Самая удачная ракета для освоения Луны

Автор SpaceR, 18.05.2006 06:05:37

« предыдущая - следующая »

0 Пользователей и 1 гость просматривают эту тему.

Лютич

ЦитатаНо есть ещё такое понятие, как трудоемкость предстартовой подготовки. Так вот, для тяжелых ракет эта трудоемкость на единицу веса ПН существенно ниже, чем для легких. Многие операции требуется одинаково выполнять и для тяжелой, и для легкой ракеты, но запусков легких носителей будет на порядок больше (это аналогично тому, что и для мотоцикла, и для самосвала требуется 1 водитель, которому надо платить примерно одинаковую зарплату, но грузоподъемность самосвала на 2 порядка выше).

Кстати, вы навели меня на аналогию: когда строишь один небольшой коттеджик - вполне достаточно каблука или газели, большинство грузов идет "россыпью" и относительно невелики. Стоит замахнуться на хоть чуточку большее (несколько коттеджей покрупнее со, скажем, перекрытиями из стандартных ЖБ плит, а также большими объемами разовых перевозок стройматериалов) - уже сразу появляется надобность в полноценном грузовике, который на порядки дороже газели, но оправдывает себя при массовом строительстве. Конечно, можно делать плиты на месте и закупить целую ораву газелей, но это будет геморройно, ненадежно, а в эксплуатационных расходах и дороже помянутого грузовика (большее количество водителей и износ техники)
Смотреть телевизор и читать газеты - моя работа.

hcube

Ошибочная аналогия. В отличие от Газелей, РН - принципиально одноразовая штука ;-).

Не, я согласен что при ДОСТАТОЧНО большой серии можно и Нову штамповать с себестоимостью Союза. Но по моим прикидкам - примерный обьем серии для мелкосерийного производства - это 100 штук в год, а для конвеера - 10000. Обе границы - переход от штучного к поточному и от поточного к конвеерному производству - дает резкое уменьшение стоимости производства - и Союз (ну, условно, на самом деле некий упрощенный Зенит) преодолет барьер конвеерности раньше чем Нова.

И опять же хочу заметить, что сейчас наиболее распространенная технология - монолитный бетонный каркас и пенобетонная стена - а для них вполне хватит Газели... ну, может Камаза. А вот мегатяжеловесы типа Белаза или Камацу не нужны.
Применительно к задаче конструирования - я лично думаю, что надо делать полумногоразовый носитель вида АКС+2-я ступень, оптимизированный по стоимости выведения, и 20-тонными блоками пулять с высокой частотой. Ракетные блоки же штамповать на конвеере - они относительно небольшие для этого носителя. В конечном итоге, все освоение Сибири скажем производилось с помощью грузов которые влезали в стандартный ЖД вагон ;-)
Звездной России - Быть!

Лютич

ЦитатаОшибочная аналогия. В отличие от Газелей, РН - принципиально одноразовая штука

Ну, если Газель нагружать 3-5 тоннами груза, она фактически будет 1-2 разовой  :)

Причем в определенных условиях это будет экономически выгодно.
Смотреть телевизор и читать газеты - моя работа.

Лютич

Кроме того, если брать автомобильные аналогии, конвейерное производство априори дает худшее качество, чем стапельная сборка (ВАЗовское ОПП - исключение, подтверждающее правило).
В ракетной терминологии это будет давать изрядный процент пусков за бугор, что означает либо задержку пуска ПН (либо ее потерю/свод с орбиты) из-за невывода РБ (встает вопрос о гибкости графика пусков и выполняемых работ), либо необходимость в долгоживущих РБ и системой управления их долгосрочным полетом в случпн невывода ПН.
Смотреть телевизор и читать газеты - моя работа.

foogoo

ЦитатаОшибочная аналогия. В отличие от Газелей, РН - принципиально одноразовая штука ;-).

Не, я согласен что при ДОСТАТОЧНО большой серии можно и Нову штамповать с себестоимостью Союза. Но по моим прикидкам - примерный обьем серии для мелкосерийного производства - это 100 штук в год, а для конвеера - 10000. Обе границы - переход от штучного к поточному и от поточного к конвеерному производству - дает резкое уменьшение стоимости производства - и Союз (ну, условно, на самом деле некий упрощенный Зенит) преодолет барьер конвеерности раньше чем Нова.

И опять же хочу заметить, что сейчас наиболее распространенная технология - монолитный бетонный каркас и пенобетонная стена - а для них вполне хватит Газели... ну, может Камаза. А вот мегатяжеловесы типа Белаза или Камацу не нужны.
Применительно к задаче конструирования - я лично думаю, что надо делать полумногоразовый носитель вида АКС+2-я ступень, оптимизированный по стоимости выведения, и 20-тонными блоками пулять с высокой частотой. Ракетные блоки же штамповать на конвеере - они относительно небольшие для этого носителя. В конечном итоге, все освоение Сибири скажем производилось с помощью грузов которые влезали в стандартный ЖД вагон ;-)

Бетонные многоэтажные здания имеют значительно большую удельную стоимость за метр квадратный, нежели котеджи.

Shestoper

ЦитатаБетонные многоэтажные здания имеют значительно большую удельную стоимость за метр квадратный, нежели котеджи.

Ничего удивительно, многоэтажное здание требует гораздо более прочных-толстых-тяжелых-дорогих стен - стены первого этажа должны держать на себе всю эту махину.

Так что и сверхтяжелые ракеты будут конечно дороги в производстве.

Но вот вы не задумывались, а почему люди всё-таки строят многоэтажные дома, если коттеджи так хороши и дешевы?  :)
Если постороить в одном месте миллион котеджей, то они займут огромную площадь, и люди на ежедневные поездки будут тратить уйму времени и топлива для энергии для транспорта.
Поэтому если люди живут большими кучами, выгоднее многоэтажные дома.

Так и с ракетами - возможно что собрать на конвеере тысячи легких носителей будет недорого. Но вот запустить их все за несколько лет будет очень трудоемким процессом (понадобится множество пусковых комплексов, этим будет заниматься масса людей и т. д.).

foogoo

Цитата
ЦитатаБетонные многоэтажные здания имеют значительно большую удельную стоимость за метр квадратный, нежели котеджи.

Ничего удивительно, многоэтажное здание требует гораздо более прочных-толстых-тяжелых-дорогих стен - стены первого этажа должны держать на себе всю эту махину.

Так что и сверхтяжелые ракеты будут конечно дороги в производстве.

Но вот вы не задумывались, а почему люди всё-таки строят многоэтажные дома, если коттеджи так хороши и дешевы?  :)
Если постороить в одном месте миллион котеджей, то они займут огромную площадь, и люди на ежедневные поездки будут тратить уйму времени и топлива для энергии для транспорта.
Поэтому если люди живут большими кучами, выгоднее многоэтажные дома.

Так и с ракетами - возможно что собрать на конвеере тысячи легких носителей будет недорого. Но вот запустить их все за несколько лет будет очень трудоемким процессом (понадобится множество пусковых комплексов, этим будет заниматься масса людей и т. д.).
Там где умеют и любят считать деньги строят много катеджей и мало высоток.

Shestoper

ЦитатаНе, я согласен что при ДОСТАТОЧНО большой серии можно и Нову штамповать с себестоимостью Союза. Но по моим прикидкам - примерный обьем серии для мелкосерийного производства - это 100 штук в год, а для конвеера - 10000. Обе границы - переход от штучного к поточному и от поточного к конвеерному производству - дает резкое уменьшение стоимости производства - и Союз (ну, условно, на самом деле некий упрощенный Зенит) преодолет барьер конвеерности раньше чем Нова.

Что за субъективизм? Почему именно 100 и 10000, а не 98 и 10014?  :D

Вообще критерий поточного производства довольно прост: когда произведенная продукция стоит на порядок дороже произведшего её оборудования.
Например если завод выпускает патроны - то поточное производство измеряется миллионами штук. А если атомные подлодки, то даже 50 штук - очень большая серия.

Shestoper

ЦитатаТам где умеют и любят считать деньги строят много катеджей и мало высоток.

Там просто развитая автомобильная промышленность, дешевый (относительно доходов населения) бензин и дешевая земля в пригородах.

Ну и плюс ко всему традиционно престижным считается иметь собственный дом.
Причем даже в США бедные семьи живут в многоэтажках, а "средний класс" в котеджах в пригородах. Образ жизни в котедже получается в целом затратнее.

foogoo

Цитата
ЦитатаТам где умеют и любят считать деньги строят много катеджей и мало высоток.

Там просто развитая автомобильная промышленность, дешевый (относительно доходов населения) бензин и дешевая земля в пригородах.
Вы удивитесь, но во многих местах можно жить за городом без автомобиля.

ЦитатаНу и плюс ко всему традиционно престижным считается иметь собственный дом.
Причем даже в США бедные семьи живут в многоэтажках, а "средний класс" в котеджах в пригородах. Образ жизни в котедже получается в целом затратнее.
50/50 в чем-то затратнее, в чем-то дешевле. Все зависит от размера. Если домик площадью с квартиру, то в нем жить очень сильно дешевле, чем в квартите.

