Третья водородная ступень РН "Союз"

[Николай Сниффер]

Опять отвечаю целому коллективу.

2 Старый

Потому что если прольют жидкий кислород то ничего не будет. А если прольют жидкий водород то всё взлетит на воздух. Только и всего.

Опять эти страшилки типа: "А-а-а!!! Мы все умрем!!!"

 - Американцы летают на водороде с 1962 года
 - На водороде состоялось 149 пилотируемых пусков. Единственная авария произошла не из-за водорода, а из-за твердотопливного ускорителя.

Идем дальше.

 - Сколько аварий на СК вы знаете по вине разлитого водорода?
 - А в пожарах в чисто кислородной атмосфере (даже не топлива/окислителя) погибли Гриссом, Уайт, Чаффи и наш Бондаренко.

-----------------------------

2 axxenm

 А может лучше сделать метановую 3ю ступень для РН Союз?
 Раз уж всё равно метан неизбежен.

Я ТАКОГО НЕ ГОВОРИЛ !!!
(Я вообще считаю, что летать нужно на антигравитации Но в связи с временным отсутствием гравицапы...: )

Проблем на порядок меньше чем с пресловутым водородом...
Соответственно и сроки создания могут стать реальными -
- при нашей жизни хотя бы.

А вы посчитайте, что даст метановая ступень. Потренируйтесь на кошках. Точнее, на кошке из вар.2
Весь Союз даже считать не надо. Только сравнить водородную ступень (ПН=10т) и метановую (ПН=??)

Исходные данные:

Водородная кошка:
 ПН=10т, Сухая масса 3.65т. (из них движок - 0.84т. Тяга 40тс, импульс 461с) Мокрая кошка: Заправленная ступень 25.3т
ИТОГО 35.3т Это эталонная масса.

Метановая кошка:
ПН + заправленная ступень должны весить ровно 35.3т. (эталонная масса)
Как вы распределите топливо и заправку, ваше дело. Какой возьмете сухой вес, какой движок - опять же, на ваш выбор. Но - похожие на реальные
Что это значит? Тяга движка - не меньше 30т. Иначе ПН в океан бклькнет. Или траекторию выведения нужно будет брать сильно другой. И вам придется обсчитывать ВЕСЬ СОЮЗ.

Как считать?
1. Сначала считаете (по Циолковскому), до какой скорости разгонится водородная кошка.
Получаете эталонную скорость.
2. Играя с массой ПН и заправкой ступени добиваетесь эталонной скорости от своей метановой кошки.
3. Сообщаете в студию цифры и факты (Массу ПН, тип и параметры движка, сухую массу, заправку)

Как видите, всё очень просто.

-----------------------------

Теперь возвращаемся к третьей водородной ступени.

Картинка осталась на 7-й странице, ее все забыли, поэтому дублирую.




По центру - вар.2 - кошка, на которой удобнее всего тренироваться. Для 1-й и второй ступеней практически ничего не меняется. Статические нагрузки те же, поля падения те же.

Сама ступень маленькая и легенькая. Один движок 40тс. Диаметр 4.11м.
 - Сухая масса 3.65т
 - На стартовом столе 25.3т при ПН=10т или 31.3т при ПН=4т. То есть, заправка колеблется где-то между 21 и 27т в зависимости от веса ПН.
Накрайняк можно увеличить заправку до 30т при ПН=4т. Будет 313т на стартовом столе, только нужно прочности пересчитать. Но вообще лучше не наглеть Сказано 27 - значит, 27. Лишне слить в канаву. Пусть Старый порадуется!


Справа на рисунке - вар.3. Два движка по 40тс, диаметр 4.11м

 - Сухая масса 5т
 - На стартовом столе 44.8т при ПН=12т и 53.3 при ПН=3.5т (отлетная
траектория)


Вспомнили. Теперь я вчера обещал поговорить о Протонах.

Принцип тот же. Что с гептилом, что с водородом - вес на стартовом столе должен остаться неизменным. 700 - 702т.
 Максимум - 705т. Иначе первая ступень не вытянет. Ее и так как ишака грузят. (Вспоминается высокая поэзия: Если птице отрезать руки, если ноги отрезать тоже, Эта птица умрет со скуки...)
Упс... Чё й-то меня с недосыпа на стихи потянуло. На чем кончил?

