Доступный для России супертяж

[Sam Grey]

Зачем дожимать 3х ступом, если можно согласно закону Дмитрия(стартовая масса 3-хступа на 8% меньше, а трудоёмкость на 12% выше.) просто увеличить массу 2х ступенчатой РН

Просто увеличить не получается, требуется слишком много переделок. Проще приделать сверху третью ступень. См. Союз, Протон.

 Впрочем это дело вкуса. У нас ставят третью ступень а на загнивающем Западе форсируют двигатели и удлиняют баки первой ступени.

На, как ты выражаешься "загнивающем Западе" , любят делать хитрее - прилепляют костыли-бустеры и
хитро называют 3х ступенчатую ракету 2х ступенчатой.
Маск - это исключение из правила - практически только он удлинял баки  и увеличивал УИ и тягу двигателей .

Атлас 5 летает и без ускорителей, чистые две ступени (4750 на ГПО, 8 тонн на ССО).
Если навесить всего один ускоритель, то на ГПО уже 6 тонн, а на ССО 10, и т.д., до пяти штук. Все довольны, реально модульная РН получилась, куда там Ангаре.
Я не помню чтобы кто-либо в ULA пытался хитрить с количеством ступеней, ибо клиентам пофиг, а у самого провайдера комплексов по этому поводу нет.

Антарес двухступенчатый, у Вулкана такой вариант будет, почти вся молодая мелочь двухступенчатая.
Маску ничего больше не оставалось, т.к. ТТУ он принципиально не хотел, а поднимать грузоподъёмность было нужно.

[Дмитрий В.]

Изначально Р-7 предполагалась как тандем на 6 РД-105 первой ступени и одном РД-106 второй, но разработка мощных керосиновых ЖРД не пошла, да и масса БЧ возрастала.

Что-то про такой вариант Р-7 впервые слышу. Насколько известно, Р-7 с самого начала проектировалась как "неоднородный" пакет (в т.ч. с переливом). После отчётов МИАН и НИИ-4 рассматривалась именно пакетная схема.

[azvoz]

Чтобы трёхступ стал однозначно выгоднее двухмтупа нужно, чтобы весовое совершенство снизилось заметно ниже давно достигнутого уровня.

Согласен , но это только частность.

1) весовое совершенство зачастую достигается достаточно дорогими методами - например фрезерованными стенками.
При увеличении объемов баков дороговизна усиливается еще больше.
Весьма вероятно(а лично я в этом уверен) , что начиная с размеров  РН с ПН более 25 тонн,
величина моноблочной нижней ступени будет настолько велика, что трудоемкость изготовления
3х ступа с подвесными  баками нижней ступени будет меньше трудоемкости изготовления 2х ступа с фрезерованными баками.
2)

это не империческая, а расчётная зависимость.

 Под эмпиричностью я подразумевал небольшой спектр двигателей данные которых использовались для расчетов указанной вами зависимости.

Если рассчитывать с параметрами движков РД-170 (дорогие и тяжелые)
тогда да - выгоды от 3х ступа не так велики по сравнению с 2х ступом
С другими движками (легкими и недорогими) выгода от 3х ступенчатости может быть очень приличной.

1) при недорогом движке с  большой удельной тягой и  среднем УИ (условный Мерлин)
выгода от 3х ступа будет заметно ваше по сравнению с 2х ступом.
Поэтому Фалкон Хэви несмотря кривую концепцию с малой ступенчатостью(хуже унифицированного трехблока и быть ничего не может)
показывает на бумаге лучше удельные характеристики чем Ф9. (только на бумаге потому что кривой)
2)При дорогом движке с низкой удельной тягой и УИ выше среднего ( условный бриллиантовый хер семейства РД-170)
выгода от 3х ступа будет меньше по сравнению с вариантом 1).

Субъективный итог:
Если использовать не тяжелые дорогие БХГ семейства рд-170,
а современные ЖРД с высокой удельной тягой
и упрощенные баки(без вафли) нижней ступени,
тогда для РН с ПН более 25 тонн
3х ступ будет лучше 2х ступа и по мюПГ и по трудозатратам.

[Raul]

Вертолетная посадка с гиперзвука? Аццкий бред.
ИМХУ

При чем тут гиперзвук? Установившаяся скорость падения ступени в нижних слоях атмосферы - дозвуковая.

Для 23 метровой (sic!) ступени Sea Dragon разработчики пришли к варианту, что её скорость падения будет сверхзвуковой, и потому придумывали специальный раскладной баллон для торможения.

