Оценка стоимости РН - $600/кг ИСЗ?

[zyxman]

Знаете, по мощности двигателя болид Формулы-1 и серийный грузовик довольно близки. Но вот конструктивные решения, благодаря которым достигается эта мощность, у них очень разные.
Причем по "продвинутости" технологий грузовик с болидом и рядом не стоял. Но вот перевозка килограмма груза почему-то дешевле именно на грузовике.

Извините, мы на грани оффтопа :lol:
Болид Формулы-1 это очень напряженная, и практически одноразовая конструкция (даже учебные болиды по завершению сезона как правило идут в музей, потому что не обеспечивают достаточную надежность/безопасность). Грузовик это принципиально конструкция многоразовая, с огромным ресурсом (часто на них дается несколько лет гарантии без ограничения пробега), очень надежная, и что самое интересное - в гарантийный период обслуживание грузовика достаточно редкое, ЕМНИС нормальной цифрой годичного пробега грузовика является 100000-200000км а обслуживание каждые 20000-25000км (послегарантийные ремонты/обслуживание уже как получится в конкретном случае, в том числе зависимо от напряженности начальной эксплуатации и от качества расходников). Кстати я когда-то очень удивился, что достаточно напряженный узел - турбонаддув работает тысячи часов.

Причем тут стоит также заметить что как у Формулы, так и у грузовиков идет постоянное совершенствование конструкции, например (у грузовиков) улучшается динамика, экономичность и экологичность двигателя, облегчается конструкция, увеличиваются периоды обслуживания.

Что еще нужно отметить, идет постоянное заимствование удачных решений как в одну так и в другую сторону, хотя конечно отдельные элементы конструкции очень отличаются, например кузов (рама, etc) грузовика по-определению высококачественная сталь (с ней лучше обеспечивается многоразовость и проще обслуживание), а Формула по-определению целиком композитная, с третьей стороны, некритичные элементы грузовиков (капот, различные обтекатели) также делают из композитов для облегчения конструкции и упрощения/ускорения/удешевления обслуживания/ремонта.

ps кстати, еще вспомнил, что последние годы стали делать ресиверы пневмосистемы из композитов, соответственно, подняли давление в пневмосистеме и уменьшили габарит этих ресиверов. Но правда давление там далеко не космическое - раньше в грузовиках было типично до 10атм, сейчас 13атм и больше.
Ну еще прогресс материаловедения создал новые электроизоляционные материалы, соответственно, стало возможным делать электродвигатели с высоким рабочим напряжением (выше напряжение меньше ток и меньше сечение провода и меньше массогабарит), и потихоньку начали появляться электроусилители и гибридные (электромотор-генератор + ДВС) грузовики.

[hcube]

Это в любом случае будет другой ЦБ, потому как я предлагаю _керосиновый_ ЦБ другого диаметра, работающий со старта. Т.е. РН скорее будет похожа на Енисей, нежели на Вулкан.

Дмитрий - да, с формальной точки зрения, Вулкан другая РН. Но по той же схеме можно было сделать РН и на готовых блоках, просто ПН у нее была бы не 200, а 170 тонн.

[avmich]

1. штук 10-15 пусков в год может набраться.
В отдельные годы возможно до 20.

...

2. При таком раскладе нет смысла делать супертяж многоразовым.

Не очень понятно, как из 1 следует 2. Что, делая ракету на, скажем, программу из 150 пусков, бессмысленно думать о многоразовости? А при каком планируемом числе пусков осмысленно?

[avmich]

1. С отправкой чего-то действительно тяжелого выше околоземки 50-тонник не справится одним пуском, тут для него уже нужен многопуск.

2. Если такую работу нужно выполнять регулярно - нужен специализированный носитель для такой работы.

Непонятно, почему 2. Почему, например, не выводить разгонник отдельным пуском, стыковать и отправлять, если нужны полёты за пределы ИСЗ? Это увеличит серийность ракеты, что может снизить стоимость за пуск.

[avmich]

Из 50 тонн получаем 200 практически без какой-либо новой разработки носителя.

Это ошибочное утверждение. Многоблочный носитель на 200 т придется разрабатывать заново. Единственное, на чем можно сэкономить - производственная оснастка.

Это только для многоблочных носителей справедливо? А то есть примеры семейств Н1-Н11 и Сатурн5-Сатурн1B.

[avmich]

Вулкан, как раз, разительно отличался и от Грозы и от Энергии: другие ЖРД, другие блоки А и Ц.

