Танкеры

[mihalchuk]

К сожалению, в связи с техническими проблемами не смог ответить сразу, а вопрос важный. иак:

Если попробовать систематизировать рассмотренные варианты и учесть уточнение предыдущего поста, то вырисовывается следующая схема:
1) На орбите будет создана инфраструктура, а по-простому говоря, станция-хранилище, обеспечивающая накопление доставляемого с Земли топлива и заправку им потребителей. Именно на нее и требуется доставлять топливо.

Согласен.

2) Большинство потребителей этого топлива - многоразовые КК космического базирования, включая топливовозы-заправщики, доставляющие его к спутникам, станциям и другим орбитальным объектам.

Это в корне неверно. Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки, которые после заправки и успешного старта уже никогда не вернутся на станцию. Многоразовые аппараты космического базирования - это преде всего паромы и буксиры ближнего действия - много потреблять не будут.

3) Если учесть наличие этих самых межорбитальных заправщиков (наследников "Парома"), получается, что доставляющему топливо средству нет необходимости стыковаться (или причаливать) к станции-хранилищу. Что для него, конечно же, выгоднее.

Доставлять заправщику топливо на станцию лично или сливать его в Паром - вопрос непринципиальный, решаемый технико-экономическим расчётом.

То есть, на первом этапе, когда потребности и объемы невелики, топливо можно доставлять в качестве попутного груза с КА и прочими ПГ при штатных пусках с недогрузом.

Это будет мышинная возня, если задумывать что-то сверх того, что делается сегодня.

Соответственно, "паромщики" подбирают его для доставки к хранилищу (либо, если это выгоднее, везут сразу к потребителю). Для повышенных потребностей в топливе некоторые пуски обычных средств выведения могут быть посвящены выведению только топлива,

Это как понимать? Носители с произвольной целевой программой сбрасывают контейнер, а Паром его подбирает? Нереализуемо за редкими исключениями. Если же пуск целевой, к станции, то получается, что Паром будет использоваться и для доставки обычного груза. Тогда его наличие или отсутствие не влияет на суть вопроса.

причем вероятнее всего, что в этих случаях топливо удобнее везти вместе с баком, исключив операции перекачки.

Возможно, но этот вопрос гораздо сложнее, чем кажется.

В дальнейшем, когда грузопоток на орбиту возрастет, начнут появляться многоразовые ракетные (либо аэрокосмические) системы, причем в силу дороговизны разработки, делать их будут УНИВЕРСАЛЬНЫМИ (для всех типов ПГ), но, вероятно, сразу адаптировать под возможность заправляться топливом при недогрузе.

Это - ложный путь. Делать станцию заправщик и не предусмотреть её специального снабжения при том, что топливо составит не менее 60% от всего грузопотока на НКО? Мой вывод - нужно сразу создавать специализированную систему доставки, разработка которой будет гораздо дешевле, чем универсального средства.

Экономическая выгода создавать СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ средство под доставку на орбиту топлива со сливом в хранилище может появиться только если объем топлива для дозаправок приблизится хотя бы к 40%(имхо) от общей массы запускаемых грузов. Но даже в этом случае могут сделать вывод о большей эффективности способа доставлять топливо вместе с тонкостенным баком (в этом случае МТКС не нужно лететь к хранилищу).

Количество топлива, которое можно заменить дозаправками, уже давно и устойчиво превышает половину общего грузопотока.

В процессе дальнейшего развития космической деятельности и роста потребности в грузопотоке топлива на орбиту уже появится явный смысл "вложиться" финансово в ЭМК и запускать топливо без ракет (ну, не считая апогейный импульс ), только с помощью наземной электростанции   .

Ну, это уже фантастика.

[Lanista]

>>Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки
кстати, а есть ли возможноть уже сейчас заправлять 3е ступени болтающиеся на орбите и использовать их для полета на Луну, допустим?

[Tiger]

>>Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки
кстати, а есть ли возможноть уже сейчас заправлять 3е ступени болтающиеся на орбите и использовать их для полета на Луну, допустим?

Я боюсь, что главная проблема - это их после заправки "завести"...  :roll:

[Alex_II]

>>Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки
кстати, а есть ли возможноть уже сейчас заправлять 3е ступени болтающиеся на орбите и использовать их для полета на Луну, допустим?

А смысл? Неужто там болтается что-то из крупного? Да и к тому же, чтобы поймать и заправить такую ступень придется сжечь больше топлива, чем она весит... А топливо для заправки так и так везти. Никакого выигрыша...

