Концепция и АКС, проект "Гиперкуб"

[Старый]

Вот именно так - НАСА ищет информацию по архитектуре и ключевых технологиях АКС :roll:

Вот ведь, а! НАСА ищет информацию и технологии и не что на форуме НК есть некто ВалериJ который знает об уже разработаных проектах и знает что через 10-20 лет АКС будут летать как мухи. Вобщем ему уже всё известно, осталось только найти кто даст на это деньги. Может вы напишете в НАСА, осчастливите их, а?

Кстати, определилась (но пока не устоялось) официальное название систем этого класса  "The Horizontal Launch Study (HLS)"

Кстати да, вы знаете что означает слово "Study"?

[Valerij]

Кстати да, вы знаете что означает слово "Study"?

Да, знаю.
Более того, пока НАСА даже не обещает финансирования.

А кроме этого слова вы там еще что-то прочитали? Там черным по белому написано, что целью исследований будет определение реальности разработки действующих систем. И сроки указаны, правда - разные. Но это естественно, так как требования тоже разные. Например, скорость разделения - возможна "от дозвуковой до гиперзвука".

Точно так же начиналась и государственная поддержка частного ракетостроения. С исследования этой возможности, и первоначального знакомства с претендентами.

[hcube]

Так. Старый, ща буду мо мозгам ездить ;-)

Допустим, у нас идеальное крыло. С бесконечным АК.

Как это крыло 'работает' при наборе высоты с постоянной вертикальной скоростью? Оно создает подъемную силу, а чтобы компенсировать горизонтальную ее составляющую, должен поработать двигатель.

Векторная сумма тяги двигателя и подъемной силы равна силе тяжести, верно? Т.е. сила тяжести - это диагональ прямоугольного треугольника.

Т.е. подъемная сила при полете под углом будет МЕНЬШЕ, чем сила тяжести, действующая на самолет. Потому что часть вертикальной силы создает двигатель. Ессно, для создания дополнительной силы, двигатель должен затрачивать топливо. Однако, создаваемая им тяга НИКОГДА не дойдет до значения, равного весу.

Идем дальше. Затраты мощности равны пути на силу. Тяга двигателя у нас пропорциональна синусу угла наклона, длина пути - секансу. В произведении - константа :-).

Теперь усугубим ситуацию - у нас АК не бесконечное, а конечное. Т.е. двигателю надо прикладывать некоторую тягу чисто чтобы в воздухе оставаться. Величина этой дополнительной тяги... ммм... ага, она зависит от угла наклона. Ну, то есть от подъемной силы, а та - от угла наклона траектории. При этом чем меньше отклонение от вертикали. тем меньше потери на АК.

Статический случай разобрали. Теперь возьмем динамический. Т.е. когда самолет движется с ускорением, допустим 2 G. В вертикальном случае нужна мгновенная мощность V*3*MG. Если движение идет под углом, мощность равна V * (2 * MG  + MG * SIN(a)), где a - угол подъема траектории. То есть требуемая мощность - НИЖЕ. Если же мощность ниже - то расход топлива - тоже ниже. То бишь набираемая на том же двигателе ХС - выше :-).

Учитывая неидеальность самолета, реальная тяга двигателя должна быть умножена на коэфициент. Но практически, поскольку АК >> 1, это имеет значение только при очень близких к вертикали траекториях, в остальных случаях применение крыла выгодно. НО при этом именно такое, как я и указал - а именно, что крыло снижает массовое совершенство ступени и ухудшает число Циолковского. Ну, и еще удорожает старт. Но в случае АКС... сами понимаете, это удорожание изначально заложено в конструкцию как данность.

[OSD]

hcube зачем вы всё это ему рассказываете? Если авиационный специалист не знает таких простых вещей, то это бесполезное занятие, или же он просто преднамеренно говорит глупости.

 По теме.
 Я должен сделать оговорку, по поводу предложенного мной варианта старта с дозвукового самолёта. Выше я когда сказал, что полезная нагрузка будет такая же как в предложенном здесь проекте, я имел в виду относительную долю полезной нагрузки для ракетной части, которая имеет массу около 120 тонн.
 Если точнее, полезная нагрузка составит около 5 тонн или несколько больше.

 И ещё раз про разгон на ВРД.
 Я повторюсь ещё раз, сопротивление воздухозаборника ВРД растёт пропорционально скоростному напору, а тяга пропорциональна количеству воздуха, проходящему через воздухозаборник, значит пропорциональна скорости.
 По этой причине полезная тяга с ростом скорости будет падать.
 Я не говорю, что это абсолютно неразрешимая техническая проблема, но эта проблема требует специального рассмотрения, если предложен АКС с разгоном на ВРД.