Shestoper

ЦитатаПрименительно к задаче конструирования - я лично думаю, что надо делать полумногоразовый носитель вида АКС+2-я ступень, оптимизированный по стоимости выведения, и 20-тонными блоками пулять с высокой частотой. Ракетные блоки же штамповать на конвеере - они относительно небольшие для этого носителя. В конечном итоге, все освоение Сибири скажем производилось с помощью грузов которые влезали в стандартный ЖД вагон ;-)

Вообще схема получается привлекательная, причем более универсальная, чем моя.
Серийное производство сверхтяжелых ракет заточено под грузопотоки порядка тысяч тонн в год.
А такой полумногоразовый АКС может быть рентабелен и при меньших масштабах перевозок.

Я думаю что при больших грузопотоках подобного типа носитель всё равно понадобится, параллельно сверхтяжелому. Для пилотируемых пусков (доставки экипажей на LEO), запуска спутников и т. д.  - чтобы не гонять по каждому поводу махину с ПН 200 тонн.
Они отлично будут друг друга дополнять. Причем пусков АКС будет большинство, две трети или три четверти, тут и пригодится его частичная многоразовость. Но бОльшую часть грузопотока по весу будет обеспечивать именно сверхтяжелая РН.

Один пуск сверхтяжелого РН по заброшенной массе будет аналогичен 10 пускам АКС.
Я конечно не могу провести точного подсчета, но мне кажется что 10 пусков, 10 циклов межполетного обслуживания АКС и изготовление 10 верхних ступеней будет стоить немало.

Причем первую ступень сверхтяжелой РН вполне можно сделать спасаемой. Вряд ли удасться прицепить к ней крыло и заставить возвращаться на старт - пропорции не те, для обеспечения высокого весового совершенства, высокой стойкости к вибрациям и обеспечения большой площади днища (для размещения большого числа двигателей) ступени сверхтяжелого носителя будут "короткими и толстыми", с удлинением порядка 2. И на паршюте ступень с сухой массой 150-200 тонн не посадишь. Но её вполне множно мягко посадить, используя её реактивные двигатели (понадобится небольшой остаток топлива), а потом снова доставить на космодром, например дирижаблем.
Пустая первая ступень при падении тормозится в атмосфере до установившейся скорости порядка сотен метров в секунду, для тормозного импульса понадобится совсем немного топлива.

Shestoper

В общем мне видится перспективной примерно такая пара легкого (многоцелевого) и тяжелого (грузового) носителя:

1) http://www.abo.fi/~mlindroo/SpaceLVs/Slides/sld045.htm
С возможностью выбора одноразовой или многоразовой второй ступени, в зависимости от характера груза)

2) http://www.astronautix.com/lvs/nova1dac.htm
Возможно с системой спасения (мягкой посадки по принципу SSASTO) первой ступени

hcube

Ни! Ни, ни ни! Ни в коем случае не многоразовая верхняя ступень на АКС. Она просто не дает выигрыша. То есть даже окупаемость ступени чисто по стоимости производства будет где-то за 50 пусками одноразового блока, а уж про НИОКР я вообще молчу.
Еще раз, схема такая - АКС - это ассистирующая ступень. Его задачи -
1. принятие на себя ВСЕХ аэродинамических и гравитационных потерь второй ступени, равно как и аэродинамических нагрузок на нее при выведении.
2. обеспечение воздушного старта без пускового комплекса.
3. обеспечение части ХС

Для этого АКС имеет грузовой отсек-ложемент, в котором уложена сборка 2й ступени и ПН, и несет ТРД для подьема на 20км и 1 км/с горизонтальной скорости, ЖРД для набора 2.5 км/с горизонтальной и 1 км/с вертикальной скорости, ну и струйные сопла для построения ориентации входа в атмосферу.

2-я ступень - это простой ракетный блок, с удлинением порядка 4-5, на которой без обтекателя закреплена ПН. Т.е. похож на РБ, но имеет несколько большую тяговооруженность - порядка 1.5, двигатель дроселлируетя. Разделение происходит на высоте порядка 60-70 км, уже вне атмосферы, на восходящей ветке суборбитальной траектории.

Такая схема позволяет получить низкую стоимость ОБОИХ компонентов за счет разных механизмов - 1-я ступень за счет не слишком сложных условий эксплуатации, а 2-я - за счет простоты конструкции и высокой серийности производства.
Звездной России - Быть!

Shestoper

ЦитатаВы удивитесь, но во многих местах можно жить за городом без автомобиля.

