Буксир на ЭРД

[Димитър]

Я считаю, что следующий шаг в развитии космического транспорта должно быть создание многоразового орбитального буксира (МОБ) на ЭРД. По статистике за 6 лет этого века в мире произведено 183 космических запуска на высокие орбиты (включая естественно аварийные). Это дает в среднем 30.5 запуска в год. (Спасибо Старому за данные!) 30 полетов в год вполне оправдывают создание многоразового буксира.
 Из них на геостационарную орбиту произведено 133 запуска, что составляет более трети – 72.2 % от общего числа. На прочие высокие орбиты (типа Молния, типа Навстар, высокоэлиптические) и на отлётные траектории произведено 50 запусков. Понятно, что основной маршрут МОБа будет ЛЕО – ГСО – ЛЕО.
Кроме, собственно буксира, он будет еще и первообразом будущих междупланетных КК и ОСЭС. Грубо говоря, КК – это ОС с буксиром.

Какой он должен быть? Чтобы ответить, надо определиться со следующими вопросами:
1.Характерная масса ПН
Современные РН выводят на ГСО до 4 – 5 тонн ПН. Примем то же самое.
2.Оптимальная масса буксира
Чем больше буксир, тем больше будет эго мощность и ускорение связки МОБ-ПН. Тем быстрее он доставит ПН на расчетную орбиту. А это для ЭРД имеет значение – крутиться год, или прилететь за месяц. Но чем больше буксир, настолько он и дороже. Приходится искать оптимум. Исходя из того, что МОБ на ЭРД многим не нравятся как раз из за большого времени доставки груза, я предпочитаю буксиры побольше.
Для ПН в 4-5 тонн, масса буксира – 2-3 тонн.
3.Оптимальная скорость истечения V изт
Чем она выше, тем меньше рабочего тела нужно, но и тем меньше тяга и ускорение. Снова надо искать оптимум.
Согласно Лобановскому:
(http://www.synerjetics.ru/article/sm_trust.htm)
ХС для достижения ГСО на малой тяги = 4740 м/сек
ХС для выхода на орбиту Луны = 6700 м/сек, примерно столько нужно для выхода на траекторию отлета из сферы действия Земли.
Думаю, для полетов в сферы действия Земли нужно примерно V изт = 25 – 30 км/сек (УИ = 2500 – 3000 сек).

Проект буксира сделал Лин:
http://lin.narod.ru/
В состав системы входят – буксир с ЭРД  (ЭБ) масса  - 6.85 т. (Носитель – "Союз-2", подъем  орбиты до высоты 400 км с помощью отделяемого РБ с ЖРД масса ~ 0,5 т.), топливный модуль (ТМ) масса  ~10,5 т,  лунный посадочный корабль (ЛПК) масса ~11,5 т. ТМ и ЛПК выводятся на орбиту в виде связки массой 22 т (носитель – "Протон - М").
Мощность СБ - 1 МВт (удельная масса буксира – 6.85 кг/кВт)
Двигатели - 32 СПД-290
Время разгона с ЛЕО высоты в 400 км до орбиты высоты в 360 000 км – 46 суток

Буксир Лина мне нравится, но он слишком большой (он рассчитан на ПН в 11.5 тонн, доставляемой в сфере притяжения Луны). Кроме того, он использует ксенон. При 30 полетов в год потребуются десятки тонн ксенона, а это слишком много. Придется делать двигатели на другом рабочем теле. В США делали ЭРД на ртути, Энергия провела работы по созданию литиевых электродуговых двигателей с электромагнитным ускорением плазмы большой мощности. Испытан электрореактивный двигатель мощностью до 300 кВт в одном агрегате (http://www.energia.ru/energia/mars/nucl.html). Так что, надеюсь, сделать новый двигатель не на ксенон, не представляет особой сложности.
Для ГСО возьмем буксир мощностью в 400 кВт. При той же удельной массы буксира – 6.85 кг/кВт получаем 2740 кг на весь буксир. При к.п.д. 86 % и V изт = 30 км/сек тяга будет 17 Н (1.7 кг).
Энергия свой аппарат (Модуль-М) планирует доставить на МКС в составе корабля "Прогресс", после чего экипаж при выходе в открытый космос выполнит сборку аппарата и отвод его от станции. Лин считает, что можно сделать буксир, который сам разворачивает СБ автоматически.
ПН вместе с резервуаром рабочего тела (РТ), необходимое для конкретной миссии выводится РН Союз на ЛЕО. Там буксир их забирает, доставляет на ГСО и возвращается на ЛЕО. Союз выводит 7 т, буксир – 2.74, общая масса – 9.74 т. РТ, нужное для выхода на ГСО – 1.43 т. Время полета – примерно 32 дня. Обратно МОБ расходует 400 кг РТ и прилетает намного быстрее (порядка 10 дней). В общем нужно 1.83 т РТ. Ставим еще 0.17 т на бак. На ПН остается 7 – 2 = 5 тонн. Больше, чем вытаскивает Протон с РБ !
На отлётную траекторию РТ нужно 2.5 т, ПН составит 4.3 тонн.
Буксир сможет выводить и грузы побольше, но время полета увеличится пропорционально. Так, что грузопоток за единицу времени останется тот же.

Таким образом МОБ + РН Союз (без РБ) заменяет Протон + РБ. Разница в стоимости Протона и Союза примерно 40 милл. долл. Если буксир тратит на весь полет 2 месяца, то за год он сможет сделать 6 полетов = 240 миллионов долл. А для обслуживания всего грузопотока – 30 полетов в год, нужен флот из 5 таких буксиров.
Сколько сможет проработать буксир? Ресурс у СПД-290 вычислен в 27 000 часов. Это 3 года. СБ работают на ГСО 10 лет и больше. Буксир будет лететь в радиационных поясах, так что уменьшим время работы СБ до 3 года. Получается, что он сможет сделать до 18 полетов. 18*40 = 720 милл. долл. Надеюсь, что сам буксир будет стоить намного меньше.

Соображения?

[alad]

Прошу прощения....

а топливо он откуда будет брать?

[Димитър]

Прошу прощения....
а топливо он откуда будет брать?

ПН вместе с резервуаром рабочего тела (РТ), необходимое для конкретной миссии выводится РН Союз

А энергия для ЭРД дают солнечные батареи (СБ)  
... ну, некоторые предлагают ядерный реактор, но радиация мне не нравится. Как буксир будет причальвать к орбитальной станции? Экипаж облучится.

[mescalito]

То что необходим межорбитальный буксир на ЭРД уже давно всем понятно. Есть достаточное количество научных работ и проектов и у нас и на западе. Статьи и диссертации там всякие. Но слышал есть серьезная проблема - двигатель. У мощных ЭРД необходимо охлаждать камеру, а она из керамики (или что то подобное) прокачать через нее топливо нельзя. Лабораторных ЭРД с тягой больше ньютона есть несколько. У нас это СПД-290, у амеров вроде NASA-457, у европеров RIT, но летавшего образца нет. Незнаю правда как в лабораториях камеры мощных ЭРД охлаждают. Если воодще охлаждают.
Так что буксир возможен только когда появится мощный ЭРД прошедший летные испытания на весь ресурс.
Есть правда проекты с большим количеством малых ЭРД, но здесь появляется проблема надежности при длительном нахождении в космическом пространстве.
Интересно услышать мнение обитателя форума из Израиля, который как раз и занимается ЭРДшками. Не помню его ника. Какие успехи сейчас в этой отрасли?

[Димитър]

Как раз при большим количеством малых ЭРД не должно быть проблем с надежности ! Если откажет один, остальные будут работать. Тяга только немного уменьшится.

[Fakir]

СБ на сотни киловатт, тем более на буксире - сон разума. Крепкий и глубокий.
А уж сколько потянут механизмы для автоматического развёртывания... Вся эта раскладная механика и на "обычных" современных СБ веса добавляет (шарниры, пружины, тяги, пиропатроны либо тепловые ножи и т.п.) - а для здоровущей дуры тем более.

[Димитър]

1. СБ на сотни киловатт, тем более на буксире - сон разума. Крепкий и глубокий.
2. А уж сколько потянут механизмы для автоматического развёртывания...

1. Это Вы объясните ведущим специалистам из Энергии и института Келдыша, а то выходит, что они пребывают в глубоком заблуждении!  :lol:  :lol:  :lol:
2. Прежде, чем писать, надо топик читать, дорогой...  
Примем, что Вы поддержываете мнение, что буксир должны собирать космонавты на орбите.

[Fakir]

1. Это Вы объясните ведущим специалистам из Энергии и института Келдыша, а то выходит, что они пребывают в глубоком заблуждении!  :lol:  :lol:  :lol:

Зря смеётесь. Вернее, не над тем смеётесь
Не знаю, как в "Энергии", а в Келдыше как раз многие (ИМХО - большинство) эту плёночную фигню всерьёз не воспринимают

[V.B.]

Главное, что Коротеев воспринимает ее всерьез. А остальные будут делать то, что скажет начальство.

[Fakir]

Хе, у Коротеева взгляды могут вполне себе сильно меняться
И не слыхал я что-то, чтобы он от плёночных был в большом восторге.
То есть пиарить их могут сколько угодно, с поддержкой Коротеева или без, но факты от этого не меняются - пригодных изделий как не было, так и нет. КПД выше 8% как не поднимался, так и не поднимается (при теоретическом пределе порядка 15% для аморфного кремния).

[mescalito]

А как там у буржуев. Есть подобные проекты?

Кстати Димитър извините что сразу не обратил внимание, но кажется это вы занимаетесь ЭРД. Что вы можете сказать о проблемах мощных ЭРД. Почему их до сих пор нет.

[Димитър]

Кстати Димитър извините что сразу не обратил внимание, но кажется это вы занимаетесь ЭРД.

Увы, не я.  

[Shiver]

А как там у буржуев. Есть подобные проекты?

Кстати Димитър извините что сразу не обратил внимание, но кажется это вы занимаетесь ЭРД. Что вы можете сказать о проблемах мощных ЭРД. Почему их до сих пор нет.

На мощные ЭРД пока нет спроса.
Как только появится реальный (не бумажный) проект с нормальным финансированием будет создана летная мощная ЭРДУ, благо  технических проблем нет, лабораторных образцов мощных ЭРД различных типов очень много и у нас и за рубежом.

[Stargazer]

А как там у буржуев. Есть подобные проекты?

Кстати Димитър извините что сразу не обратил внимание, но кажется это вы занимаетесь ЭРД. Что вы можете сказать о проблемах мощных ЭРД. Почему их до сих пор нет.

На мощные ЭРД пока нет спроса.
Как только появится реальный (не бумажный) проект с нормальным финансированием будет создана летная мощная ЭРДУ, благо  технических проблем нет, лабораторных образцов мощных ЭРД различных типов очень много и у нас и за рубежом.

Кстати, про мощные ЭРД - работаю с человеком, который участвовал в программе VHITAL - мощный высокоимпульсный ДАС на висмуте, на основе ЦНИИМашевского TAL-160. НАСА закрыла эту программу, нынче все финансы приносят в жертву Луне

[mescalito]

А что-нибудь о состоянии проекта и достигнутых характеристиках двигателя ваш коллега может рассказать.

[Stargazer]

А что-нибудь о состоянии проекта и достигнутых характеристиках двигателя ваш коллега может рассказать.

Вот тут есть доклад с прошлогодней Joint Propulsion Conference, там есть такая информация

[Димитър]

Вот тут есть доклад с прошлогодней Joint Propulsion Conference, там есть такая информация

Не открывается!  
The page cannot be displayed

[Stargazer]

Вот тут есть доклад с прошлогодней Joint Propulsion Conference, там есть такая информация

Не открывается!  
The page cannot be displayed

Да, что то у них с сервером. В общем, инфу по программе можно в Гугле найти, если не ищется - могу по своим архивам поискать

[Shiver]

Вот тут есть доклад с прошлогодней Joint Propulsion Conference, там есть такая информация

Не открывается!  
The page cannot be displayed

Да, что то у них с сервером. В общем, инфу по программе можно в Гугле найти, если не ищется - могу по своим архивам поискать

Успел скопировать пока сервер работал, так что могу куда-нибудь кинуть в pdf...

[Старый]

30 полетов в год вполне оправдывают создание многоразового буксира.

Собственно вот это для начала и надо доказать.