[Старый]

Там черным по белому написано, что целью исследований будет определение реальности разработки действующих систем.

Ну вот, НАСА ещё не знает реально ли вообще разработать действующую систему. А у вас уже куча готовых проектов и вопрос только в деньгах.

[OSD]

Одно замечание по поводу массы конструкции, для моего альтернативного предложения со стартом с дозвукового самолёта.

 Первую крылатую ступень ракетной части можно построить по схеме "летающее крыло", эта схема позволяет распределить нагрузку по площади и масса конструкции получается невелика.
 Я считаю, что масса конструкции первой ступени ракетной части может быть в пределах 15-20% от массы всей двухступенчатой многоразовой ракеты.

[Valerij]

Там черным по белому написано, что целью исследований будет определение реальности разработки действующих систем.

Ну вот, НАСА ещё не знает реально ли вообще разработать действующую систему. А у вас уже куча готовых проектов и вопрос только в деньгах.

Старый, НАСА не предлагает обсудить возможность создания АКС и реальность таких систем. Там четко написано, что предлагают прислать описания проектов АКС, в частности такие, которые можно создать за один-три года. Я посмотрел только часть того, что скачал, и уже сейчас там проектов АКС в разы больше, чем рассматривается на форуме.

[OSD]

Старый, НАСА не предлагает обсудить возможность создания АКС и реальность таких систем. Там четко написано, что предлагают прислать описания проектов АКС, в частности такие, которые можно создать за один-три года. Я посмотрел только часть того, что скачал, и уже сейчас там проектов АКС в разы больше, чем рассматривается на форуме.

Valerij, примерно такую систему, как та, что предложена мной в качестве альтернативы проекту "Гиперкуб", можно создать за достаточно короткий срок.
 Хотя я сомневаюсь даже в сроке 3 года, я считаю, что необходимо лет 5 от стадии технического предложения.

[Valerij]

Valerij, примерно такую систему, как та, что предложена мной в качестве альтернативы проекту "Гиперкуб", можно создать за достаточно короткий срок.
 Хотя я сомневаюсь даже в сроке 3 года, я считаю, что необходимо лет 5 от стадии технического предложения.

OSD, я понимаю. На самом деле мое мнение "пусть расцветают сто цветов". В данном случае, в условиях мысленного эксперимента, это возможно.

Вы, OSD, мне кажется, недооценили потенциальный грузопоток Земля-орбита, когда АКС снизят стоимость доставки.

Берём большой дозвуковой самолёт, например Boeing-747 последних модификаций, которые имеют взлётную массу более 400 тонн, и навешиваем на него двухступенчатую многоразовую водородную крылатую ракету с ЖРД массой 100-120 тонн.
 Полезная нагрузка на орбите будет примерно такая же, как у предложенного в этой теме АКС, но не будет дорогостоящей возни со сверхзвуковым самолётом.

Поздравляю вас, OSD, вы предложили вариант МАКСа. Правда, несколько облегченный.Но у меня несколько замечаний.

Первое - вам все равно потребуется дорогостоящий специальный самолет. Пусть и дозвуковой. Потому, как и 747, и Мрия плохо подходят - потребуется Геркулес Лозино-Лозинского. Об этом я уже писал в одной из тем. А, если делать специальный, пусть и дозвуковой самолет, то это увеличит стоимость и время разработки. Я не уверен, что строительство этого самолета займет меньше времени, по сравнению с сверхзвуковым разгонщиком.

Второе - вы не учли необходимости доставки принципиально разных грузов на орбиту. И МАКС, и Гиперкуб позволяют запускать на орбиту грузы до 15-18 тонн одноразовой второй ступенью. У Вас такой возможности нет.

Тем не менее, мне кажется, ваша система имеет шансы на переходный период. Она вряд ли станет рабочей лошадкой надолго, но может стать одной из первых АКС, возможно даже первой, предназначенной для пилотируемых полетов. Просто из-за относительно небольшой стоимости создания.

Относительно небольшой минус вашего варианта - необходимость спасения двух ступеней (кроме самолета-носителя). Прикиньте, где они окажутся при многочисленных и частых пусках на разные азимуты. Может быть, есть смысл объединить вторую ступень с кораблем. Мне кажется, что вы пока еще не достаточно обдумали свою систему.