 - Если на стартовом столе вес тот же, значит, увеличение ПН идет за счет уменьшения веса 3-й ступени.

Данные по 3-й ступени гуляют.
 - Стартовая масса - от 50т (Протон-К) до 46.5т (Протон-М)
 - Сухая масса от 4.35т до 3.5т
Обтекатель тоже сильно усох. С 4.7т до 2т (стеклопластик)

Для водородной ступени возьмем новенький обтекатель, два движка тягой по 40тс, сухую массу 4.8т и стартовую 43.8т

Сколько вывели на НОО? Круглая цифра - 30 тонн! Уря, товарищи!!! (бурные, продолжительные аплодисменты, переходящие в овацию)

Нет, я сегодня круто недоспал...

А теперь - самое интересное. Сравниваем 3-ю ступень Союза вар.3 и 3-ю водородную ступень Протона.

Стартовая масса 44.8т - 43.8т
Сухая масса 4.8т - 5т
Двигатели 2х40тс - 2х40тс

Диаметр у ступени Союза - самый протоновский - 4.11м


А что, если ее взять - и поставить на Протон?
Разумеется, ветровые и динамические нагрузки пересчитаем...

 


Вопрос в зал на засыпку.

ПОЧЕМУ ТАК ДЕЛАТЬ НЕЛЬЗЯ?

(нет, точно меня сегодня надо подушкой придушить...)

[Bell]

Николай Сниффер пишет:
Сама ступень маленькая и легенькая. Один движок 40тс. Диаметр 4.11м.
 - Сухая масса 3.65т

1. Есть сомнения в возможности разместить в указанных габаритах "один движок 40 тс". Нет разреза ступени.
Например, РД-0146 тягой только 10 т имеет длину 2,2 м,что на 0,7 м больше установленного сейчас на блоке И РД-0124. А там же надо разместить опорную раму к баку.

2. Сухую массу надо бы обосновать. Все-таки объем баков увеличивается в 3 раза от исходного блока И.

[axxenm]

Николай Сниффер пишет:

Проблем на порядок меньше чем с пресловутым водородом...
Соответственно и сроки создания могут стать реальными -
- при нашей жизни хотя бы.

А вы посчитайте, что даст метановая ступень.

1.Ровно то что написано в цитате - сроки создания хотя бы при нашей жизни..
2. потенциально -  поэтапное снижение стоимости кг ПН.
С водородом ни то ни другое не получится

[Bell]

axxenm пишет:
1.Ровно то что написано в цитате - сроки создания хотя бы при нашей жизни..

ну вот и идите со своим метаном в тему про метан. Зачем вы пишите в тему про водород? Чтоб другим помещать читать тут про водород?

[Николай Сниффер]

2 axxenm

 1.Ровно то что написано в цитате - сроки создания хотя бы при нашей жизни..
 2. потенциально - поэтапное снижение стоимости кг ПН.
 С водородом ни то ни другое не получится

Таки, я вас очень прошу: Не смешите мои тапочки. Дайте мне цифры.
Вы Хруникам на слово верите когда они про Ангару говорят? Нет! И я не верю. И Старый не верит. Leonar-a здесь нет, он им тоже не верит! Таки я вас убедительно прошу: Не надо ля-ля, дайте мне цифры. А то дальше разговор бесполезен.

-------------------------------------------

2 Bell

1. Есть сомнения в возможности разместить в указанных габаритах "один движок 40 тс". Нет разреза ступени.
 Например, РД-0146 тягой только 10 т имеет длину 2,2 м,что на 0,7 м больше установленного сейчас на блоке И РД-0124. А там же надо разместить опорную раму к баку.

