Технологии изготовления баков. Снижение стоимости.

[SpaceR]

Продолжаем собирать идеи на тему как бы снизить удельную стоимость выводимого груза.

Одна из причин высокой стоимости космической техники - исключительно высокая доля контрольных операций. Как бы не больше 50% на этапе изготовления и, имхо, много больше 50% на этапе подготовки к пуску.
Мало того что сами по себе операции в полтора-два раза увеличивают стоимость труда, так еще и технические средства для этих операций сами по себе стоят не мало, и должны быть соответствующим образом (тоже не бесплатно) сертифицированы...

Вывод: снижать долю контрольных и испытательных операций до разумного минимума.
Это приведет главным обазом к снижению массового совершенства, увеличению разброса характеристик элементов.
Увеличение разброса характеристик ДУ, например, приведет к необходимости увеличения гарантированных остатков топлива.

Интереснобыло бы прикинуть, что будет падать быстрее- масса ПН, или стоимость эксплуатации системы?
Что-то мне подсказывает, что для нижних ступеней стоимость эксплуатации будет падать быстрее, а для верхних - наоборот.

Надёжность будет падать. Прежде всего и быстрее всего. А вместе с ней и ракеты...  

[RadioactiveRainbow]

Надежность надежности рознь.

Опять же, не обязательно. Например, делают сейчас некий баллон ВД, и испытывают на давление. Причем испытывают каждый экземпляр.
Ну увеличить толщину стенок вдвое, и отдавать на испытания один из партии.
С чего бы надежности падать в этом случае?
Вот масса, конечно, это да...

[Андрей Суворов]

Надежность надежности рознь.

Опять же, не обязательно. Например, делают сейчас некий баллон ВД, и испытывают на давление. Причем испытывают каждый экземпляр.
Ну увеличить толщину стенок вдвое, и отдавать на испытания один из партии.

Очень неудачный пример. Баллоны высокого давления испытывать надо, даже если у них запас прочности - десятка (как у стандартных сорокалитровых сарделек). Правда, их поверяют раз в несколько лет.

С чего бы надежности падать в этом случае?
Вот масса, конечно, это да...

С того, что надёжность баллона определяется НЕ толщиной материала, а качеством изготовления. А в космических условиях увеличивать массу ШБ вдвое - просто невозможно.

[RadioactiveRainbow]

Согласен, неудачный пример. Но все же мысль ясна.

Что касается увеличения массы... я ориентируюсь прежде всего на нижние ступени - а для них масса не так критична.

[Андрей Суворов]

Нет. Использовать более простые технологии - например, клёпка вместо сварки трением - это можно, хоть и проиграешь по весу ступени, но ступень будет дешевле. А уменьшать контроль качества - смерти подобно.

Не зря же у "семёрки" ракеты для пилотируемых пусков проверяются по более дорогой методике, и ни разу не подводили с "Союза-Т10" (а это какой год?), а "обычные", для беспилотных, всё же иногда падают.

[RadioactiveRainbow]

Эх. Ладно, допустим.
Хотя, можно снизить контроль если одновременно конструктивно увеличить живучесть системы
Типа пусть ломается - все равно долетим )))

Тогда ход лошадью. Объем контрольных операций прямо пропорционален количеству блоков, узлов и соединений в изделии.
Вывод - уменьшать количество деталей. Вместо 6ти семерочных блоков - два. на каждой ступени по двигателю (желательно - однокамерному).
Таким образом количество проверяемых камер (рулевики не в счет) уменьшается в 10-12 раз. Объем контрольных операций, конечно, упадет не так значительно - все таки площадь и масса изделия тоже свое влияние оказывают.

Тут, конечно, надо опять же стоимость считать. Так, например, в год у нас летают порядка 10-15 Союзов. Допустим, камеры у 107 и 108 одинаковые. В год выпускается более 250 камер двигателей! Это, практически, одна камера в день (рабочих дней, емнип, 250-280 в году). То есть более или менее серийное производство. При таких объемах удельная стоимость контрольных операций в стоимости изделия может быть весьма низкой...

[Александр Ч.]

А не из-за такой ли "экономии" с клапанами на Зените в последнее время проблемы?

[goran d]

Нет. Использовать более простые технологии - например, клёпка вместо сварки трением - это можно, хоть и проиграешь по весу ступени, но ступень будет дешевле. А уменьшать контроль качества - смерти подобно.