А какие ЖРД предлагались для Вулкана? Чем они отличались от ЖРД РН Энергия? Чем отличались блоки А?

[avmich]

Пока что, похоже, форум затрудняется дать оценку возможности такого снижения стоимости вывода ПН. Однозначно пока не слышно ни да, ни нет... что, в общем, понятно, приходится опираться в основном на субъективные ощущения, задача заметно выходит за рамки часто обсуждаемых...

[Дмитрий В.]

Дмитрий, выскажитесь...

Тут слишком много неопределенности в исходных данных. Во-первых, есть грузы, которые можно перевозить любыми квантами (песок, вода, щебень, ракетное топливо и т.п.), а есть такие (спутники, блоки ОС и т.п.), колторые могут доставляться "порциями" вполне определенных размеров. В первом случае, можено груз перевозить маленьким носителем, но при многочисленных пусках, либо РН большой грузоподъемности при меньшем числе пусков. Задача выбора размерности носителя, его типа (одно - или многоразовый) и его проектных параметров из условия минимальных затрат на транспортную программу решается относительно легко (при наличии более-менее адекватной модели, например, транскост). Во втором случае, все гораздо сложнее (например, кроме затрат на транспортировку, надо учесть затраты на монтажные работы на орбите). Поэтому, на пальцах прикинуть не получится: нужно исследовать задачу инструментами, которых нет на форуме.

Честно говоря, я не очень понял, где тут такая существенная недоопределённость. Действительно, меня интересут определённые "порции", но мне кажется, что слишком малые ракеты не смогут дать лучшую удельную цену, даже если сопутствующие проблемы стыковки-монтажа решены. Далее, допустим, порция есть 20 тонн. Можно и класса Протона РН использовать, по 1 порции, можно и класса Вулкана - по 10.

Поэтому... нет разницы, возить ли щебёнку, или возить, скажем, Хабблы - в предположении, что РН будет размером не меньше, чем на 1 Хаббл. Есть желание оспорить предположение? То есть, есть вопрос - РН какой размерности даст цену вывода щебёнки наименьшей за килограмм, и предлагается ответ - размерность меньше 1 Хаббла? Или 20 тонн? Хм...

Допустим, задача доопределена условием - РН выводит не меньше 20 тонн за раз. По-прежнему есть деньги на разработку нового носителя . Есть ли сображения в этом случае?

Да, в общем-то, простая неопределенность. Если возить грузы фиксированными по массе (определяемой целевой задачей) "квантами" (ИСЗ, блоки ОС, АМС и т.д.), то возникает несколько проблем:
1)Начиная с некоторого значения Мпг резко (скачком) возрастают первоначальные капитальные вложения. Например, завод в Мичуде может изготавливать блоки диаметром 10,3 м. Если по условиям компоновки требуется бОльший диаметр, надо строить новый завод (сотни миллионов или миллиарды долларов). И/или разрабатывать новые ЖРД.
2)Запуски АМС, например, строго привязаны к астрономическим окнам запусков. Каким образом в кластерном пуске вывести на разные траектории АМС с разными потребными датами старта? Или каким образом обеспечить изготовление к одной дате кластерного пуска нескольких ГСОошных КА? Причем, эти КА могут изготавливаться разными произаодителями? Насколько владелец такого КА готов ожидать запуска, если его спутник готов, а спутник "соседа по пуску" - нет?
и т.д.
К чему я? А к тому, что в чистом виде оптимизационная задача (определение массы ПГ, соответствующей минимальной стоимости транспортной программы, например) относительно легко решается для грузов, потребление (использование) которых мало зависит от того, какими порциями их доставляют к месту потребления. Например, ракентное топлииво, расходуемое со скоростью 1 тонна в сутки, может доставляться на орбиту РН с массой ПГ 1т (надо пускать не реже 1 раза в сутки), 10 т (раз в 10 суток), 100 т (3-4 раза в год) и т.д. Очевидно, что использование РН малой размерности требует строительства нескольких СК (за сутки невозможно или крайне затруднительно провести восстановительные работы на СК), у них высокая удельная стоимость выведения, но низкие затраты на разработку. У сверхтяжелых РН - большие затраты на разработку, дорогой СК (но его можно неспешно восстанавливать к следующему пуску). Очевидно, что оптимум лежит где-то посередине, и эту середину можно рассчитать с помощью того же транскоста, к примеру.

[Дмитрий В.]

Вулкан, как раз, разительно отличался и от Грозы и от Энергии: другие ЖРД, другие блоки А и Ц.

