Две ступени vs три ступени – «наш ответ» hcube .

[Ворон]

Но все равно ж хорошо - на тех же двигателях, на том же старте, топлива даже чуть меньше - и 13% ПН получить совершенно нахаляву ;-) У Протона это было бы 2.5 тонны - больше чем дала модернизация до Протона-М ;-).

 hcube оценка Дмитрия В. сделана из предположения, что "Вертикальная Энергия" могла выводить 126 тонн.

 Это враки.

Я стараюсь не делать голословных утверждений. 126т - это цифра согласно одному из проектных документов головного КБ НПО Энергия начала или середины 1980-х гг. Надеюсь, проектантам из подлипок Вы верите!? Кстати, на всякий случай сегодня проверил по спредшиту Ратмана - все подтверждается, обеспечивается выведение 126т на  орбиту 200*300 км при стартвой массе примерно 2402т. Так что, все правда.

 Да какая разница-то - сбоку ПН или сверху? Это позволит настолько изменить траекторию выведения, что ПН увеличится на 20% что эквивалентно увеличению массы ракеты почти на 500 тонн?

 "Не верю!"

 Или вы подняли допустимую максимальную перегрузку заодно больше 3?

 Тогда добавление третьей ступени с массой топлива тонн 200 увеличит ПН ещё тонн на 40.

[Дмитрий В.]

1-Да какая разница-то - сбоку ПН или сверху? Это позволит настолько изменить траекторию выведения, что ПН увеличится на 20% что эквивалентно увеличению массы ракеты почти на 500 тонн?

 2-"Не верю!"

 3-Или вы подняли допустимую максимальную перегрузку заодно больше 3?

 Тогда добавление третьей ступени с массой топлива тонн 200 увеличит ПН ещё тонн на 40.

1-Разница очень большая - и в нагрузках и в аэродинамике и в потерях тяги на балансировку. Но дело не только в размещении ПН - Энергия обладала и другими резервами повышения грузоподъемности - снижение коэф-та безопасности с 1,4 до 1,3 для грузового варианта, учет в расчете прочности криогенного упрочнения стенок бака ЖВ (для пилотируемого варианта учитывалось упрочнение при температуре кипения жидкого азота), возможность форсирования 11д122 до 114%, увеличение массы заправляемых компонентов за счет переохлаждения и т.п. В сумме набегает указанная разница в ПН
2- не верить - это Ваше право. Лично я вере предпочитаю знание
3- для грузового варианта допустимо некоторое повышение продольной и нормальной перегрузок, если это существенно не сказывается на прочности

[Yegor]

Две ступени vs три ступени – «наш ответ» hcube
...
Надеюсь, что не утомил. С уважением, Дмитрий В.

Наоборот! Большое спасибо за такую подробную информацию!
Для меня тоже эта тема предстовляет большой интерес.
И из этих ваших сообщений я узнал много чего нового. Спасибо!

[Дмитрий В.]

Да, конечно, посему, ИМХО, оптимальное число ступеней (только при полете на НОО, даже не ССО!) где-то примерно:
- на криогенных компонентах - 2;
- на высококипящих - 3;
- на РДТТ - 4.
При смешивании (т.е. блоки с разными компонентами) число блоков получается как некое среднее.

Ну, где-то так. Я, кстати, по-моему, нигде не сказал, что имел ввиду жидкостные РН. Для РДТТ может быть достаточно 3-х ступение, но наверное, только для очень низких орбит. А РН с НДМГ и прочей "вонючкой" - ИМХО умирающий класс.

[С. Тушин(ский)]

На низкую орбиту достаточно двух ступеней. А много ли ПН выводятся на низкую орбиту?
Значит, для стационара надо еще две ступени - перигейную и апогейную. Для средних тоже движок... получается, каждая ПН со своей ступенью... неаккуратненько!
Вон американы на двухступенчатом Шатле возят 3 и 4 ступени внутри отсека... Конечно. называть можно по разному, но сути это не меняет.
   Так вот, ежели нам нужно средство выведения на разные орбиты, да еще и с оптимальными характеристиками, надо 2 ступени использовать для вывода на низкую. а третью - далее...
КАНЕШНА, можно и "уши" на вторую ступень пришпандорить, чтобы до 1500 дотянуть, как это на 65 сделали... но куда тогда показатель конструктивного совершенства уползет?
Короче, на низкую -две, для дела - три.
С уважением С.Т.

