Концепция и АКС, проект "Гиперкуб"

[ratte07]

Двигатели орбитального маневрирования - на ГАЗООБРАЗНОМ водороде. Т.е. оставляем 5% от массы водорода и кислорода, его естественным образом ;-D газифицируем до давления в 2-3 атмосферы в основном баке, и используем в орбитальных двигателях...

И как при давлении в баке в 3 атм. этот водород будет подаваться в КС? Или в ней рабочее давлений будет 1 атм.? И какой при этом будет УИ?

[ratte07]

...тяга там не важна, в крайнем случае можно подкачать водород в расходную емкость компрессором.

И как масса дополнительных баков, ПГС и компрессоров скажется на массовом совершенстве?

[ratte07]

Кроме того, если у нас миссия по доставке ПН на МКС, к примеру, то вторая ступень ложится сразу на переходной эллипс на главном двигателе, и через полвитка выдает апогейный импульс, а потом уже тонко меняет орбиту для фазировки с МКС на орбитальной системе маневрирования.

Не такой уж ималенький нужен Vхар. Метров 50 на подъем орбиты, метров от 50 для ближнего маневрирования. А потом еще назад, в атмосферу метров 150.

[ratte07]

В принципе, сколько-то вонючки МОЖНО загрузить, но это топливо для двигателей ОРИЕНТАЦИИ. Т.е. ориентацию строим на вонючке, причальные операции на ней же, а орбитальные переходы - на газообразных компонентах основной топливной пары.

И зачем сопоставимые по расходу скорости маневры делать на разных двигателях?

[ratte07]

У Бурана, кстати, для OMS применялись компоненты керосин-кислород, так что криогеника в двигателях ориентации - не криминал ;-D.  

Абсолютно глупое решение. Учитывая, что все равно пришлось иметь на борту запас гидразина для генераторов.

[ratte07]

В принципе, можно на вторую ступень воткнуть ТРД и оставшийся газообразный водород сжечь в нем при заходе на посадку.

В общем, массовое совершенство еще прирастет дополнительными двигателями и ПГС. А начиналось все с Центавра... :roll:

[ratte07]

Мое ХО - что перед посадкой водород можно перекачать в расходную емкость (читай - в наименее греющийся бак) и держать на всякий случай как запас ХС для маневрирования орбитальным двигателем. А для основных баков открыть дренажные клапаны, стравить оставшийся водород до полного ноля, а при проходе атмосферы просто набрать туда воздух. Слив или стравливание водорода - для АКС совершенно штатная операция, при отказе двигателя первой или второй ступени.

Да да. Все растет и растет. Как у боковых блоков на Энергии по сравнению с первой ступенью Зенита.

[ratte07]

Да, согласно эксельчику (с) при удельной массе второй ступени в 0.2 и первой в 0.35 мюПН получается 1.05%. Оптимальная скорость разделения - 2.8 км/с, 900 на ТРД, 1900 на ЖРД. Похоже, что больше всего на мюПН влияет массовое совершенство ВТОРОЙ ступени. Рост совершенства второй ступени на 1% дает рост ПН на 20% - до 1.25%. Рост совершенства первой на 1% - на 8% - до 1.13%. С другой стороны, 2% от 35% сэкономить примерно так же сложно как 1% от 20%.

Вы сделали величайшее открытие! Конечно экспериментальным путем, но все же Вас можно поздравить!

[ratte07]

Дык я и говорю:
АКС - это АКСИОМА, и это всем известно

А вот КАК это делается, в какой последовательности, для каких задач прежде всего, в какой начальной конфигурации и, конечно, как эта деятельность информационно "прикрыта" - здесь "политики" выше крыши

Зомби, а что такое ИОМА? ЧТо такое АКС - я заню.

[Дмитрий Виницкий]

ну, раз занюте, то зачем спрашиваете?
Жду рассказа о форме клипера :wink:

[ratte07]

ну, раз занюте, то зачем спрашиваете?
Жду рассказа о форме клипера :wink:

В разговоре с Зомби как-то само сабой напрашивается использование несколько видоизменненого русского языка.