Нет, я не удивлюсь. По 2-3 недели в году я живу за городом без автомобиля, без телефона, без водопровода и без электричества (до ближайшей деревни 30 км).
Но жить так постоянно я бы не хотел  :D

Зомби. Просто Зомби

ЦитатаНи! Ни, ни ни! Ни в коем случае не многоразовая верхняя ступень на АКС. Она просто не дает выигрыша.
Это для большинства пусков, которые "непилотируемые"
Но все же иметь отдельную версию с многоразовым "кораблем" в качестве второй ступени

PS.
А поменять ЖРД на ПВРД не получится?
Не копать!

Shestoper

ЦитатаДля этого АКС имеет грузовой отсек-ложемент, в котором уложена сборка 2й ступени и ПН, и несет ТРД для подьема на 20км и 1 км/с горизонтальной скорости, ЖРД для набора 2.5 км/с горизонтальной и 1 км/с вертикальной скорости, ну и струйные сопла для построения ориентации входа в атмосферу.

А вот это, извиняюсь, фантазии. Ну вы сами посудите: у вас есть самолет, способный разогнаться до 3 Махов на ТРД. Что-то вроде Валькирии Б-70. А потом этот самолет должен ещё и разогнаться на ЖРД примерно на 3 км/c, причем на горбу он тащит вторую ступень.
То есть для разгона на керосин-кислороде соотношение начальной/конечной массы должно быть минимум порядка 2,5. Около 60% стартовой массы должна состовлять масса топлива для разгона первой ступени на ЖРД, а в 40% нужно втиснуть вторую ступень, массу конструкции крылатой первой ступени, ТРД и топливо для него.
Причем крылья у первой ступени должны быть такие, чтобы выдержать горизонтальный взлет системы на старте (а не декоративные легкие крылышки, которые нужны для системы с ракетным стартом и возвращением на космодром ПУСТОЙ и легкой первой ступени).
Давайте рассмотрим сначала полет на ТРД, а ЖРД первой ступени, топливо для него, и вторую ступень будем рассматривать как полезный груз.
Получается, что для наш трехмаховый самолет должен взлететь, набрать высоту 20 км и разогнаться до 3 Махов, неся при этом груз минимум вдвое тяжелее себя самого (вторую ступень и топливо для ЖРД первой ступени). Это абсолютно нереальная цифра, это вам любой авиаконструктор скажет.

Ваша первая ступень имеет характерестическую скорость более 4 км/c. Это хорошая характерестическая скорость для ОДНОРАЗОВОЙ, полностью ракетной первой ступени, масса которой состовляет 75-80% стартовой массы РН.
А вы хотите добиться такого же результата, таша за собой крылья, шасси и ТРД для горизонтального старта и посадки. Это абсолютно нереально. Я бы сказал, что намного проще с точки зрения весового совершенства сделать одноступенчатый водородный носитель вертикального взлета и посадки (типа SASSTO), хотя и это труднейшая задача.

Другое дело, если стартовать вертикально, на ЖРД, набрать характерестическую скорость порядка 3 км/c, произвести разделение ступеней, а потом первая ступень спланирует на маленьких крыльях, включит маленький ТРД (пустая первая ступень примерно раз в 15-20 легче, чем вся РН на старте, так что крылья и ТРД будут очень маленькими и легкими по сравнению с горизонтальным стартом), и на ТРД потихоньку вернется на старт.
Вот такого рода схема вполне реальна технически, её много раз предлагали и реализовали на разгонном блоке Байкал.
При этом весовое совершенство первой ступени будет порядка 8-10. Маловато по ракетным меркам, но зато первая ступень многоразовая, а высокое массовое совершенство для первой ступени не так уж остро необходимо.

Shestoper

ЦитатаPS.
А поменять ЖРД на ПВРД не получится?

Получится, это будет "Зенгер", только очень большой (в 3 раза больше немецкого проекта). Зенгер - один из немногих проектов АКС, который вполне реалистично продуман и гарантированно может быть реализован.

Вот на ПВРД, используя их высокий (по сравнению с ЖРД) удельный импульс, можно будет разогнать примерно до 3 км/с здоровенный самолет со стартовыми ТРД и второй ступенью приличной массы на горбу.
А на ЖРД такой разгон просто физически невозможен (или вторая ступень будет весить 5-10% от массы первой).

Зомби. Просто Зомби

ЦитатаПолучится, это будет "Зенгер"...
А мы его перекрасим и переименуем :mrgreen:

Главное, что это

Цитата- один из немногих проектов АКС, который вполне реалистично продуман и гарантированно может быть реализован.
Не копать!

hcube

Абсолютная скорость разделения - 3 км/с. Поделены они как 1 км/с по вертикали и 2.5 - по горизонтали.

