Ряд технических вопросов (технические вопросы россыпью).

[avmich]

Это, видимо, ещё надо умножить на площадь поверхности?

Собственно, откуда вопрос возник. Мне бы хотелось проверить, какие возможности для посадки у аппаратов с развитой аэродинамикой; это надувные тормоза и крылатые аппараты с малой удельной массой. Первые попытались делать - но результатов пока нет по косвенным причинам; вторые невыгодны - сегодня невыгодны - потому что у них мала доля полезного груза.

Между тем имело бы смысл, на мой взгляд, иметь КК массой тонн в 20, рассчитанный на в нормальном случае 2, в пределе - 4 человек, и без заметного груза, который за счёт доступной массы мог бы производить спуск - даже при входе на второй космической - с хорошей гарантией результата, а так же был бы многоразовым. Собственно, характеристика, которую хотелось бы улучшить таким способом - это количество аварий на тысячу полётов. Хотелось бы довести хотя бы до уверенной единицы, если не меньше.

Для этого как раз и хочется уменьшить нагрузки на аппарат при спуске, ценой в первую очередь уменьшения доли ПН. Удлинить время прохождения атмосферы, успеть сбросить энергию в виде тепла, при этом не нагревая слишком аппарат...

[Татарин]

Это, видимо, ещё надо умножить на площадь поверхности?

Да, конечно.

Для этого как раз и хочется уменьшить нагрузки на аппарат при спуске, ценой в первую очередь уменьшения доли ПН. Удлинить время прохождения атмосферы, успеть сбросить энергию в виде тепла, при этом не нагревая слишком аппарат...

Если мы пытаемся минимизировать тепловые нагрузки, то как раз чем быстрее - тем лучше.

А удлиннить время спуска, ИМХО, можно только крылом. Ну или не крылом, но чтобы аэродинамическое качество было как можно больше - чтоб не слишком быстро снижаться в процессе торможения, ведь плотность-то атмосферы очень быстро растёт.

Если мы будем иметь просто бОльшую площадь у той же "фары" на той же траектории, то затормозимся лишь чуть раньше (в менее плотных слоях), а время торможения, скорости - будут всё те же самые (как и перегрузки). Более того, чем больше аппарат и более распределено усилие, тем больше проблем с прочностью и нагревом внутренностей.

ИМХО, как-то так.

[avmich]

Для этого как раз и хочется уменьшить нагрузки на аппарат при спуске, ценой в первую очередь уменьшения доли ПН. Удлинить время прохождения атмосферы, успеть сбросить энергию в виде тепла, при этом не нагревая слишком аппарат...

Если мы пытаемся минимизировать тепловые нагрузки, то как раз чем быстрее - тем лучше.

Это не очень понятно. Энергию куда-то деть надо; разве если спускаться быстрее, то до КК доходит меньшая доля этой энергии в виде тепла?

СА Союза не очень показателен, у него энергия уходит в испарение защиты, а там свои проблемы.

А удлиннить время спуска, ИМХО, можно только крылом. Ну или не крылом, но чтобы аэродинамическое качество было как можно больше - чтоб не слишком быстро снижаться в процессе торможения, ведь плотность-то атмосферы очень быстро растёт.

С этим полностью согласен.

Если мы будем иметь просто бОльшую площадь у той же "фары" на той же траектории, то затормозимся лишь чуть раньше (в менее плотных слоях), а время торможения, скорости - будут всё те же самые (как и перегрузки). Более того, чем больше аппарат и более распределено усилие, тем больше проблем с прочностью и нагревом внутренностей.

А зачем нам "на той же траектории"? У СА Союза есть аэродинамическое качество, если мы уменьшили массу аппарата на единицу площади, то разве не оказывается возможным даже для той же формы снижаться медленнее?

Кроме того, траектории, вероятно, будут радикально другими, чем у СА Союза. Хотелось бы, например - если это технически возможно - рассмотреть траектории минимальных перегрузок (напряжённость параметров, как правило, коррелирует с перегрузками) при входе со второй к.с. при условии, что "выскакивать" из атмосферы слишком высоко нельзя. Но при этом имеются возможности по аэродинамике, лучшие, чем, скажем, на Шаттле. Тут тоже есть специфические проблемы - например, при выходе в верхние слои атмосферы профиль торможения оказывается сильно зависящим от "погоды" этих слоёв, но это можно до какой-то степени компенсировать аэродинамическим управлением в более низких и предсказуемых слоях.

Такой, например, вопрос - как зависят минимальные перегрузки при входе на второй к.с. от аэродинамического качества, при условии, что, скажем, выше, ну пусть 350 км (с запасом?) обратно в космос выпрыгивать нельзя (чтобы пояса не проходить)?

Мне кажется, такое направление развития КК способно будет довести их безаварийность до показателей "почти массовой авиации", если использовать технологии, доступные или почти доступные сегодня.