Чем больше и тяжелее ступень при одинаковой геометрии - тем выше скорость падения. Поэтому огромный Sea Dragon - это аэродинамический топор. У второй ступени H-1 средний диаметр 8.8 метров и это конус - аэродинамическое сопротивление у него выше, чем у цилиндра. Скорость падения, как я думаю, где-то в районе 300-400 км/час (в 2 с лишним  раза тяжелее первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч, но в 8 раз больше по Sx).

 Первая ступень H-1 имеет днище d16.9 (22.3 метра по крыльям) и она будет садиться реактивно.

Я уже как-то тговорил что при вертолетной посадке, даде если удасться, что сомнительно, раскрыть ротор  есть крайне неприятная возможность попасть в режим вихревого кольца. При высокой скорости снижения это как два пальца об асфальт. И тогда винтом можно хоть закрутится, толку не будет, что он есть, что его нет.
ИМХУ

Попробовать хочется.  В конечном счете можно и так рассуждать, что летать на крыльях нельзя  - потому что штопор, флаттер... Для любой возникающей проблемы можно найти решение.

В конечном счете, если ступень захочет "об асфальт", то у нас есть довод в виде ракетных двигателей многократного включения. Ими можно снизить скорость падения.

[telekast]

Вертолетная посадка с гиперзвука? Аццкий бред.
ИМХУ

При чем тут гиперзвук? Установившаяся скорость падения ступени в нижних слоях атмосферы - дозвуковая.

Для 23 метровой (sic!) ступени Sea Dragon разработчики пришли к варианту, что её скорость падения будет сверхзвуковой, и потому придумывали специальный раскладной баллон для торможения.

Чем больше и тяжелее ступень при одинаковой геометрии - тем выше скорость падения. Поэтому огромный Sea Dragon - это аэродинамический топор. У второй ступени H-1 средний диаметр 8.8 метров и это конус - аэродинамическое сопротивление у него выше, чем у цилиндра. Скорость падения, как я думаю, где-то в районе 300-400 км/час (в 2 с лишним  раза тяжелее первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч, но в 8 раз больше по Sx).

 Первая ступень H-1 имеет днище d16.9 (22.3 метра по крыльям) и она будет садиться реактивно.

Я уже как-то тговорил что при вертолетной посадке, даде если удасться, что сомнительно, раскрыть ротор  есть крайне неприятная возможность попасть в режим вихревого кольца. При высокой скорости снижения это как два пальца об асфальт. И тогда винтом можно хоть закрутится, толку не будет, что он есть, что его нет.
ИМХУ

Попробовать хочется. В конечном счете можно и так рассуждать, что летать на крыльях нельзя  - потому что штопор, флаттер... Для любой возникающей проблемы можно найти решение.

В конечном счете, если ступень захочет "об асфальт", то у нас есть довод в виде ракетных двигателей многократного включения. Ими можно снизить скорость падения.

Пробовать это на здоровье. Если найдете денег. Желательно на стороне, а не из кармана граждан. Создать проблему а потом героически ее решать тоже как-то странно. А снизив скорость падения до приемлемых величин с помощью РД совершенно логично на них же и садиться. Чего там после торможения от той скорости останется.

[Владимир Шпирько]

Стартовая масса 3-хступа на 8% меньше, а трудоёмкость на 12% выше. Смысл делать трёхступ?

Зачем тогда удолбищную Ангару А5 слепили 3х ступом?
Создатели не знали про этот "закон"?

Знали, но! делали не одну ракету, а семейство ракет....  из блоков.  Но с Вашей оценкой того, что получилось я согласен.

Допустим навязана "блочность".
Но что мешало сделать блочный 2х ступ?
Ведь если верить "закону" (Стартовая масса 3-хступа на 8% меньше, а трудоёмкость на 12% выше.)
удельная трудоемкость упала бы всё равно.

Так ведь и сделали..... правда только первую в семействе - Ангару-1.  А остальные какие получились....

[Просто Василий]

А оно многоразовому нужно? Вроде на Старшине Маск хочет 1.5. Мне нравятся ракеты с тяговооружностью  1.5-1.6, чтоб резко так взмывала вверх почти как МБР

Пожалуйста, Vega.
И что, как у нее дела?

Причем здесь Вега? От тяговооружности успешность ракеты не сильно зависит, тот же шаттл с 1.6 летал не плохо или зенит, и оба они были закрыта не от высокой тяговооружности.

Просто ты про РН с большой тяговооруженностью упоминал. Красиво взлетают, конечно.
Ещё Атлас-551 на взлете имеет соотношение 1.85, тоже красиво идёт.

Chris B - NSF:
— Новая упорная шайба Super Heavy. Будет больше двигателей Raptor на ускорителе!
|
Michael Baylor:
— Похоже, в центре [шайбы] есть крепление для девятого двигателя Raptor, что в общей сложности даёт 29 двигателей, если добавить внешнее кольцо из 20.
|
Elon Musk:
— Изначально - 29 Raptor'ов у ускорителя, позже в этом году число возрастёт до 32, как и значение тяги на один двигатель. В долгосрочной перспективе стремимся к показателям >7500 тонн тяги и тяговооружённости ~1.5

[Верный Союзник с Окинавы]

Вертолетная посадка с гиперзвука? Аццкий бред.
ИМХУ

При чем тут гиперзвук? Установившаяся скорость падения ступени в нижних слоях атмосферы - дозвуковая.

Для 23 метровой (sic!) ступени Sea Dragon разработчики пришли к варианту, что её скорость падения будет сверхзвуковой, и потому придумывали специальный раскладной баллон для торможения.

Чем больше и тяжелее ступень при одинаковой геометрии - тем выше скорость падения. Поэтому огромный Sea Dragon - это аэродинамический топор. У второй ступени H-1 средний диаметр 8.8 метров и это конус - аэродинамическое сопротивление у него выше, чем у цилиндра. Скорость падения, как я думаю, где-то в районе 300-400 км/час (в 2 с лишним  раза тяжелее первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч, но в 8 раз больше по Sx).
 Первая ступень H-1 имеет днище d16.9 (22.3 метра по крыльям) и она будет садиться реактивно.

В статье про Dragon предлагалось и геометрию менять, и широкую ступень делать, и много чего ещё, но скорость всё равно оставалась глубоким сверхзвуком.
P.S. Falcon 9 делает два тормозных импульса.

Дело не в тормозных импульсах, а в установившей скорости падения перед посадкой. Которая вообще не зависит от реактивного торможения перед входом в атмосферу. У второй ступени H-1 тормозных импульсов, при вертолетной посадке, не будет вообще.

Если бы можно было обойтись без тормозных импульсов, то обходились бы без них.

Кстати, весовое совершенство у первой ступени Sea Dragon весьма высокое.

[Верный Союзник с Окинавы]

Чем больше тяга двигателя - тем дороже.

Чем больше выводится ПН на двигателях с той же тягой - тем лучше, тем дешевле каждый кг ПН.

Кто нибудь ещё использует этот показатель? Где взял? Сам придумал?

ГРЦ Макеева проектировал "Викторию-К" по этому критерию ("тяговая отдача"). И судя по параметрам Сатурн-5 он был спроектирован также, как и большинство современных западных ракет (не использующих твердотопливных ускорителей). Это легко определяется по величине стартовой тяговооружённости (1,2-1,25 - при этих значениях - "плюс-минус" - реализуется максимальная масса ПГ при заданной тяге двигателей).

Короче показатель так себе)) У Флакона тяговооруженость ~1.4, и всех заткнул.

Если смотреть на Falcon 9, то у него либо 41 тонна тяги на 1 тонну ПН, либо примерно 60 тонн тяги на тонну ПН + многоразовость, против среднестатистических одноразовых РН с ~65 тонн тяги на тонну ПН.

[Верный Союзник с Окинавы]

2 (плюс-минус) - это оптимум для максимального МюПГ, а не максимальной Мпг.

Забыл, что такой МюПГ?

Массовая доля полезной нагрузки, т.е. сколько процентов от стартовой массы ракеты составляет её ПН.

[Верный Союзник с Окинавы]

Вертолетная посадка с гиперзвука? Аццкий бред.
ИМХУ

При чем тут гиперзвук? Установившаяся скорость падения ступени в нижних слоях атмосферы - дозвуковая.

Для 23 метровой (sic!) ступени Sea Dragon разработчики пришли к варианту, что её скорость падения будет сверхзвуковой, и потому придумывали специальный раскладной баллон для торможения.

Чем больше и тяжелее ступень при одинаковой геометрии - тем выше скорость падения. Поэтому огромный Sea Dragon - это аэродинамический топор. У второй ступени H-1 средний диаметр 8.8 метров и это конус - аэродинамическое сопротивление у него выше, чем у цилиндра. Скорость падения, как я думаю, где-то в районе 300-400 км/час (в 2 с лишним  раза тяжелее первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч, но в 8 раз больше по Sx).

 Первая ступень H-1 имеет днище d16.9 (22.3 метра по крыльям) и она будет садиться реактивно.

В статье про Dragon предлагалось и геометрию менять, и широкую ступень делать, и много чего ещё, но скорость всё равно оставалась глубоким сверхзвуком.

P.S. Falcon 9 делает два тормозных импульса.

Он большой. Установившаяся скорость падения в атмосфере не зависит от скорости входа и числ тормозных импульсов, она зависит от массы ступени, Сx и плотности воздуха. Масса растет пропорционально кубу размеров, Сx - пропорционально квадрату. Sea Dragon слишком большой.

Так масса обечайки растёт не пропорционально кубу... И Сх у Sea Dragon был весьма большим.

[Верный Союзник с Окинавы]

первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч

откуда дровишки?

Со стримов. На момент включения движком там примерно 1,5 км высоты и 900 км/ч скорости.

Блок Ц падал у земли с равновесной скоростью свободного падения примерно 90 м/с.

Ну так он падал Starship-style, да?

[Верный Союзник с Окинавы]

Странно, а в умных книжках пишут, что тяговооруженность должна быть больше 2. 

1,25 оптимизация по минимальному количеству одноразовых двигателей...

Это только для первой ступени наверное.
Для полностью многоразовой ракеты нужна высокая тяговооружность так говорил Элон Маск, чтобы с экономить на топливе.

На многоразовой РН (и особенно на Старшипе) основной принцип ровно обратный: «экономим на чем угодно, кроме топлива. Сколько заправок потребуется, столько и будет».

стопятый раз напишу.
оптимизация для одноразовых идет за счет минимального количества двигателей как итог низкая тяговоруженность
 Для многоразовых наоборот ставим двигатели по максимуму, значит возможно дешево построить носитель в три ступени.
А три ступени это экономия топлива т.е. меньшие размеры РН.
Для примера стартовая масса Старшипа 4500 т , а если его сделать в три ступени то стартовая масса будет не больше 3000 т.
Несомненный "минус" что получится ракета меньше по высоте Сатурна-5, что для пиара не очень хорошо.

При равной Мпг, одинаковом техническом уровне и одинаковых критериях проектирования, разница в стартовой массе 2-х и 3-хступенчатой РН составит от 5 до 10% (или около того). Разбиралось уж давным давно: https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?topic=3219.0

Нет нет! Там оптимизировано к тяговооруженности 1,5.
А мы оптимизируем к 2 тогда разница будет не 10 %

Тогда у вас будет много движков.

Возьмём условный чистый двуступ-сверхтяж - Starship/Super Heavy - 5000 тонн, ТВР = 1,5, его тяга движков первой ступени = 7500 тонн. Тяга всей транспортной системы = 7500 тонн + тяга корабля Starship.

И условный трёхступенчатый Starship/Super Heavy со стартовой массой 3000 тонн, ТВР = 2, его тяга движков первой ступени равна 6000 тонн, но вам нужна ещё вторая ступень с хорошей тяговооружённостью, и тогда суммарная тяга всей системы из 2 ступеней будет существенно больше 7500 тонн. Итого тяга всей транспортной системы = 6000 тонн первой ступени + несколько тысяч тонн тяги второй ступени + тяга корабля.

Итого 3 ступени потребуют большего кол-ва двигателя, большего межполётного обслуживания двигателей, больше систем САЗ и создадут больше проблем.

[Верный Союзник с Окинавы]

показывает на бумаге лучше удельные характеристики чем Ф9. (только на бумаге потому что кривой)

Тяга к ПН такая же, незначительно выше МюПГ.

1) весовое совершенство зачастую достигается достаточно дорогими методами - например фрезерованными стенками.
При увеличении объемов баков дороговизна усиливается еще больше.
Весьма вероятно(а лично я в этом уверен) , что начиная с размеров  РН с ПН более 25 тонн,
величина моноблочной нижней ступени будет настолько велика, что трудоемкость изготовления
3х ступа с подвесными  баками нижней ступени будет меньше трудоемкости изготовления 2х ступа с фрезерованными баками.

Так кто тебя заставляет их фрезеровать? Привари внутри элементы прочности аля Илон Маск, делов-то.

С другими движками (легкими и недорогими) выгода от 3х ступенчатости может быть очень приличной.

Вам нужно:

Больше движков.

Больше систем управления.

Больше трубопроводов.

Больше САЗ.

Больше систем разделения.

Хотя проблемы решаются наличием нормальной системы для изготовления баков.

[Дмитрий В.]

Кстати, весовое совершенство у первой ступени Sea Dragon весьма высокое.

Какое именно?

[Alex-DX]

Тогда у вас будет много движков.

Возьмём условный чистый двуступ-сверхтяж - Starship/Super Heavy - 5000 тонн, ТВР = 1,5, его тяга движков первой ступени = 7500 тонн. Тяга всей транспортной системы = 7500 тонн + тяга корабля Starship.

И условный трёхступенчатый Starship/Super Heavy со стартовой массой 3000 тонн, ТВР = 2, его тяга движков первой ступени равна 6000 тонн, но вам нужна ещё вторая ступень с хорошей тяговооружённостью, и тогда суммарная тяга всей системы из 2 ступеней будет существенно больше 7500 тонн. Итого тяга всей транспортной системы = 6000 тонн первой ступени + несколько тысяч тонн тяги второй ступени + тяга корабля.

Итого 3 ступени потребуют большего кол-ва двигателя, большего межполётного обслуживания двигателей, больше систем САЗ и создадут больше проблем.

Время работы каждой ступени трехразового моноблока меньше надежность ступени и всей системы выше.

Чем больше у блока двигателей, тем легче парировать отказ двигателя.

[Верный Союзник с Окинавы]

Кстати, весовое совершенство у первой ступени Sea Dragon весьма высокое.

Какое именно?

Округлённо 0,89 массы топлива, у каждой ступени.

[Верный Союзник с Окинавы]

Время работы каждой ступени трехразового моноблока меньше надежность ступени и всей системы выше.

Больше стартов, больше шанс отказа.

При многодвигательности первой ступени двуступа двигатели можно просто поочерёдно отключать.

Чем больше у блока двигателей, тем легче парировать отказ двигателя.


Дополнительная проблема - больше двигателей - больше шанс неудачного старта/неудачной работы.

[Raul]

Вертолетная посадка с гиперзвука? Аццкий бред.
ИМХУ

При чем тут гиперзвук? Установившаяся скорость падения ступени в нижних слоях атмосферы - дозвуковая.

Для 23 метровой (sic!) ступени Sea Dragon разработчики пришли к варианту, что её скорость падения будет сверхзвуковой, и потому придумывали специальный раскладной баллон для торможения.

Чем больше и тяжелее ступень при одинаковой геометрии - тем выше скорость падения. Поэтому огромный Sea Dragon - это аэродинамический топор. У второй ступени H-1 средний диаметр 8.8 метров и это конус - аэродинамическое сопротивление у него выше, чем у цилиндра. Скорость падения, как я думаю, где-то в районе 300-400 км/час (в 2 с лишним  раза тяжелее первой ступени Falcon 9, которая набирает ~900 км/ч, но в 8 раз больше по Sx).

 Первая ступень H-1 имеет днище d16.9 (22.3 метра по крыльям) и она будет садиться реактивно.

Я уже как-то тговорил что при вертолетной посадке, даде если удасться, что сомнительно, раскрыть ротор  есть крайне неприятная возможность попасть в режим вихревого кольца. При высокой скорости снижения это как два пальца об асфальт. И тогда винтом можно хоть закрутится, толку не будет, что он есть, что его нет.
ИМХУ

Попробовать хочется. В конечном счете можно и так рассуждать, что летать на крыльях нельзя  - потому что штопор, флаттер... Для любой возникающей проблемы можно найти решение.

В конечном счете, если ступень захочет "об асфальт", то у нас есть довод в виде ракетных двигателей многократного включения. Ими можно снизить скорость падения.

Пробовать это на здоровье. Если найдете денег. Желательно на стороне, а не из кармана граждан. Создать проблему а потом героически ее решать тоже как-то странно. А снизив скорость падения до приемлемых величин с помощью РД совершенно логично на них же и садиться. Чего там после торможения от той скорости останется.

Что-то вы не поняли. В контексте была посадка с людьми, а разбиваться при каждой десятой попытке, как у Фалкона явно неправильно. И топлива на реактивное торможение тратится слишком много. Плюс с этому проблемы с транспортировкой тяжелой 60-тонной ступени, которую ни один вертолет не поднимет (а сама она может лететь на винтах куда надо).

Предлагаете тратить деньги граждан только на копирование американских решений? Так брать у американцев надо их стремление и инновациям. а не повторять то, что делают.

[Raul]

Кстати, весовое совершенство у первой ступени Sea Dragon весьма высокое.

У всех ракет, которые еще не полетели - офигительно высокое весовое совершенство.