Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 73
Пока что заигрывания с многоразовостью для космической техники — стоили больших денег, снижения эффективности и надежности.
Но опыт некоторый накоплен за долгие годы, может пришла пора и что-то получится лучше.
Но опыт некоторый накоплен за долгие годы, может пришла пора и что-то получится лучше.
Да, есть такое, увы. Но килограмм на орбиту до сих пор стоит непозволительно дорого, а это один из путей снижения цены.
С другой стороны, если идея Маска «взлетит» ;-), то 5 многоразовых ракет по 1 тонне груза будет всеравно в разы выгоднее, чем 1 одноразовая с 5 тоннами груза. Конечно, иногда надо поднимать и тяжелые «моноблоки», тут пока без одноразовых тяжеловозов никак.
Меня смущает выбор технического решения. А так — да, всяческих Маску успехов.
Интересно наткнуться на эту статью 4+ года спустя, когда и «тяжеловоз» многоразовый уже не кажется фантастикой.
Ну, Falcon потяжелел, и Ми-26 его уже не поднимет, да и у вертолета есть опасный режим — вихревое кольцо, который ограничивает скорость снижения. Но я надеюсь, что кто-нибудь в 21 веке попробует ловить ракеты вертолетами, расчеты за прошедшие годы не изменились, даже наоборот, Falcon имеет больший запас топлива, чем в публикации — он большее количество времени тормозит.
Почти четыре года спустя, рокетлаб пока что не добрался до подхвата.
4 года спустя рокетлаб всё таки поймал бустер. Но потом уронил, потому что "пилотам не понравилось как он себя вел": https://www.bbc.com/news/science-environment-61307512
В том то и дело, что пилотам не понравилось. И так будет каждый раз. С посадкой на дрон — нет опасности задеть людей. Авария — фиг с ним, фин. затраты. А вот если люди пострадают — так там ФАА подключается и разборки на долгое время.
Спейсы пробовали возвращать с 1-го пуска, первые 2 — парашюты, неудача. На 6-й пуск — уже реактивная посадка, на 9-й — успешная контролируемая посадка на воду. На 20-й пуск получилось вернуть, правда на сушу, но РЛ нет вариантов, только вертолёт. У РЛ было уже 26 пусков. Не было успешного возврата, да говорят, что потом ступень выловили и нормально всё с ней, только когда повторный полёт? У Спейсов — 32-й пуск, менее 7 лет понадобилось, с момента 1-го пуска Ф9.
Исходя из темпов РЛ, могу предполагать, что они будут возвращать Нейтрон, а на Электрон забьют.
Спейсы пробовали возвращать с 1-го пуска, первые 2 — парашюты, неудача. На 6-й пуск — уже реактивная посадка, на 9-й — успешная контролируемая посадка на воду. На 20-й пуск получилось вернуть, правда на сушу, но РЛ нет вариантов, только вертолёт. У РЛ было уже 26 пусков. Не было успешного возврата, да говорят, что потом ступень выловили и нормально всё с ней, только когда повторный полёт? У Спейсов — 32-й пуск, менее 7 лет понадобилось, с момента 1-го пуска Ф9.
Исходя из темпов РЛ, могу предполагать, что они будут возвращать Нейтрон, а на Электрон забьют.
Ну вообще когда Шатлл проектировали, то выходило что дешевле. При фактической эксплуатации получилось дороже чем одноразовые ракеты. Кстати говоря так называемые многоразовые ступени, фактически использовали один раз.
Проблема с многоразовыми «элементами» в том, что после их спуска никто не может гарантировать соответствие заявленным свойствам при следующем запуске. Приходится этот элемент разбирать и собирать по новой, тестируя все узлы и агрегаты. Теплазащита у шаттла, если не ошибаюсь, после каждого пуска полностью заменялась. А первую ступень вообще дешевле новую сделать. Если ее сажать на парашуте, она так грохнется о землю, что использовать ее, скорее всего, можно будет только на металлолом.
Тестировать понятно придется, но что это зависит от того насколько спуск экстремальный. У шатлла никто никогда всю тепловую защиту не собирал по новой. Тестировали долго и упорно и заменяли битые пластины. Правда в итоге плохо на заменяли и Коламбия рассыпалась в воздухе.
Опять же если сажать на парашюте грохнется или мягко приземлится зависит только от парашютов и тормозной системы.
Еще в СССР была разработана авиадесантируемая платформа которая позволяла осуществлять довольно мягкую посадку.
Опять же если сажать на парашюте грохнется или мягко приземлится зависит только от парашютов и тормозной системы.
Еще в СССР была разработана авиадесантируемая платформа которая позволяла осуществлять довольно мягкую посадку.
Еще в СССР была разработана авиадесантируемая платформа которая позволяла осуществлять довольно мягкую посадку.
И сколько лишней массы придется таскать?
Если сажать жилой отсек (читай, шаттл) еще может быть экономически целесообразно, то топливный бак с двигателем — врядли. Посмотрим, что получится, пока возникают сомнения в экономической выгоде.
И сколько лишней массы придется таскать?
Выше уже писали 11 процентов.
Если сажать жилой отсек (читай, шаттл) еще может быть экономически целесообразно, то топливный бак с двигателем — врядли.
Тот же Маск говорил, что цена топлива от цены запуска составляет 4 процента. Так что если хотя бы раза четыре можно запустить ту же ракету в небо, то вполне целесообразно.
Тот же Маск говорил, что цена топлива от цены запуска составляет 4 процента. Так что если хотя бы раза четыре можно запустить ту же ракету в небо, то вполне целесообразно.
Врядли стоимость повторного запуска будет равна стоимости топлива.Поэтому здесь нужно сравнивать стоимость изготовления новой ступени и суммарную стоимость системы посадки ступени и повторного ее запуска (не забывая про уменьшение полезной нагрузки). По сути, сравнивать нужно только один параметр: стоимость вывода на орбиту полезной массы в длительной перспективе (с заданной надежностью вывода). Но и тут есть нюанс. Он заключается в том, что иногда нужно вывести на орбиту груз большой массы за один раз.
В общем, нюансов много и пока вопросов больше, чем ответов. Но это не означает, что не нужно пытаться. Нужно. Но, боюсь, достигнутый практический результат будет довольно сильно отличаться от теоретически спрогнозированного.
Правда в итоге плохо на заменяли и Коламбия рассыпалась в воздухе.
Нормально заменяли. Повреждение было нанесено при запуске, тут уже ничего помочь не могло.
foam insulation (пенной изоляции?)
Уточню: это пенная теплоизоляция от огромного бака, топливо из которого питает основной двигатель шаттла.
Вроде как Энергия-Буран изначально разрабатывалась с расчетом на полную многоразовость. То есть конструктивно это должно было быть заложено уже в первые образцы, пускай на первые испытательные пуски такая задача даже не озвучивалась. Но какой-то конструктивный задел уже был наверняка.
Да, вы правы, совсем забыл про многоразовый блок А. 21,5%, многовато.
Вы посчитали коэффициент сопротивления для «голой» цилиндрической формы, а если, к примеру, он разложит «ноги» на высоте и использует их для аэродинамического торможения, это ведь может дополнительно снизить скорость?
Увеличится эффективная площадь, несильно, потому что ноги не сплошные. Численно сказать будет сложно — ноги не сплошные, какие они потери дадут без аэродинамической трубы и не скажешь. Так, навскидку, увеличение площади с запасом, на треть, до 60 м^2, дает скорость 220 м/с и результат 1,8 тонны идеального топлива. Боюсь, ноги не помогут. Как бы даже они хуже не сделали — не повысили неустойчивость при падении и не привели бы к повышению расхода топлива на управление.
Ну, если они на начальной траектории будут сзади, что логично, учитывая ориентацию при полете, они смогут выступить в роли стабилизаторов и ступень какое-то время сможет лететь по принципу воланчика. Правда это приведет к необходимости переворота перед посадкой. В любом случае следующий запуск обещает быть очень интересным.
Разворачиваться надо будет сразу после разделения, пока атмосферы минимум. Чем плотнее атмосфера, тем такие фортели сложнее и опаснее.
А были ли какие-нибудь опытные образцы, использующие эффект авторотации? Вроде, лет 30 назад в журналах такое обсуждали, но про попытки реализации не слышал. Мне кажется, сегодня при наличии довольно прочных и лёгких композитных материалов, такой «вертолётик» может быть интересен.
Да, эта идея ещё для «Союзов» и «Аполлонов» выдвигалась. Теоретически для ракетной ступени лопасть можно разместить вдоль, но сколько это будет весить (будет там автомат перекоса? если нет, то как управляться?) я не нашёл, поэтому добавлять в статью не стал. Показалось слишком фантастичным.
Вообще, если бы я работал над этой темой, я бы смотрел в сторону сверхпрочных мягких лопастей с «грузиками» на концах. И, желательно, в соосной компоновке с поэтапным раскрытием: на первом этапе, при максимальной скорости, лопасти вытягиваются вверх небольшим парашютом, одновременно придаётся правильная ориентация спускаемому объекту, затем постепенно лопасти начинают раскручиваться — грузики на концах под действием центробежных сил разводят лопасти в стороны до максимума, скорость спуска объекта постепенно снижается за счёт авторотации, затем вытягивается верхний комплект лопастей, раскручивающихся уже в другую сторону.
«Ноги» и система стабилизации не нужны, если приводняться на парашюте в океан.
Отработавшая первая ступень обычно состоит из пустых баков и пары форсунок, поэтому вполне может иметь хорошую плавучесть. Ну а если в баке дыра — то пусть лучше сразу тонет:)
Отработавшая первая ступень обычно состоит из пустых баков и пары форсунок, поэтому вполне может иметь хорошую плавучесть. Ну а если в баке дыра — то пусть лучше сразу тонет:)
Даже с системами повторного использования ступеней вряд ли сам принцип многоступенчатости будет жизнеспособным через 10-20 лет.
Альтернатив многоступенчатым ракетам пока нет, увы.
Да, согласен. Я к тому, что пока современные ракеты напоминает IBM System 360 из 60-х — их в конечном счете ждет новый прорыв.
Да, согласен. Я к тому, что пока современные ракеты напоминает IBM System 360 из 60-х — их в конечном счете ждет новый прорыв.
1)на основании чего сделан такой вывод (о прорыве)?
2)в каком направлении по вашему будет прорыв?
Я бы не сказал, что речь идет о прорыве- это пока мечты, далекие от реалий :)
Ну а современные ракеты…
Да, «семерка» летает (с немного другой начинкой), но по сути это та же ракета. Ну и слава Богу. Она надежна, по крайней мере.
А если по большому счету — достигнут предел, что касается энергетики химических топлив.
А реальных альтернатив нет.
Так что, полагаю, будут те же ракеты. На тех же видах топлив. Без всяких прорывов.
И «семерка» еще будет летать неизвестно сколько.
Ну а современные ракеты…
Да, «семерка» летает (с немного другой начинкой), но по сути это та же ракета. Ну и слава Богу. Она надежна, по крайней мере.
А если по большому счету — достигнут предел, что касается энергетики химических топлив.
А реальных альтернатив нет.
Так что, полагаю, будут те же ракеты. На тех же видах топлив. Без всяких прорывов.
И «семерка» еще будет летать неизвестно сколько.
А почему вы считали по Merlin 1С, а не Merlin 1D?
Прочел на одном дыхании. Спасибо!
А вроде ж был проект запуска не с космодромов, а с самолетов? Который свернули в угоду «Бурану»? Не было бы это тем самым решением?
Сильно сомневаюсь. Воздушный старт — штука плохо масштабируемая, потому что совсем циклопические самолёты-носители понадобятся. Боюсь, 500 кг для «Пегаса» — это максимально достижимый порядок веса ПН на нынешних технологиях. МАКСу уже специальную модификацию «Мрии» нужно, а она не построена, и дальше проблемы идут снежным комом.
И «гиперзвуковой самолёт-разгонник» даже сейчас на грани фантастики. Небольшие демонстраторы (X-43, X-51) летают через два раза на третий.
Вот мне не понятно, как они удерживают ракету высотой 60 метров и весом больше 10 тонн строго в вертикальном положении только за счет маршевых двигателей?
Взлетающая ракета-носитель, за исключением специально спроектированных типа Н-1, требует поддержания такого же неустойчивого равновесия с компенсацией возмущений.
В некоторых роликах видно отклонение огненной струи. Т.е. к основному толкающему факелу добавляются другие, под углом.
Фактически, там применяется «отклоняемый вектор тяги»: сопла двигателей отклоняются нужным образом. При необходимости задействуются также малые двигатели управления, расположенные по бокам в средней и верхней части ракеты.
[..] Примечание: реальная цифра будет несколько выше, потому что эта формула считает начальную скорость нулевой [..]
[..] Итог: минимум 6 тонн необходимо добавить к двадцатитонной ракете для её посадки по этому методу, что дает нам ориентировочно 30% долю средств обеспечения мягкой посадки к сухому весу ступени [..]
А в реальности — первая ступень дает весьма ощутимую скорость, точно не скажу, но где-то 1-3км/сек!!! — это и зарубает идею возврата на-парашютах.
Кроме того на таких скоростях, у бесконтрольно падающего в атмосфере протяженного тела и деформации могут появиться… то, что приземлится легко может оказаться unusable.
[..] Итог: минимум 6 тонн необходимо добавить к двадцатитонной ракете для её посадки по этому методу, что дает нам ориентировочно 30% долю средств обеспечения мягкой посадки к сухому весу ступени [..]
А в реальности — первая ступень дает весьма ощутимую скорость, точно не скажу, но где-то 1-3км/сек!!! — это и зарубает идею возврата на-парашютах.
Кроме того на таких скоростях, у бесконтрольно падающего в атмосфере протяженного тела и деформации могут появиться… то, что приземлится легко может оказаться unusable.
Вы про атмосферу забыли, об неё очень удобно тормозить. ТТУ Шаттла успешно приводнялись после отделения на высоте 45 км и скорости ~1,5 км/с
А в реальности — первая ступень дает весьма ощутимую скорость, точно не скажу, но где-то 1-3км/сек!!! — это и зарубает идею возврата на-парашютах.
Непонятен смысл фразы. Первая ступень имеет слишком большую скорость, чтобы опуститься на парашютах? Можно использовать специальные тормозные парашюты, которые снизят скорость до приемлемой для обычных. Плюс и стабилизацию осуществят. Да и открывать парашюты можно не в момент отделения ступени, а когда она выйдет на пик баллистической траектории и будет иметь нулевую вертикальную скорость. Вернее чуть позже, когда есть небольшая отрицательная вертикальная скорость, чтобы купола развернулись.
Отделение первой ступени РН Протон: 42 км, 1724 м/сек — причем уже практически в горизонтальном положении.
Без стабилизации — ее просто перекрутит и порвет всречным напором воздуха… даже просто бережно затормозить с такой скорости — уже проблема… а потом парашюты — рывки всякие, удар о землю…
Без стабилизации — ее просто перекрутит и порвет всречным напором воздуха… даже просто бережно затормозить с такой скорости — уже проблема… а потом парашюты — рывки всякие, удар о землю…
Удар о землю решается пиропатронами всякими, как у той же десантируемой техники. А вот что почти в горизонтальном положении не знал или не обращал внимания, думал где-то под 45 градусов :( С другой стороны как раз тормозной парашют должен хорошо работать — гасит горизонтальную скорость и потихоньку «нос» направляется к земле без всяких резких маневров.
То, что Байкал не полетит — уже по-очертаниям было понятно… ;-))
Подробнее с этого места.
На правах шутки: что общего у Байкала и орудийного глушителя?
На последнем МАКС'е были модели многоразовых разгонных блоков для Ангары, выглядящие точь в точь, как Байкал (модель на фото сзади). Так что над идеей работают и возможно в будущем мы увидим потомков Байкала на нашей новой ракете.
Добавлю немного «ракетостроения для чайников» www.chtoes.li/page/orbital-speed (или what-if.xkcd.com/58/ на языке оригинала). Если кратко, то основная проблема завязана на экспоненциальном росте массы топлива — для разгона до 8 км/с нужно в 1.4^8 больше топлива чем начальный вес ракеты. И для торможения до нуля вес придется еще увеличить в 1.4^8 за счет топлива.
Мне кажется, в условиях нашей планеты спасать ступени ракет носителей — это бесперспективняк. Ведь для топлива торможения или парашутных систем нужно жертвовать массой, упрочнять конструкцию (раз расчет на многоразовую эксплуатацию). Как по мне лучший вариан ориентироватся на освоении ближнего космоса Авиацией. Нужно дерзать создать самолет способный взлететь на орбиту и вернутся назад, а еще отказатся от химической енергии — она давно себя исчерпала.
Собственно, главный вопрос на сколько нужно жертвовать массой. То что в 1960-х было заведомо не перспективно, в 2020-х может оказаться вполне реально и, главное, выгодно. Новые материалы, технологии, способы неразрушающего контроля и т. п.
А при горении типлива выделяется все тоже количесво калорий, в любой ракете подавляющее большинство массы составляет топливо, поднимать енергетику ракеты за счет изысканя веса из конструкции это не самый перспектывный способ, ну сколько вы еще будете облегчать бак для все тогоже керосина чтоб хватило места для спасательного парашута/резерва керосина для посадки?
Смотрите «Искушение воздушного старта». Коротко говоря, невыгодно.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Системы обеспечения мягкой посадки первой ступени ракеты-носителя