Не зря же у "семёрки" ракеты для пилотируемых пусков проверяются по более дорогой методике, и ни разу не подводили с "Союза-Т10" (а это какой год?), а "обычные", для беспилотных, всё же иногда падают.

а что сварка трением такая дорогая чтоли?

[Николай Дзись-Войнаровский]

Вот интересная статья на английском о том, как снизить стоимость РН. Не совсем про баки, конечно:
http://www.rocketryplanet.com/content/view/192/38/

Об авторе статьи:
http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Truax

[Наперстянка]

Шутку понял. Смешно. (с)
А я еще где-то слышал про вариант намотки бака из трубы тонкостенной )))

Не, серьезно.
Как, например, такой вариант. Из алюминиевых профилей гнется (чуть ли не вручную по шаблону) - склепывается - сваривается каркас бака. К нему снаружи (внахлест с касательными плоскостями профилей) или изнутри (вариант для извращенцев =) привариваются или приклепываются алюминиевые листы.
С точки зрения прочности - полный ахтунг. Зато из спецоборудования только координатная поверхность с элементами для временного крепления профилей...

А зачем каркас? Тем более, приклепанный (а герметичность)?
Вполне можно делать гладкие баки. В самом крайнем случае, можно оставить от каркаса только шпангоуты. Да, интересно, а чем пугает химфрезерование? Банальная, давно освоенная и не очень дорогая операция.

Тем,что прокатный стан можно соорудить для многих материалов,а оборудование химической фрезы делается для каждого материала специализированным,более сложным.

[Наперстянка]

Лет 15 назад фрезерование вафли было дороже гладких химфрезерованных листов.

Но вся трудоёмкость вафли была заключена в доводке по массе (тоже самое хим. травление). Фрезрование 8 часов, доводка 240 часов.

Если иметь на производстве новый плско-фрезерный станок с хорошей измерительной системой, то доводок не потребуется и от всего процесса остаётся только 8 часов!!! (по правде около 5..6 часов)

А если иметь хороший плоско-прокатный станок,то времени будет и того меньше.

[Наперстянка]

Это понятно. Непонятно другое - как эта "прибыль" формируется?
Это ведь не корзинка какая плетеная, или там лопатка какая. Ракету производит не один человек и даже не одно предприятие. И что, эта прибыль накручивается на каждом этапе работы? Вряд ли сливки собирает только контора, торгующая пусковыми услугами.

Ясен пень, в покупных изделиях и сырье, уже сидит накрутка поставщика (он же должен на что-то жить!), но все эти накрутки входят в себестоимость готового изделия. А продают его по коммерческой цене (ну, государству, очевидно, по какой-то договорной, кстати, раньше рентабельность нормировалась и в советской промышленности составляла порядка 13%). Ну, скажем, себестоимость ВАЗовской "копейки" составляла в начале на рубеже 70-80-х примерно 890 руб. Оптовая цена (по которой завод сдавал машину в торговлю) составляла примерно 1000-1100 руб. А розничная цена была 5500 р. (налог с оборота примерно 4400 р - шел в доход государства).

Хорошая задача для школьников,- выгодно ли было построить еще два таких ВАЗа ?!

[Наперстянка]

Мне вот интересно - если в принципе создание бака сведется исключительно к ручной сварке алюминиевых листов - на сколько упадет стоимость ракеты? ((

Чет у меня такое стремное чувство, что для существенного снижения стоимости надо не над ракетой работать, а над всей цепочкой изготовления-эксплуатации.
Поставить где-нибудь во чистом поле (чтоб земля подешевле обходилась) одно длинное здание. К одному торцу подвозят по железке (а лучше по воде) материал, из другого вывозят ракеты. Причем в дальнем же нонце склад оборудован. Вывозят, и тут же тащат на пусковую площадку - километров 10 по железке, не более. Там на старте ползучий МИК. Ставят - крепят ПН - откатываются - пускают.
И чтоб никуда не таскать блоки. Никаких посредников и промежуточных звеньев. Все тут же, на месте, под одной крышей.


Кстати, интересно - какую долю заводской стоимости продукции занимают затраты электроэнергии?

Если подвести к такой "цепочке" газовую трубу,то никакой.

[Наперстянка]

Как доведенная до абсурда примитивизация технологии изготовления ракет.