[mihalchuk]

>>Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки
кстати, а есть ли возможноть уже сейчас заправлять 3е ступени болтающиеся на орбите и использовать их для полета на Луну, допустим?

Ни одна из третьих ступеней для этого не предназначена. Требуется доработка разной степени сложности.

[mihalchuk]

>>Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки
кстати, а есть ли возможноть уже сейчас заправлять 3е ступени болтающиеся на орбите и использовать их для полета на Луну, допустим?

А смысл? Неужто там болтается что-то из крупного? Да и к тому же, чтобы поймать и заправить такую ступень придется сжечь больше топлива, чем она весит... А топливо для заправки так и так везти. Никакого выигрыша...

Конечно, вылавливание произвольных ступеней имеет мало смысла. Другое дело - выведение ступени к заправочной станции. Тогда топлива понадобится немного. Третья ступень от РН "Союз 2" при соответствующей доработке способна отправить к Луне около 10 т. Смысл в заправке последних ступеней есть. Дело в том, что последняя ступень имеет целевые свойства, привязанные к полезному грузу, а для доставки топлива лучше использовать специализированный носитель с определёнными свойствами.

[SpaceR]

2) Большинство потребителей этого топлива - многоразовые КК космического базирования, включая топливовозы-заправщики, доставляющие его к спутникам, станциям и другим орбитальным объектам.

Это в корне неверно. Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки, которые после заправки и успешного старта уже никогда не вернутся на станцию. Многоразовые аппараты космического базирования - это преде всего паромы и буксиры ближнего действия - много потреблять не будут.

А на чем основана такая категоричность?
В исходных условиях Радуги ничего подобного и близко не было.

Я считаю, что основными потребителями будут именно многоразовые аппараты космического базирования, причем дальнего действия. Использование же для целей разгона "одно-двухразовых ракетных блоков" неэффективно в силу необходимости обеспечения их заправки в невесомости, связанной с проблемами перегрева компонентов и обеспечением сплошности жидкой фазы. Это технически труднодостижимо и в конечном итоге будет менее эффективно, чем применение специализированных кораблей, использующих уже заправленные одноразовые тонкостенные баки. Да и получить эти пустые ступени в нужных количествах на нужных для КК орбитах нереализуемо.

Ведь мы это уже разбирали в другой теме несколько месяцев назад

[SpaceR]

Еще одним, и даже более важным, аргументом является то, что для операций в открытом космосе более эффективно использовать специализированные двигатели, а не те, что на ступенях РН. Двигатели для космоса будут иметь меньшую тягу, но более высокий УИ, в частности за счет выдвижного соплового насадка. На первом этапе это будут кислородно-водородные ступени, на последующих - ЯРД, ЭРД с ЯЭУ или СБ, а также СЭДУ.
Их эффективность с лихвой перекроет любые возможности "двухразовых верхних ступеней".

[SpaceR]

Многоразовые аппараты космического базирования - это преде всего паромы и буксиры ближнего действия - много потреблять не будут.

Еще как будут! Им же нужно:
 - обеспечивать топливом МКС и другие крупные объекты, требующие топливо для поддержания орбиты;
 - возить на орбитальные заводы расходные материалы и забирать продукцию. Специализированным кораблем это делать эффективнее (по расходу топлива), чем большим многоразовым космопланом вроде Шаттла или МАКСа.
 - выполнять энергоемкие перелеты для ремонта или модернизации КА на ГСО.
 - ну и, конечно, главный потребитель - транспортный шаттл орбита Земли-орбита Луны с ЭРД или ЯРД.

Создание же орбитального топливохранилища и транспортного узла до появления этих задач вряд ли оправдано и по меньшей мере малоэффективно. То есть - для того, чтобы убедиться в его оправданности, конечно же нужно смоделировать варианты развития орбитальных операций.

[SpaceR]

Доставлять заправщику топливо на станцию лично или сливать его в Паром - вопрос непринципиальный, решаемый технико-экономическим расчётом.

Согласен.

То есть, на первом этапе, когда потребности и объемы невелики, топливо можно доставлять в качестве попутного груза с КА и прочими ПГ при штатных пусках с недогрузом.

Это будет мышинная возня, если задумывать что-то сверх того, что делается сегодня.

