Лунная экспедиция от общ-ва Энергообменные технологии

[Fakir]

Хм, сама идея не лишена некоторого изящества, но не факт, что технически реализуема - по крайней мере, в предлагаемом виде, слишком уж многорежимным предлагается движок, целых три режима (это не считая сложностей с теплообменниками). Да и УИ растёт не так чтоб очень сильно...

[mihalchuk]

Fakir:

mihalchuk
Цитата:

Где-то мы об этом говорили. От 6 до 8 месяцев на 100 кВт мощности СБ.

А вы себе представляете вес и стоимость СБ на 100 кВт?

Представлял, когда всё это разрабатывал. Сейчас мои представления устарели. Не знаю даже, какие СБ мы можем сегодня выпускать. Но знаю и то, что стоимость СБ может быть разной в зависимости от назначения. Знаю, что бытовые СБ значительно дешевле СБ спутников связи. И крамольная мысль: может быть СБ делать дешевле, чем выпускать?
hcube:

Порядка 50 тонн. Но это ж обьект многоразового использования.

На МКС американские СБ должны иметь массу 200 т?

[mihalchuk]

hcube:

Все просто. Сжигаем часть топлива в газотрубном котле. Подогреваем другую часть. Пар от сжигания первой части конденсируем и трактуем как ПН. 'Подогретое' топливо второй части дает бОльший УИ и соответственно повышает ПН. Процентов на 15 где-то.

Далеко не всё просто. Много нюансов. Есть и приятные. Например, продукты сгорания кислородно-водородного ЖРД имеют энтальпию ~ 12,5 МДж/кг, а при образовании килограмма конденсата с компонентами в КС передаётся 15,1 МДж тепловой энергии. За счёт стехиометричности и использования энергии конденсации.

[Вадим Семенов]

Топлива, конечно. Если мы берем допустим третью водородную ступень, то мы можем вырастить УИ раза в полтора где-то - половину топлива сжигаем на выборос, вторую - на подогрев первой половины. УИ выше в полтора раза - значит показатель степени в формуле Циолковского ниже. Лень точно считать, но 15-20% - вполне адекватная оценка, по порядку величины, даже учитывая рост веса двигателя.

А, вон откуда 15-20% взялось. Ну так в этом случае электролиз не просто ненужен, но и вреден. Все проще, берем СЭДУ и греем выхлоп непосредственно от солнечных батарей. Ну или от теплового аккумулятора. А тут предлагается еще и элекролизный и холодильный заводики с собой таскать. Тут уж не экономия 15-20%, а проигрыш, и немалый.

[mihalchuk]

foogoo:

т. Михальчук видимо хочет сказать, что если возить воду, то понадобится бак суммарно примерно в 2.35 раз меньшего объёма, чем для LH2 + LOX. Т.е. экономия будет (вес стенок водородного бака) минус (вес СБ + вес гидролизной установки + вес криогенного холодильника на 20K).

Вадим Семёнов:

Но отнюдь не в 2.35 раз меньшего веса. Более плотная вода потребует более толстых стенок, при сокращении их площади, разумеется. Да и вообще, вес бака составляет несколько процентов от веса топлива. Так что даже если удасться сэкономит пару процентов ПН в самом оптимистичном случае, это никак не оправдывает гемороя с электролизом на орбите. Не говоря уж о том, что эти жалкие два процента вряд ли окупят вывод на орбиту электролизного и холодильного заводов и энергоустанвки для них за весь их срок службы.

