Одноразовые versus многоразовые

Автор Shestoper, 21.11.2007 21:33:23

« назад - далее »

0 Пользователи и 1 гость просматривают эту тему.

Shestoper

Как известно, снизить стоимость вывода ПН на многоразовых системах можно только при небольшой трудоемкости и стоимости межполетного обслуживания.
При этом применение средств спасения первой и особенно второй счтупени значительно снижает ПН (в полтора-два раза для полностью многоразовых систем).
Также большие проблемы создает ресурс ЖРД. Например двигатели Шаттла после каждого полета требуют переборки ТНА, дефектоскопии трубопроводов, а после переборки - огневых испытаний.
Вот здесь http://engine.aviaport.ru/issues/08/page02.html рассмотрены перспективы развития ЖРД. Учитывая, что сам двигатель после изготовления требуется минимум два раза погонять на стенде (отдельно и в составе ступени), и его запас ресурса для надежной работы должен составлять 3-4 раза, получается что даже если двигатель имеет ресурс работы в 10 раз больше времени работы в полете, этого достаточно только на один полет (два испытания + полет вырабатывают 30% ресурса двигпателя).
Можно значительно увеличить ресурс и надежность двигателей при понижении давления в КС и использовании в ТНА восстановительного генераторного газа (или вообще безгенераторных двигателей на криогенных компонентах - водороде или метане). За счет применения менее дорогостоящих материалов и простоты конструкции такие двигатели будут значительно дешевле в производстве и эксплуатации. Они вполне годятся для многоразовых систем, так как их ресурс будет составлять 20-30 полетов.
Но даже в этом случае ресурс двигателя составит не более 4-5 полетов (с учетом межполетных огневых испытаний ступени).

И кроме двигателей, другие системы тоже вносят свою долю в удорожание межполетного обслуживания. Требуется провести дефектоскопию баков и трубопроводов, проверить состояние теплозащиты (пусть даже не такой трудоемкой, как плиточная защита Шаттла и Бурана, а металлической). Нужно протестировать работу всех систем каждой системы, и носителя в сборе.

А главное - высоконадежные двигатели, годные для многоразового использования без переборки, будут иметь маленький УИ. С учетом того, что ПН многоразовой системы и так ниже из-за средств спасения, ПН уменьшиться не меньше чем в 2,5-3 раза.
Например полностью многоразовая Энергия-2 должна была выводить 42 тонны, а ведь на ней использовались те же высоконапряженные движки РД-170, что и одноразовой Энергии.

Если уменьшать объем межполетного тестирования (например за счет увеличения запаса прочности силовой конструкции носителя, сварных соединений) - это также вызовет уменьшение ПН.

Получается, что носитель, который без капитальной переборки основных узлов сможет выполнить хотя бы 4-5 полетов с приличной надежностью, будет примерно втрое тяжелее одноразового носителя.

А отказаться от межполетного тестирования систем (сделать носитель как автомобиль - заправил и можно ехать дальше) - на нынешнем уровне развития техники это утопия, надежность будет ниже плинтуса. Как минимум теплозащиту, систему управления, двигатели придется серьезно тестить после каждого полета.

Так может ну её, эту многоразовость?

ratte07

Потому что другие солдаты - совершенно другие ребята...

Dude

Надо просто ставить СУ по GPS\Глонасс и крепить надувные крылышки сзади на первые две ступени РН. Задача: попадать отработавшей ступенью в круг 500м. Тогда вопросы с большими районами падения "отпадут" и любая многоразовость для РН сразу станет ересью.

Ворон

Извините, Shestoper, есть только одна многоразовая "собственно ракета" - это шаттловский ТТУ.
 Прекрасно оно работает как многоразовая система и никто, вроде, не собирается её одноразовой делать.

 Сам Шаттл - это не ракета, это гибридное изделие, его нельзя рассматривать как просто ракету.

 Что касается ЖРД - новенькие ЖРД одноразовых ракет регулярно отказывают, причём совершенно непонятно, что с ними делается в процессе полёта, а также с остальными системами ракеты, всё это разбивается к чертям и в случае аварии начинается детективная история на тему того, что отказало.

 Так что совершенно не факт, что выгоднее делать новую ракету и собирать все дефекты нового изделия вместо обслуживания старого.

 Далее, по поводу ресурса и утяжеления.
 Двигатель для получения бОльшего ресурса надо действительно утяжелить, а вот баки в любом случае "надувные", особой прочности им добавлять не надо.
 И, в любом случае, утяжеление первых ступеней компенсируется введением ещё одной ступени - упоминаемая вами Энергия "полутороступенчатая" ракета, которая тащит на опорную орбиту огромнейший водородный бак и тяжеленные двигатели.
 Естественно, спасение этого "сарая" выходящего на опорную орбиту съедает ПН - не надо использовать такую схему и только-то. :)
Господь — Пастырь мой, я ни в чем не буду нуждаться...