Ручной труд все дороже машинного.

Это если нужные машины уже на объекте,а если они еще не спроектированы,то,увы.

[Наперстянка]

To freinir

А что у Вас на фирме думают о возможности прокатки листа для баков сложного профиля типа вафли?
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=7968&postdays=0&postorder=asc&start=15

Хороший вопрос,особенно для японцем Они к себе очень уважительно относятся.

[Наперстянка]

Прокатка менее точная чем фрезерование + прочностные характеристики при горячей прокатке хуже. В дополнении, я пока в принципе не знаю технологии горячей или холодной прокатки вафельных панелей.

К сожалению,это полностью не соответствует действительности.

[Наперстянка]

Вообще к вопросу о оптимизации...

Постоянно всплывает тема мол надо удешевлять вывод на ЛЕО и будет щастье. И так же постоянно напоминают, что стоимость выведения - 0 целых хрен десятых от стоимости ПН. Поэтому стоимость выведения можно хоть вообще сократить до 0, но качественно это ситуацию не изменит.

Аналогично с баками, двигателями, наземкой и т.п...

Или вот тоже хороший пример - с многоразовыми СА для ПКК. Да даже если оно будет совсем бесплатным, то общая стоимость полета уменьшится едва ли на 10%.

Так что тут надо улучшать и удешевлять все сразу. Двиглы, СУ, баки, СК... и только тогда может быть что-то заметное проклюнется. Опять же на ПН это не повлияет...

"Если оно будет совсем бесплатным", то крупногабаритные грузы можно будет делать из чугуна и железобетона,с мазутом и азотной кислотой,что,несомненно,повлечет удешевление космических аппаратов.

[Наперстянка]

Отсюда получается, что можно сделать трёхкомпонентник дешевле чистого водородника

Эм... можете выложить цепочку разиышлений?
За счет того что водородник будет больше? Но у трехкомпонентника явно выше количество деталей и соединений, так что я не стал бы на это расчитывать...

Да, трёхкомпонентный двигатель тяжелее керосинового той же тяги и дороже, но он легче, чем водородный той тяги, которую трёхкомпонентник развивает на керосин+водород режиме! При этом УИ, фактически, не отличается, из-за того, что водородник оптимизирован на длинное выведение.
При этом у трёхкомпонентного блока баков объём меньше, конструкция проще, чем у водородника, т.к. меньше объём работ и "размах бровей".

Вдобавок,трехкомпонентный двигатель можно с выгодой сделать многоразовым для первой ступени.

[Наперстянка]

Модный нонеча "мю ПН" не учитывает дискретности стоимости заготовок и станочного парка, как при увеличении стартовой массы, так и при увеличении диаметра баков.

Мю ПН теперь не в моде, теперь в моде выжать максимум ПН при заданной тяге двигателей и вообще сделать все подешевле.

А то, что из меньшего объёма вытекает, например, возможность доставки непереоборудованными грузовыми самолётами, критерий оптимизации не учитывает? А то, что при уменьшении размера заготовки список поставщиков утраивается или учетверяется, тоже остаётся за бортом? Не зря же на Буран "работала вся страна" - в каждом его узле было что-нибудь такое, что умел делать лишь один завод в стране.

Пока что лишний бак и лишний насос в ТНА, трехкомпонентная форсуночная головка, сложность регулирования и т.д. перевешивают все возможные достоинства. Керосин или ТТУ на 1-й ступени и водород на 2-й оказываются проше и дешевле, чем трехкомпонентник.

По сравнению с керосиновым двигателем,трехкомпонентную камеру можно сделать мощностью на порядок выше,чем керосинову.

[Наперстянка]

Ну и, конечно, в системах, подобных МАКСу (с дозвуковым самолетом-носителем).

В системах с дозвуковым носителем стоимость сильно зависит от массы сбрасываемого груза и поэтому чистый водород должет быть выгоднее.

К тому же, не надо работать на уровне моря, что тоже обычно в пользу водородников.

Проблему с объёмом и криогенностью можно решить с помощью специализированного самолёта. Я знаю, Вы в специализированные самолёты не верите, но они таки рассматриваются, например WK3.

Водород идет на пользу и проблемы собъемом и криогенностью запросто решаются,если люди в стране себя уважают,особенно,президенты,как в Японии,к примеру.