[hcube]

В общем, массовое совершенство еще прирастет дополнительными двигателями и ПГС. А начиналось все с Центавра...

Ну да. А куда, как вы думаете, уходит вдвое больше массы, чем собственно весит Центавр вместе с двигателем? Вот туда, на обеспечение многоразовости. ТЗП весит от сухой массы хорошо если 15%.

Да, по поводу массового совершенства еще вот что - то что совершенство первой ступени влияет меньше, не значит что оно ВООБЩЕ не влияет. Согласно эксельчику, выигрыш от увеличения совершенства первой ступени втрое (в полтора раза, если брать относительное улучшение) меньше (в рассматриваемом случае, 0.35/0.2), но он ЕСТЬ. Т.е. если все плохо с совершенством второй ступени, то можно взять недостающую массу на первой. И наоборот. Т.е. достаточно сделать ОДНУ из ступеней хорошо, тогда вторую можно делать с заниженными характеристиками.

Не такой уж ималенький нужен Vхар. Метров 50 на подъем орбиты, метров от 50 для ближнего маневрирования. А потом еще назад, в атмосферу метров 150.

Подьем орбиты (включая апогейный импульс) и деорбитинг как раз делаются на кислород-водороде. Апогейный импульс - на жидком, деорбитинг - на газообразном. Возможно, что на газе также можно сделать двигатели ориентации, но тут не скажу  - потому как не знаю. В принципе, было бы заманчиво - УИ ЖРД даже низкого давления, но на кислород-водороде, выше чем УИ ЖРД на АТ-НДМГ, плюс к этому нету грязных компонентов в челноке, а сами ЖРД можно сделать неохлаждаемыми, поскольку тепловые потоки малы.

УИ кстати от давления почти не зависит. Он зависит от полноты сгорания и от ОТНОШЕНИЯ давлений в КС и снаружи. Снаружи у нас чистый вакуум. Ну, т.е. УИ упадет, да. Но он будет все равно выше, чем у АТ-НДМГ. Плюс такая схема позволит выжать баки 'досуха' в буквальном смысле.

[ratte07]

hcube, там еще на 15 стр. много чего. :wink:

[hcube]

Ну, я собственно могу ответить - но зачем? ;-) Что конструкция реальна - в этом никаких сомнений нет. Вопрос в том, сделают ли конкретные удельные характеристики выгодным использование многоразовой второй ступени, или по стоимости килограмма одноразовая будет дешевле. Аналогично, самолет-разгонщик совершенно реален, вопрос в том, выгоднее ли его эксплуатация, чем ремонт старта после каждого запуска и изготовление новой первой ступени РН. Мое мнение - что ответ на первый вопрос не определен, а на второй - однозначно положительный.

Да, по поводу баков под давлением. Давление наддува бака и так составляет 2-3 атмосферы. При этом при разгоне на дне бака давление может доходить до 5-6 атмосфер, поэтому ИМХО можно с чистой совестью считать, что даже неусиленный бак 5 атмосфер выдержит. Я так думаю, что при таком входном давлении можно сделать ЖРД с ТНА на газе - по сути дела, это ТРД получится, с форсажной камерой вместо КС. А сопла системы ориентации - так вообще проще некуда - одно сопло из углепластика, 2 клапана, 2 трубопровода для газа, электроподжиг. Не сложнее газовой плиты ;-D. Учитывая, что для орбитального маневрирования даже близко не нужна та же тяга, что у маршевого двигателя, весить такая штука должна довольно скромно.
При этом мы экономим невырабатываемый остаток топлива - после газификации его можно целиком пустить на отработку импульса. Единственно, для чего МОГ БЫ понадобиться гидразинчик - это для управления челноком в атмосфере. Там низкое давление газа может сделать невозможным горение в рулевых соплах. Два варианта решения - возить с собой гидразин, либо предварительно перекачать газ из основного бака в расходную емкость. Сжать газ до 50 атмосфер по затратам энергии - фигня вопрос по сравнению с его теплотой сгорания, причем это можно сделать установкой работающей все на том же газе - причем работающей с небольшой производительностью. Если на поддержание ориентации надо скажем 100 кг топлива, то углеволоконный бак для него будет весить килограммов 50.