[zyxman]

Авмич, так какая доля энергии уходит в излучение у Шаттла/Бурана?

[avmich]

Авмич, так какая доля энергии уходит в излучение у Шаттла/Бурана?

Не знаю. А что?

[zyxman]

Говорят что есть две причины почему стараются максимально быстро пройти торможение:
1. достаточно заметная часть энергии уходит в излучение.
2. тепло не успевает дойти вглубь ТЗП и существенно нагреть силовую конструкцию из аллюминиевых сплавов (а сразу после остановки на полосе, к челноку подъезжает спецмашина и продувает конструкцию для охлаждения, и строго говоря, также, вроде и для нейтрализации несгоревшего топлива движков ориентации).

[avmich]

Говорят что есть две причины почему стараются максимально быстро пройти торможение:
1. достаточно заметная часть энергии уходит в излучение.
2. тепло не успевает дойти вглубь ТЗП и существенно нагреть силовую конструкцию из аллюминиевых сплавов (а сразу после остановки на полосе, к челноку подъезжает спецмашина и продувает конструкцию для охлаждения, и строго говоря, также, вроде и для нейтрализации несгоревшего топлива движков ориентации).

Второе понятно. Первое не очень - имеется ли ввиду, что при быстром спуске большая часть уходит в излучение, чем при медленном? Если да, то почему? Казалось бы, при медленном спуске есть больше времени на излучение тепла?

[Татарин]

Второе понятно. Первое не очень - имеется ли ввиду, что при быстром спуске большая часть уходит в излучение, чем при медленном? Если да, то почему? Казалось бы, при медленном спуске есть больше времени на излучение тепла?

Не уверен, что именно всегда большая, но такое легко может быть: температура-то - в четвёртой степени. А время в конечном выражении - всего лишь в первой.

Если мы при увеличении времени спуска вдвое, снижаем температуру поверхности аппарата, ну, скажем, раза в полтора, то аппарат излучит в 2.5 раза меньше тепла. Но конструкциям аппарата достанется тепла всё же больше, потому что кондуктивный теплоотвод линейно зависит и от времени, и от температуры.

[Татарин]

А зачем нам "на той же траектории"? У СА Союза есть аэродинамическое качество, если мы уменьшили массу аппарата на единицу площади, то разве не оказывается возможным даже для той же формы снижаться медленнее?

Наверное, да. Но раз мы раньше потеряем скорость, нам потребуется выше АК для удержания в атмосфере той же плотности... разве нет?
Здесь нужно какого-то мудрого аэродинамика, что "чисто интуитивно" (то есть, прикидка типа "пол-палец-потолок") кажется, что большой выгоды тут не будет.

Но при этом имеются возможности по аэродинамике, лучшие, чем, скажем, на Шаттле.

Но разве нам при этом не потребуется крыло (пусть интегрированое, но уже достаточно развитое)?

Такой, например, вопрос - как зависят минимальные перегрузки при входе на второй к.с. от аэродинамического качества, при условии, что, скажем, выше, ну пусть 350 км (с запасом?) обратно в космос выпрыгивать нельзя (чтобы пояса не проходить)?

Здесь нужен кто-то хорошо разбирающийся в сверх- и гипер- звуке. :\

[zyxman]

Говорят что есть две причины почему стараются максимально быстро пройти торможение:
1. достаточно заметная часть энергии уходит в излучение.
2. тепло не успевает дойти вглубь ТЗП и существенно нагреть силовую конструкцию из аллюминиевых сплавов (а сразу после остановки на полосе, к челноку подъезжает спецмашина и продувает конструкцию для охлаждения, и строго говоря, также, вроде и для нейтрализации несгоревшего топлива движков ориентации).

Второе понятно. Первое не очень - имеется ли ввиду, что при быстром спуске большая часть уходит в излучение, чем при медленном? Если да, то почему? Казалось бы, при медленном спуске есть больше времени на излучение тепла?

Общее количество тепла можно принять равным кинетической энергии.
Теплоотвод от излучения пропорционален четвертой степени температуры, а от конвенкции пропорционален первой степени скорости потока.

Кинетическая энергия там огромная - порядка десятков мегаджоулей на каждый килограмм массы, то есть чисто теплопоглощением там даже вольфрам превратится в пар, то есть нужно чем-то охлаждаться внешним, а воздух очень слабый теплоноситель и его нужно очень много.
- На больших высотах там вообще охлаждение воздухом никакое, и Конкорд и Ту-144, и кажется и SR-71 охлаждались собственным топливом, почему и могли лететь на сверхзвуке часами, не знаю как у F-22 а остальные могут лететь на сверхзвуке порядка 20 минут - только до перегрева - а ведь у сверхзвуковых энергия по крайней мере впятеро меньше.

