Comments 36
Stoke Space сейчас делает похожую штуку.
автору респект, интересная статья
Всё это вызывает лишь недоумение - ракетно-космические инженеры безусловно достаточно умны для того чтобы понимать, что одноступенчатый старт на орбиту безумно не эффективен и всегда будет уступать двух-трёхступенчатому (ну, по крайней мере, пока не случится какая-то грандиозная революция в топливе, двигателях и материалах). Тем не менее тысячи умных люде ввязывались в такие проекты и тратили годы своей жизни и безумное количество ресурсов на то, что оречено быть сданным в музей. Зачем?
Если только был расчёт сделать хорошую первую ступень?
Чтобы понять утопичность идеи этот путь нужно было пройти. Было время и шаттл всем казался универсальным экономичным кораблем будущего.
Потому что мечта. Ранее уже писал под другим постом - где вы видели в фантастике звездолёты с разделением ступеней? И капитан Зелёный, и Дарт Вейдер приземляются и взлетают на космических кораблях целиком, без необходимости сборки-разборки на составляющие. Фантастика описывает примерный облик "требуемого", выросшие на ней политики, учёные и инженеры - стараются сделать сказку былью. И это хорошо, так как сотни вещей, которые были фантастикой, условно, в 40-е годы, сейчас являются обыденностью.
отни вещей, которые были фантастикой, условно, в 40-е годы, сейчас являются обыденностью.
Это бы случилось в любом случае, даже если бы вместо неудачного одноступенчатого старта они сделали что-то реально полезное - хорошую первую ступень, или вообще МРТ-аппарат, протез сустава или медицинского робота.
Этот был демонстратор технологии. Проверка реальности идей вертикального старта и посадки. Отработка и проверка идей.
А по факту вывод этой системы в коммерческую эксплуатацию в принципе не планировалась.
При разработке "нормальной" системы скорее всего будет дополнительная степень или носитель. Тем самым превращая эту систему в 2-х ступенчатую.
А насчет "фантастики" - там звездолеты используют системы взлетав и посадки на принципах, сильно отличных от жидкостных ракетных двигателей. Что и позволяет уйти от проклятия формулы Жуковского.
Эффективность ракет сильно зависит от размера. Потому что масса ракеты зависит от площади поверхности (квадрат размера), а масса топлива от объема (куб размера). С увеличением размера, эффективность растет.
Так что гигантские космические корабли из фантастики будут вполне эффективны, даже если и работают на химических двигателях. А на атомных и подавно.
Вывод: Кто первый начнет строить гигантские корабли, он и будет владеть Солнечной системой и однажды Галактикой! :D
Пока что, это Маск.
А как так получается, что масса заправленной ракеты растёт кубически от размера, а незаправленной -- квадратично?
Потому что она преимущественно полая внутри. И конечно, эти соотношения приблизительные и в реале соотношение несколько меньше. Но тем не менее, эффективность растет с размером.
Ну полая, но всё равно нагрузки-то на каркас или на несущие баки растут кубически от размеров.
Не факт. Баки вообще-то под давлением, могут быть неустойчивыми без давления и ничего плохого не случится. То есть, масса полой конструкции не будет расти кубически от размеров.
Был кстати такой проект в пятидесятых, более-менее просчитанный – Sea Dragon. Его предлагали строить вообще из 20 миллиметровой стали на корабельной верфи. По технологиям кораблей. И ничего, расчеты показывали что полетит на орбиту да и 400т. нагрузки поднимет.
Я вот прикинул (возможно неверно), удельные растяжения в баке под давлением (в цилиндрической части) пропорциональны радиусу (при одинаковом наддуве), значит толщина бака, чтобы он сдерживал заданное давление, растёт пропорционально размеру. Количество материала для всего бака (пренебрегая торцами), уже растёт с кубом от размера (толщина * длину окружности * высоту). У меня опять куб получился, возможно я напутал.
Если говорим об использовании давления для увеличения жесткости конструкции, надо брать в расчет и то что при увеличении размеров, нужное давление будет уменьшаться.
Например в тот же SeaDragon предполагалось давление в 20 бар, которое использовалось и для подачи компонентов топлива в камеру сгорания без всяких насосов. Что увеличивает надежность конструкции двигателя намного.
Кроме давления изнутри бака, есть ещё вес всего, что выше. Тут тоже квадрата не получается. В общем, реквестирую пруфы :)
Ну, давайте тогда наоборот. Можно ли сделать ракету, массы, ну пусть будет в 10кг, которая смогла бы подняться на орбиту? Почему?
Я думаю, что нельзя. Почему -- предполагаю, что из-за сопротивления воздуха. Но всё равно, мне интересны именно выкладки, или хотя бы какой-нибудь научпоп текст на эту тему.
Я бы ещё добавил вопрос с точностью изготовления.
если у вас линейный размер двигателя 10см, какая-нибудь деталь или отверстие там 1/100 диаметра двигателя. И необходимая точность 1% это получается 0.01мм требуемая точность изготовления. А если линейный размер 3 метра, то при те-же 1% точности это уже 0.3мм получается. Насколько проще сделать.
Хотя да, сопротивление воздуха это основное. Нужно добиться условных N кг на единицу горизонтального сечения ракеты. В случае с крайне лёгкой ракетой она при этом получится очень тонкой и будет переламываться.
Я скорее имел в виду то, что потери от сопротивления воздуха возрастают как квадрат размеров, а масса ракеты, топлива, тяга -- как куб. Чем меньше ракета, тем больше для неё актуальны потери из-за сопротивления воздуха, а всё остальное зависит только от массы/куба размера.
Пример с точностью изготовления вполне валиден для текущего развития технологий, но не является фундаментальным ограничением.
С чего это тяга растёт как куб? она растёт как квадрат. горизонтальная площадь сечения ракеты * давление в камере сгорания. (если мы пренебрежём тем, что камера сгорания обычно не занимает всю площадь поперечного сечения.)
Она должна зависеть как куб, чтобы поднять ракету.
Но в целом да -- приведённые вами чисто геометрические соображения делают проблематичным бесконтрольное увеличение размеров ракеты.
Она должна зависеть как куб, чтобы поднять ракету.
Не совсем так.
Чтобы оторвать ракету от стартового стола нужен twr>1
На практике же вам нужен twr сильно больше 1, т.к. если он будет около 1, то ускорение займёт много времени и сожрёт тем самым топливо.
Казалось бы надо увеличивать TWR до максимальных значений, но это тоже не прокатывает т.к. перегрузка и ветровая нагрузка требует увеличение прочности ракеты. Да и сам вес двигателей увеличивается.
Я это к тому, что нет какого-то чёткого оптимального TWR для всех ракет. А значит и соотношение масса\тяга могут не быть константой для разных ракет.
Если вы делаете здоровенную ракету, вероятно вы уменьшите ускорение, просто чтобы она не развалилась на старте.
А если делаете маленькую, то требования к прочности не столь критичные и она будет уходить со старта резвее.
Но маленькие ракеты на орбите не летают в принципе. Можно ли рассчитать ракету примерно массой в 10кг, чтобы она смогла поднять на орбиту, ну хотя свою последнюю ступень?
SS-520-4 2,6 тонны
сатурн-5 2800 тонн
Отличие в массе более чем в тысячу раз. И вы утверждаете что маленьких ракет не бывает?
Я уже писал, почему считаю невозможной ракету в 10 кг.
Вы писали про воздушное сопротивление. Но даже если воздуха и нет, ракета массой в 10кг не может подняться на орбиту.
Кроме того, вы забыли упомянуть, что SS-520-5 поднять на орбиту может 4кг. То есть, 2.9 тон (а не 2.6), по сути это и есть минимальная возможная масса ракеты.
Если воздуха не будет, думаю 10кг ракета поднимится. Почему нет-то? конструктивные нагрузки будут меньше. Электроника весит мало.Электрические топливные насосы на ракетах уже летают.
думаю в классе 2.9 тонн ракету оптимизировали по цене производства, а не по массе. Всё равно хорошего соотношения поднимаемого груза\стартовой массы не добиться из-за сопротивления воздуха.
Если воздуха не будет, то на орбиту не нужно поднимать.
википедия говорит про 8мм сталь
Причем идея была на самом деле неплохая - движки низкого давления, всего 10-15 атмосфер, никаких тебе турбонасосов на сотни атмосфер капризных и стоящих сотни денег. Плюс закон Мерфи - "под давлением все ухудшается". Изделие на десятки атмосфер будет технологически проще и надёжнее изделия на сотни атмосфер. Но увы - старт такой дуры с моря, с частично погруженного состояния, баки придется держать надутыми, а в воде такая ракет обмерзнет моментом.
Кмк надо было делать что-то наподобие Шаттла (космический самолет с ЖР встроенными двигателями и внешними топливными баками), только необитаемый и без керамической защиты, чтобы тормозился двигателями, и чтобы запаса горючего во внутренних баках хватало для аэродинамических маневров. Дешево и сердито.
Жизнь после «Шаттла»: Delta Clipper и DC-X