А какие ЖРД предлагались для Вулкана? Чем они отличались от ЖРД РН Энергия? Чем отличались блоки А?

На буран.ру в главе 38 книги Б.И.Губанова отличия приведены. Вкратце: блоки А были одноразовыми и имели гораздо большую заправку. На них устанавливались новые ЖРД РД-179 (14Д20). Блок Ц имел гораздо большую заправку, чем у Энергии и оснащался ЖРД 14Д12 сбольшей тягой и УИ, чем у 11Д122.

[avmich]

1)Начиная с некоторого значения Мпг резко (скачком) возрастают первоначальные капитальные вложения. Например, завод в Мичуде может изготавливать блоки диаметром 10,3 м. Если по условиям компоновки требуется бОльший диаметр, надо строить новый завод (сотни миллионов или миллиарды долларов). И/или разрабатывать новые ЖРД.

Это понятно, но даже такие свехтяжёлые, как Энергия, используют такие движки, как РД-170, при том, что это же семейство используется и на куда меньших ракетах. То есть, всё же существующие двигатели могут покрыть большой довольно-таки спектр ПН.

И ещё - начальные капзатраты по условиям пока не учитываем... Сложно с таким фактором анализ проводить?

2)Запуски АМС, например, строго привязаны к астрономическим окнам запусков. Каким образом в кластерном пуске вывести на разные траектории АМС с разными потребными датами старта?

Ну, например, можно пускать АМС по разным орбитам :) . А вообще, мысль, конечно, свежая - кластерный запуск Кеплера, Веги и Вояджера...

Нет, по условиям задачи есть потребный грузопоток на околоземную орбиту, и всё.

К чему я? А к тому, что в чистом виде оптимизационная задача (определение массы ПГ, соответствующей минимальной стоимости транспортной программы, например) относительно легко решается для грузов, потребление (использование) которых мало зависит от того, какими порциями их доставляют к месту потребления. Например, ракентное топлииво, расходуемое со скоростью 1 тонна в сутки, может доставляться на орбиту РН с массой ПГ 1т (надо пускать не реже 1 раза в сутки), 10 т (раз в 10 суток), 100 т (3-4 раза в год) и т.д. Очевидно, что использование РН малой размерности требует строительства нескольких СК (за сутки невозможно или крайне затруднительно провести восстановительные работы на СК), у них высокая удельная стоимость выведения, но низкие затраты на разработку. У сверхтяжелых РН - большие затраты на разработку, дорогой СК (но его можно неспешно восстанавливать к следующему пуску). Очевидно, что оптимум лежит где-то посередине, и эту середину можно рассчитать с помощью того же транскоста, к примеру.

У меня транскоста нет :) . Интересны более-менее обоснованные оценки форумчан. Хотя, конечно, уже изложенные соображения - уже кое-что.

Хотя бы в диапазоне 20-100 тонн ПН - вроде это достаточно знакомый диапазон - можно представить оптимум? Видимо, оптимум несильно выраженный получается?

[Дмитрий В.]

Это понятно, но даже такие свехтяжёлые, как Энергия, используют такие движки, как РД-170, при том, что это же семейство используется и на куда меньших ракетах. То есть, всё же существующие двигатели могут покрыть большой довольно-таки спектр ПН.

И ещё - начальные капзатраты по условиям пока не учитываем... Сложно с таким фактором анализ проводить?

Насчет двигателей, сильно и не спорю, хотя ситуации могут быть разные. И даже противоположные моему примеру: новый ЖРД может потребоваться для легкой РН, скажем, а вовсе не для тяжелой (сверхтяжелой).
Фактор капзатрат существенное влияние на общую картину затрат оказывает при сравнительно небольшом количестве запусков (скажем, до 200-300). Я в начале своей "форумской карьеры" делал оценку для РН семейства Р-7: по прикидкам, доля затрат на разработку в стоимости пуска не превышает 15%. То есть, если заранее знать, что мы будем пускать ракету в количествах 1000 шт. в течение 20-30 лет, то этими затратами, наверное, можно пренебречь.

... Интересны более-менее обоснованные оценки форумчан. Хотя, конечно, уже изложенные соображения - уже кое-что.

Хотя бы в диапазоне 20-100 тонн ПН - вроде это достаточно знакомый диапазон - можно представить оптимум? Видимо, оптимум несильно выраженный получается?

Локальные экстремумы всегда слабо выражены.

[Shestoper]

Вкратце: блоки А были одноразовыми и имели гораздо большую заправку. На них устанавливались новые ЖРД РД-179 (14Д20). Блок Ц имел гораздо большую заправку, чем у Энергии и оснащался ЖРД 14Д12 сбольшей тягой и УИ, чем у 11Д122.

Насколько я понимаю, должна была изменяться и толщина обечаек блоков? Рост масс, тяги двигателей, акустических нагрузок - такое бесследно не проходит. Либо блоки Энергии должны были изначально делаться с очень большим запасом прочности, во что сложно поверить.

[avmich]

Собственно, затратами на разработку предлагается пренебречь, до некоторой степени, потому что на них зарезервированы отдельные 10 млрд. долларов. Что, по-моему, достаточно немало... думаю, предельный ЖРД из соседней темы не понадобится делать, потому что вопрос скорее экономический, чем технический.

[Дмитрий В.]

Насколько я понимаю, должна была изменяться и толщина обечаек блоков?

Это, само собой! Куда ж без этого-то?!

[hcube]

А на тех же блоках А и ЦБ, но с 3 ступенью, Вулкан не получился бы? ;-) Ну, скажем, у ЦБ пусть будет усилен бак кислорода, и сделан сфероцилиндрической формы с переходником к третьей ступени...

[Дмитрий В.]

А на тех же блоках А и ЦБ, но с 3 ступенью, Вулкан не получился бы? ;-) Ну, скажем, у ЦБ пусть будет усилен бак кислорода, и сделан сфероцилиндрической формы с переходником к третьей ступени...

Получился бы, конечно.

[zyxman]

Пока что, похоже, форум затрудняется дать оценку возможности такого снижения стоимости вывода ПН. Однозначно пока не слышно ни да, ни нет... что, в общем, понятно, приходится опираться в основном на субъективные ощущения, задача заметно выходит за рамки часто обсуждаемых...

Конечно, улучшить любую характеристику почти на порядок в сравнении с существующими образцами, это ж практически инновационная задача, и вероятно подребует нестандартных решений, для которых есть только приближенные методы оценки.

Кстати, вы могли-бы сказать, какие ограничения перегрузок у вашего груза?
Может еще кому-то поможет температурные ограничения, нужна ли грузу герметичная тара и тд.

[Shestoper]

Конечно, улучшить любую характеристику почти на порядок в сравнении с существующими образцами, это ж практически инновационная задача, и вероятно подребует нестандартных решений, для которых есть только приближенные методы оценки.

Ну да.
Например космический лифт - у него до сих пор очень много вопросов с материалом тросса. И не факт, что на эти вопросы будут даны положительные ответы.
Или какие-нибудь гипотетические мега-эффективные композиты, которые позволят делать многоразовый одноступ с мю ПН 5% и многоразовостью двигателей ~ десятков полетов без диагностической переборки.
Но при оценке таких вещей очень велик фактор неопределенности.

А из освоенных технологий я предлагал воспользоваться размерным эффектом - опробовано при превращении танкеров в супертанкеры, стоимость транспортировки тонны грузов упала в разы.
Если серийно строить супертяжи на проверенных технологиях, ставя во главу угла дешевизну конструкции и надежность, и регулярно пулять на них грузы - стоимость выведения тонны груза должна быть небольшой.

Но для этого нужен грузопоток:
a) очень большого объема;
б) со спецефическими требованиями к доставке - например 20 легких спутников довольно хлопотно выводить блоками довыведения на близкие орбиты.

Из реалистичных проектов этим условиям больше всего соответствует лунокопательная база. Развиваемая по схеме:
1) Разведывательные посадки автоматов и людей.
2) Постоянная база на Луне.
3) Производство кислорода для заправки ракет на Луне.
4) Добыча гелия-3 на Луне (к этому моменту и земная энергетика должна подтянуться).

Этот проект даст "становый хребет" большого устойчивого грузопотока (порядка 50%). Ну и где-то ещё столько же пусков понадобится на менее масштабные и нерегулярные пректы: АМС, тяжелые спутники, ОС, телескопы, марсианскую экспедицию.
Где-то так примерно.

[dan14444]

Господа, а кто-нить считал чисто углепластиковые надувные ступени с возвращаемыми двигателями?
Возможно, собираемые из стандартизованных небольших блоков...

[Дмитрий В.]

Господа, а кто-нить считал чисто углепластиковые надувные ступени с возвращаемыми двигателями?
Возможно, собираемые из стандартизованных небольших блоков...

Зачем? :shock: