проект Nova - 455-589 тонн на leo?

[SpaceR]

Ага. Уже 55 двигателей. Замечательно. Так все-таки какие будут габариты у вытеснительного движка с тягой 550 тонн?  :roll:

Двигателей всего 38-40. В зависимости от размерности водородника. Если RS-68 - их понадобится 8 на второй ступени и 2 на третьей.

Ох, как меня умиляет это "всего".  

Но надежность вытеснительного ЖРД принципиально, в разы выше, чем турбонасосного. А цена во столько же раз ниже.

А вот это уже наглое враньё, по крайней мере про цену. Проверялось, уточнялось и пересчитывалось, и ЦНИИМАШем и двигателестроителями. Экономия есть, реально, но худшие характеристики ступеней на вытесниловке приводят к таким потерям в ПГ, что эта экономия себя не оправдывает.
Причём эта тенденция для вытесниловок тем хуже, чем крупнее ступень. Срабатывает масштабный фактор.

Ну и по надёжности. Думаете, вытеснительная схема может гарантировать отсутствие прогаров камеры из-за непропаев? Или отсутствие разрывов трубопроводов из-за некачественной сварки? (при таких-то даавлениях!) Или отсутствие отказов/засорений в клапанах и автоматике? Проблем с электросистемами? Сбоев в датчиках? (СУРТ и т.п.)
При всём этом наборе влияние снизившейся надёжности только по подсистеме ЖРД на общую надёжность ступени уже непринципиально. Тем более что для насосных тоже научились получать требуемый уровень надёжности.

[pkl]

Хотя вопрос, чем загрузить монстрика, мне видится одной из ключевых проблем идеи.

Ну признаюсь, что при проектировании помимо убежденности в необходимости супертяжей вообще в случае качественного развития космонавтики была у меня ещё идея прикинуть параметры предельной по размерности ракеты.
В стиле "а чего бы этакого забабахать".  
Основная работа носителя - программа создания лунных и марсианских баз. По несколько штук (не менее 3) на Марсе и Луне последовательно в течении нескольких лет.
Как я уже писал, при всей монструозности этой программы она будет всего в 1,5-2 раза дороже, чем единичная база на Луне + единичная база на Марсе.
Поскольку для таких объектов очень большие средства понадобятся для разработки, производства и испытаний принципиально новой техники. А потом увеличение серийности производства позволит резко снизить цену одного изделия.

Ну и конечно попутно гипертяж будет рещать другие подвернувшиеся задачи вроде вывода ОС и сверхятжелых АМС (например АМС с большим запасом ХС, способных доставить взятые образцы вещества на Землю из почти любых уголков Солнечной системы).

Возможно носитель тонн на 150-250 был бы более гибким для решения этих задач. Но и 500 тонн - "всего" два с половиной Вулкана, пуркуа бы и не па?  

Базы - это фигня. Смотрите шире:
Орбитальные поселения.
СКЭС.
Звёздные войны.
Гелий-3.
Внеземная промышленность.
 :roll:

[Shestoper]

Базы - это фигня. Смотрите шире:
Орбитальные поселения.
СКЭС.
Звёздные войны.
Гелий-3.
Внеземная промышленность.
 :roll:

Тогда вообще первая ступень будет многоразовой. С посадкой на плавучую платформу в океане, и с буксировкой платформы на космодром.
Тогда ступень не надо доставать из воды, а платформу можно подогнать в нужную точку для выведения на орбиту любого наклонения - маневрировать ступени придется минимально, ХС на маневры не потратим.

[Shestoper]

А вот это уже наглое враньё, по крайней мере про цену. Проверялось, уточнялось и пересчитывалось, и ЦНИИМАШем и двигателестроителями. Экономия есть, реально, но худшие характеристики ступеней на вытесниловке приводят к таким потерям в ПГ, что эта экономия себя не оправдывает.