[Дмитрий В.]

На низкую орбиту достаточно двух ступеней. А много ли ПН выводятся на низкую орбиту?
Значит, для стационара надо еще две ступени - перигейную и апогейную. Для средних тоже движок... получается, каждая ПН со своей ступенью... неаккуратненько!
Вон американы на двухступенчатом Шатле возят 3 и 4 ступени внутри отсека... Конечно. называть можно по разному, но сути это не меняет.
   Так вот, ежели нам нужно средство выведения на разные орбиты, да еще и с оптимальными характеристиками, надо 2 ступени использовать для вывода на низкую. а третью - далее...
КАНЕШНА, можно и "уши" на вторую ступень пришпандорить, чтобы до 1500 дотянуть, как это на 65 сделали... но куда тогда показатель конструктивного совершенства уползет?
Короче, на низкую -две, для дела - три.
С уважением С.Т.

Совершенно верно. Но обычно космические разгонные блоки включаются в состав космической головной части и стартуют уже с ЛЕО к целевой орбите.

[Пришелец]

На счет 2.5-ступенчатой ракеты - согласен со Старым  
А реализовать можно так, как это было сделано на Зените-2. Т.е. просто ввести пассивный участок траектории второй ступени.
 Если кто не в курсе - то там маршевый двигатель второй ступени включался два раза - один раз, естественно, в начале работы второй ступени, потом, т.н. "пассивный участок", когда РН летит по инерции по баллистической траектории с включенным рулевиком и где-то в районе апогея траектории - снова включается маршевый движок и доводит скорость ПН до круговой.
В старых своих конспектах вычитал - на круговые орбиты высотой 200-300км оптимальная схема выведения - 2-х ступенчатая с прямым выведением;
на круговые с высотой до 1000-3000 км - 2-х ступенчатая с пассивным участком (см. выше);
на более высокие орбиты - 3-х ступенчатая РН.

Вот, так что, если Старый не против:D - прошу считать 2.5-ступенчатую РН - эквивалентом 2-х ступенчатой схемы с пассивным участком траектории    

[Ворон]

1-Разница очень большая - и в нагрузках и в аэродинамике и в потерях тяги на балансировку. Но дело не только в размещении ПН - Энергия обладала и другими резервами повышения грузоподъемности - снижение коэф-та безопасности с 1,4 до 1,3 для грузового варианта, учет в расчете прочности криогенного упрочнения стенок бака ЖВ (для пилотируемого варианта учитывалось упрочнение при температуре кипения жидкого азота), возможность форсирования 11д122 до 114%, увеличение массы заправляемых компонентов за счет переохлаждения и т.п. В сумме набегает указанная разница в ПН
2- не верить - это Ваше право. Лично я вере предпочитаю знание
3- для грузового варианта допустимо некоторое повышение продольной и нормальной перегрузок, если это существенно не сказывается на прочности

 1. А что это такое "потери тяги на балансировку"?
 Если это потери за счёт управления - отклонение тяги на 10 градусов уменьшает саму тягу на 1,5%. Явно не тянет на прибавку ПН в 21 тонну.
 Что до всего остального - так это надо всю ракету переделать, насколько это просто мы видим по тому как "быстро" модернизируются Союзы.

 2. Это не знание - я про эти планы "Энергия на 150" тонн слышал ещё в момент её запуска. Это не реализовано, значит этого нету.

 3. Ну так и говорите - допустимую перегрузку увеличили.

[Дмитрий В.]

1. А что это такое "потери тяги на балансировку"?
 Если это потери за счёт управления - отклонение тяги на 10 градусов уменьшает саму тягу на 1,5%. Явно не тянет на прибавку ПН в 21 тонну.
 Что до всего остального - так это надо всю ракету переделать, насколько это просто мы видим по тому как "быстро" модернизируются Союзы.

 2. Это не знание - я про эти планы "Энергия на 150" тонн слышал ещё в момент её запуска. Это не реализовано, значит этого нету.

 3. Ну так и говорите - допустимую перегрузку увеличили.

1.Из-за несовпадения вектора тяги с продольной осью РН, ЖРД 11д122 были постоянно отклонены на некоторый угол (не помню nxyj? но что-то около 7-10 град) и были смещены в радиальном направлении. Кстати из-за эксцентриситета тяги, РН летела с некоторым балансировочным углом атаки, что вело и к рсту аэродинамического сопротивления и к дополнительным нагрузкам.
2.Ну, так и 3-хступенчатый вариант hcube - тоже "фантазии"...
3.Ну, увеличили, так что с того - обычное дело...

[Ворон]

1.Из-за несовпадения вектора тяги с продольной осью РН, ЖРД 11д122 были постоянно отклонены на некоторый угол (не помню nxyj? но что-то около 7-10 град) и были смещены в радиальном направлении. Кстати из-за эксцентриситета тяги, РН летела с некоторым балансировочным углом атаки, что вело и к рсту аэродинамического сопротивления и к дополнительным нагрузкам.
2.Ну, так и 3-хступенчатый вариант hcube - тоже "фантазии"...
3.Ну, увеличили, так что с того - обычное дело...

 1. А при чём тут продольная ось РН? Имеет значение смотрят двигатели в ЦМ или отклонены, например на Союзе они вообще всегда не в ЦМ смотрят - параллельно продольной оси ракеты.
 Аэродинамика у Энергии плохая, но это "семечки" само по себе.

 2. Да, но тем не менее "выкинуть" половину центрального блока на скорости около 4,5 км/с представляется логичным.

 3. Так вся прибавка ПН за счёт более быстрого разгона происходит - уменьшаются гравитационные потери и очень значительно.
 Вопрос в том, допустимо это или нет. Например, если разделение будет ниже этого может не допустить система разделения ступеней.

[Дмитрий В.]

1. А при чём тут продольная ось РН? Имеет значение смотрят двигатели в ЦМ или отклонены, например на Союзе они вообще всегда не в ЦМ смотрят - параллельно продольной оси ракеты.
 Аэродинамика у Энергии плохая, но это "семечки" само по себе.

 2. Да, но тем не менее "выкинуть" половину центрального блока на скорости около 4,5 км/с представляется логичным.

 3. Так вся прибавка ПН за счёт более быстрого разгона происходит - уменьшаются гравитационные потери и очень значительно.
 Вопрос в том, допустимо это или нет. Например, если разделение будет ниже этого может не допустить система разделения ступеней.

1.Есть такое понятие "равнодействующая сил". У Р-7 она как раз через ЦМ проходит, а у 11ф36/14А10/14к25 - нет, увы!
2.Это вообще - вопрос оптимизации, в т.ч. схемы РН. Меньшее массовое совершенство РН пакетной схемы с параллельной работой ДУ первых 2-х ступеней - неизбежная плата за достоинства: надежность за счет запуска всех ДУ на земле, более высокое массовое совершенство ЦБ и т.п.
3.Прибавка ПН - за счет комплекса мероприятий. Вообще, существенных результатов можно достичь только при комплексном подходе (пардон за банальность)...

[Ворон]

1.Есть такое понятие "равнодействующая сил". У Р-7 она как раз через ЦМ проходит, а у 11ф36/14А10/14к25 - нет, увы!
2.Это вообще - вопрос оптимизации, в т.ч. схемы РН. Меньшее массовое совершенство РН пакетной схемы с параллельной работой ДУ первых 2-х ступеней - неизбежная плата за достоинства: надежность за счет запуска всех ДУ на земле, более высокое массовое совершенство ЦБ и т.п.
3.Прибавка ПН - за счет комплекса мероприятий. Вообще, существенных результатов можно достичь только при комплексном подходе (пардон за банальность)...

 1. Как это может быть?
 Тогда ракета начнёт вращение относительно поперечной оси.

 2. А мы можем все двигатели и здесь запустить на земле.
 На второй ступени 3 двигателя, на третьей ещё один, который сперва питается от второй.
 На шаттле есть расстыкуемые трубопроводы и ничего.

 3. Да не бывает чудес. Или УИ больше, или железо легче или тяговооруженность выше.
 Если есть резерв по тяговооруженности, например не 3, а 4 максимально допустимо, то и ПН увеличится на 10-20% только за счёт этого фактора.

[Дем]

Вы все забыли про ещё один вариант - вторая ступень со сбрасываемым баком (типа шатла)
Которая, несмотря на наличие на первой ступени РДТТ, позволяет уложиться в две ступени для вывода на ЛЕО...

[Ворон]

Вы все забыли про ещё один вариант - вторая ступень со сбрасываемым баком (типа шатла)
Которая, несмотря на наличие на первой ступени РДТТ, позволяет уложиться в две ступени для вывода на ЛЕО...

 Естественно, это проще - сбрасываемый бак + собственный бак третьей ступени.

 Но на орбиту будут тащиться все 4 двигателя массой 3,5 тонны.

[avmich]

Что значит "тащиться на орбиту"? Ступень добавляет ХС - и пока она добавляет, системы ступени нужны, включая тяжёлые баки, двигатели и всё остальное.

Конечно, хочется, чтобы масса ступени была поменьше - пренебрежимо мала по сравнению с ПН - а ХС она давала бы побольше :) . Применительно к двигателям можно пытаться уменьшать их потребную тягу - в некоторых пределах, конечно.

Если разбиение ХС по ступеням уже сделано - придётся оборудование последней ступени "тащить на орбиту". Ничего не поделаешь :) .

[Ворон]

Что значит "тащиться на орбиту"? Ступень добавляет ХС - и пока она добавляет, системы ступени нужны, включая тяжёлые баки, двигатели и всё остальное.

Конечно, хочется, чтобы масса ступени была поменьше - пренебрежимо мала по сравнению с ПН - а ХС она давала бы побольше . Применительно к двигателям можно пытаться уменьшать их потребную тягу - в некоторых пределах, конечно.

Если разбиение ХС по ступеням уже сделано - придётся оборудование последней ступени "тащить на орбиту". Ничего не поделаешь .

 Два варианта.
 1) Вторая ступень - просто бак, есть дополнительный бак третьей ступени. На ней все 4 двигателя.
 2) Третья ступень - отдельный бак с одним двигателем. В случае "около Энергии" масса её тонн 200, один РД-0120, 3 остаются на второй ступени.
 Если спасать двигатели, то надо делать дополнительную систему для второй ступени - вот чем это неудобно.

[avmich]

Два варианта.
 1) Вторая ступень - просто бак, есть дополнительный бак третьей ступени. На ней все 4 двигателя.
 2) Третья ступень - отдельный бак с одним двигателем. В случае "около Энергии" масса её тонн 200, один РД-0120, 3 остаются на второй ступени.
 Если спасать двигатели, то надо делать дополнительную систему для второй ступени - вот чем это неудобно.

Всё это надо считать и оптимизировать. И окажется, что преимущества различных вариантов невелики, и выигрыш сильно зависит, например, от массы ПН, свойств орбиты и т.п. В этих условиях есть соблазн сделать попроще - может, некоторые варианты неоптимально будут выводиться, зато почти всегда будем экономить на стоимости.

А так - да, все эти схемы имеют право на жизнь.

[hcube]

Ну, формально в три ;-). Там ведь еще OMS есть ;-).

[Дем]

Вы все забыли про ещё один вариант - вторая ступень со сбрасываемым баком (типа шатла)
Которая, несмотря на наличие на первой ступени РДТТ, позволяет уложиться в две ступени для вывода на ЛЕО...

 Естественно, это проще - сбрасываемый бак + собственный бак третьей ступени.

 Но на орбиту будут тащиться все 4 двигателя массой 3,5 тонны.

В двухступенчатой схеме они тащатся вместе с баком... А он где-то 30% от ПН весит...

[Ворон]

В двухступенчатой схеме они тащатся вместе с баком... А он где-то 30% от ПН весит...

 Совершенно верно, но даже такой трёхступенчатой схемы - без разделения двигателей на двигатели второй и третьей ступени никто не удосужился сделать.