[ratte07]

Знаете, hcube, я не в восторге от вашего АКС. Однако в идее использования остатков компонентов может что-то быть. Только тут нужно очень аккуратно посчитать. Скажем, можно использовать остатки для увода ступеней с целевой орбиты. Или еще для чего. А считать надо - будет ли выигрыш в массе, или компрессоры и дополнительная ПГС все съест.

[ааа]

А вот еще вопрос. Баки ЖК и ЖВ гелием наддувать надо или нет?

[mihalchuk]

Моё видение АКС[/size].

1.   Необходимо признать, что АКС ломает концепцию средств выведения. Ломает, если АКС – удачная, а иначе она не нужна. Но, прежде, чем вообще поднимать вопрос с АКС, следует решиться, если жизнь не заставит, интенсивно использовать водород для выведения грузов существенно далее НКО. Заметим, что при стоимости топлива на НКО в 1,6 раза ниже стоимости выведения ПН на НКО заправка топливом предпочтительнее прямых запусков к Луне, а при двукратной разнице заправка на орбите со среднеширотным наклонением уравнивается с прямым выведением с экватора на ГСО.
2.   Концепция АКС от Зомби – это гипотетический вариант, не соответствующий ни сегодняшним возможностям, ни завтрашним задачам. Cоздание АКС от Зомби – это создание АКС «с нуля», что потребует огромных вложений в СР. Следовательно, АКС от Зомби – это далёкая перспектива, а хотелось бы пораньше, пока авиационно-космические технологии у нас не забыты окончательно.

Далее концепцию АКС  следует основывать на двух пунктах:
1)   АКС не должна иметь диверсионную сущность, то есть, не должна разрушать сложившуюся систему, базирующуюся на РН (иначе развитие космонавтики заходит в тупик).
2)   АКС должна принципиально отличаться от средств выведения таким образом, чтобы обеспечить меньшую стоимость топлива на орбите как по сравнению с ними, так и по сравнению с грузами общего назначения, выводимыми аналогичной АКС.
Отсюда вывод: АКС должна быть специализированным средством доставки. И доставлять предпочтительно топливо или нечто на него похожее. Есть разные взгляды на раздельную доставку космических комплексов. Идею собирать на орбите спутники я категорически отвергаю, так как отдалённо представляю, что это такое. А это – максимум осторожности в работе, большой объём тестирования, большая вероятность отказов и неопределённость ситуации в этих случаях, риск повредить дорогостоящий аппарат. Считаю, что достаточно ограничиться освоением заправки топливом, включая ЖВ. Это будет почти стандартная операция с проведением минимума технологических операций и задействованием минимума электроразъёмов.
Следствие: Снимаются или отодвигаются ограничения размерности АКС в меньшую сторону. Не нужно стремиться к массе ПГ, нужно стремиться к удобству.
Далее. Отсутствие решительных задач в обозримой перспективе ставит крест на гиперзвуковом разгонщике. Для начала придётся ограничиться дозвуковым самолётом-носителем. Неплохим СН был бы АН-124М, причём его не нужно нагружать по максимуму. Тогда останется возможность сделать трёхступенчатую АКС в будущем, добавив к последней ступени ГСР и усадив это всё на какую-нибудь Фантазию. Нужно понимать, что для АКС, использующего СН, мю ПН, посчитанная по взлётной массе, ни о чём не говорит.  Конечно, более идеальным вариантом был бы СН с нижней подвеской второй ступени и разделением на высоте 13-14 км, об этом можно и помечтать.
Начинать построение концепции нужно с последней ступени. Полная многоразовость, по понятным причинам, отпадает. И тут мы приходим к схеме Молнии, выстраданной в результате многолетних поисков. Одноразовый топливный бак и многоразовый аппарат, содержащий в себе все основные системы. Груз – жидкий, желательно – плотный. Целевая задача – доставка груза на орбиту ОС.

В целом получается следующая концепция такого средства:

1. Использование воздушного старта с дозвукового самолёта-носителя или применение разгонщика с высокой степенью многоразовости и малой амортизацией за пуск при условии умеренных затрат на его создание.
2. Одноступенчатая или близкая к ней схема выведения.
3. Применение трёхкомпонентной ДУ, использующей водород в качестве одного из компонентов.
4. Осесимметричная конструкция одноразовых баков, близкорасположенный к оси центр тяги ДУ.
5. Переднее расположение бака с жидким водородом.
6. Размещение ПГ между баками с топливом и двигательным отсеком.
7. Выведение с помощью маршевой ДУ на траекторию, в апогее касающуюся орбиты ОС.
8. Использование в корректирующей ДУ низкокипящих и, возможно, криогенных компонентов.
9. Применение причально-захватного устройства упрощённой конструкции и пассивных захватных приспособлений для причаливания и удержания аппарата в составе орбитального комплекса.
10. Многоразовое использование, по крайней мере, наиболее ценных элементов конструкции.
11. Возможность возвращения на Землю дорогостоящих элементов системы сближения, снимаемых с разгонных блоков в процессе их обслуживания и заправки на ОС.

Для последней ступени АКС в рассматриваемом случае трёхкомпонентная схема важна: она значительно снижает аэродинамические нагрузки при разделении и имеет технологические удобства для снижения тяги ДУ на конечном участке выведения.
Два момента.
Первый - следствия специализации:
- плотный, компактно расположенный груз;
- инертность груза к виброаккустическим нагрузкам позволяет расположить его в хвосте и разгрузить топливные баки;
- нечувствительность груза к ускорениям позволяет снять ограничения на перегрузку, «болтанку» во время запуска, взлётную полётную тряску до запуска второй ступени;
- нет адаптера ПГ и устройств его удержания в отсеке.
Отсюда следует, что именно специализированное средство доставки на основе АКС будет существенно отличаться от аналогичного СВ общего назначения.
Второй касается формулировки п.1 концепции СВ: «или применение разгонщика с высокой степенью многоразовости и малой амортизацией за пуск при условии умеренных затрат на его создание». Вопрос остаётся открытым: а нельзя ли вместо АКС сделать нечто типа «МАКСа с ускорителями»? Приемлемого решения до сих пор не предложено, аппарат с ракетными ускорителями не только потеряет характ. скорость за счёт наземного старта, но и получит павышенные стартовые нагрузки на многоразовую часть, что приведёт к её утяжелению.

[hcube]

Не согласен с дозвуковым стартовым аппаратом. При разделении на дозвуке, согласно эксельчику (с) требуется очень хорошее массовое совершенство второй ступени. Так, при конструктивном совершенстве системы бак+КС в районе 0.2 как у АКС, МАКС ВООБЩЕ ничего не орбиту не выведет (согласно все тому же эксельчику, МАКС должен иметь совершенство в районе 0.14, при мюПН 0.14%), в то время как АКС будет иметь мюПН в районе 0.5-1%.
Логика разработки сверхзвукового разгонщика следующая - дозвуковой аппарат приемлем в случае ТРЕХступенчатой системы. Но тогда для нормального разделения, вторая (ГПВРД или ракетная) ступень должна нести крыло достаточной прочности для поддержания ее в горизонтальном полете. Иначе она 'провалится' при старте как МАКС до уровня 3-5 км. А это значит, что у нас будет две крылатые ступени, одна из которых сверхзвуковая. Не проще ли доборудовать эту сверхзвуковую ступень средствами взлета с аэродрома и вообще отказаться от дозвукового носителя?
А топливо таскать АКС может запросто. Делается спецверсия второй ступени с увеличенной за счет грузового отсека заправкой - и вперед, потащили топливо - прямо в основных баках.

Наддув... ну, я лично наддувал бы бак газифицированными компонентами топлива. Т.е. сделать теплообменник на двигателе, и через него прокачивать топливо, испарять и направлять в бак для наддува. Для запуска двигателя можно проделать эту же операцию или прогнав компоненты через нагретую при прохождении атмосферы обшивку, или же использовав отдельный нагреватель, работающий опять же на компонентах топлива.
Бак кислорода в принципе имеет смысл наддувать гелием. Но такое решение не обязательно оптимальное - возможно, наддув кислородом же позволит более полно выработать топливо на орбите.

