Оптимальная первая ступень

[Shestoper]

1)Сложностей с доставкой не больше, чем с тяжеленной ступенью с ВСП. К тому же РДТТ можно относительно просто сегментировать.
2)Да с гибридниками, по большому счету никто и не заморачивается. Дальше экспериментов дело не идет. Мелочь, типа SS2- не в счет.
3)Не понял как же ВСП эти недостатки обходит? Изготовление ступеней на одном заводе может быть достоинством, а может - недостатком.
4)Так и я про то же.

1) Если ТТУ пятисегментный, то каждый его сегмент в полтора раза тяжелее, чем пустая ступень с ВСП. К тому же сборка сегментов тоже проблем добавляет. Челленджер вон долетался из-за уплотнений.
Да и установщик для ракет c ТТУ нужен огромной грузоподъемности.

3) Да и хоть бы и на разных заводах делают первую и вторую ступень. Построить два завода по ЖРД-шной технологии дешевле, чем один для завод производства ступеней с ЖРД, а второй - для "крупнокалиберных" ТТУ.

4) Есть ещё и проблемы с экологией. Не думаю что массовые пуски тяжелых ракет с ТТУ хорошо влияют на атмосферу.

[Shestoper]

Ступень-кубик с одним центральным двигателем и 4-мя управляемыми. ТТУ любой длины по необходимости.

В каком смысле - кубик?

И что за двигатели? Открытой схемы, закрытой? Какие параметры?

[Дмитрий В.]

1)Сложностей с доставкой не больше, чем с тяжеленной ступенью с ВСП. К тому же РДТТ можно относительно просто сегментировать.
2)Да с гибридниками, по большому счету никто и не заморачивается. Дальше экспериментов дело не идет. Мелочь, типа SS2- не в счет.
3)Не понял как же ВСП эти недостатки обходит? Изготовление ступеней на одном заводе может быть достоинством, а может - недостатком.
4)Так и я про то же.

1) Если ТТУ пятисегментный, то каждый его сегмент в полтора раза тяжелее, чем пустая ступень с ВСП. К тому же сборка сегментов тоже проблем добавляет. Челленджер вон долетался из-за уплотнений.
Да и установщик для ракет c ТТУ нужен огромной грузоподъемности.

3) Да и хоть бы и на разных заводах делают первую и вторую ступень. Построить два завода по ЖРД-шной технологии дешевле, чем один для завод производства ступеней с ЖРД, а второй - для "крупнокалиберных" ТТУ.

4) Есть ещё и проблемы с экологией. Не думаю что массовые пуски тяжелых ракет с ТТУ хорошо влияют на атмосферу.

Для 40-тонника не нужны РДТТ таких огромных размеров, как у Шаттла. Заливку топливом можно проводить прямо на космодроме, как для Ариан-5. По экологии, да, РДТТ хуже, конечно. Случай с Челленджером - пример исключительного головотяпства, а так надежность РДТТ ничуть не хуже, чем у жидкостных ступеней.

[Дмитрий Виницкий]

Обший кислородный бак, центральный типа F-1, боковые - не знаю. НК-43, наверное. Кубик - в смысле, что полностью одинаковые, и могут ставится один на другой и выполнять роль и 2-й и 3-й ступени.

[Shestoper]

Для 40-тонника не нужны РДТТ таких огромных размеров, как у Шаттла. Заливку топливом можно проводить прямо на космодроме, как для Ариан-5. По экологии, да, РДТТ хуже, конечно. Случай с Челленджером - пример исключительного головотяпства, а так надежность РДТТ ничуть не хуже, чем у жидкостных ступеней.

Сейчас подсчитал две ракеты. Одну с ВСП на первой ступени, и ненапряженным водородником на второй (пустотный УИ 440 с).

Вторую - с относительно ненапряженными керосинниками на первой ступени (УИ как у НК-33) и такими же водородниками на второй ступени, как у первой ракеты.

При одинаковых ПН стартовая масса первой ракеты больше в 1,35 раз, а масса её второй ступени в 1,5 раза больше, чем у второй.