При этом 1 км/с по горизонтали набирается на ТРД. Расход топлива на ТРД для этого составляет порядка 25 тонн топлива на 200 тонн носителя. Далее, разгон на 2.2 км/c на ЖРД. Топливо - метан-кислород, УИ 350.  На этот разгон расходуется 45% массы самолета ПОСЛЕ разгона на ТРД. Т.е. взлетели, израсходовали 25 тонн. Осталось 175. Из них 75 - топливо для разгона на ЖРД. Оставшиеся 100 тонн - конструкция самолета плюс ПН. Ну, скажем, пусть конструкция весит 50 тонн. Остается 50 тонн на вторую ступень и ПН - это 10 тонн ПН на 5 тоннах второй ступени и 35 тоннах топлива.

Вроде по порядку величины ничего не напутал? ;-)

Согласен по поводу нереальности цифры для САМОЛЕТА, которому надо не просто подняться на 20 км, но и пролететь километров так 5000 - типа Конкорда / Ту-144, скажем.  Но у нас задача только разогнаться. Конструкция самолета гибридная между обычным самолетом и ракетной ступенью. Само по себе крыло и двигатели на самом деле весят не НАСТОЛЬКО много, по сравнению с обьемом который расходуется на 'живой груз'. Собственно, это можно видеть на примере сверхтяжелых самолетов типа того же Геракла - их чистая ПН составляет более половины взлетного веса - и это не считая топлива для полета.

5 тонн - это ракетная ступень примерно размером с ЦБ Союза. Оптимально будет потолще и покороче. Если на метане - то порядка 4 метров диаметром и 10-12 метров длиной. Половина ЖД вагона.

Теперь по размеру самолета. Топливо метан-кислород, 75 тонн, займет диаметр в 4 метра и длину в 25 метров. Плюс 2 ступень - 15 метров, и плюс ПН - еще 10 метров (с прицелом на замену 2 ступени + ПН многоразовым модулем с несущим корпусом, хотя баба-Яга - против!). Получается 50 метров. Что вполне сравнимо с длиной фюзеляжа Ту-144, который имел ту же взлетную массу- 63 метра.
Баки метана для ТРД можно разместить либо в крыле, либо в корневых наплывах крыла, либо просто увеличить бак метана - поскольку вообще говоря фюзеляж будет как минимум 5 метров диаметром чтобы уместить 4-х метровую ступень.  Тогда снизу фюзеляжа стоит 4 ТРД, а сверху - 'горб' топливного бака оканчивающийся тремя ЖРД, как вариант - одним линейным аэроспайком.

Вообще, я бы сделал симметричный профиль крыла (либо профиль изменяемый механизацией) и разместил ТРД НАД крылом, как и фюзеляж с отсеком ПН с ВЕРХНИМ при сбросе люком. При этом взлет и разгон на ТРД производится фюзеляжем вниз, в схеме верхоплана, а (возможный) доразгон на ГПВРД и аэроспайке - после переворота 'спиной' вниз, чтобы спрятать ТРД в аэродинамической тени корпуса и подставить потоку профиль корпуса, оптимальный для работы аэроспайка. При сбросе мы находимася в состоянии невесомости - поэтому как сбрасывать разницы нет. Торможение тоже производится в таком положении, опять же из тех же соображений. После чего - опять перевернулись и на посадку.
Звездной России - Быть!

Shestoper

Тогда все цифры выглядят более-менее пристойно.
Я просто вначале подумал, что вы после разгона на ТРД ещё 3 км/с на ЖРД добираете (на это понадобилось метана и кислорода не 40% массы, а 58%).

Правда для стратегических бомбардировщиков масса пустого самолета (без топлива и полезной нагрузки) состовляет порядка 40% от максимальной взлетной. А ведь при их проектировании идет жесточайшая борьба за вес.
У рекордного Вояджера (который едва не рассыпался при старте, настолько был облегчен) сухой вес был 21% от стартового.
А у вас получается 25%.
Боюсь что реально вес конструкции первой ступени (вместе с ЖРД для разгона) получится не 50, а где-то в районе 60-65 тонн.

То, что вы взяли для второй ступени большую сухую массу (целых 5 тонн) совершенно правильно, так как стартует она горизонтально и на её корпус будут действовать значительные изгибающие нагрузки. Характерестическая скорость ей понадобится порядка 5,2 км/с (с учетом скорости первой ступени и практического отсутствия гравитационных потерь).

В общем если не 10, то уж тонн 7-8 ваша система должна на орбиту вытащить (из-за того, что реально вторая ступень будет весть тонн 35-40, а не 50).