Вобщем чисто трением об воздух можно тормозиться только очень быстро - чтобы максимум энергии отдать излучению и конвенкции в нижней атмосфере.
Еще можно потратить энергию аэродинамическими фигурами - Шаттл во время спуска делает несколько виражей со скольжением (это если на простом человеческом, когда самолет летит не прямо а боком с серьезным наклоном - энергия теряется очень быстро), но это очень опасный цирк на таких скоростях.

Вообще есть три способа создания подъемной силы:
1. Реактивный - отбросом массы
2. Бернулли - созданием над несущей поверхностью зоны пониженного давления
3. Волнолет - подъемная сила на сверх(гипер)звуке создается фронтом ударной волны, направленной на несущую поверхность
4. Вихревой - комбинация Бернулли и реактивного, когда поверхность работающая по принципу Бернулли направляет отброшенный воздух так что возникает вихрь из окружающего воздуха с отбросом массы, значительно превышающей массу непосредственно контактирующую с крылом (махолетчики говорят что присоединенная масса воздуха легко достигает 10 масс контактирующего воздуха)

Так вот сейчас вся авиация летает по Бернулли (только Валькирия, и прототипы используют волновой принцип), а это означает что несущая поверхность  должна быть очень большой, тк нельзя снизить давление меньше вакуума, то есть разница давлений между верхней и нижней поверхностями очень низкая и соответственно низка плотность подъемной силы.

Но по крайней мере теоритически, можно для торможения отбрасывать воздух прямо против движения, используя собственную-же кинетическую энергию на разгон этого воздуха.
Как будет выглядеть такая конструкция я еще не знаю, но можно надеяться что теплопоток на корпусе у нее будет намного меньше чем у обычных возвращаемых аппаратов, тк эта конструкция успеет затормозиться на очень большой высоте.

[Pavel]

Такой чисто технический вопрос. А кто нибудь знает, с какой максимальной скоростью можно обновлять измерения в GPS датчиках? Другими словами, какая минимальная разность между двумя изменениями по времени?

[Татарин]

Такой чисто технический вопрос. А кто нибудь знает, с какой максимальной скоростью можно обновлять измерения в GPS датчиках? Другими словами, какая минимальная разность между двумя изменениями по времени?

Примерно миллисекунда.

Ёмкость канала - примерно мегабит/с, размер корреляционного кадра - килобит, для измерения желательно, всё же, как минимум один кадр. Разумеется, предполагаем, что у нас как минимум четырёхканальный приёмник, а приём идеальный.
Чисто теоретически - можно ещё быстрее, но это уже сопряжено с допущениями, ограничениями и проблемами.

На практике GPS-приёмники толкают данные с частотой единиц-десятков Гц, не чаще.

А зачем это надо?

[Pavel]

Такой чисто технический вопрос. А кто нибудь знает, с какой максимальной скоростью можно обновлять измерения в GPS датчиках? Другими словами, какая минимальная разность между двумя изменениями по времени?

Примерно миллисекунда.

Ёмкость канала - примерно мегабит/с, размер корреляционного кадра - килобит, для измерения желательно, всё же, как минимум один кадр. Разумеется, предполагаем, что у нас как минимум четырёхканальный приёмник, а приём идеальный.
Чисто теоретически - можно ещё быстрее, но это уже сопряжено с допущениями, ограничениями и проблемами.

На практике GPS-приёмники толкают данные с частотой единиц-десятков Гц, не чаще.

А зачем это надо?

Спасибо! Да тут просто попробовал оценить возможные погрешности определения скорости при больших ускорениях и уперся в этот момент.

[avmich]

Второе понятно. Первое не очень - имеется ли ввиду, что при быстром спуске большая часть уходит в излучение, чем при медленном? Если да, то почему? Казалось бы, при медленном спуске есть больше времени на излучение тепла?

Не уверен, что именно всегда большая, но такое легко может быть: температура-то - в четвёртой степени. А время в конечном выражении - всего лишь в первой.

Да, верно. Но уменьшить количество энергии, идущее в аппарат, хочется как раз потому, что хочется уменьшить пиковые значения - перегрузок, нагрева... Поэтому хочется энергии пускать как можно меньше, но при этом нагрев иметь тоже как можно меньше. Я понимаю, что это противоречивое требование.

[avmich]

А зачем нам "на той же траектории"? У СА Союза есть аэродинамическое качество, если мы уменьшили массу аппарата на единицу площади, то разве не оказывается возможным даже для той же формы снижаться медленнее?

Наверное, да. Но раз мы раньше потеряем скорость, нам потребуется выше АК для удержания в атмосфере той же плотности... разве нет?

Да, но при более высоком АК "удержание" будет происходить на меньшей скорости. То есть, на одной и той же высоте при большем АК скорость оказывается меньшей - чтобы на этой высоте удерживаться. Форма здесь - форма траектории, а не аппарата; да и то, что значит форма... при более высоком АК траектория должна получаться более растянутой; насколько это "та же форма", вопрос другой.