Разверну мысли г-на foogoo и Вадима, независимо от того, были они или нет. Бак должен выдержать статические и динамические нагрузки. Про вторые мы умолчим, а первые складываются из внутреннего давления наддува и давления жидкости, которое зависит от перегрузок и расстояния от верхнего уровня жидкости. От этого и зависят массовые характеристики баков. Для баков небольших размеров толщину стенок определяет наддув, для больших – гидростатика. Если масса жидкости одинакова, плотность разная, а баки пропорциональной формы, то менее плотной жидкости будет соответствовать меньшее гидростатическое давление на нижнем днище. Можно добавить и то, что прочность металлов при температуре ЖК и ЖВ будет выше. Так что масса баков будет различаться не так значительно, как объём. Правда, г-н foogoo почему-то не сравнивает с перевозкой воды в виде льда, что он сам предлагал.
Но есть другие факторы.
1. Понадобится не один, а два бака – для ЖК и ЖВ.
2. Потребуется контроль состояния жидкости в баках.
3. Потребуется термоизоляция, которая должна обеспечить 2-хсуточный перелёт (обычные КВБ рассчитаны на несколько часов полёта в заправленном состоянии. А ещё лучше – 5-суточный. Если водород у вас перегреется, то он полезет наружу, а сепарировать пар и жидкость будет очень трудно. Если всё это будет стравливаться через сопла или другие отверстия, на их стенках может отложиться твёрдая фаза. Этот процесс наверняка будет неравномерным, что приведёт к появлению крутящего момента. Да и стравливающий клапан может забить. Частично, но этого будет достаточно.
Вообще космическая термоизоляция – лёгкая, но при выведении её сорвёт потоком воздуха. Поэтому потребуется обтекатель и система его сброса. Из 40% примерно 15% и набежит за счёт этих мероприятий, остальные 25% даст ЭоРД.

foogoo:

Причём, сколько весит криогенный холодильник и каков его КПД, т. Михальчук гордо отказывается знать, потому, что не барское это дело, холодильники рассчитывать.

Мне пока достаточно грубой оценки. Понадобится – спроектирую и рассчитаю.

[mihalchuk]

Вадим Семенов:

Все проще, берем СЭДУ и греем выхлоп непосредственно от солнечных батарей. Ну или от теплового аккумулятора.

Вы серьёзно предлагаете это делать на участке выведения?

[mihalchuk]

Вадим Семенов:

mihalchuk писал(а):

Воду проще хранить неопределённо долгое время.

Легче хранить ЖК/ЖВ неопределённо долгое время, чем получать их из воды. Даже холодильная установка намного меньше требуется. Не говоря уж про все остальное...

Экая простота! Воду можно перерабатывать по мере необходимости, а ЖВ придётся активно хранить всё время.

[hcube]

Вообще, мысль по поводу СДЭУ интересная. Действительно, если у нас вода - это рабочее тело, истекающее из водороника, то зачем тратить энергию на ее электролиз, затем сжижение - почему прямо не греть и выбрасывать? УИ будет на том же уровне что у ЖРД, а то и повыше. Весовая эффективность системы (и, кстати, стойкость к метеоритной эррозии и деградации характеристик тоже) будет заметно выше чем у СБ. Зато не надо хранить ЖК+ЖВ, не нужны электролизеры, не нужна теплоизоляция... баки могут весить очень и очень мало. Разумеется, не на участке выведения на LEO. Но вот на переходе LEO-LLO - вполне можно. А вот на LLO уже можно свечной заводик и сделать для заправки лунных челноков - но уже существенно меньшей мощности.

[Igor]

Непонятны споры по поводу как выводить воду вместе или порознь. Гланое чтобы вода на орбите была и по низкой цене. Ачто уж с ней делать второй вопрос. Хочеш-пей, хочеш как топливо используй вСЭДУ или ЯДУ или после элекролиза в ЖРД

[mihalchuk]

Всё это у нас рассматривалось. СДЭУ не очень эффективна, может нагреть рабочее тело до 2000-2500 градусов. Менее 4 км/с. И это установка малой тяги. А вот разлагать воду, нагревать компоненты в СДЭУ - идея интересная. Подавать воду в ЯРД - УИ будет меньше, чем у КВРД. Все эти способы могут иметь место, но их возможное применение локально. Наибольшая конкурентноспособность системы достигается при получении на ОС жидких компонентов. Обеспечивается оперативное выведение на ГСО и другие траектории, при этом полезный груз может иметь существенно разные массы, может различаться и характеристическая скорость. И, в отличие от всех других способов, здесь не требуется разгонный блок с ДУ, для этой цели используется последняя ступень РН.

[foogoo]

Вадим Семенов:

mihalchuk писал(а):

Воду проще хранить неопределённо долгое время.

Легче хранить ЖК/ЖВ неопределённо долгое время, чем получать их из воды. Даже холодильная установка намного меньше требуется. Не говоря уж про все остальное...

Экая простота! Воду можно перерабатывать по мере необходимости, а ЖВ придётся активно хранить всё время.

Нет, подождите! Если вам на производство необходимого количества водорода понадобится 6 месяцев, то что же, тот водород который произвели за 6 месяцев до старта не надо активно хранить?

Собственно это и есть главный недостаток идеи. Если бы можно было произвести все топливо за неделю, то идея имела бы смысл, но если "свечной заводик" будет работать год, чтоб один раз заправить ракету, то проще будет все сразу вывести и хранить в готовом виде, чтобы не "чесать ногой за ухом".

P.S. Продолжая идею льда вместо бака с водой: 1) если заморозить воду в виде аморфного льда, то лёд будет по прочности сравним со сталью. Тогда лёд можно просто обернуть теплоизоляцией и/или поместить в очень лёгкий бак. 2) если лёд заморозить до 20К, то можно будет сэкономить на радиаторах.

[Вадим Семенов]

Вообще, мысль по поводу СДЭУ интересная. Действительно, если у нас вода - это рабочее тело, истекающее из водороника, то зачем тратить энергию на ее электролиз, затем сжижение - почему прямо не греть и выбрасывать? УИ будет на том же уровне что у ЖРД, а то и повыше.

Вообще-то СЭДУ греет не воду, а водород. Потому УИ у него в ~2 раза выше, чем у водородника. А воды там образуется только небольшая доля, когда для повышения тяги используется дожигание уже нагретого водорода кислородом.

[hcube]

Я имел в виду 'эквивалентную СДЭУ' - которая вместо электролиза, затем окриогенивания, затем сжигания - греет воду 'как есть'.

[mihalchuk]

Вадим Семёнов:

Вообще-то СЭДУ греет не воду, а водород. Потому УИ у него в ~2 раза выше, чем у водородника. А воды там образуется только небольшая доля, когда для повышения тяги используется дожигание уже нагретого водорода кислородом.

А вы пробовали оценить размеры СЭДУ для пилотируемого полёта к Луне?

[mihalchuk]

foogoo:

Нет, подождите! Если вам на производство необходимого количества водорода понадобится 6 месяцев, то что же, тот водород который произвели за 6 месяцев до старта не надо активно хранить?

Вопрос имеет отношение к надёжности всей системы. Рассмотрим 2 случая.
1. На неопределённое время нет заказов на использование комплекса. Тогда лишние компоненты нужно перегонять в воду и консервировать комплекс (как у меня), либо активно хранить (как у вас). Надо сказать, что у меня их в зтом случае будет мало, если только не случится авария лунной миссии на этапе выведения. Ну, в этом случае, потери будут несопоставимы с затратами на переработку.
2. Заказы есть, но сломался транспортировщик топлива или воды. Воду можно заблаговременно навозить хоть на два года вперёд, чего не сделаешь с ЖВ. В этом случае надёжность выведения не будет зависеть от работы средства доставки воды, полёты такого средства можно проводить по удобному расписанию, а это опять же экономия.

[foogoo]

foogoo:

Нет, подождите! Если вам на производство необходимого количества водорода понадобится 6 месяцев, то что же, тот водород который произвели за 6 месяцев до старта не надо активно хранить?