Никакая не мышиная. По моим оценкам даже сейчас, когда используется довольно разношерстный набор РН, средний недогруз при пусках составляет порядка 15%. В будущем, когда перейдут на многоразовые ТКС (а имхо именно тогда, и не ранее, и потребуется орбитальное топливохранилище), средний недогруз из-за большего диапазона между соседними по грузоподъемности ТКСами увеличится, вероятно, до ~20%.

Носители с произвольной целевой программой сбрасывают контейнер, а Паром его подбирает? Нереализуемо за редкими исключениями.

Реализуемо, вполне. Хотя и с некоторыми исключениями
Уже сейчас можно заметить, что примерно половина КА достаточно лояльны к плоскости, в которую они попадут при выходе на опорную низкую орбиту. Исключения - ДЗЗ, навигация, некоторые группировки и КА связи, не требующие выхода на ГСО. КА, летящие к МКС, сюда не относятся, т.к. плоскость топливохранилища будет такой же, как и у "пост-МКС".

[SpaceR]

В дальнейшем, когда грузопоток на орбиту возрастет, начнут появляться многоразовые ракетные (либо аэрокосмические) системы, причем в силу дороговизны разработки, делать их будут УНИВЕРСАЛЬНЫМИ (для всех типов ПГ), но, вероятно, сразу адаптировать под возможность заправляться топливом при недогрузе.

Это - ложный путь. Делать станцию заправщик и не предусмотреть её специального снабжения при том, что топливо составит не менее 60% от всего грузопотока на НКО? Мой вывод - нужно сразу создавать специализированную систему доставки, разработка которой будет гораздо дешевле, чем универсального средства.

Как раз не будет.
Даже несмотря на Ваше замечание

Количество топлива, которое можно заменить дозаправками, уже давно и устойчиво превышает половину общего грузопотока.

- кстати, замечание неверное. Это не топливо, "которое можно заменить дозаправками", а ВСЁ доставляемое на орбиту топливо, и большинство из него необходимо доставлять в составе ПГ, а не отдельно, дабы сэкономить на сложных и рискованных орбитальных операциях. Современные КА еще не готовы ни к ремонтам, ни к дозаправкам. А многие РБ для них либо используют разное топливо, либо вообще РДТТ. Поэтому переход к единому топливу, доставляемому отдельно от КА, придет еще не скоро.
И создавать универсальные многоразовые ТКС все равно придется. А специализированный танкер будут создавать уже потом, за дополнительные затраты, которых можно не делать, если доработать под перевозку топлива уже эксплуатируемых "универсалов".
Потому я и написал:

Экономическая выгода создавать СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ средство под доставку на орбиту топлива со сливом в хранилище может появиться только если объем топлива для дозаправок приблизится хотя бы к 40%(имхо) от общей массы запускаемых грузов. Но даже в этом случае могут сделать вывод о большей эффективности способа доставлять топливо вместе с тонкостенным баком (в этом случае МТКС не нужно лететь к хранилищу).

[mihalchuk]

2) Большинство потребителей этого топлива - многоразовые КК космического базирования, включая топливовозы-заправщики, доставляющие его к спутникам, станциям и другим орбитальным объектам.

Это в корне неверно. Основные потребители - одно-двухразовые ракетные блоки, которые после заправки и успешного старта уже никогда не вернутся на станцию. Многоразовые аппараты космического базирования - это преде всего паромы и буксиры ближнего действия - много потреблять не будут.

А на чем основана такая категоричность?
В исходных условиях Радуги ничего подобного и близко не было.

Но из из обсуждения такие выводы не следуют. По многоразовым КК космического базирования: как только начинаешь их считать, так оптимизм сразу улетучивается. Кроме того, делать ставку на многоразовые системы, использующие топливо - это значит  так и не начать. Пока не будет надёжной заправочной инфраструктуры, многоразовые аппараты, летающие между ЗС и целевыми объектами, делаться будут на энтузиазме, следовательно, и под них не будет делаться ЗС.

Я считаю, что основными потребителями будут именно многоразовые аппараты космического базирования, причем дальнего действия.

Спектр дальнего действия - от Луны (начиная с 3 км/с) до ГСО (5 км/с). Вспомогательная дальность - орбиты спутников Молния и ГЛОНАСС. Какой бы ни была масса многоразового аппарата, она не может быть нулевой. Следовательно, его возврат потребует ощутимых затрат топлива. А последние ступени при этом останутся неиспользованными. Возвращение аппарата также вызывает вопросы.  Попробуем его вернуть сразу после разгона. Летим к Луне. Если разгон осуществляется за 10 минут = 600 секунд до 3 км/с, то аппарат массой 12.3 т затратит на это 6 т топлива при УИ 4500 м/с. После этого аппарат окажется на расстоянии 805 км от ЗС, а начнёт манёвры по возвращению примерно с 1000 км. Предположим, сухая масса блока - 600 кг. Отделив ПГ 4400 кг, аппарат включит двигатель с той же тягой и, несмотря на значительное ускорение, затратив 930 кг топлива, начнёт возвращение с 1166 км. При минимальных остатках компонентов остаётся топлива на 2 км/с. За 20 с аппарат набирает скорость 1 км/с, летит к цели около 1000 секунд и резко тормозится. Задача выполнена при массе допущений: слишком малая масса аппарата при больших ускорениях (основная конструкция выдержит, но элементы придётся укреплять), малые остатки компонентов, игнорирование баллистических особенностей взаимного движения. С учётом последнего такая схема представляется нереализуемой. Иные схемы приводят к неизбежному снижению массы ПГ + дополнительные конструктивные усложнения.
Альтернатива - последняя ступень РН (ничто не мешает оснастить её двигатель сопловым насадком) при конечной массе в 1 т отправит к Луне 5300 кг. И никакой послепусковой возни.
На ГСО - либо ситуация будет хуже, либо мы ек избавимся от апогейной ДУ с большим запасом топлива (для наших наклонений опорных орбит).

Использование же для целей разгона "одно-двухразовых ракетных блоков" неэффективно в силу необходимости обеспечения их заправки в невесомости, связанной с проблемами перегрева компонентов и обеспечением сплошности жидкой фазы. Это технически труднодостижимо и в конечном итоге будет менее эффективно, чем применение специализированных кораблей, использующих уже заправленные одноразовые тонкостенные баки. Да и получить эти пустые ступени в нужных количествах на нужных для КК орбитах нереализуемо.

Это технология. Она осваивается и дальше используется без проблем. Не нужно думать, что баки - простые тонкостенные бочки и с ними не будет никаких проблем. А пустые ступени - так ведь каждый аппарат будет выводиться вместе со ступенью. :wink:

[mihalchuk]

Еще одним, и даже более важным, аргументом является то, что для операций в открытом космосе более эффективно использовать специализированные двигатели, а не те, что на ступенях РН. Двигатели для космоса будут иметь меньшую тягу, но более высокий УИ, в частности за счет выдвижного соплового насадка. На первом этапе это будут кислородно-водородные ступени, на последующих - ЯРД, ЭРД с ЯЭУ или СБ, а также СЭДУ.
Их эффективность с лихвой перекроет любые возможности "двухразовых верхних ступеней".

Сказано выше, но можно добавить, что такие двигатели будут дополнительными. Малая тяга хороша для двигателей на вонючке, возьмём водородник и получим проблемы с термоизоляцией, который изрядно подъест эффект. ЯРД и прочее - это, увы, экзотика. Радуга просил несколько сотен тонн топлива.

[Alex_II]

Сказано выше, но можно добавить, что такие двигатели будут дополнительными. Малая тяга хороша для двигателей на вонючке, возьмём водородник и получим проблемы с термоизоляцией, который изрядно подъест эффект. ЯРД и прочее - это, увы, экзотика. Радуга просил несколько сотен тонн топлива.

Ну водородники на верхних ступенях и так не слишком большой тяги - что RL-10 (6,8т), что КВД-1 (7,1т)... К тому же термоизолировать бак водорода в вакууме наверное все же проще, чем в земных условиях. Американцы ЕМНИП собирались сделать срок хранения до 1 месяца...
А ЯРД экзотика только потому, что ни разу не летал. Ничего нереализуемого там нет. С заправочной станцией у него появляется шанс реализовать наконец свои возможности в полной мере. Что нам, УИ=900с лишний?

[поверхностный]

К тому же термоизолировать бак водорода в вакууме наверное все же проще, чем в земных условиях.

Да, как мне кажется. Если в космос выводится пустой бак, то снимается  куча ограничений на его конструкцию, и бак будет легче.

Теплообмен чисто радиационный, никакой пены.
Нет проблем с заправкой на воздухе, инеем...
На подвесной бак при старте не действуют никакие нагрузки. Стенки могут быть любой толщины, бак любой формы.