[mihalchuk]

Не согласен с дозвуковым стартовым аппаратом. При разделении на дозвуке, согласно эксельчику (с) требуется очень хорошее массовое совершенство второй ступени. Так, при конструктивном совершенстве системы бак+КС в районе 0.2 как у АКС, МАКС ВООБЩЕ ничего не орбиту не выведет (согласно все тому же эксельчику, МАКС должен иметь совершенство в районе 0.14, при мюПН 0.14%), в то время как АКС будет иметь мюПН в районе 0.5-1%.
 

Для того и делается одноразовый топливный бак.

Логика разработки сверхзвукового разгонщика следующая - дозвуковой аппарат приемлем в случае ТРЕХступенчатой системы. Но тогда для нормального разделения, вторая (ГПВРД или ракетная) ступень должна нести крыло достаточной прочности для поддержания ее в горизонтальном полете.
 

Возьмите вашу АКС, выкиньте все ВРД, установите ТРД мощностью 1/4, установите более лёгкие ПВРД, высвободившуюся массу передайте последней ступени. Установите это на СН. Во время разделения баки полные. Мощности ТРД хватит, чтобы  в  форсированном режиме преодолеть звук, хотя бы в пологом снижении. Затем запускаются ПВРД, их начальная эффективность сравнима с ЖРД, затем будет расти. Будет расти и тяга, постепенно вытесняя долю ТРД. Для последного разделения будет достаточно высоты 40 км. Для торможения разгонщика на большой высоте можно использовать сверхзвуковой парашют, а мощности ТРД будет достаточно для приземления в нужном месте. Но создание такой системы я рассматриваю, как следующий этап.

 

Иначе она 'провалится' при старте как МАКС до уровня 3-5 км.
 

Этот провал - надуманный и ничем не обоснован.

А это значит, что у нас будет две крылатые ступени, одна из которых сверхзвуковая. Не проще ли доборудовать эту сверхзвуковую ступень средствами взлета с аэродрома и вообще отказаться от дозвукового носителя?

Эта ступень будет дорогая в разработке, "дооборудовать" её невозможно, нужна другая ступень бОльших размеров.


 

А топливо таскать АКС может запросто. Делается спецверсия второй ступени с увеличенной за счет грузового отсека заправкой - и вперед, потащили топливо - прямо в основных баках.
Это уж очень продвинутый вариант. Боюсь, что "спецверсия" потянет на отдельную разработку. Тогда уж спецверсия для доставки других грузов. Посмотрите, из чего состоит грузопоток на орбиту, и станет ясно, на что ориентироваться.

 

[hcube]

Да, но в этом варианте будет ДВЕ крылатые ступени, все равно. Пусть одна из них серийный транспортник и ничего не стоит, но она и прибавки заметной к ПН не дает, а ТО ей все равно нужно. Вторая ступень же нужна в любом варианте, у двухступенчатой системы мюПН раза в три выше чем у одноступенчатой.
Притом ЛЮБОЕ разделение в атмосфере - это проблема. Неважно, какая высота разделения, все равно разделение двух ступеней при наличии скоростного напора достаточного для поддержания горизонтального полета - значительно сложнее, чем разделение их в вакууме и невесомости.  Т.е. ГПВРД на второй ступени из трех ТОЖЕ недостаточно. Я же не зря обдумал концепт - он оптимизирован по уменьшению сложности реализации - можно хоть сегодня взять Миг-25, обработать напильником и получить свои 0.5% мюПН на орбите.

По поводу трудности разработки спецверсии АКС - никаких проблем. Если отмотать на 2 страницы назад, там есть эскиз АКС - у него бак водорода вдоль всего корпуса, в разрыве бака - отсек ПН. Если заменить ПН на водород, то его масса возрастет примерно в 1.5 раза. Плюс - увеличить диаметр кислородных баков примерно на 20%, либо изменить их форму. В результате челнок получит заправку в 1.5 раза больше - вместо 80 - 120 тонн. 40 тонн топлива. Поскольку реально нам надо тонн 10-15, то модернизация ЯВНО возможна, в.т.ч. останется место для всякого вспомогательного оборудования.