Вадим Семенов

ЦитироватьПри этом применение средств спасения первой и особенно второй счтупени значительно снижает ПН (в полтора-два раза для полностью многоразовых систем).
Это не факт. Сильно зависит от способа спасения. Может и незначительно снижать. Парашютный способ, например. Особенно на первой ступени. В действительности, даже трудно придумать способ спасения первой ступени, который бы снжал ПН в 2 раза.

ЦитироватьУчитывая, что сам двигатель после изготовления требуется минимум два раза погонять на стенде (отдельно и в составе ступени), и его запас ресурса для надежной работы должен составлять 3-4 раза, получается что даже если двигатель имеет ресурс работы в 10 раз больше времени работы в полете, этого достаточно только на один полет (два испытания + полет вырабатывают 30% ресурса двигпателя).
В составе ступени не испытывают, это вы что-то сочиняете. Да и отдельно двигаель прожигают вряд ли на полное полетное время. Но даже если так, то  двигатель с 10 кратным ресурсом может летать 9 раз.

ЦитироватьИ кроме двигателей, другие системы тоже вносят свою долю в удорожание межполетного обслуживания. Требуется провести дефектоскопию баков и трубопроводов
С десятка полетов с ними ничего не сделается. Во всяком случае спроектировать на такой ресурс проблем нет. Утяжеление несущественное, скорее всего они и без специальных мер выдержат.

ЦитироватьТак может ну её, эту многоразовость?
Смотря как делать. Если по уму, то вполне может быть выгодной. Главное, не гнаться за особо навороченными техническими решениями типа самолетного возврата, а искать экономически эффективные.
Гипотеза о боге дает ни с чем не сравнимую возможность абсолютно все понять, абсолютно ничего не узнавая.
А. и Б. Стругацкие "Пикник на обочине".

октоген

ПМСМ  многоразовые  ступени-бред!  проверьте  все  трубопроводы  и элементы  конструкции   летающего  сарая  на  земле  и  прослезитесь!  денег  явнно  на  постройку  нового  хватит



а  вот  спасаемые  блоки  двигателей-то  что  нужно!  пусть  будут  спасаемыми  двигатели  и  электроника, а  сами  баки-нет

hcube

Вопрос. На пассажиских самолетах проверяют ВСЕ трубопроводы и элементы конструкции после каждого полета? И как, это дешевле нового самолета? Вот на самолет и надо ориентироваться ;-).
Звездной России - Быть!

ratte07

ЦитироватьВопрос. На пассажиских самолетах проверяют ВСЕ трубопроводы после каждого полета? И как, это дешевле нового самолета? Вот на самолет и надо ориентироваться ;-).
У него совсем другие нормы прочности. С такими нормами РН и в половину меньшую ПН выводить не будет.
Потому что другие солдаты - совершенно другие ребята...

hcube

Ну и ладно. Лучше трехступенчатая система с многоразовостью как у самолета, чем двух  - одноразовая.
Звездной России - Быть!

MGouchkov

ЦитироватьПМСМ  многоразовые  ступени-бред!  проверьте  все  трубопроводы  и элементы  конструкции   летающего  сарая  на  земле  и  прослезитесь!  денег  явнно  на  постройку  нового  хватит

а  вот  спасаемые  блоки  двигателей-то  что  нужно!  пусть  будут  спасаемыми  двигатели  и  электроника, а  сами  баки-нет

 Специалисты!
 Объясните, почему идея одноразовые баки / многоразовые двигатели и всё остальное (в компактном блоке, с представимым массогабаритом и сложностью, системы возвращения) непопулярна на всех недавних этапах истории РН?
 Почему либо полностью одноразовые, либо дорогие АКС или непонятно чтО у "Энергии"/ "Байкал", в реальную надёжность при приемлимой массе чего, похоже не верится не только мне?
Старый всегда логично делает это с медведем (случайно заглянув в ЧД)

ratte07

Потому что реальные многоразовые системы (одна реальная - шаттл) делались не для удешевления, а для увеличения темпов пусков. А двигатели более-менее тяжелой РН весят 6 т и более, с корпусом СА и системами приземления это уже около 15-18 т. И падает за тысячи КМ. Либо в безлюдные места, либо в океан. Возвращать это долго. У шаттла ускорители тоже падают в океан, но хоть без всякого СА. Стальная труба для этого подходит. И после этого их разбирают и везут на завод для дефектации. Если разбирать ЖРД - то никакого выигрыша в цене не будет.
Потому что другие солдаты - совершенно другие ребята...