[mihalchuk]

... термоизолировать бак водорода в вакууме наверное все же проще, чем в земных условиях. Американцы ЕМНИП собирались сделать срок хранения до 1 месяца...
А ЯРД экзотика только потому, что ни разу не летал. Ничего нереализуемого там нет. С заправочной станцией у него появляется шанс реализовать наконец свои возможности в полной мере. Что нам, УИ=900с лишний?

Согласен, термоизолировать бак в вакууме проще. Но что это меняет?
А ЯРД на водороде - это совсем другая песня. Кстати, в ЯРД топливо - уран, а водород - рабочее тело. Так что тема другая.

[Alex_II]

Согласен, термоизолировать бак в вакууме проще. Но что это меняет?

Да это в общем-то к тому, что специализированные КК для космоса будут эффективнее повторной заправки верхних ступеней. Как минимум технически. Возможно что в экономике картина получится другая.

А ЯРД на водороде - это совсем другая песня. Кстати, в ЯРД топливо - уран, а водород - рабочее тело. Так что тема другая.

А почему другая-то? Какая нам в данном контексте разница, топливо мы заправляем в КК или рабочее тело? Тут ЯРД вполне можно воспринимать как водородный ЖРД с особо высоким УИ :wink:

[mihalchuk]

А ЯРД на водороде - это совсем другая песня. Кстати, в ЯРД топливо - уран, а водород - рабочее тело. Так что тема другая.

А почему другая-то? Какая нам в данном контексте разница, топливо мы заправляем в КК или рабочее тело? Тут ЯРД вполне можно воспринимать как водородный ЖРД с особо высоким УИ :wink:

Положим, разницы нет - заправлять куда. Но разница есть - заправлять что. Если речь идёт о воде, аммиаке, метане или ещё чём-либо для ЯРД - то пожалуйста. Но здесь упоминался УИ 900 с, а это водород. Для водорода нужен совершенно иной танкер. Если бы Радуга подразумевал этот вариант, он бы наверняка сказал: "танкер для водорода". И масса топлива отличалась бы в разы.

[Александр Геннадьевич Шлядинский]

Тут вопрос интересный. Танкер для дозаправки корабля на воде, или самолета в воздухе, после заправки возвращается в порт и снова берет груз. Смысл заправщика в том, что он дешевле заправляемого объекта. С космосом все сложнее. Если я имею одноразовый танкер, то он имеет свою ДУ, бак(ки), систему дозаправки. После дозаправки все это уничтожается и возникает вопрос, не стоило ли все это использовать сразу для доставки объекта на целевую орбиту, да еще и на системе перелива сэкономить. Если же система многоразовая, то тут добавляются элементы эту многоразовость обеспечивающие. В результате топлива такая система доставляет ... Не проще ли опять сразу РБ запустить.
Думаю есть одна возможность: танкер представляет собой многоразовую ДУ. На него навешивается бак с компонентом топлива. "Заправляемый" аппарат представляет собой мачту, на одной стороне которой находится ДУ, на другой ПН. "Танкеры" поочередно стыкуются с мачтой(или базовой станцией, к которой этот аппарат пристыкован), навешивают на нее баки с компонентами, пока количество баков и топлива в них не достигнет необходимого. Потом аппарат улетает на целевую орбиту, а ДУ танкеров возвращаются на Землю, где на них цепляют новые баки. Аппарат же, по мере израсходования топлива сбрасывает баки. Вернувшись на базу, там на ОКС, или монтажной орбите, на него снова навешивают баки и ПН, и цикл повторяется. И ни каких переливов из бака в бак, ни каких систем перелива. Топливо идет сразу из бака в ДУ.
Извините, если ранее кто то в этой теме высказал уже эту идею. Тогда я категорически за нее.

[Alex_II]

Положим, разницы нет - заправлять куда. Но разница есть - заправлять что. Если речь идёт о воде, аммиаке, метане или ещё чём-либо для ЯРД - то пожалуйста. Но здесь упоминался УИ 900 с, а это водород. Для водорода нужен совершенно иной танкер. Если бы Радуга подразумевал этот вариант, он бы наверняка сказал: "танкер для водорода". И масса топлива отличалась бы в разы.

Не спорю, возить водород - то еще удовольствие... Но помнится, кто-то (уж не вы ли  :wink: ?) предлагал возить на орбиту воду и разлагать ее на водород и кислород уже там. Вода - обьект для перевозки вполне удобный. Станция, конечно, получается подороже, чем простой резервуарный парк для высококипящих компонентов, но зато и выигрыш велик.