Вопрос имеет отношение к надёжности всей системы. Рассмотрим 2 случая.
1. На неопределённое время нет заказов на использование комплекса. Тогда лишние компоненты нужно перегонять в воду и консервировать комплекс (как у меня), либо активно хранить (как у вас). Надо сказать, что у меня их в зтом случае будет мало, если только не случится авария лунной миссии на этапе выведения. Ну, в этом случае, потери будут несопоставимы с затратами на переработку.
2. Заказы есть, но сломался транспортировщик топлива или воды. Воду можно заблаговременно навозить хоть на два года вперёд, чего не сделаешь с ЖВ. В этом случае надёжность выведения не будет зависеть от работы средства доставки воды, полёты такого средства можно проводить по удобному расписанию, а это опять же экономия.

Нет никакой разницы потому, что если ваша система сломается за неделю до старта эквивалентно тому, что во втором случае холодильник сломается при выведении в двухпусковой схеме. Заметьте, существенно меньший по мощности и с существенно меньшим выработаным ресурсом чем у вас. Т.е. в первом случае большой холодильник с ресурсом необслуживаемой работы на годы, во втором случае новенький маленький холодилник с ресурсом на неделю.

И это все при том, что если использовать гидразин, то вообще ничего делать не надо и потери по весу покроются отсутствием необходимости "добывать огонь трением".

Кроме того, зачем выводить систему, на которую не известно, будет заказ или нет? Неувязочка.
Воды в на орбите нет. На этом можно закончить разковор про холодильники на орбите. На лунной базе - можно предствить, на орбите - нет.

В лунной программе будут либо ЭРД, либо гидразин. Водород будет только по дороге от Земли к Луне при однопусковой схеме. И только у американцев.

[mihalchuk]

foogoo:

Нет никакой разницы потому, что если ваша система сломается за неделю до старта эквивалентно тому, что во втором случае холодильник сломается при выведении в двухпусковой схеме. Заметьте, существенно меньший по мощности и с существенно меньшим выработаным ресурсом чем у вас. Т.е. в первом случае большой холодильник с ресурсом необслуживаемой работы на годы, во втором случае новенький маленький холодилник с ресурсом на неделю.

Так уж и за неделю! Запас компонентов можно подготовить и за месяц и за два до старта. Нужно сравнить надёжность холодильника с надёжностью средства доставки ЖВ. И сравнить последствия аварий. И - вы уверены, что уложитесь в двухпусковую схему?

И это все при том, что если использовать гидразин, то вообще ничего делать не надо и потери по весу покроются отсутствием необходимости "добывать огонь трением".

А это уже вопрос мировоззрения. Системы развиваются в работе и деградируют в безделии.

Кроме того, зачем выводить систему, на которую не известно, будет заказ или нет? Неувязочка.

Основное свойство ЭКК - ресурс. Предусмотрим ресурс 25 лет. Вы думаете, на такой срок реально расписать заказы? Временное отсутствие заказов - дело обычное, оно скажется и на способе с доставкой готовых компонентов.

Воды в на орбите нет. На этом можно закончить разковор про холодильники на орбите. На лунной базе - можно предствить, на орбите - нет.

Воды на орбите нет, холодильника нет, значит и орбиты нет! :lol:

В лунной программе будут либо ЭРД, либо гидразин. Водород будет только по дороге от Земли к Луне при однопусковой схеме. И только у американцев.

Уговорили! Заправим американцев.

[mihalchuk]

mihalchuk:

Вадим Семёнов:
Цитата:

Вообще-то СЭДУ греет не воду, а водород. Потому УИ у него в ~2 раза выше, чем у водородника. А воды там образуется только небольшая доля, когда для повышения тяги используется дожигание уже нагретого водорода кислородом.

А вы пробовали оценить размеры СЭДУ для пилотируемого полёта к Луне?

По моим грубым прикидкам:
площадь концентратора - 200000 кв. м.;
площадь нагревателя - не менее 20 кв. м.;
объём бака водорода - 300 куб. м.
Первые две цифры можно сократить в 20-50 раз, если городить ЛОС и отправлять туда лэндер малыми импульсами, с проблемами ориентации и хранения ЖВ, а ПК отправлять к ЛОС каким-то другим способом.