Здесь нужно какого-то мудрого аэродинамика, что "чисто интуитивно" (то есть, прикидка типа "пол-палец-потолок") кажется, что большой выгоды тут не будет.

Качественно, мне кажется, большая АК снизит пиковые значения. Как косвенный аргумент - из каких-то соображений Демонстратор же делали.

Но при этом имеются возможности по аэродинамике, лучшие, чем, скажем, на Шаттле.

Но разве нам при этом не потребуется крыло (пусть интегрированое, но уже достаточно развитое)?

Это неважно, хотя, наверное, понадобится :) . Собственно, в эту развитую аэродинамику, известную как крыло (которое к тому же лучше Шаттла), и уйдёт дополнительная масса.

Такой, например, вопрос - как зависят минимальные перегрузки при входе на второй к.с. от аэродинамического качества, при условии, что, скажем, выше, ну пусть 350 км (с запасом?) обратно в космос выпрыгивать нельзя (чтобы пояса не проходить)?

Здесь нужен кто-то хорошо разбирающийся в сверх- и гипер- звуке. :\

Падение со 100 км на Земле в вакууме - это всего sqrt(2*10*100000) = 1,5 км/с = 5 М скорости. С одной стороны, скорость у аппарата будет в основном не от падения, а собственная. С другой, за счёт скорости аппарат может "сидеть" в более разреженных слоях, где теплопоток мал (в отличие от температуры торможения). Собственно, есть два встречных механизма - чем меньше температура поверхности, тем меньше рассеяние и, соответственно, большая энергия нагревает аппарат, и наоборот, чем дольше идёт спуск, тем больше времени на рассеяние тепла.

Надо посчитать, если, скажем, ограничить температуру поверхности каким-нибудь небольшим удобным значением, скажем (?) 900 К, то за какое время аппарат рассеет энергию второй к.с. :)

[Татарин]

Спасибо! Да тут просто попробовал оценить возможные погрешности определения скорости при больших ускорениях и уперся в этот момент.

Только в этот?
А погрешности при единичном измерении не смущают? Или это очень большие скорости?

[Татарин]

Падение со 100 км на Земле в вакууме - это всего sqrt(2*10*100000) = 1,5 км/с = 5 М скорости. С одной стороны, скорость у аппарата будет в основном не от падения, а собственная. С другой, за счёт скорости аппарат может "сидеть" в более разреженных слоях, где теплопоток мал (в отличие от температуры торможения). Собственно, есть два встречных механизма - чем меньше температура поверхности, тем меньше рассеяние и, соответственно, большая энергия нагревает аппарат, и наоборот, чем дольше идёт спуск, тем больше времени на рассеяние тепла.

Надо посчитать, если, скажем, ограничить температуру поверхности каким-нибудь небольшим удобным значением, скажем (?) 900 К, то за какое время аппарат рассеет энергию второй к.с.

Вообще говоря, 900К - это довольно большое значение. Но тут действительно есть интересная возможность: можно увеличить теплоизоляцию, чтобы при малом тепловом потоке иметь такую температуру на поверхности. На Шаттле это не прошло, потому что при недостаточном теплоотводе внутрь (а больше и некуда отвадить) поверхность просто сгорит.

Но ПМСМ, не стОит идти от излучаемой температуры, ведь энергия в отброшенном аппаратом потоке - гораздо больше. Нельзя ли здесь как-то намудрить с аэродинамикой/формой аппарата, чтобы максимизировать именно её?

[Fakir]

Ещё один отвлечённый технический вопрос.

Какую долю энергии при спуске в атмосфере СА (абстрактный) рассеивает излучением со своей поверхности? То есть, если убрать...

В такой постановке вопрос просто не имеет смысла

Если это шатт или Буран - то доля излученного тепла весьма существенна (сколько именно - зависит от того, как считать долю; долю от чего).

Если Союз или тем более Восток - то пренебрежимо мала.

Вообще тут где-то были разные вариянты
http://forums.airbase.ru/2007/06/t55982--spusk-s-orbity-i-teplozaschita-ka.html

[Fakir]

Говорят что есть две причины почему стараются максимально быстро пройти торможение:
1. достаточно заметная часть энергии уходит в излучение.

Кто такое говорит и зачем ему верить?

[Fakir]

Если мы будем иметь просто бОльшую площадь у той же "фары" на той же траектории, то затормозимся лишь чуть раньше (в менее плотных слоях), а время торможения, скорости - будут всё те же самые (как и перегрузки).

Пик перегрузок будет такой же, а время уже поплывёт, а главное - тепловая нагрузка (как суммарная, так и в особенности удельная) будет уже значительно ниже. Можно получить разницу даже на порядок.