[OSD]

Valerij, примерно такую систему, как та, что предложена мной в качестве альтернативы проекту "Гиперкуб", можно создать за достаточно короткий срок.
 Хотя я сомневаюсь даже в сроке 3 года, я считаю, что необходимо лет 5 от стадии технического предложения.

OSD, я понимаю. На самом деле мое мнение "пусть расцветают сто цветов". В данном случае, в условиях мысленного эксперимента, это возможно.

Вы, OSD, мне кажется, недооценили потенциальный грузопоток Земля-орбита, когда АКС снизят стоимость доставки.

Нет, я предложил систему, которая будет рентабельна даже при существующем грузопотоке Земля-орбита.

 Вы хотели "космическое такси"? Предложенная система будет выгодна даже если вы будете летать на орбиту раз в месяц, а при существующей частоте полётов она будет не хуже, чем существующие средства выведения.

Берём большой дозвуковой самолёт, например Boeing-747 последних модификаций, которые имеют взлётную массу более 400 тонн, и навешиваем на него двухступенчатую многоразовую водородную крылатую ракету с ЖРД массой 100-120 тонн.
 Полезная нагрузка на орбите будет примерно такая же, как у предложенного в этой теме АКС, но не будет дорогостоящей возни со сверхзвуковым самолётом.

Поздравляю вас, OSD, вы предложили вариант МАКСа. Правда, несколько облегченный.Но у меня несколько замечаний.

Это вариант МАКСа только в том аспекте, что используется воздушный старт с дозвукового самолёта.
 Всё остальное совершенно по-другому.

Первое - вам все равно потребуется дорогостоящий специальный самолет. Пусть и дозвуковой. Потому, как и 747, и Мрия плохо подходят - потребуется Геркулес Лозино-Лозинского. Об этом я уже писал в одной из тем. А, если делать специальный, пусть и дозвуковой самолет, то это увеличит стоимость и время разработки. Я не уверен, что строительство этого самолета займет меньше времени, по сравнению с сверхзвуковым разгонщиком.

Вот будет большой трафик, о котором вы говорите, и можно будет подумать о большом специализированном дозвуковом самолёте.

 Я даже преднамеренно не стал рассматривать возможность навесить на Boeing 747 более 120 тонн, мне нужно было получить полезную нагрузку 5-6 тонн, которая достаточна для небольшого челночного корабля, который будет служить для доставки людей на орбитальную станцию.

 Если строить специализированный дозвуковой самолёт, то массу ракетной части можно довести до 50-60% от взлётной массы, однако это потребует огромных затрат на создание тяжелого специализированного самолёта, что при нынешнем грузопотоке не окупится.

Второе - вы не учли необходимости доставки принципиально разных грузов на орбиту. И МАКС, и Гиперкуб позволяют запускать на орбиту грузы до 15-18 тонн одноразовой второй ступенью. У Вас такой возможности нет.

Ни МАКС, ни проект "Гиперкуб" не позволяют этого делать, поскольку их технические параметры нельзя реализовать, по крайней мере без огромных капиталовложений в НИР и ОКР.

Тем не менее, мне кажется, ваша система имеет шансы на переходный период. Она вряд ли станет рабочей лошадкой надолго, но может стать одной из первых АКС, возможно даже первой, предназначенной для пилотируемых полетов. Просто из-за относительно небольшой стоимости создания.

Совершенно верно, для доставки экипажа и грузовых модулей к станции.
 Кроме того, можно выводить достаточно большие космические аппараты, в том числе используя одноразовую вторую ступень в качестве межорбитального буксира для доставки на высокие орбиты.

Относительно небольшой минус вашего варианта - необходимость спасения двух ступеней (кроме самолета-носителя). Прикиньте, где они окажутся при многочисленных и частых пусках на разные азимуты. Может быть, есть смысл объединить вторую ступень с кораблем. Мне кажется, что вы пока еще не достаточно обдумали свою систему.

Вас смущает вопрос о том где приземлится первая ступень ракетной части?
 Скажем так, там же, где должна приземляться первая ступень проекта "Гиперкуб". Участок разгона только с помощью ЖРД будет короче, потому что разгон быстрее, и она улетит на меньшее расстояние, чем первая ступень проекта "Гиперкуб".

 Вторая ступень в многоразовом варианте будет приземляться на базовый аэродром после пребывания на орбите.

[OSD]

Valerij, я ещё раз обращаю ваше внимание на два основных недостатка проекта "Гиперкуб".

Сторонники АКС с ВРД загипнотизированы высоким удельным импульсом ВРД, но при этом они забывают, что помимо высокого удельного импульса надо иметь достаточную тягу, чтобы не тратить всё топливо на потери.
Другое обстоятельство заключается в том, что этот высокий удельный импульс можно получать в сравнительно небольшом скоростном диапазоне работы ВРД, тогда как для достижения орбиты требуется скорость в разы больше.

 Это делает применение ВРД в неудобном для него сверхзвуковом диапазоне скоростей по меньшей мере сомнительным.

[OSD]

Я вас расстрою сильнее: атмосфера и крылья это помеха которая не даёт ракете-носителю ничего кроме увеличения массы и потерь. Извлечь из них какую-либо пользу невозможно. Поэтому единственное разумное решение - как можно быстрее (поближе к вертикали) уйти из атмосферы и спокойно разгоняться в вакууме. Что и делается во всём мире.

Это мнение дилетанта-графомана и не более того.

 Да, атмосфера создаёт помехи, если бы не было амтосферы, то ракету можно было бы просто разогнать по эстакаде не затрачивая топлива на бесполезную компенсацию силы тяготения.
 Но, так как атмосфера есть и аэродинамическое сопротивление при таком способе разгона будет огромным, приходится использовать подъёмную силу крыла.

[OSD]

Старый любит использовать аббревиатуры собственного сочинения,

Как всегда ваше мнение соответствует действительности с точностью до наоборот - аббревиатуру "НННШ" придумал не я.  

Меня это не удивляет, у вас даже не хватило ума самому сочинить что-то оригинальное.

предлагаю также универсальный ответ на подобный флуд этого господина, - "ССС".
 СТАРЫЙ СТАЛ СПАМОМ.

О, да, гениальные изобретатели знатоки физеки меня не любят.
 Кстати, вы вобще знаете что такое "спам"?

Я употребил это слово в значении "информационный мусор".
 Скорее всего, большая часть ваших 50000 с лишним сообщений и являются таким иноформационным мусором.

[OSD]

А когда она разогналась до орбитальной скорости, то сила тяжести на нее уже не действует.

Гениально, блин. Одно из заблуждений заставляющих людей рекрутироваться в сторонники АКС.

С точки зрения необходимости тратить топливо на её компенсацию не действует.  

А не ставят крыло по простой причине - оно увеличивает массу ступени.

Отнюдь. Основная причина - рост аэродинамических потерь. Хотя рост массы и сложности тоже важны.

Прекрасно, выше Старый вроде бы заявлял, что возрастут гравитационные потери.
 Да, аэродинамические потери возрастут, но уменьшатся гравитационные потери.

Т.е. в чистом виде ракетоплан невыгоден.

Да, и это всем известно. Поэтому я и удивился что ОСД начал отстаивать эту идею.

Могу привести литературный источник, где доказывается выгода предложенного мной способа разгона, но, памятуя манеру ведения дискуссии свойственную этому господину, не буду этого делать.
 Это вызовет новый поток информационного мусора.

Пока он летит в пределах атмосферы - работыют относительно высокоимпульсные ТРДФ.

"Халявная" тяга это второе заблуждение сторонников АКС но уже не такое очевидное как "халявная" подъёмная сила.

По этому вопросу Старый почти прав.
 Вопрос обеспечения достаточной тяги АКС с ВРД действительно актуален.

Тут, кстати, есть тонкий момент - как именно загибать траекторию. Точнее - как обеспечить переход с почти горизонтальной (ну, может 10 градусов уклона) траектории разгона на ТРДФ на 30-градусную траекторию суборбитального прыжка.

Очень тонкий момент - вектор подъёмной силы отклоняется "назад" и образует горизонтальную составляющую. Чему и был посвящён ночной флуд.
 Кстати, уже при 10 градусах уклона горизонтальная составляющая составляет 0.17 от подъёмной силы что превышает названую вами величину лобового сопротивления.

Поразительно, что авиационный специалист не знает условия равновесия при наборе высоты и рассуждает о какой-то горизонтальной составляющей подъёмной силы.
 Видимо всё позабыл под потоком информационного мусора.

[Старый]

Первую крылатую ступень ракетной части можно построить по схеме "летающее крыло", эта схема позволяет распределить нагрузку по площади и масса конструкции получается невелика.

А как будет решаться например проблема наддува баков, забора топлива или нагрева криогенных компонентов? Если баки ракетной ступени будут сделаны в форме кессона крыла то боюсь проблему веса это только усугубит.

[Valerij]

Valerij, я ещё раз обращаю ваше внимание на два основных недостатка проекта "Гиперкуб".

Сторонники АКС с ВРД загипнотизированы высоким удельным импульсом ВРД, но при этом они забывают, что помимо высокого удельного импульса надо иметь достаточную тягу, чтобы не тратить всё топливо на потери.
Другое обстоятельство заключается в том, что этот высокий удельный импульс можно получать в сравнительно небольшом скоростном диапазоне работы ВРД, тогда как для достижения орбиты требуется скорость в разы больше.

 Это делает применение ВРД в неудобном для него сверхзвуковом диапазоне скоростей по меньшей мере сомнительным.

Здесь я вынужден повторить - существуют профессиональные проекты АКС, с разгоном на ВРД до значительно более высоких скоростей, а "Гиперкуб", как и еще один из рассматриваемых проектов рассчитаны на разгон на ВРД "всего" до 2М. К сожалению, других данных у меня нет. Но, я думаю, что можно создать ВРД с рабочей скоростью до 4-5М. Просто читал в сети об этом, но ссылку сейчас не найду. Сорри.

Но я согласен, что эта работа может быть длительной и дорогостоящей.

[OSD]

А не ставят крыло по простой причине - оно увеличивает массу ступени. Раза в два. Соответственно число Циолковского уменьшаетсая, и располагаемая ХС уменьшается - причем, быстрее, чем уменьшается потребная ХС из-за уменьшения гравитационных потерь. Т.е. в чистом виде ракетоплан невыгоден. Но это в чистом виде, а если у нас крыло есть по условиям задачи как элемент системы спасения - это уже совсем другое дело :-)

Разумеется, аппарат с достаточным аэродинамическим качеством будет иметь массу конструкции больше, чем ракета с вертикальным стартом.
 Вопрос в том, насколько больше будет эта масса, если использовать "летающее крыло" и не гнаться за особенно высоким качеством, так как тяга ЖРД велика, то массу первой ступени можно довести до 15-20% общей массы ракетной части.

Но дело в том, что к HZ это соображение не имеет отношения :-) Пока он летит в пределах атмосферы - работыют относительно высокоимпульсные ТРДФ.

Импульс ТРДФ выше импульса водородных ЖРД всего в 5 раз, если избыточная тяга будет в 5 раз меньше, чем у ЖРД, этот высокий удельный импульс просто не даст выгоды.

[OSD]

Здесь я вынужден повторить - существуют профессиональные проекты АКС, с разгоном на ВРД до значительно более высоких скоростей, а "Гиперкуб", как и еще один из рассматриваемых проектов рассчитаны на разгон на ВРД "всего" до 2М. К сожалению, других данных у меня нет. Но, я думаю, что можно создать ВРД с рабочей скоростью до 4-5М. Просто читал в сети об этом, но ссылку сейчас не найду. Сорри.

Но я согласен, что эта работа может быть длительной и дорогостоящей.

Представьте себе, я с вами совершенно согласен.
 Если сделать высокоскоростной ВРД, например, как изложено в этой концепции http://www.synerjetics.ru/article/art1996.htm которую вы, наверно, уже видели, то выгода от применения ВРД существенно возрастёт.
 Однако, вопрос обеспечения достаточной тяги будет стоять и в этом случае.

 Ошибкой проекта "Гиперкуб" является попытка использовать сверхзвуковые ВРД для разгона до весьма небольшой скорости. В этом случае трудности их применения перевешивают выгоду от высокого удельного импульса.

[OSD]

А как будет решаться например проблема наддува баков, забора топлива или нагрева криогенных компонентов? Если баки ракетной ступени будут сделаны в форме кессона крыла то боюсь проблему веса это только усугубит.

В подробностях я не могу привести детали конструкции, однако, могу сказать, что имею в виду аппарат имеющий форму вроде X-33, только более вытянутый в длину.
 При этом баки не надо делать в форме крыла, можно просто набрать нужную форму из цилиндрических секций.
 Собственно говоря, надо посмотреть варианты, наверняка подобные конструкции уже прорабатывались.

[Старый]

В подробностях я не могу привести детали конструкции, однако, могу сказать, что имею в виду аппарат имеющий форму вроде X-33, только более вытянутый в длину.

И какое ж у него будет аэродинамическое качество особенно на сверхзвуке?
 Вобще такое называется не "крыло" а "несущий корпус".

При этом баки не надо делать в форме крыла, можно просто набрать нужную форму из цилиндрических секций.

И что будет с массой конструкции?

Собственно говоря, надо посмотреть варианты, наверняка подобные конструкции уже прорабатывались.

Конечно прорабатывались. И результаты я вам доложил.