=3,7 т на LEO=200 км из Плесецка.

Попробуем постепенно ее наращивать, добавляя разные ТТУ – ступени Тополя: Т1, Т2, Т3 к УРМ, но избегая несимметричных конфигураций.

1.    Прицепляем в низу УРМ два Т3, общей массой 6+6 тонн.
Одновременно запускаем УРМ и оба Т3, когда ТТУ отработают, они отбрасываются.
А может даже и не стоит отбрасывать, пустые Т3 должны быть легкими ...
Насколько "улучшена" Ангара 1.2? Можно ли в этом варианте полностью заправить УРМ-2?
Какова ПН на LEO?

2.   Прицепляем в низу УРМ два Т2, общей массой 13+13 тонн.
Одновременно запускаем УРМ и оба Т2, когда ТТУ отработают, они отбрасываются.
Насколько "улучшена" Ангара 1.2? Можно ли в этом варианте полностью заправить УРМ-2?
Какова ПН на LEO?

3.   Прицепляем в низу УРМ два Т1, общей массой 26+26 тонн.
Одновременно запускаем УРМ и оба Т1, когда ТТУ отработают, они отбрасываются.
Очевидно, В этом варианте полностью заправлен УРМ-2.
Какова ПН на LEO?      Выше эта ПН оценивалась, но не рассчитывалась, в 7-8 тонн.

4.   Прицепляем в низу УРМ два Т1, общей массой 26+26 тонн.
И в верху УРМ два Т3, общей массой 6+6 тонн.
Одновременно запускаем УРМ и оба Т1, когда ТТУ отработают, они отбрасываются. И запускаются оба Т3.
И скорей всего не отбрасываются, когда отработают.
Какова ПН на LEO?
   
5.   Прицепляем в низу УРМ два Т1, общей массой 26+26 тонн.
И в верху УРМ два Т2, общей массой 13+13 тонн.
Одновременно запускаем УРМ и оба Т1, когда ТТУ отработают, они отбрасываются. И запускаются оба Т2.
И они отбрасываются, когда отработают.
Какова ПН на LEO?    


А может в вариантах 4-5 Т3 и Т2 соответственно цеплять внизу и одновременно запускать УРМ и все 4 ТТУ?

Есть еще вопросы, но можно и остановиться, ответов все равно не будет L

PS Кстати, в корейской сестре Ангары 1 в качестве 2-й ступени предполагается ихняя с ТТРД.
В нашем случае вместо УРМ-2 можно попробовать Т1.
А в случае Ангары 1 без бустеров может быть подойдет в качестве 2-й ступени Т2.

[Yegor]

В прошлом году партнер ЦиХ по ILS запустил Atlas 5 с тремя бустерами, причем один бустер был меньше двух других.

Нет, все три были одинаковые. Но расположены несимметрично. И на Атласе-5-551 (с пятью ТТУ) они тоже расположены несимметрично.

[Yegor]

Может к УРМ цеплять два Тополя/Старта и один ТТУ поменьше? Если да, то сколько получится на LEO?

Точных данных сказать не могу. Может есть где программка, которая бы считала ПН для РН? Был бы очень благодарен! Ух полезная была бы программка!
Ну тогда на глаз:
Ангара-1-431В
431В(по аналогии с Атласом-5: 4-диаметр обтекателя, 3- количество ТТУ от Тополя, 1-количество двигателей в РБ, В-водород в РБ)
где то ~+30% от половинки Аталаса-5-551. +30% потому что КВРБ в два раза больше половинки Центавра-5 то есть:
~5 тонн на ГПО – ого!!!
~13 тонн на ЛЕО – опять ого! Но тут наверно больше двигателей в КВРБ надо.
Полезная ракета получилась, тут тебе и Клипер и самый ходовой груз на ГПО.

[Yegor]

О ТТУ:
РН с ТТУ, судя по всему, дороже, чем моноблок с ЖРД выводящий такой же ПН.
Если посмотреть на мировую тенденцию, самый ходовой ПН это коммерческие спутники на ГПО. За прошедшие 15 лет масса этих, самых ходовых, спутников плавно росла от 2 до 5 тонн (сейчас 6 тонн идут на ура на Зените-3СЛ). Американцы не стали навешивать ТТУ на старые РН, а сделали новые РН под увеличенный ПН. Но, естественно, сохраняют возможность навешивать ТТУ для редких более тяжёлых ПН и на перспективу роста ПН, чтобы не выбыть из рынка. Но новые РН проектируются с вариантом без ТТУ под самый массовый ПН.

Или взять СпэйсИкс, она стараются сделать максимально недорогую РН и ТТУ у них даже не упоминаются.

Возможность навешивать ТТУ является очень важной и выгодной характеристикой ракеты, поскольку позволяет увеличивать ПН с наименьшими затратами и с максимальной надёжностью. Потому она и заложена и у Боинга и Локхида. И нашим надо проектировать ракеты таким же образом: двухступенчатая РН формы карандаша под самый ходовой ПН с возможностью навешивания ТТУ.

В таком случае, если ПН ходовой, то вместо Ангары-1-431В нужно делать наш Атлас-5-401. Тем более, что всё для него уже есть.

ЗЫ: Те ТТУ, что имеются у нас это Тополь. Но он не подлежит сокращению, да и хранится долго и потому за бесценнок у нас не раздаётся.

[Yegor]

Керосиновая Ангара-1 с ТТУ:
Опять таки, на глаз:
Ангара-1-431К (УРМ-1 на первой ступени, УРМ-2 на второй)
431К(по аналогии с Атласом-5: 4-диаметр обтекателя, 3- количество ТТУ от Тополя, 1-количество двигателей в РБ, К-керосин в РБ)
Получается, где то РН Союз:
~8.5 тонн на ЛЕО
~ГПО, c ГПО тяжёлый случай, если Ангаре-3 нужна для ГПО третья ступень, то и этой будет нужна третья ступень. Анагра-3 выводит 2.4 тонн на ГПО с Бризом-М, значит у этой будет ещё меньше. Наверно ~2 тонны на ГПО с третьей ступенью в виде Бриза-М.

Интересно что СпэйсИкс Сокол-9 в двухступенчатом варианте на керосине при меньшей массе выводит (должен выводить) 3400 кг на ГПО. Но ЦиХ боится на керосине на ГПО летать, потому и ПН меньше. Хотя, надо сказать, что РККЭ на керосине на ГПО плохо летает.

[ShcherbakS]

... Но ЦиХ боится на керосине на ГПО летать, потому и ПН меньше. Хотя, надо сказать, что РККЭ на керосине на ГПО плохо летает.

ГКНПЦ им.Хруничева ничего уже не боится и масса ПН, правда по рекламным данным у РБ "Бриз-М" близка к таковой для РБ серии ДМ. Причины - полутораступенчатая схема РБ "Бриз-М" (отделяемый в полете торовый блок баков), оптимизированный под ИСЗ ЖРД с тягой в 2 тс (а у ДМ двигатель 11Д58М с тягой 8-8,5тс произошел от пилотируемых программ Н1-Л3 и Л1 с более тяжелыми, чем ИСЗ, ПКК).
Новый вариант ДМ-03 с увеличенными баками превзойдет РБ "Бриз-М" по грузоподъемности, оставаясь и одноступенчатым (это иногда полезно, т.к. не вносит дополнительных пунктов в программу полета) и с более мощным маршевым ЖРД (это тоже иногда полезно, в частности, при необходимости довыведения сразу после отделения РБ от РН).
А то, что "РККЭ на керосине на ГПО плохо летает" - это совсем даже не так. Да был прокол с "Астрой-1". Но другие первые коммерческие пуски РН "Протон"+ДМ на ГПО были "на керосине" и прошли штатно. И все пуски с "Морского старта", кстати, это как раз "РККЭ на керосине на ГПО". И это уж точно совсем не "плохо"!
Последний пуск, например, просто в "десятку" с минимальными отклонениями. Так что в "Энергии" с этим все в порядке (в относительном, ессно).

[Александр Ч.]

ЗЫ: Те ТТУ, что имеются у нас это Тополь. Но он не подлежит сокращению, да и хранится долго и потому за бесценнок у нас не раздаётся.

Важно не наличие "лишних" ТТУ, а их "дешевое" производство.