Очередной ВКС (прожект).

[RadioactiveRainbow]

Пообсудим "шаттлы" ещё разок?


Цели:
- Замена РН Союз и КК Союз для снабжения орбитальных станций (МКС, туризм и т.п.).
- Снижение стоимости кг ПН на орбите.
- Снижение перегрузок при выведении/возвращении (не более 4).

Идеи:
- Одна ступень - в принципе, перспективно, но пока не серьёзно.
- Три ступени - много, соответственно, дорого.
Вывод - 2 ступени.

Мысли:
- Обслуживание многоразового аппарата - дорогое удовольствие. Это, как бы, аксиома. В нулевом приближении стоимость обслуживания прямо пропорциональна размерности аппарата и напичканности высокоэффективными (т.е. сложными) системами.
- Как следствие предыдущего утверждения -> первая ступень в виде гиперзвукового самолёта-разгонщика представляется несколько сомнительной в экономическом плане.
(Стоимость НИОКР будет однозначно и многократно выше, чем для классической одноразовой ракетной ступени той же размерности. Экономия на многоразовости не вполне очевидна.)
- Значит надо делать первую ступень одноразовой. Но, для той же экономии, хорошо бы предельно сократить число таких вот одноразовых элементов. Значит надо попытаться поставить сравнительно небольшой многоразовый аппарат на первую ступень.
- А для этого сам ВКС должен обладать существенным запасом ХС.


В результате обдумывания и просчёта различных вариантов, образовалась такая система:
1я ступень:
Одноразовая.
Сухая масса - 25 тонн.
Масса топлива - 300 тонн.
ДУ - 3х РД-191.
2я ступень:
Многоразовый пилотируемый ВКС.
Сухая снаряженная масса (аппарат+ПН+топливо для орбитальных двигателей+чего я там ещё забыл?) - 15 тонн.
Масса топлива - 35 тонн.
ДУ - 1х НК-39

Что получается:
3100ln((300+25+50)/(25+50))+3450ln(50/15)=9140 м/с.

Маловато, однако  :|  Не хватит, чтобы на орбиту выбраться.
Если и получается - на пределе.


В реальности первой ступени сомнений нет.
Стартовая масса системы порядка 375 тонн. ДУ первой ступени обуспечивает тяговооруженность 1,48. По мере опустошения баков должны последовательно отключиться два двигателя.

С самолётиком - посложнее: на всё про всё - 15 тонн.
ПН - 2 тонны.
Обитаемый отсек с СЖО и прочей начинкой (в расчёте на 4 чел и 7 дней) - 2 тонны.
Маневровые двигатели (они же используются для торможения) - 2,5 тонны, вместе с баками и запасом топлива (запас ХС порядка 300 м/с).
Маршевый двигатель со всей топливной системой - 0,7 тонны.
Баки - 1 тонна.

Итого, получаем на всё остальное (конструкция + ТЗП + резерв) - 6,8 тонны.
Думаю, вполне реально. У МАКСа конструкция+ТЗП 6,3 тонны, но и размеры там поболе, и ДУ потяжелее.


САС... типа клиперной - 6х РДТТ на переходнике. Использование их (3 раза по 2) для доразгона ВКС даёт ХС больше всего на 30 м/с.

Возможно, можно существенно увеличить ХС, навесив на первую ступень один-два РДТТ, который должны сэкономить топливо первой ступени во время полёта в плотных стоях атмосферы (скажем, до 30-40 км).
Кроме того, УИ ДУ 1й ступени будет расти по мере увеличеняи высоты полёта, так что, думаю, такая системы на орбиту выйдет.


Размеры системы, надо сказать, получились довольно скромные.
Длина КК порядка 13,5м. Размах крыльев 10м.
Длина 1й ступени - порядка 32м вместе с ДУ. Диаметр - 3,8м.
Полная длина на старте около 46м.
Обитаемый объём ВКС - более 14 м^3.


Ах сволочь. не грузится рисунок. Зря рисовал, что ли? Смотреть здесь (20Кб):
https://img.novosti-kosmonavtiki.ru/3415.gif

[hcube]

Неправильно ты, Дядя Федор, колбасу ешь...

Стоимость ступени грубо говоря пропорциональна ее сухой массе. А тут 80% сухой массы выкидывается. И эти люди нам говорят о многоразовости (с)? ;-)

Еще раз - спасать надо то что ЛЕГКО спасти. Т.е. именно первую ступень. ВОЗМОЖНО - вторую, но не обязательно - поскольку стоит выбор - или многоразовая вторая ступень, или ПН вдвое-втрое выше.