Высота движка 11Д57 - 3.66м. (Диаметр ступени - 4.11м)
Как я понимаю, изображена ступень под максимальную ПН, то есть, минимальную заправку. Но по пикселам не проверял

Вообще, я считаю, что диапазон заправок надо поделить пополам и ступень надо делать в двух вариантах. Под максимальную заправку (для легких ПН) и под тяжелые ПН - нижняя половина диапазона заправок. Особенно это касается вар.3

 2. Сухую массу надо бы обосновать. Все-таки объем баков увеличивается в 3 раза от исходного блока И.

Что я могу сказать?
1962 год. Блок Центавр.
Диаметр - 3.05м, высота - 12.68м, сухая масса - 2.243т. Топливные баки вмещают до 20.83т топлива

Минимальная заправка такая же, форма ближе к оптимальной. Движок тяжелее (0.84т против 0.277т), Но сухая масса больше на 1.4т. Это не айс...

[Bell]

Николай Сниффер пишет:
Что я могу сказать?
1962 год. Блок Центавр.

У Центавра баки наддувные, тонкая стенка без подкрепления. Его даже перевозят наддутым, чтоб не сложился.
И двигателей 10 тс ней на нем только 1 или 2.
Так что пример совсем не показательный, скорее даже - исключение из правила.

[Alex_II]

Bell пишет:
Так что пример совсем не показательный, скорее даже - исключение из правила.

А главное - у нас такой почему-то не получается... Лучшее водородное что у нас получалось (и летало)- это модернизированный 12КРБ с заправкой 15 тонн для индусов... Так там двигатель тягой в 9,5тонн... И всё это заправленное весило 17,9т А КВТК мучают уже лет 20 или больше и до сих пор не летает...

[Bell]

Alex_II пишет:
А КВТК мучают уже лет 20 или больше и до сих пор не летает...

Причем не просто мучают, а не выполняют ТЗ и получают за это огромные штрафы.

[Bell]

Alex_II пишет:
Лучшее водородное что у нас получалось (и летало)- это модернизированный 12КРБ с заправкой 15 тонн для индусов

Даже если сохранить достигнутое там массовое совершенство, то 22-23-тонная ступень для Союза будет сухая весить порядка 3,5 т.
Так что - да, указанная выше оценка вполне правдоподобна.

[Николай Сниффер]

2 Bell

Разобрал вар.2 на пикселы.
Диаметр ступени 4.11м.
 Высота - 11.1м  Из них на баки 7.30м, на двигательный отсек 3.8м.

Цилиндр, в котором баки:
S основания = 13.2кв.м. V = 96.8 куб.м.
(96.8 - это не объем баков. Это место, отведенное под баками. У баков днища не плоские.)

-------------------------

Для сравнения - центавр.

                       
Диаметр ступени 3.05м
Высота 12.68м.
Скорее всего, высота указана вместе с двигателем. Но точного указания нет, поэтому сомнения трактуются в пользу бедных. То есть, берем цифру как высоту баков.

S основания = 7.3кв.м. V = 92.5 куб.м.

-------------------------

О чем говорят цифры:
1. Под баки вар.2 отведен объем больше, чем у Центавра. ПО ЛЮБОМУ - БОЛЬШЕ. То есть, минимальная заправка войдет гарантированно. И даже с запасом

2. Насчет максимальной заправки... Вопрос остается открытый.

Напоминаю: Минимальная заправка соответствует ПН=10т на НОО, максимальная - ПН=4т на высокой орбите.

 У Центавра баки наддувные, тонкая стенка без подкрепления. Его даже перевозят наддутым, чтоб не сложился.

И что? Кто мешает сделать такие же? Религия?
Между прочим, баки Энергии тоже перевозили в наддутом состоянии. И она тоже водородная...

И двигателей 10 тс ней на нем только 1 или 2.
 Так что пример совсем не показательный, скорее даже - исключение из правила.

Это исключение летает с 1962 года. А сегодня - 2018. Это исключение старше Протона. Пережило столько поколений ракет, что у меня пальцев не хватит их пересчитать.

Не убедил? Ладно, возьмем из новеньких. 2-я ступень Фалькона. В Вики сказано, что сухая - 4т, заправленная - 111т.

А тут сухая 3.65, с полной заправкой - всего 31.3т Оцените разницу.

[Bell]

Николай Сниффер пишет:
Оцените разницу.

Суть в том, что ВСЕ перечисленные оценки - оптимистичные.
Наддувные баки, длина ступени без двигателя, хитросделанная ступень Флакона и т.п.
При таком подходе можно получить любой желаемый результат.
А мы вроде про реальную семерку говорим. а не про теоретически идеальную РН.

А реальность выглядит примерно как блок 15КРБ, из которого вычитаете массу КВД, остаток увеличиваете пропорционально с учетом своего объема топлива и потом прибавляете массу своего 40-тонного двигателя.

[Bell]

Николай Сниффер пишет:
И что? Кто мешает сделать такие же? Религия?

Считайте, что религия. Православие.

[Raul]

Николай Сниффер пишет:

Сама ступень маленькая и легенькая. Один движок 40тс. Диаметр 4.11м.
 - Сухая масса 3.65т
 - На стартовом столе 25.3т при ПН=10т или 31.3т при ПН=4т. То есть, заправка колеблется где-то между 21 и 27т в зависимости от веса ПН.
Накрайняк можно увеличить заправку до 30т при ПН=4т. Будет 313т на стартовом столе, только нужно прочности пересчитать. Но вообще лучше не наглеть    Сказано 27 - значит, 27. Лишне слить в канаву. Пусть Старый порадуется!    

Если Вы возьмете третью ступень Сатурна-5, то там была КС всего около 5, столько же обещали для КВТК (~20 тонн топлива, 4 тонны конструкции). Для Индии, о чем Вам писал AlexII сделали КС 5.6. У индийской LVM3 верхняя ступень С25 тоже имеет КС 5.6 (28 тонн топлива, d4x13.5м, как у вас, но 5 тонн сухой массы). Это реальные цифры.

Все участникам форума поздравления с Днем Победы!

[Николай Сниффер]

2 Bell

 Суть в том, что ВСЕ перечисленные оценки - оптимистичные.
 Наддувные баки, длина ступени без двигателя, хитросделанная ступень Флакона и т.п.

Вот те раз... Вы отрицаете существование Энергии и Центавра? Энергия - ладно. Всего два раза летала. А Центавр-то за что обидели? Ему больше полувека, и до сих пор летает !

По логике наоборот надо. Считать наддутые баки для водородной темы классикой. А вы их признавать не хотите...

 При таком подходе можно получить любой желаемый результат.

Длина ступени Центавра без двигателя... Так это же НАИХУДШИЙ случай для вар.2 в данном сравнении. То есть, ПЕССИМИСТИЧНАЯ оценка. И всё равно - результат в плюсе. А вы чем-то недовольны.
Если замерить размеры по фотографии, то длина баков Центавра получится 9.5 - 10м. И, соответственно, в ступень вар.2 впишется МАКСИМАЛЬНАЯ заправка.

 А мы вроде про реальную семерку говорим. а не про теоретически идеальную РН.

Это Центавр - теоретически идеальная ракета? Повторяю, он более полувека летает. Вас еще на свете не было, а он уже летал.

Играть нужно честно. Во всех случаях сравнения весовых параметров я приводил варианты реально летавших ступеней НЕ В ПОЛЬЗУ вар.2. Но, вроде, вы признали реальность цифр. Это главное.

Даже если сохранить достигнутое там массовое совершенство, то 22-23-тонная ступень для Союза будет сухая весить порядка 3,5 т.
 Так что - да, указанная выше оценка вполне правдоподобна.

Тогда - последний вопрос.Что думаете о картинке с водородной ступенью вар.3 Союза на Протоне?

[Старый]

Николай Сниффер пишет:
По логике наоборот надо. Считать наддутые баки для водородной темы классикой.

Классика воспроизводится огромное количество раз самыми разными разработчиками. А тут что мы имеем?

[Leonar]

Николай Сниффер пишет:
Тогда - последний вопрос.Что думаете о картинке с водородной ступенью вар.3 Союза на Протоне?

смотрится хорошо, но не будет
1. ввиду заканчивающейся эпохи протона
2. ввиду того, что протон - трехступенчатая рн, и в третьей ступени находятся все "мозги" протона и сомнительно, что третья ступень от союза с его "мозгами" подойдет к протону.

[Николай Сниффер]

Всех - с прошедшим праздником и наступающими выходными!

2 Raul

 Если Вы возьмете третью ступень Сатурна-5, то там была КС всего около 5

Неудачный пример. Третья ступень Сатурна-5 - весьма крупное изделие, и закон квадрата-куба идет ей на пользу
Стартовый вес - по разным данным - от 115 до 122.5 т
Сухой вес 12.75т (включая хвостовой переходник весом 1.7 - 1.8т)
Вес конструкции почему-то указан как 9.5т. Видимо, в сухой вес включен еще вес отсека электроники управления, который в головной части ракеты. Или даже вес отсека лунного модуля.

Вес заправки - около 100т. (цифры опять гуляют)

В общем, эта водородная  железяка по тяге и весовым параметрам сравнима с центральным блоком Союза (керосиновым), у которого сухой вес - 6.5т, а заправка - 99т. Плюс-минус...

 ... КС около 5 обещали для КВТК (~20 тонн топлива, 4 тонны конструкции)

Ну, этот зверь еще никогда не летал. И вообще, не конфетка. Делают его Хруники, а они за последние 30 лет привыкли броневички делать.  Такое впечатление, что из стального уголка модули собирают. (То ли весь титан налево уходит, то ли на титан уже денег не хватает. А СТ-3 - она дешевая...

---------------------------------------

2 Старый

 Классика воспроизводится огромное количество раз самыми разными разработчиками. А тут что мы имеем?

А вы как классику хотите - по стартовому весу одного изделия, или по кол-ву пусков?

Если по весу одного изделия - то в лидерах подвесной бачок шаттла и Энергия. Но поскольку на бачке нет своих движков, его отбрасываем.

Остается Энергия с двумя пусками. А что? Зверь крупный, водородная тематика в полный рост. Баки транспортируются в наддутом состоянии.

Если по кол-ву пусков - возвращаемся к Центавру. О нем уже всё сказано. Водород, наддув присутствуют.

Что показательно - один лидер буржуин, второй - советский.

---------------------------------------

2 Leonar

 смотрится хорошо, но (летать) не будет
 1. ввиду заканчивающейся эпохи протона

Эпоха Протона закончится тогда, когда появится замена, превосходящая его по массе ПН.

 2. ввиду того, что протон - трехступенчатая рн, и в третьей ступени находятся все "мозги" протона и сомнительно, что третья ступень от союза с его "мозгами" подойдет к протону.

"Мозги" легко переставить.

Есть более веская причина.  Ступень взята с Союза. И она рассчитана на ПН Союза, то есть, 12т. максимум. А на рисунке на нее поставили сверху 30т.
 Пусть за счет запаса прочности она выдержит 16т. Ну, пусть 20... Но 30т на трехкратной перегрузке ее раздавит как консервную банку.

И это будет очень обидно. Делали-делали - а тут крак...

Вывод. Для Протона нужно делать свою прочную ступень. Чтоб выдержала 40 - 45т. И имела конкурентные преимужества перед соседями.

А здесь - опять вопрос к читающим.

Кто конкуренты? И какие преимущества перед ними должен иметь Протон?

[Николай Сниффер]

 Добрый день

Вспомним, на чем кончили в прошлый раз.
 - Протон с третьей водородной ступенью выводит на низкую круговую орбиту 209км ПН=30т.
 - но ступень с Сюэза на Протон ставить нельзя. Она построена под Союз и ПН=12т, а не Протон с ПН=30т

Вывод. Для Протона нужно делать свою прочную ступень. Чтоб выдержала 40 - 45т. И имела конкурентные преимущества перед соседями.

И я задал форумчанам вопрос:

-----------------

 А здесь - опять вопрос к читающим.
 Кто конкуренты? И какие преимущества перед ними должен иметь Протон?

-----------------
 
За три дня никто не смог ответить. Неужели такой сложный вопрос?

Сколько сегодня в мире коммерческих тяжеловозов? Совсем недавно Протон занимал половину рынка коммерческих пусков. Кроме него на рынке Ариан5 и Атлас-5. (Оба - с водородом, хочется отметить) В последние годы уверенно лезет на рынок керосиновый Фалькон-9. Дельта-4 хэви слишком дорогая, Фалькон-хэви еще не вышел на рынок. Остальные на коммерческий рынок не выходят. Пока главный конкурент - АРИАН-5.

А какие характеристики интересуют заказчиков?

Этот вопрос еще проще.

1. Чтоб спутник влез под обтекатель.
2. Чтоб РН смог вывести спутник в космос.
3. И не просто в космос, а на целевую орбиту. То есть, если спутник нужно вывести на ГСО, а его выводят только на ГПО - это не есть хорошо...
4. Естественно, цена.

С грузоподъемностью у водородного Протона всё в порядке - 30т на НОО. И сегодня конкурентов нет. (Но скоро будут)
А как на счет места под обтекателем?
Диаметр обтекателя Протона 4.35м, длина 15.25м. (имеется в виду наибольший коммерческий обтекатель) ЭТО МАЛО !!!
На Ариан-5 применяются два типа обтекателей - под одну полезную нагрузку и под две. Оба обтекателя имеют диаметр 5.42м Один имеет высоту 12.73м (масса 2т), другой - 17м (масса 2.7т)

 

Чтоб иметь конкурентное преимущество, обтекатель Протона при той же длине должен быть хоть на 10 см больше в диаметре. То есть, диаметр 5.5м  и длина 17м.

Как и на Союзе, логично делать 3-ю водородную ступень по диаметру обтекателя.


Итак, имеем Протон с 3-й водородной ступенью.

Обтекатель. Диаметр 5.5м, длина 17м. Вес (пластикового) - около 2т. (чуть меньше)

ПН 30т

3-я ступень

Сухая масса 5т. Стартовая - 43.3т
Двигатели - 2 х 40тс (2 х 11Д57М)
Диаметр 5.5м. Высота 11м. (из них 3.8м - двигательный отсек)

Вес, габариты и заправка 1-й и второй ступеней - те же, что и у Протона-М.
Разумеется требуется пересчет ветровых, динамических и аэродинамических нагрузок. Но масса на стартовом столе - та же, что у Протона-М - 702т.
И, конечно же, требуется дооборудовать СК кислородной и водородной инфраструктурой. Но это дешевле, чем делать новый стартовый стол.

 

На рисунке контуром отмечен большой обтекатель Ариан-5, только увнличенный в диаметре до 5.5м.

На этом вопросы, поднятые в первом (заглавном) посте этой темы закончились. А именно:

 - предложены два варианта недорогих, но эффективных водородных ступеней для Союза-2 - на 10т и 12т. При этом масса РН на стартовом столе не выходит за привычные 310-313т (нормальный стартовый вес для Соэза-2

 - ступень от Союза на Протон ставить нельзя.

 - Предложен недорогой, но эффективный вариант с 3-й водородной ступенью для Протона. Протон с этой ступенью поднимает 30т и обладает коммерческими преимуществами перед большинством существующих тяжелых носителей. Среди достойных конкурентов остался только Фалькон.


Такой результат дает решение проблемы методами и приемами промышленной аналитики. Ничего сложного.


Что дальше?

На 4-й странице  AceIce задает вопрос

Хорошо бы что б парням наврху подсказал кто-нибудь про 40-тонник. А если нет?

Вот 40-тонником и займемся.

[Alex_II]

Николай Сниффер пишет:
если спутник нужно вывести на ГСО, а его выводят только на ГПО - это не есть хорошо...

Учитывая, что коммерческие спутники связи и строят под вывод на ГПО - это не хорошо и не плохо, это просто так есть в реальной жизни... Курочить под нас платформы, создавая новые (для вывода сразу на ГСО) вряд ли кто станет...

[Штуцер]

Николай Сниффер пишет:
А что, если ее взять - и поставить на Протон?

24 ПУ ставят на "консервацию". 
В результате из 4 ПУ Протона остается одна, 39-ая.
Тенденция ясна.