Мю ПН 5% - мало?
Даже при очень консервативных параметрах всех ступеней будет не меньше 4%.
Потому что вытеснительная ступень первая с умеренной ХС.
Арес-5 под ПН 188 тонн планировался, при  наличии ТТУ. Потому что потом две водородные ступени.

Ну и по надёжности. Думаете, вытеснительная схема может гарантировать отсутствие прогаров камеры из-за непропаев? Или отсутствие разрывов трубопроводов из-за некачественной сварки? (при таких-то даавлениях!) Или отсутствие отказов/засорений в клапанах и автоматике? Проблем с электросистемами? Сбоев в датчиках? (СУРТ и т.п.)
При всём этом наборе влияние снизившейся надёжности только по подсистеме ЖРД на общую надёжность ступени уже непринципиально. Тем более что для насосных тоже научились получать требуемый уровень надёжности.

С вытеснительными двигателями по надежности могут поспорить ТТУ, они ещё проще. Но ТТУ после заливки заряда не имеет смысла жечь на стенде - новый заряд понадобится. Так что остается дефектоскопия.
ЖРД можно помимо дефектоскопии перед полетом прожечь на стенде. Это повышает вероятность выявления дефектов.
Дальше, по давлениям - десятки атмосфер это очень много? А сотни атмосфер (до 600) в газогенераторах, ТНА, КС - это значит мало?  

Засорения? Вытеснительный движок к ним на порядки менее чувствителен. Мелкие частицы ему не опасны, нужно в баке гаечный ключ забыть.
Разрывы трубопроводов? Другие поломки? В вытеснительном двигателе компоненты смешиваются только в КС. Это вам не кислый ТНА. С таким ТНА двигатели как правило взрываются так быстро, что автоматика не успевает их заглушить.
Сладкий ТНА в этом плане менее опасен, вытеснительный ЖРД ещё менее.
При наличии на ступени 30 вытеснительных ЖРД можно выключить неисправный, и это не повлияет на успешность полета.

[Shestoper]

Причём эта тенденция для вытесниловок тем хуже, чем крупнее ступень. Срабатывает масштабный фактор.

Вытеснительные ЖРД применяют на небольших верхних ступенях и разгонных блоках там, где сложно сделать маленький ТНА. Поэтому с ростом размерности преимущества ТНА возрастают.
Но я говорю про ступени принципиально другой размерности, с тягой в тысячи тонн. Тут вытеснительные ЖРД должны опять получить преимущество.
За счет надежности и цены - раз (потому что такую тягу принципиально нельзя реализовать одним насосным ЖРД, нужен целый пакет со множеством ТНА - см. судьбу Н-1).
А два - снижение акустических нагрузок (тут низкий УИ благо, с ним можно мириться на первой ступени) и высокая устойчивость корпуса к вибрациям по причине толстостенных баков.

[Дмитрий Инфан]

Но я говорю про ступени принципиально другой размерности, с тягой в тысячи тонн. Тут вытеснительные ЖРД должны опять получить преимущество.
За счет надежности и цены - раз (потому что такую тягу принципиально нельзя реализовать одним насосным ЖРД, нужен целый пакет со множеством ТНА - см. судьбу Н-1).
А два - снижение акустических нагрузок (тут низкий УИ благо, с ним можно мириться на первой ступени) и высокая устойчивость корпуса к вибрациям по причине толстостенных баков.

Почему же "принципиально нельзя"? Американский F-1 на первой ступени "Сатурна" развивал 690 т. с. Именно их и собирались ставить на "Новах".
А для снижения акустических нагрузок есть такая мысль: эжектировать в сопло двигателя атмосферный воздух (не из-под днища аппарата, чтобы не создавать дополнительное сопротивление, а через специальные воздухозаборники, по бортам ракеты). УИ и акустические нагрузки при этом упадут, зато тяга, что важно в момент старта, увеличится. Затем, когда ракета наберёт скорость, воздухозаборники можно сбросить, и дальше двигатель работает как чистый ЖРД.

[Valerij]

Попробуем оценить стоимость гипертяжа.
 .....
А с учетом стоимости разработки носителя и строительства инфраструктуры при серийности порядка 30-40 ракет одна будет обходиться примерно в 2 миллиарда. ИМХО.

Другими словами стоимость выведения на орбиту примерно 4 тысячи долларов за килограмм.
Для сравнения стоимость выведения Фальконом Хэви при объявленой цене пуска и грузоподъемности 2,4 тысячи долларов.

[Shestoper]

Для сравнения стоимость выведения Фальконом Хэви при объявленой цене пуска и грузоподъемности 2,4 тысячи долларов.

Пришел к сексопатологу 70-летний дед и жалуется на отсутствие потенции. Доктор:
 - Так чего же вы хотите? Возраст...
 - А вот у нас сосед, ему 80, а он говорит что ещё очень даже неплохо!
 - А вы тоже говорите.

[Shestoper]

А для снижения акустических нагрузок есть такая мысль:

На МБР Гном стоял ПВРД на первой ступени. Он кушал 1200 кг воздуха в секунду. Но его вначале разгонял до сверхзвуковой скорости РДТТ.
Плотность воздуха у Земли 1,2 кг/м3.
На УКСС подавалось 17 тонн воды в секунду. Тяга гипертяжа в 3-5 раз больше, чем у Энергии. Значит понадобится порядка 50-100 тонн воздуха в секунду минимум. Скорее больше, потому что у воды выше теплоемкость и она испаряется, эффективно снижая скорость струи. Но пусть будет 100 тонн. Столько воздуха содержит цилиндр диаметром 25 метров и высотой 1,7 километра. Ракета наберет нужную скорость уже за пределами плотных слоев атмосферы.

[Shestoper]

Почему же "принципиально нельзя"?

Я с трудом представляю ЖРД тягой эдак 10000 тонн с одним ТНА.
КС такую создать можно - с центральным телом, с диаметром равным диаметру ракеты.
Но каким единичным насосом перекачать порядка 50 тонн топлива в секунду?

[Дмитрий Инфан]

На УКСС подавалось 17 тонн воды в секунду. Тяга гипертяжа в 3-5 раз больше, чем у Энергии. Значит понадобится порядка 50-100 тонн воздуха в секунду минимум. Скорее больше, потому что у воды выше теплоемкость и она испаряется, эффективно снижая скорость струи. Но пусть будет 100 тонн. Столько воздуха содержит цилиндр диаметром 25 метров и высотой 1,7 километра. Ракета наберет нужную скорость уже за пределами плотных слоев атмосферы.

Как я понял, 50-100 т. - это на всю первую ступень. Современный турбореактивный двигатель развивает тягу 23 т. при собственном весе 5,6 т. Значит, на сто тонн понадобится вспомогательный ТРД массой, примерно, 15 т. Правда, температура выхлопной струи ТРД выше, чем у воздуха, поэтому требуемый объём возрастает, скажем, в 10 раз. То есть, на ступень ставим два вспомогательных движка, суммарной массой 150 т. (по 75 т с двух сторон) - естественно, сразу после старта они сбрасываются. Добавим керосин, топливную систему и прочее - ещё 150 т.  Итого 300 т. Ну, пусть даже 500 т. - чтобы с запасом. При начальной массе гипертяжа 12000 т. (в пятеро больше, чем у "Энергии") это некритично (чуть больше 4 %).

[Дмитрий Инфан]

Почему же "принципиально нельзя"?

Я с трудом представляю ЖРД тягой эдак 10000 тонн с одним ТНА.
КС такую создать можно - с центральным телом, с диаметром равным диаметру ракеты.
Но каким единичным насосом перекачать порядка 50 тонн топлива в секунду?

А почему с одним? Тяга F-1 690 т.с. При суммарной тяге 10000 т.с. это примерно 14 штук.

[октоген]

Почему же "принципиально нельзя"?

Я с трудом представляю ЖРД тягой эдак 10000 тонн с одним ТНА.
КС такую создать можно - с центральным телом, с диаметром равным диаметру ракеты.
Но каким единичным насосом перекачать порядка 50 тонн топлива в секунду?

А почему бы и нет? Какие фундаментальные ограничения на это? Если не сильно напряжный движок строить, то ТНА раз в 10 мощнее нужен чем у РД-170. В принципе, я думаю, что современная наука такой агрегат построить может.

[pkl]

А всего стоимость изготовления и запуска носителя составит вероятно порядка миллиарда, плюс-минус лапоть...

...А с учётом стоимости разработки носителя и строительства инфраструктуры при серийности порядка 30-40 ракет одна будет обходиться примерно в 2 миллиарда. ИМХО.

1 000 000 000 $ / 500 000 кг = 2000$/кг. Получается стоимость выведение 2000 - 4000 $/кг. Неплохо, весьма неплохо. А если применить СПГ, для которого на Дальнем Востоке есть вся инфраструктура? Может получиться ещё дешевле.

[pkl]

Базы - это фигня. Смотрите шире:
Орбитальные поселения.
СКЭС.
Звёздные войны.
Гелий-3.
Внеземная промышленность.
 :roll:

Тогда вообще первая ступень будет многоразовой. С посадкой на плавучую платформу в океане, и с буксировкой платформы на космодром.
Тогда ступень не надо доставать из воды, а платформу можно подогнать в нужную точку для выведения на орбиту любого наклонения - маневрировать ступени придется минимально, ХС на маневры не потратим.

Тогда уж лучше полностью многоразовый двухступенчатый носитель, с вертикальным стартом и вертикальной же посадкой на двигателях каждой ступени. Старт с воды и посадка на воду. С очертаниями как Н-1. Но опять же вопрос межполётного обслуживания.

[Shestoper]

А почему бы и нет? Какие фундаментальные ограничения на это? Если не сильно напряжный движок строить, то ТНА раз в 10 мощнее нужен чем у РД-170. В принципе, я думаю, что современная наука такой агрегат построить может.

Турбины плохо масштабируются вверх, начиная от мощности ТНА РД-170 (250 МВт).
http://engine.aviaport.ru/issues/63/page34.html
Самая мощная газовая турбина в мире -  340 МВт.
http://esco-ecosys.narod.ru/2008_7/art126.htm
Потому что у турбин лопатки, которые бешено вращаются в высокотемпературной среде, испытывая огромные нагрузки из-за центробежной силы.
Если увеличиваем размеры - придется снижать число оборотов, чтобы лопатки не оторвались.

Ускорение от центробежной силы равно квадрат скорости делить на радиус.
Допустим мы увеличили диаметр турбины вдвое. Тогда для таких же нагрузок линейную скорость концов лопаток можно повысить в 1,4 раза. Но длина лопатки возросла вдвое - значит средняя скорость разных её точек понизилась.
Поэтому удельная мощность на единицу массы ТНА уменьшится.

Теоретически можно взять ТНА РД-170, и через редуктор соединить его с насосом типа корабельного винта, диаметром несколько метров.
Вот например турбоагрегаты Саяно-Шушенской ГЭС мощностью по 640 МВт пропускали по 350 тонн воды в секунду при высоте плотины 240 метров - значит при мощности сотни МВт можно закачивать десятки тонн топлива в секунду под давлением десятки атмосфер.
Но ведь такие давления реализуемы и при вытеснительной подаче при более простой конструкции.

[pkl]

Так и знал, что для ТНА придётся ставить турбины от СШГЭС.

[Дмитрий Инфан]

А несколько ТНА (2, 4, 6, и. т. д.) на одну камеру сгорания поставить нельзя?

[Shestoper]

А несколько ТНА (2, 4, 6, и. т. д.) на одну камеру сгорания поставить нельзя?

Можно. На РД-270 стояло 2. Правда раньше было сложно синхронизировать их работу, но современные системы управления справятся.
Но надежность такого двигателя упадет.

[pkl]

Такое решение убивает саму идею сабжа: простота, и, как следствие, низкая цена и высокая надёжность.