[RadioactiveRainbow]

Ну, какие ещё модные фичи можно здесь придумать...

Большой объём баков ВКС даёт меньше массы на еденицу площади - можно надеяться на более мягкие температурные условия при торможении в атмосфере.

Этот же объём позволяет поиграться с центровкой, сместить крылья немного вперёд и разместить основные стойки шасси за крыльями по бокам в фюзеляже - в тени крыльев. Мелочь, как говорится, а приятно.

Размеры обитаемого отсека позволяют при желании запихнуть туда одного пилота и 5 пассажиров.

А про стык узел я и забыл Кил 500, наверное, схавает...

Можно конструкцию сделать модульной:
корпус, основная ДУ, двигатели маневрирования, СЖО.
Это позволит не перебирать по винтику весь корапь после каждого полёта, а снимать на плановую проверку отдельные системы, заменяя их свежими и отправляя в очередной полёт.
Неспешность проверки модулей и возможность проверять их в достаточно тепличных условиях должны так же привести к снижению стоимости обслуживания.

За один запуск расходуется только 3 однокамерных двигателя.
Думаю, это даст существенную экономию по сравлению с современными одноразовыми ракетами - не менее 6 камер и 3х ДУ за запуск.


Ну и о грустном - такая система, как и любая многоразовая, нуждается в частом использовании.
Туристы могли бы помочь, если бы система дала существенное уменьшение стоимости. А она снижения стоимости не даст, пока её не начнёт активно использовать*. А кстивно пользовать не начнут пока...
Замкнутый круг, короче.
нашелся бы добрый человек, "заказавший" за свои деньги количество полётов, необходимое для разрыва этого замкнутого круга...

* - Имхо, активное использование = не менее 1 пилотируемого полёта в месяц (а лучше не менее 2х) - Стабильно!

[RadioactiveRainbow]

Еще раз - спасать надо то что ЛЕГКО спасти. Т.е. именно первую ступень.

А не всё так однозначно. Ибо гимор со спасением так же прямо пропорционален сухой массе ступени, габаритам и массовому совершенству  :?
А в случае с лёгким небольшим пилотируемым орбитальным кораблём, существенный вклад в стоимость даёт навигация, СЖО и прочие прикладные к пилотируемому кораблю системы.

ВОЗМОЖНО - вторую, но не обязательно - поскольку стоит выбор - или многоразовая вторая ступень, или ПН вдвое-втрое выше.

Тут я согласен, но только для грузового ВКС. Ибо действительно, нафейхоа тащить в дополнение к ПН ещё и самолёт.

В случае пассажирского аппарата, фактически, ПН являются только человечки. Но в нагрузку к ним мы вынуждены тащить и СЖО, и средства, обеспечивающие возвращение человечков.
При замене одноразовой капсулы на ВКС мы получаем уменьшение количество человечкив, либо их багажа, зато увеличиваем комфорт и получаем многоразовость. Причём не только кораблика, но и всей-всей начинки.
Уловили мысль? Для пилотируемого корабля средство спасения требуется по-любому. Инвариант, ткскзть. Так почему бы под это дело не спасти и всё остальное?

Стоимость ступени грубо говоря пропорциональна ее сухой массе. А тут 80% сухой массы выкидывается. И эти люди нам говорят о многоразовости (с)?  

Эхе-хе. Только сейчас заметил, а то сказал бы раньше.
Сухая масса 1й ступени - 25т.
Сухая масса самолётика - 15т.
След-но, выбрасывается не 80% сухой массы, а 60. Причём одним куском. А с учётом стоимости самолётика, полагаю, эти 60% массы по стоимости за 30% вряд ли перевалят

 :idea:  :arrow:

Конечно, для привершенцев сугубо одноразовой техники можно предложить того же страуса, но без крыльев и на парашюте. Сажать можно на воду. Думаю, ПН вырастет тонн до 3-4.
(суть идеи даже одноразового корабля - запускать за один раз всего 2 куска, вместо... сколько там получается для Союза - 7?)

[avmich]

Туристы могли бы помочь, если бы система дала существенное уменьшение стоимости. А она снижения стоимости не даст, пока её не начнёт активно использовать*. А кстивно пользовать не начнут пока...
Замкнутый круг, короче.
нашелся бы добрый человек, "заказавший" за свои деньги количество полётов, необходимое для разрыва этого замкнутого круга...

Проблема возникла не вчера, как и методики решений. Рынок исследовать не пробовали для начала?

[RadioactiveRainbow]

Рынок исследовать не пробовали для начала?

Не-а.
Я умею решать только достаточно очевидные проблемы.
Проблемы рынка пилотируемого околоземного космоса мне совсем не кажутся очевидными.

Поэтому при задумке прожекта ориентир был только один - как Союз, только подешевле, проще, многоразовей и с возможностью достаточно безболезненного увеличения грузо- и пассажировместимости от номинала.
Но по назначению как Союз - время от времени летать на орб станции.
(Если есть спрос на Союз - значит и на это должен быть.)

[Зомби. Просто Зомби]

Аэрокосмическая ракета :roll:
"Типа - Буря"

Пара стартовых бустеров, на ЖРД, + ПВРД-разгонная "самолетная" ступень - это "низ" (который впоследствие, "по мере прогресса", можно будет заменить на гиперзвуковой самолет)

Вертикальный старт

Наверху одно или двухступенчатая ... э... лайба :roll:  :mrgreen: ... , включающая "типа шаттл"
Ну, или "типа МАКС"
"Двуступечатость" может означать наличие сбрасываемого бака

Если "верх" одноступенчатый, то все элементы системы могут быть многоразовыми

[RadioactiveRainbow]

Аэрокосмическая ракета  
"Типа - Буря"
Пара стартовых бустеров, на ЖРД, + ПВРД-разгонная "самолетная" ступень - это "низ" (который впоследствие, "по мере прогресса", можно будет заменить на гиперзвуковой самолет)
Вертикальный старт
Наверху одно или двухступенчатая ... э... лайба   ... , включающая "типа шаттл"
Ну, или "типа МАКС"
"Двуступечатость" может означать наличие сбрасываемого бака
Если "верх" одноступенчатый, то все элементы системы могут быть многоразовыми

А не многовато принципиально новых элементов?

В моей системке из нового только самолётик.
Всё остальное, как бы, давно освоенные  технологии.
Кстати, можно спасти как минимум 2 двигателя первой ступени - поставить всю тройку в ряд и после перехода в горизонтальный разгон отстрелить боковые и опустить на парашютах.  
(Скромнейше полагаю - систему спасения каждого двигателя можно в 500 кил уложить  :roll: )

[Дем]

ИМХО:

1. Первую ступень вполне можно сделать и (частично) спасаемой  - как минимум двигатели - с помощью планирующей посадки куда-нибудь.

2. На второй ступени баки спасать не стоит - сделать тонкостенные внешние, разместить параллельно ВКС над крыльями. После выработки/перед посадкой сбрасываются нафиг.
В аварийной ситуации отстреливаются и САС вытягивает ВКС без них

[RadioactiveRainbow]

1. Первую ступень вполне можно сделать и (частично) спасаемой - как минимум двигатели - с помощью планирующей посадки куда-нибудь.

Полностью ступень спасти - малореально. Конструкция слишком тонкая.
А вот чисто двигатели на парашютах - вполне. 2 из 3х как минимум.

2. На второй ступени баки спасать не стоит - сделать тонкостенные внешние, разместить параллельно ВКС над крыльями. После выработки/перед посадкой сбрасываются нафиг.
В аварийной ситуации отстреливаются и САС вытягивает ВКС без них

А смысл? Баки весят слишком мало (масса чисто оболочки баков - менее тонны), чтобы их спасение дало ощутимую пользу.
Зато появляется гемор с подачей компонентов в ВКС, узлами крепления баков.

[Зомби. Просто Зомби]

А не многовато принципиально новых элементов?

Принципиально новый элемент вообще-то один - разгонный ПВРД "достаточной мощности" с рабочим диапазоном где-то 2 - 6 М
А, да, ЖРД-разгонники тоже можно сделать многоразовыми, но тогда это будет "типа Байкал", тоже "как бы новое"
Но не совсем :mrgreen:
И можно и не делать :wink:  :mrgreen:

[Зомби. Просто Зомби]

А в роли "верха" ну о-очень смотриться "тот МАКС, который с ГПВРД"
Ну просто О-О-ОЧЕНЬ :mrgreen:

[RadioactiveRainbow]

Не-а, не смотрится.
Во-первых, ГПВРД ему нах не нужен. Не та уже высота.
Во-вторых, такой ВКС будет неоптимален для решения обозначеных целей. Он перетяжелён ввиду переделки из "грузовика", объёма внутреннего отсека недостаточно, чтобы залить требуемое количество топлива.
 :|

[Зомби. Просто Зомби]

ГПВРД - это самое тое и есть :mrgreen:

[SpaceR]

ГПВРД - это самое тое и есть :mrgreen:

А по мне - так не есть. И не будет есть. (  :wink: )

Я вообще последнее время всё больше прихожу к выводу, что ГПВРД для транспортных космических систем - почти сон разума. Не спорю, очень красивый сон    (мне и самому он очень долго снился).  Самое красивое в нём, конечно же, этот иллюзорный СУПЕР-у.и. от ВРД. Останавливаться на этом не хочу, его несостоятельность для разгоняющегося объекта на форуме уже неоднократно обосновывалась. Посему рискну предположить, что в ТКСах  в ближайшие 25-30 лет до ГПВРД ход не дойдёт. А если и дойдёт вообще, то позже и только на базе военно-коммерческих наработок для скоростной авиации. Уж больно велик пласт неопределенностей при реализации ЛА с ГПВРД, чтобы определить РЕАЛЬНО ДОСТИЖИМЫЕ его характеристики, нужно сперва получить хоть какой-то _практический_ опыт...  Да и всё равно за 6ю-10ю М разгоняться на ЖРД, так чего мудрить? Чем дешевле, тем целесообразнее, а в стоимость затраты на разработку включать по-любому придется.
   Что же касается концепции RaRw, то в плане решения поставленной в предпосылке задачи  имхо ближе всего к ней находится именно МАКС в доработанном для последнего конкурса виде. Ну подумаешь, меньше бортовой запас топлива - зато минимум одноразовых элементов. Уверен, что сравнивая в целом эксплуатация МАКСа дешевле выйдет.
   Но это всё журавли, а касательно синицы вопрос упирается в деньги...   Вот и получается, что если что-то и появится реально при нынешнем подходе, то это "Клипер" от РККЭ, и полетит он наверняка на уже существующей (на тот момент) ракете - делать под "пилотов" новый носитель смысла нет.
   А касательно самой идеи спасать последнюю ступень вместе с многоразовым пилотируемым кораблём - абсолютно верная идея, я в ней ещё со средней школы не сомневался. Имхо самый существенный недостаток - усложнение задачи САС. Придётся видимо или топливо выжечь как самолёты (вариант - слить компоненты поочерёдно), или спасаться отдельно от КК...

[Зомби. Просто Зомби]

Не знаю, сон ГПВРД или не сон, но самая существенная часть любой аэрокосмической системы - разгонный ВРД
А самая "оптимизирующая" при этом - первая ступень
Так что вариант с АКРакетой с ПВРД-ступенью от 2 до 6 М независимо от наличия/отсутствия ГПВРД есть шаг решающий, принципиальный
От "архаики" "воздушного старта" в любом варианте к полноценной АКС
Клипер при этом - это не шаг вперед, а два шага назад :mrgreen:

[Дем]

1. Первую ступень вполне можно сделать и (частично) спасаемой - как минимум двигатели - с помощью планирующей посадки куда-нибудь.

Полностью ступень спасти - малореально. Конструкция слишком тонкая.
А вот чисто двигатели на парашютах - вполне. 2 из 3х как минимум.

Тогда их в ряд ставить надо
Но вполне возможно, что проще сажать ступень целиком - пусть баки после посадки и в металлолом пойдут.
Кстати - а если её в воду ронять?

2. На второй ступени баки спасать не стоит - сделать тонкостенные внешние, разместить параллельно ВКС над крыльями. После выработки/перед посадкой сбрасываются нафиг.
В аварийной ситуации отстреливаются и САС вытягивает ВКС без них

А смысл? Баки весят слишком мало (масса чисто оболочки баков - менее тонны), чтобы их спасение дало ощутимую пользу.
Зато появляется гемор с подачей компонентов в ВКС, узлами крепления баков.

Смысл - во-первых - САС.
И во-вторых - у тебя не только оболочка бака, на неё сверху теплозащита и прочие силовые элементы повешены.
Так что несколько тонн экономится запросто...

[RadioactiveRainbow]

Что же касается концепции RaRw, то в плане решения поставленной в предпосылке задачи имхо ближе всего к ней находится именно МАКС в доработанном для последнего конкурса виде. Ну подумаешь, меньше бортовой запас топлива - зато минимум одноразовых элементов. Уверен, что сравнивая в целом эксплуатация МАКСа дешевле выйдет.

А я, между прочим, и не спорю.  :roll:
Просто мне представляется, что чем более концепция классическая (читай - чем ближе к использующейся сегодня технике), тем проще и дешевле её "пробить" и реализовать.
Потому и чисто ракетная первая ступень.

то это "Клипер" от РККЭ, и полетит он наверняка на уже существующей (на тот момент) ракете - делать под "пилотов" новый носитель смысла нет.

Кстати, можно попробовать аналогичный корапь нарисовать - на вторую ступень Союзов ставить...

Насичёт САС мысли очень грустные. Большой объём топлива и высокое массовое совершенство (для КК) второй ступени существенно ограничивают ускорение, с которым, случись что, САС должна его уносить. Проще и надёжнее всего было бы поставить катапультируемые кресла, но они тяжелые и места много просят.
Будь моя воля - вообще не стал бы САС делать. По крайней мере не стал бы делать по сегодняшней концепции - чтобы максимально быстро и далеко утащить корапь от носителя. Ибо всё равно от взрыва не убежишь (имхо, в случае быстро развивающейся авари шансы есть только у капсулы), а при медленно развивающейся аварии проще просто отключить ДУ носителя и спокойно отделиться с небольшим ускорением (менее 5g).
А этобез особого напряга позволяет реализовать и нарисованная САС (можно даже пару РДТТшек убрать).

Тогда их в ряд ставить надо  
Но вполне возможно, что проще сажать ступень целиком - пусть баки после посадки и в металлолом пойдут.
Кстати - а если её в воду ронять?

Не обязательно в ряд. Можно треугольником, симметричным относительно вертикальной плоскости ВКСа. После отключения (и, возможно, отстыковки) двух двигателей ассиметрия тяги убирается небольшим наклоном оставшегося двигателя в вертикальной плоскости
Хотя, прочность первой ступени, конечно, нужна будет побольше.

Сажать ступень целиком, безусловно, проще и надёжнее. Особенно, если бак можно пускать в расход (читай - использовать как амортизатор). Единственное сомнение - как такой стресс переживут двигатели?
Ещё подумал - да, масса ступени позволяет достаточно легко её спасти. Гут. Здравая идея Особенно, учитывая стоимость двигателей  :|

На воду было бы вообще волшебно, да где ж её столько взять? Не для Штатов, ведь, корапь - для нас

Смысл - во-первых - САС.
И во-вторых - у тебя не только оболочка бака, на неё сверху теплозащита и прочие силовые элементы повешены.
Так что несколько тонн экономится запросто...

Насчёт САС мой мнение можно выше почитать.
Экономия массы... всё равно сомнительно. Конечно, с самолётика изрядно металла облезет, так ведь он на бак переползёт. И не факт, что в результате легче получится, и уж точно не быдет надёжнее.
А если и получится - не факт, что экономия на пользу пошла - массы с корабля слезет больше чем объёма, так что нагрев и перегрузочки при торможении будут серьёзнее...

[Дем]

На воду было бы вообще волшебно, да где ж её столько взять? Не для Штатов, ведь, корапь - для нас

Если сделать управляемый спуск - вполне реально попасть в какое-нибудь крупное озеро/реку. Конечно не в 100% случаев - но достаточно часто...

Экономия массы... всё равно сомнительно. Конечно, с самолётика изрядно металла облезет, так ведь он на бак переползёт. И не факт, что в результате легче получится, и уж точно не быдет надёжнее.

А зачем ему переползать? бак израсходовал и выкинул - он вполне может быть даже тонкостенным "надувным пузырём"...

[RadioactiveRainbow]

Если поставить предложеный самолётик на первую ступень Зенита (Мсух=28т, Мст=318т, РД-170) - получится ХС 8600-9050 м/с.
Правда, под конец работы первой ступени перегрузочки будут не очень гуманные...

Так что, нарастить слегка первую ступень (тонн на 20-30 топлива), поставить 191е (для возможности существенно регулировать тягу, отключением двигателей) и можно, в принципе, лететь

А если сверху на вторую ступень Союза - порядка 8500 м/с.


Пересчитал Союз-2 с грубым учётом изменения УИ двигателей и одновременной работы 2х ступеней...
Получилось следующие значения ХС на момент отделения ВКС:
-) для ВКС с Мстарт=10т   ХС=7780 м/с
0) для ВКС с Мстарт=20т   ХС=6480 м/с
1) для ВКС с Мстарт=30т   ХС=5650 м/с
2) для ВКС с Мстарт=40т   ХС=5060 м/с
3) для ВКС с Мстарт=50т   ХС=4600 м/с

Расчёты, конечно, +-лапоть (без учёта аэродинамических и гравитационных потерь, без пересчёта ускорений и т.п.), но некоторое представление дают.