Если принять тяговооруженность первых ступеней 1,2, а вторых - 1, получается:
если принять тягу второй ступени первой ракеты за 1, то

на первой ракете насосными ненапряженными ЖРД создется тяга 1, вытеснительными ЖРД - 4,08

на второй ракете насосные ЖРД примерно такого же класса напряженности создают тягу 3,48

Чтобы двигательные установки стоили одинаково, единица тяги, полученная на насосных ЖРД, должна обходиться в 1,65 раза дешевле, чем на ЖРД класса НК-33.
Думаю что разница в стоимости двигателей на единицу тяги намного больше, чем 1,65.
Так что двигательная установка ракеты с ВСП будет дешевле.
Но её более крупные корпуса ступеней будут несколько дороже в производстве и при транспортировке, чем у ракеты с насосными ЖРД.

В результате - "истина где-то рядом" - стоимость ракет будет различаться не очень сильно. Результат во многом будет зависеть от технологических традиций производства и способа транспортировки.
Правда надежность ракеты с ВСП будет заметно выше.

[Salo]

А если отказаться от моноблочной первой ступении, сделать двухблочную первую сткпень, поставить по бокам второй ступени по типу Ариан-5.  Получаем последовательный пакет. Проблема с размерностью двигателей и ступени упрощается. Блоки будут пятиметрового диаметра. Да и масса будет тонн 50. Самолётом возить можно. На каждый блок можно поставить четырёхкамерный двигатель с ВСП. Немного возрастёт масса первой ступени, зато сократится длина ракеты. :wink:

[Salo]

Ну, получается где-то так.
Стартовая масса 1200 т
Стартовая тяга 1 ст 1600 тс
Масса ГО 5500 кг, сброс на 190 с.
РЗТ 1 ст = 738 т
Конечная масса блока 1 ст = 126,4 т, в т.ч топливный отсек (с межбаком) почти 75 т (сухой отсек около 56 т).
РЗТ 2 ст. = почти 263 т
конечная масса блока 2 ст = 28,5 т.
Тяга ЖРД 2-й ст = 350 тс.
Масса ПГ = 38,5 т на орбиту 200*200 км с наклонением 51,6 град.

Я думаю можно обойтись двумя блоками диаметром 3,9м или 4,1м. Сделать их гладкими. Если делать из АМг-6Н толщиной 32,5 мм то корпуса можно делать на оборудовании для Зенита или Протона без фрезеровки вафли. :wink:

[Shestoper]

Можно и так.
При этом корпус ускорителей с ВСП не будет заметно утяжеляться при пакетной схеме, в отличии от блоков с насосными ЖРД. Прочные корпуса баков с ВСП хорошо держат изгибающие нагрузки без утяжеления, в отличие от баков с насосной подачей (именно поэтому блок А Энергии имеет такое низкое массовое совершенство даже без системы спасения).

[Salo]

Получаем два блока по 65т при диаметре 3,9-4,1м и длиной метров 30.
можно возить железной дорогой или внутри  Ан-124.
Да и двигатели получаются по 200тс на камеру при давлении 20 атм в КС. Надо прикинуть размеры, но в крайнем случае можно поставить наружные обтекатели.

[Salo]

Кстати для управления можно и разнотяг применить , хотя в пакетной схеме это не есть здорово. :wink:

[Shestoper]

В этом случае можно отказаться от мощного водородного двигателя тягой 350 тонн, заменить его двумя по 175 тонн. Тягой как РД-0120, но дешевые и ненапряженные, открытой схемы.

И построить линейку носителей по типу глушковской. С тем преимуществом, что вместо сложного РД-170 - сверхпростой вытеснительный двигатель. Вместо дорогого РД-0120 - простой водородник открытой схемы. И использование в боковых блоков ЖРД с ВСП не утяжеляет их относительно их "природного" низкого массового совершенства.