MGouchkov

ЦитироватьПотому что реальные многоразовые системы (одна реальная - шаттл) делались не для удешевления, а для увеличения темпов пусков. А двигатели более-менее тяжелой РН весят 6 т и более, с корпусом СА и системами приземления это уже около 15-18 т. И падает за тысячи КМ. Либо в безлюдные места, либо в океан. Возвращать это долго. У шаттла ускорители тоже падают в океан, но хоть без всякого СА. Стальная труба для этого подходит. И после этого их разбирают и везут на завод для дефектации. Если разбирать ЖРД - то никакого выигрыша в цене не будет.

 Всё же недопонимаю видимо; объём работ по диагностике возможных дефектов в системе типа "Шаттл" и аналогичных, имхо настолько больше чем в той идее о которой я, что непонятно как можно надеяться на увеличение частоты пусков..
  Соотношение масс двигателей и возвращаемого блока вы прикинули видимо с абляционной защитой по нормам ПКК (безопасность при переходе в баллистику). Имхо, при 6т двигателей возвращаемый может быть этак на треть легче чем в вашей прикидке.
   3- Из "сухих" районов падения и остатки одноразовых вроде бы по возможности эвакуируются, а ТТУ Шаттла американцы вобще- из океанской воды и вылавливают..
Старый всегда логично делает это с медведем (случайно заглянув в ЧД)

октоген

может  конечно  мое  мнение  и  любительское, но  я  с  трудом  представляю  себе  дефектоскопию  огромных  металлических  конструкций  типа  ступеней  ракет  особенно  после  "приземления" со  скоростью  от  которой иногда  парашютисты  ноги  ломают, замечу  что  сюрпризы  ветра и  камешки  на  подстилающей  поверхности  (а  может  и   скалы) никто  не  отменял

движок  компактнее, возможно  разбирается, и  скажем  сдалать  рентген  его  деталей   и  осмотреть  их  глазом  как-то  проще  кажется...

кроме  того  движок  явно  будет  проверяться  пуском  на  сттенде

Shestoper

ЦитироватьНадо просто ставить СУ по GPS\Глонасс и крепить надувные крылышки сзади на первые две ступени РН. Задача: попадать отработавшей ступенью в круг 500м. Тогда вопросы с большими районами падения "отпадут" и любая многоразовость для РН сразу станет ересью.

Согласен. Точнее это будут не крылышки, а аэродинамические рули - они и так у многих ракет на первой ступени стоят.

Shestoper

ЦитироватьИзвините, Shestoper, есть только одна многоразовая "собственно ракета" - это шаттловский ТТУ.
 Прекрасно оно работает как многоразовая система и никто, вроде, не собирается её одноразовой делать.

ТТУ имеет прочный корпус и падает в океан - потому там можно применять относительно простую систему спасения.
ТТУ для мирного космоса мне совсем не нравятся. Во-первых продукты сгорания у них очень грязные, намного хуже чем продукты сгорания гептила. Во-вторых простые ТТУ ломаются редко, но уж если сломаются - будет как с Челленджером.
Ракета с несколькими безгенераторными ЖРД (на криогенных компонентах, например метане) будет намного надежнее. Безгенераторный ЖРД использует в ТНА "холодный" восстановительный газ, так что пожар и взрыв ТНА практически исключен. Такой двигатель очень трудно взорвать, в результате аварии его скорее всего просто выключит система управления. Если ракета будет с большой тягой, то она сможет выйти на орбиту даже после отключения одного двигателя. И даже при более серьёзной аварии такие двигатели не взрываются мнгновенно - у экипажа есть шанс на спасение с помощю САС.
 
ЦитироватьЧто касается ЖРД - новенькие ЖРД одноразовых ракет регулярно отказывают, причём совершенно непонятно, что с ними делается в процессе полёта, а также с остальными системами ракеты, всё это разбивается к чертям и в случае аварии начинается детективная история на тему того, что отказало.

 Так что совершенно не факт, что выгоднее делать новую ракету и собирать все дефекты нового изделия вместо обслуживания старого.

Новую ракету нужно испытывать перед стартом - сначала отдельные узлы, потом ступени в сборе. Тогда риск аварии сводится к минимуму.
Многоразовая система после каждого полета должна подвергаться дефектоскопии и новым испытаниям - только тогда будет ясно, что довольно жесткие условия полета и возвращения ничего не повредили. А во втором и последующем полетах ресурс многоразовой ступени будет уже меньше, чем в первом полете, так что риск увеличивается.

ЦитироватьДалее, по поводу ресурса и утяжеления.
 Двигатель для получения бОльшего ресурса надо действительно утяжелить, а вот баки в любом случае "надувные", особой прочности им добавлять не надо.
 И, в любом случае, утяжеление первых ступеней компенсируется введением ещё одной ступени - упоминаемая вами Энергия "полутороступенчатая" ракета, которая тащит на опорную орбиту огромнейший водородный бак и тяжеленные двигатели.
 Естественно, спасение этого "сарая" выходящего на опорную орбиту съедает ПН - не надо использовать такую схему и только-то. :)

Ну да, увеличиваем количество ступеней, увеличиваем число двигателей, увеличиваем массу и сложность носителя, вторая ступень садиться за тысячи км от старта (её нужно возвращать) - и при этом получаем удешевление ПН  :D  Сомнительно.

Shestoper

Цитировать
ЦитироватьПри этом применение средств спасения первой и особенно второй счтупени значительно снижает ПН (в полтора-два раза для полностью многоразовых систем).
Это не факт. Сильно зависит от способа спасения. Может и незначительно снижать. Парашютный способ, например. Особенно на первой ступени. В действительности, даже трудно придумать способ спасения первой ступени, который бы снжал ПН в 2 раза.

Есть разница между полностью многоразовой и самостоятельно возвращающейся на космодром системой (это вызывает значительное снижение ПН), и парашютоной посадкой первой ступени где-нибудь в степи (откуда её ещё нужно вывезти).
Парашютная посадка в виде только парашютов применима только при посадке РДТТ на воду. Тонкостенную ступень с ЖРД на землю так не посадишь - расплющиться. Тут нужны выдвижные посадочные опоры, двигатели мягкой посадки. Плюс ещё транспорт, которым будем вывозить ступень из района посадки. И потом в обязательном порядке - на завод, проверять целостность всех сварных швов корпуса, трубопроводов, двигателя. Потому что даже такая посадка - это не крылатая посадка на космодром, она сопровождается заметным ударом и может повредить ступень.

Цитировать
ЦитироватьУчитывая, что сам двигатель после изготовления требуется минимум два раза погонять на стенде (отдельно и в составе ступени), и его запас ресурса для надежной работы должен составлять 3-4 раза, получается что даже если двигатель имеет ресурс работы в 10 раз больше времени работы в полете, этого достаточно только на один полет (два испытания + полет вырабатывают 30% ресурса двигпателя).
В составе ступени не испытывают, это вы что-то сочиняете. Да и отдельно двигаель прожигают вряд ли на полное полетное время. Но даже если так, то  двигатель с 10 кратным ресурсом может летать 9 раз.
ЦитироватьИ кроме двигателей, другие системы тоже вносят свою долю в удорожание межполетного обслуживания. Требуется провести дефектоскопию баков и трубопроводов
С десятка полетов с ними ничего не сделается. Во всяком случае спроектировать на такой ресурс проблем нет. Утяжеление несущественное, скорее всего они и без специальных мер выдержат.

Вот так и Королев думал, когда делал Н-1 - в составе ступени двигатели можно и не испытывать. Помните чем кончилось?  :D
Ступень обязательно нужно прожигать новую, и многоразовую - перед каждым полетом.
Одним испытанием двигателей не ограничишься. Потому что двигатель, установленный на ракете в составе многодвигательной силовой установки, испытывает гораздо бОльшие вибрационные и аккустические нагрузки. И в конструкции самой ступени может быть дефект, который выявиться на испытаниях. И после полета в ступени может появиться дефект.
Что касается ресурса - никто не позволит ставить на ракету двигатель с ресурсом, близким к исчерпанию. Вот Вы согласитесь лететь на двигателе, у которых ресурса на 1 полет осталось?

Dude

Ступень - это цилиндр, который падает на сверхзвуке, поэтому надо рулить целиком поверхностями надувного хвостика и желательно еще и воздушные тормоза, 2 штуки, приделать, чтобы вопрос с управляемостью отпал.

Насчет надежности ТТУ, все помнят про Челленджер, хотя там реально взорвался ET, а не SRB, и забывают про GEM на Дельте II, который реально взрывался сам, в отличие от SRB, который дал через ненадежную прокладку струю в бак Шаттла и разрушил свое крепление с ним, после чего оба SRB улетели себе дальше.

Старый

ЦитироватьСтупень обязательно нужно прожигать новую, и многоразовую - перед каждым полетом.
А супостаты точно прожигают?
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Старый

ЦитироватьВот Вы согласитесь лететь на двигателе, у которых ресурса на 1 полет осталось?
Мне случалось летать на двигателях с нулевым ресурсом. Главный инженер ВВС специальным указанием давал разрешение на 1 полёт - до завода.
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Старый

Кстати, офтопик. В нашей части был случай когда два двигателя почти вдвое(!) перелетали свой ресурс. Заметили это только тогда когда один из них на лету развалился.
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер