Многоразовая многоступенчатая ракета

163 posts in this topic

Posted (edited)

Ну коллега Граф уже сказал - американцы сейчас пытаются сделать Фалькон-9 и Фалькон-Хэви по схожему принципу. Фалькон-9 летает, ценой уменьшения ПН на треть первая ступень должна приземляться на заданную площадку(но вертикально, не горизонтально). Испытания сейчас идут, удалось добиться плавного спуска, в декабре-январе будет первая попытка мягкой посадки на площадку. Фалькон-Хэви будет состоять из 3 Фалькон-9, они должны будут разделиться и по отдельности приземлиться. Первый полет где-то во второй половине 2015.

Возвращение второй ступени пока в дальней перспективе. Однако один из видов ПН для Фалькона, КК "Драгон" они собираются сделать многоразовым, с заменой теплового щита. На данный момент он просто возвращаемый (целиком, а не один отсек как у Союза).

Если я правильно помню, то логика Маска примерно такая: запуск Фалькон-9 стоит около 55-60 лямов, из них около 10 лямов - расходы на площадку, интеграцию, сопровождение итд., 0.2 ляма - горючее, остальное - стоимость собственно ракеты. Возвращение же отдельных ступеней должно быть проще и дешевле, чем всей конструкции целиком как в случае Шаттла. При этом первая ступень Фалькона в многоразовом варианте стоит почти столько же, сколько и в одноразовом, в отличии от Шаттла, который был сделан с нуля очень за дорого.

Edited by чукча

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Многоразовость в варианте "космического самолета" - это большая интенсивность выведения на орбиту, большое количество полетов без серьезного ремонта.

То есть - как у самолета обычного. Возьмем Боинг -777 -200 масса пустого 140 тонн, масса взлетная 250 тонн.

Вот и у ступени ракеты должно быть такое же отношение массы пустой и взлетной - для получения такой же надежности и интенсивности эксплуатации.

Беда в том что ракета с такими соотношениями нифга на орбиту не выведет ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

То есть - как у самолета обычного. Возьмем Боинг -777 -200 масса пустого 140 тонн, масса взлетная 250 тонн.

Вот и у ступени ракеты должно быть такое же отношение массы пустой и взлетной - для получения такой же надежности и интенсивности эксплуатации.

Беда в том что ракета с такими соотношениями нифга на орбиту не выведет ;)

Если помечтать, то с чистой "лампочкой" ГФЯРД, уи так в 4000сек, пепелац размером с Боинг может на Луну сгонять и назад, с грузом тонн в 50.

Мечты, мечты...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Вот вроде здесь http://www.buran.ru/htm/41-3.htm весь этот бред с одноступенчатостью и многоразовостью и ураганностью достаточно толково и кратко изложен.

Единственно, что не понятно: "Зачем все эти мучения?"

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Американцы несколько лет назад громко заявляли о работах над носителем, даже точнее сказать самолетом VentureStar, у него даже силовая установка была не на конических соплах, а какая-то, что сразу не разберешься, сейчас чего-то ничего про него не слышно

Не ну с соплами это давняя заморочка. Оптимальная геометрия сопла зависит от противо-давления воздуха на выходе, то есть на уровне моря оптимально одна геометрия, в вакууме другая.

Поскольку по мере набора высоты давление воздуха падает очень существенно, то хорошо бы было, что бы сопло меняло свою геометрию. С коническим соплом такие фокусы проделывать очень сложно, а скажем с соплом прямоугольного сечения проще.

Но у прямоугольного сечения видно есть свои заморочки.

Так что и с этой точки зрения оптимальней многоступенчатость. Нечего таскать в космос двигатель оптимизированный для работы в атмосфере.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Я вот искренне не понимаю стремления спасать непременно всю РН в сборе. При том, что процентов 80 сухой массы конструкции - это 1-я ступень, которая поднимается невысоко и улетает недалеко (сравнительно, конечно). Остальными 20 можно и пожертвовать, на первом этапе разработок научиться бы возвращать хотя бы то, что по сути и так за пределы атмосферы не вылетает.

Собственно, с Шаттлом пошли именно по этому пути, 1-я ступень там - это многоразовые бустеры, которые вполне вылавливали из океана и перезаряжали, и выходило на порядок дешевле, чем РН сравнимой массы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Не ну с соплами это давняя заморочка. Оптимальная геометрия сопла зависит от противо-давления воздуха на выходе, то есть на уровне моря оптимально одна геометрия, в вакууме другая. Поскольку по мере набора высоты давление воздуха падает очень существенно, то хорошо бы было, что бы сопло меняло свою геометрию. С коническим соплом такие фокусы проделывать очень сложно, а скажем с соплом прямоугольного сечения проще. Но у прямоугольного сечения видно есть свои заморочки. Так что и с этой точки зрения оптимальней многоступенчатость. Нечего таскать в космос двигатель оптимизированный для работы в атмосфере.

В КБ Кузнецова придумали выдвигаемую на высоте насадку на уже существующие.

Так что если что и сохранять то только двигатели и аппаратуру управления. Оптимально - парашютировать в море (намного мягче чем на землю - заметная экономия веса) - как бустеры от Шаттла. У нас это возможно или при старте с берега Каспийского или на Восточном.

И я не уверен, что современные методы контроля дадут 100% гарантию движкам секонд-хенд, особенно после соленой воды - опять же см. Челленджер.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Я вот искренне не понимаю стремления спасать непременно всю РН в сборе. При том, что процентов 80 сухой массы конструкции - это 1-я ступень, которая поднимается невысоко и улетает недалеко (сравнительно, конечно). Остальными 20 можно и пожертвовать, на первом этапе разработок научиться бы возвращать хотя бы то, что по сути и так за пределы атмосферы не вылетает.

Собственно, с Шаттлом пошли именно по этому пути, 1-я ступень там - это многоразовые бустеры, которые вполне вылавливали из океана и перезаряжали, и выходило на порядок дешевле, чем РН сравнимой массы.

enc-dic.comЭнциклопедия КольераSpes-shattl-6172

Критики заявляют, что каждый полет "Шаттла" обходится в 1 млрд. долл., если учитывать стоимость наземного...

tiptoptech.netshattl.html Стоимость одного килограмма груза, выводимого в космос «Шаттлом» составляла 25 000 долларов, а «Протоном» — 5000 долларов. Без прямой поддержки Пентагона проект вряд ли удалось бы довести до стадии полетных экспериментов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Многоступенчатость - средство. Не цель.

Коллега Граф, гляньте формулу Циолковского. Из нее ясно следует, что одноступенчатая ракета с химическими двигателями принципиально не может достичь первой космической скорости. Удельный импульс слишком мал. Сколько бы топлива она не несла, хоть 100500 тонн - на орбиту она не выйдет. Минимальный удельный импульс для одноступенчатой ракеты - 622 секунды. Самая мощная топливная пара (фтор-водород) выдает 449 секунды.

Edited by Muller

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Надеяться на бОльшую рентабельность многоразовых систем сравнительно с одноразовыми можно было, когда нефть была дешёвой, а электроника дорогой. Тогда ценой повышения расхода топлива на подъём средств возвращения можно было спасти сложные и дорогостоящие устройства.

Экономически выгодными многоразовые системы могут стать, если двигатель будет не химический, а, скажем, ядерный.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Я вот искренне не понимаю стремления спасать непременно всю РН в сборе. При том, что процентов 80 сухой массы конструкции - это 1-я ступень, которая поднимается невысоко и улетает недалеко (сравнительно, конечно). Остальными 20 можно и пожертвовать, на первом этапе разработок научиться бы возвращать хотя бы то, что по сути и так за пределы атмосферы не вылетает. Собственно, с Шаттлом пошли именно по этому пути, 1-я ступень там - это многоразовые бустеры, которые вполне вылавливали из океана и перезаряжали, и выходило на порядок дешевле, чем РН сравнимой массы.

А я вот искренне не понимаю как до многих не доходить простая вещь - цена межполетного обслуживания. Которая может превосходить цену покупки новой ступени.

И платить больше денег, но радоваться что летает то же самое железо :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Такой вопрос - а никто еще не пробовал изготавливать ТТ ступени под профиль конкретного полета? Я так понимаю, что в принципе современная техника позволяет намотать корпус нужной длины, приделать к нижнему днищу выточенное на станке с ЧПУ сопло нужного профиля, и напечатать внутри заряд с нужным трехмерным распределением компонентов. Точно подогнав все это к массе ПН и целевой орбите.

Даст ли такой подход заметную без микроскопа экономию, или наоборот, удорожит?

Edited by Нкоро_

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Вот насчёт первой ступени можно поискать проекты Р-7ВРД и форум игры "Звёздные корабли", где я эту идею и пытался воплотить, опираясь на КНР.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Форум тут: http://www.starships.mybb3.ru/index.php

Вопрос: а почему вы тогда прекратили игру?

Если бы мне не досталась Британия, то я выбрал бы Китай. Пульнул бы спутник на Р-2 или Р-5, суборбитал на Р-5. Ну а дальше как и в РИ спер бы у США комплект документации на Джемини. ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Надеяться на бОльшую рентабельность многоразовых систем сравнительно с одноразовыми можно было, когда нефть была дешёвой, а электроника дорогой. Тогда ценой повышения расхода топлива на подъём средств возвращения можно было спасти сложные и дорогостоящие устройства.

Это рассуждение в корне неверно. Сейчас "дорогое" топливо составляет менее процента цены "дешевой" ракеты. У того же Фалькон-9 из общей стоимости 55лямов топливо - 200-300 тысяч. Не говоря уже о небольшой детали, что топливо для РН необязательно делают из нефти.

А я вот искренне не понимаю как до многих не доходить простая вещь - цена межполетного обслуживания. Которая может превосходить цену покупки новой ступени. И платить больше денег, но радоваться что летает то же самое железо

Это же классика жанра - Шаттл. Ну а вообще ответ на вопрос узнаем уже довольно скоро. Судя по всему первую ступень Фалькона на сушу удасться возвратить в первом полугодии 2015. Испытания на полигоне и испытания с полужесткой посадкой на воду уже прошли успешно. Удасться ли ее запустить еще раз по цене меньшей производства новой ступени станет понятно наверное в течении двух-трех лет. Спэйсы надеются что да, получится ли это у них - будем смотреть.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Наложилось сразу несколько факторов. Буду с нормального компа -- отпишу

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Такой вопрос - а никто еще не пробовал изготавливать ТТ ступени под профиль конкретного полета? Я так понимаю, что в принципе современная техника позволяет намотать корпус нужной длины, приделать к нижнему днищу выточенное на станке с ЧПУ сопло нужного профиля, и напечатать внутри заряд с нужным трехмерным распределением компонентов. Точно подогнав все это к массе ПН и целевой орбите. Даст ли такой подход заметную без микроскопа экономию, или наоборот, удорожит?
Если убрать "под профиль конкретного полета" - даст. А иначе надо под каждый конкретный полет заново считать матчасть, а это денег стоит.

Вот и у ступени ракеты должно быть такое же отношение массы пустой и взлетной - для получения такой же надежности и интенсивности эксплуатации.
Кому должно и когда успело задолжать? Edited by Че Бурашка

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Удасться ли ее запустить еще раз по цене меньшей производства новой ступени станет понятно наверное в течении двух-трех лет.
Как сейчас помню, спасение и восстановление SRB стоило таки вдвое дешевле производства нового.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Удасться ли ее запустить еще раз по цене меньшей производства новой ступени станет понятно наверное в течении двух-трех лет.
Как сейчас помню, спасение и восстановление SRB стоило таки вдвое дешевле производства нового.

но при пересчете на ПГ видно что снижение стоимости пусков было недостаточным, ПГ системы СШ в чисто грузовом виде, без кабины экипажа, 40-45 тонн, т.е. перетяжеление РН на 40%, конечно основная заслуга в этом орбитера но и ТТопливность бустеров то же играет роль.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

но при пересчете на ПГ видно что снижение стоимости пусков было недостаточным
Потому что пакет, тяжеленный орбитер и главное высокая доля накладных расходов.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Если убрать "под профиль конкретного полета" - даст. А иначе надо под каждый конкретный полет заново считать матчасть, а это денег стоит.

Именно - считать заново под каждый полет. Расчет был как раз на то что считать дешевле чем точить, точить одинаковое дешевле чем точить разное.

Подумав еще немного, я вообразил себя ВВВ и меня забрали в палату к Наполеону решил что такая ракета вообще должна иметь самый минимум деталей, этакая хипстер-ракета под кодовым названием "ХС" что расшифровывается как Хрущевский Санузел. Предназначение - запуск легких спутников на низкую орбиту по требованию, в эпоху смерти пилотируемой космонавтики.

Имеем, значит, всего одну стандартную деталь, "кольцо закладное". На нем в центре отверстие, а снаружи два ряда креплений. К внешним креплением привинчиваются переходники между ступенями и крепления к стартовому столу, к внутренним что-нибудь полезное типа рулевых машинок снизу и блоков системы управления / парашютов системы спасения сверху. Выводимый вес регулируем изменением длины ракеты.

Теперь слайды:

b782b058beae.png

Edited by Нкоро_

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Подумав еще немного, я вообразил себя ВВВ

Ну , ВВВ все же анжинир по образованию и как раз по РДТТ - он бы такое не нарисовал даже в кошмаре ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Ну , ВВВ все же анжинир по образованию и как раз по РДТТ - он бы такое не нарисовал даже в кошмаре ;)

Значит, есть такие инженеры которые могут вас закошмарить :)

Потому что есть некие товарищи в нашем славном ВПК которые нечто подобное нарисовали и пытаются запускать..

У них конечно, немного другая конструкция и цель была сделать складную ракету, и их изделие легко можно унести одной рукой...

Я просто довел идею до логического конца!

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted

Значит, есть такие инженеры которые могут вас закошмарить

А Вы точно поняли идею ?

Если шашка трубчатая и просто менять ее длину - то надо и сопловой блок каждый раз менять.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Posted (edited)

Если шашка трубчатая и просто менять ее длину - то надо и сопловой блок каждый раз менять.

Вы про изобретение товарищей? Там не меняют длину, оттуда я взял идею стандартных колец к которым крепится намотанный из волокна корпус, а к кольцам уже что-то другое. В ракете с изменяемой длиной (и может быть, составом топлива) - да, надо будет менять.

Edited by Нкоро_

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!


Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.


Sign In Now