Тогда 20-тонную ПН можно выводить одним ускорителем, сверху которого установлена вторая водородная ступень диаметром 6 метров (по схеме Арес-1). При примерно равном объеме баков с ускорителем она будет вдвое короче его. На второй ступени устанавливается один водородный двигатель.

40 тонн будет выводить носитель с двумя боковушками-ускорителями и центральным блоком диаметром тоже 6 метров, но увеличеной длины (в 2 раза длинее, чем на 20-тоном носиетеле). На второй ступени будут установлены 2 двигателя. Поскольку диаметр их сопла по 4 метра, снизу они будут выступать за диаметр второй ступени (крест-накрест с боковушками).

80 тонн будет выводить носитель с 4 боковыми блоками и диаметром второй ступени 7,7 метров. На второй ступени устанавливается 4 водородных ЖРД.

Вот такой очень симпатичное семейство, использующее только 2 двигателя (ЖРД с ВСП и водородник) и три диаметра - 3,9, 6 и 7,7 метров. Впрочем последний диаметр будет использоваться нечасто  - 80-тонник будут пускать редко по сравнению с 20-тонником и 40-тонником.
20-тонный и 40-тонный носитель такой схемы могут быть очень массовыми, дешевыми и с высокой степенью унификации.

Блоки массой 60 тонн и диаметром 3,9 метров не проблема доставлять на космодром современными транспортными средствами.

[Salo]

А если всё-таки заморочиться на кислородно-метановой первой ступени? Два криогенных компонента. Наддув основными компонентами, сначала выкипающими, а потом  подогретыми в рубашке охлаждения двигателей. Совмещённые днища баков без термоизоляции. Можно применить переохлаждение компонентов и криоупрочняемые алюмо-литиевые сплавы. Процентов 20 по сухой массе выиграть можно.
Никаких проблем с экологией.  :wink:

[Salo]

А такой вопрос: что будет с ЖРД с  ВСП если закончится топливо в баках и пойдут в КС газы наддува в виде газифицированных основных компонентов?

[Shestoper]

Всё бы хорошо, но метан имеет небольшую плотность - для тяжелых баков с большим давлением это очень плохо.
 
А криоупрочнение вряд ли удасться использовать - всё равно газы наддува горячие.

Кислород-метановое топливо имеет среднюю плотность на 20% меньше, чем кислород-керосиновое.

В результате даже с учетом более высокого УИ метана ХС ступени практически не изменится, а сухая масса и размеры станут больше.

[Salo]

Горячие газы наддува будут влиять на температуру только на пустом баке, а там из нагрузок только давление наддува останется. Газы наддува можно и не перегревать сильно поскольку компоненты криогенные и выкипают при температуре выше точки кипения при давлении 30 атм. Увеличение объёма на 20% приведёт к увеличению сухой массы процентов на 10.  Зато можно отказаться от ЖВ для наддува и вырабатывать остатки топлива пока в двигатели не пойдут газифицированные кислород с метаном и давление наддува не упадёт до минимума. :wink:

[Дмитрий В.]

Горячие газы наддува будут влиять на температуру только на пустом баке, а там из нагрузок только давление наддува останется. Газы наддува можно и не перегревать сильно поскольку компоненты криогенные и выкипают при температуре выше точки кипения при давлении 30 атм. Увеличение объёма на 20% приведёт к увеличению сухой массы процентов на 10.  Зато можно отказаться от ЖВ для наддува и вырабатывать остатки топлива пока в двигатели не пойдут газифицированные кислород с метаном и давление наддува не упадёт до минимума. :wink:

Если баки стальные, то 500К (+227 град С) им не очень страшны. Можно и немного "похолоднее" сделать.

[freinir]

1460 имеет сигму временную 60 кг/мм^2 и без криоупрочнения

[Дмитрий В.]

1460 имеет сигму временную 60 кг/мм^2 и без криоупрочнения

О, замечательно!   А то я в свои расчеты закладываю 55 с криоупрочнением :oops: . А плотность какая? 2600 кг/куб.м.?

[Shestoper]

2700.

[Дмитрий В.]

2700.

Многовато для Al-Li :roll: