С чего начать создание своей ракеты

    Для тех, кто не испугался того, что ракету (а по правде космический ракетный комплекс) должна создавать достаточно внушительная команда специалистов, попытаюсь рассказать с чего надо начинать.

    Опять же считаем, что вы хотите создать жидкостную сверхлёгкую ракету для выведения спутников. Обычно все в качестве первого этапа рассматривают именно такую задачу. Но думаю и для других задач многое будет актуальным.

    Компоновочная схема двухступенчатой ракеты-носителя сверхлёгкого класса Falcon-1
    Компоновочная схема двухступенчатой ракеты-носителя сверхлёгкого класса Falcon-1

    Так с чего же начать? А начать опять-же надо с команды. Вам необходимо собрать команду 3-4 специалистов, которые смогут выполнить небольшую научно-исследовательскую работу (НИР) по той ракете (комплексу), которую вы хотите создать. Этот этап совсем не формальность. Вы должны будете определиться с основными параметрами ракеты, требованиями, которые вы к ней предъявляете, последовательностью действий по её созданию и потребными ресурсами, которые нужны для воплощений ваших идей. По сути это инвестиционная презентация или бизнес-план с картинками, параметрами, деньгами и сроками. Такую презентацию можно и на коленке сварганить без расчётов и раздумий. Но этот вариант я не рассматриваю в качестве цели, так как целью должно являться не облапошивание инвестора или заказчика, а реальное создание и полёт ракеты. Но самый первый шаг придётся делать на коленке, ибо это лучше, чем чистый лист. А дальше уже надо начинать создавать!

    Состав работ

    Так вот, какие же работы надо на первом этапе сделать? А их примерный список такой:

    • Оценка рынка и его потребностей. Тут должны быть определены целевые орбиты и потребные массы полезного груза, а также цена таких запусков у конкурентов.

    • Формирование облика своей ракеты с комплексом. Сравнение с конкурентами и объяснение почему вы будете на рынке жить, а не умирать.

    • Формирование состава работ по созданию ракеты и комплекса, их увязку в график и назначение стоимости каждому этапу.

    • Определение цены изготовления и запуска ракеты, затрат на содержание инфраструктуры и т.п.

    • Формирование финансовой модели проекта, где показывается схема привлечения средств и окупаемость проекта.

    Это достаточно укрупнённый и не полный список, но это база, без которой нельзя. В принципе всё это нужно больше не инвестору или заказчику, а больше вам самим для понимания того, что вы сами хотите сделать. Инвестору и заказчику нужно будет ответить всего на три вопроса:

    • Что вы предлагаете делать?

    • Кто это всё будет делать?

    • Какие для этого нужны ресурсы?

    Уверяю вас, что развёрнутые ответы на эти вопросы однозначно определят судьбу проекта.

    Какую ракету делать и как определить её технический облик

    Теперь хотел бы пояснить по основным работам и как прийти к развёрнутым ответам. В принципе оценку рынка каждый себе "фантазирует" сам и тут сильно нечего комментировать, рыночную нишу просто надо уметь выбирать и в неё попадать. Часто для решения этой задачи в ход пускается волюнтаризм. И самое интересное, что такой ход зачастую может быть оправдан и даже имеет смысл. По результатам выбора рыночной ниши вы должны определиться на какую орбиту вы должны выводить полезный груз и какая у него должна быть масса.

    А вот дальше уже идут достаточно сложные технические вопросы. Так вот для техники вам надо увязать облик ракеты и комплекса. Для этого под нишу в рынке (или куда вы ткнули пальцем) надо выполнить проектно-баллистический анализ и определиться с основными параметрами ракеты. Основными проектными параметрами ракеты являются:

    • Количество ступеней ракеты и тип их соединения.

    • Тип применяемого топлива и удельные импульсы тяги двигателей.

    • Тяговооружённости ступеней (тяга двигателей).

    • Распределение масс по ступеням (заправки) или относительные конечные массы ступеней.

    • Диаметр ракеты или нагрузка на мидель.

    Дополнительно рекомендуется выбирать:

    • Точка старта (космодром).

    • Дальность полей падения отделяющихся частей.

    • Ограничения на условия сброса головного обтекателя.

    • Максимальные действующие перегрузки в полёте.

    • Тип и схема разделения ракетных блоков.

    • Требования по "захоронению" верхней ступени.

    Эти параметры, требования и ограничения не являются полными, но их вполне достаточно для того, чтобы определиться с обликом ракеты. Перебирая основные проектные параметры, вы влияете на всё, в том числе на стоимость и сроки создания, а также на стоимость пусковых услуг. Основные проектные параметры выбираются на основе расчётов баллистики, так что, либо ищите себе в команду проектного баллистика, либо изучайте сами. Также при расчёте баллистики нужны относительные весовые коэффициенты или попросту массы элементов конструкции. Желательно, чтобы у вас был специалист, который умеет эти массы считать с достаточно высокой степенью точности и обосновывать их на основании статистики. Что такое весовые коэффициенты, можете почитать в 15 главе книги "Проектирование средств выведения космических аппаратов", В.К. Сердюк. В принципе баллистику и веса вполне может считать один человек, это даже было бы самым правильным. Но тогда на специалиста может лечь сильно большая нагрузка, что скажется на сроках и качестве. Единственное, стоит учитывать, что при выборе проектных параметров вы должны максимизировать или минимизировать некую функцию. В учебной литературе предлагается обычно улучшать весовое совершенство ракеты. Но скорее всего вам нужно будет минимизировать стоимость пуска или сроки и стоимость разработки (создания). Обычно эти критерии противоречат друг другу, так что придётся выбирать. Но самое сложное в этой работе то, что достоверных моделей (функций) стоимости и сроков нет. Либо формируйте зависимость от основных проектных параметров сами на базе учебной литературы и статей, либо волюнтаристически выбирайте параметры, которые как вам кажется обеспечат вам то, что нужно.

    Упаковываем результат и расширяем уровень знания о ракете

    После выполнения проектно-баллистического анализа у вас на руках появляются все параметры ракеты и массы всех её систем. Вы можете нарисовать её облик в виде компоновочной схемы и заполнить табличку с характеристиками. Обычно в учебной литературе и в институтах на этом заканчивают проектирование и дальше дают только разрозненные дисциплины. Но вы видите, что из перечня работ на первом этапе (НИР) мы с горем пополам сделали только второй пункт. Думаю, объяснять, как сравнить с конкурентами разрекламировать полученный облик ракеты не нужно.

    А как-же выполнить все остальные работы? А для этого необходимо определиться с составом комплекса. Наилучшим образом для этого подходит схема деления.

    Примерный вид схемы деления космического ракетного комплекса
    Примерный вид схемы деления космического ракетного комплекса

    На схеме деления вы определяете структуру и состав комплекса и его составных частей. Вы должны всё расписать на такую глубину, чтобы у каждого кубика был определён исполнитель по проектированию, изготовлению и испытаниям. Это может быть кооперация, а можете туда вписать свою компанию. Каждому кубику вы расписываете этапы их создания, не забывая вопросы организации производства и испытаний. Для чего это делается?

    Каждому этапу и кубику вы можете присвоить значение сроков и стоимости создания. Лучше всего на основании статистики и переговоров с кооперацией и специалистами. Можно и из головы взять, это всё равно будет точнее, чем ничего. Все сроки (этапы) вы увязываете в последовательность с отслеживанием их зависимости друг от друга. При этом следует учесть, что без неких выполненных этапов одного кубика нельзя начать выполнение этапов других кубиков. Кажется довольно сложным, но голова у нас всегда боится, а руки делают. Как только вы начнёте это прорисовывать, то увидите, что это всё надо просто прорисовать. Хотя всё это отнимает много времени и сил. В итоге вы получаете возможность сформировать взаимоувязанный план-график работ, график затрат, перечень кооперации и даже потребность в специалистах. Поставив каждому кубику цену изготовления и услуги при подготовке и проведению пуска, вы сможете сформировать цену пуска. На выходе вы будете знать всё о своём проекте. Не выполнив эту работу, вы будете знать - ничего! Ну а если вы постараетесь и всё сделаете правильно, то финансовый план у вас получится сам. Также к данным кубикам и их этапам вы можете приписывать количество людей, их квалификацию, площади помещений, оборудование и всё, что потребуется.

    Заключение

    Вот с чего необходимо начинать создание своей ракеты. Если вы хотите сэкономить силы и этого не делать, то вы просто начнёте начинать создание позже, а до этого вы будете готовиться к первому этапу. Сама же глубина и точность проработки на первом этапе (НИР) может быть относительно небольшая, но сформированная модель, структура и состав позволят вам достаточно уверенно идти вперёд и решать новые совершенно непонятно откуда взявшиеся задачи.

    Данная статья написана на базе моего личного опыта и надеюсь будет особо полезна студентам, которые только начинают изучать проектирование ракет-носителей. Статья носит обзорный и вводный характер и написана общедоступным языком (по крайней мере старался). Если вам будет интересно, то могу попробовать написать статью про проектно-баллистический анализ с формулами и расчётами.

    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 39

      0
      Судя по всему пункт №1 — двигатели. Нет двигателя — нет ракеты.
        +2
        Ракеты не будет без испытательного комплекса, стартовой позиции, полей падения и решения вопроса «а что мы будем делать если оно ухнется не туда». Смотрим историю Н-1, где весь проект во многом загнулся из-за пренебрежения испытаниями. Ну и статьи на хабре про успешные взрывы с жертвами
        Это я вам как двигателист бывший говорю /смайл
          +1
          Похоже что в создании ракет как и в создании игр-если начать с движка, то можно на этом этапе и застрять.
            +1
            Имхо ни SpaceX ни Электрон, по-моим впечатлениям от прочитанного, не появились бы если на первом этапе у них не было уже готового двигателя.
            Собрав дополнительные инвестиции, Rocket Lab приступила к разработке новой ракеты-носителя. В 2013 году был успешно испытан двигатель с подачей компонентов при помощи электромоторов, и был анонсирован проект Electron.

            habr.com/ru/post/404025
              0
              неплохо было бы, если-бы существовал простой и дешевый двигатель, который можно было-бы лицензировать для носителей сверхлегкого класса, по типу Unreal Engine или Unity. ну или были-бы комманды, который занимаются только двигателями или только ракетами, а дальше обмениваются технологиями.
                +1
                Лицензионные отчисления и собственное производство могут сделать проект бессмысленным. Как пример РД-180 — есть у американской компании лицензия на производство до 2030 года, но покупают произведенные в РФ. Видимо производить чужой ракетный двигатель нет смысла. Возможно имеет смысл разработки opensource ракетных двигателей для малобюджетных запусков — пример Copenhagen Suborbitals TM65
                0
                Имхо ни SpaceX ни Электрон, по-моим впечатлениям от прочитанного, не появились бы если на первом этапе у них не было уже готового двигателя.

                Его не было. Мерлин-1А создан уже СпейсИкс и переделан в Мерлин-1В и 1С еще когда Фалькон-1 запускали.
            0

            Есть ли смысл в картинке (вторая) написи на которой неразличимы даже на большом мониторе?

              0

              Картинка тут для примера. Кстати еще можно сослаться на "ГОСТ 2.711-82 Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Схема деления изделия на составные части".

              0
              Название статьи как из времени эмиграции с Земли. На Марсе возникло некое новое общество со своей экономической моделью, старатели с Psiche mining и Ceres energy решили примкнуть, Ganymede society, Titan oil пребывают в раздумьях, рендеры нового Элизиума нашли отклик в массе землян, однако угроза санкций на компании оказывающие стартовые услуги сильно влияет на параметры миграции, в сети как грибы после дождя стали появляться объявления «Помогу улететь на Марс дешево», «Потомственный Громозека оказывает междупланетные услуги», «Бла-бла-шаттл». Техногики решили не отставать, и выпустить универсальную модульную ракету…
                0
                0. Пройти туториал в KSP
                  0
                  Для понимания физики полёта возможно.
                  А дальше это примерно как чтобы стать футболистом, надо в FIFA или PES рубиться, или чтобы стать тренером в Fotball Manager.
                    0
                    Лучше в Orbiter там честнее
                      0

                      Лучше в Children of dead Earth, там перспективнее.

                        0
                        Все таки без «тримпампации» лучше Orbiter
                    0
                    Спасибо, кратко, ясно, понятно.
                    Без «растекания мыслью по древу»
                      0
                      Если кратко — отжать у государства роскосмос.
                      Это если расчитывать на тяжёлые и средние запуски. Или поискать по ракетным клубам, кто где остался, если просто красиво популять.
                        0
                        Но ведь так приятно сделать самому, а не просто купить в магазине!
                          +1
                          Мы в школе, в младших классах, читали рассказ как подросток запустил ракету, и пожёг прохожему пальто (вроде).
                          ПТБ! АК РФ! ГК РФ! УК РФ!
                          Впервую очередь надо решить откуда запускать и куда будет падать.
                          Необходима испытательная площадка.

                          И вообще, неплохо изучить опыт предшественников, например Лин Индастриал
                          , а особенно как они прошли по краю, и чуть было не вкусили УК РФ (когда на идиотских испытаниях, чуть не пришибли посторонего рабочего). У них был тут цикл статей и в ЖЖ.
                            0

                            Ну так делать, это не значит что обязательно на коленке и от балды.

                              +1
                              Что Лины, что Амперка — именно так.
                              Никто не хочет ждать и учиться на малых формах со чтением учебников. Надо сразу и глобально.
                              0

                              Предположение о том, что точки "откуда запускать" и "куда будет падать" — это две точки, причем вторая представляет из себя эллипс на географической карте, ставит крест на негосударственной самодеятельности.
                              Кстати история испытаний "Briliant pebbels", "Пиксел" (Армадилло), и лавинный рост бытовых квадрокоптеров показывают, что для вхождения негосударственной компании в ракетный бизнес ключом будет являться многократность использования и точная посадка в заранее арендованных местах посадки.
                              Усугубляю.
                              Причем даже если коэффициент безопасности при старте будет рассчитываться исходя из беспилотной эксплуатации (например РН "Зенит"), то в точке посадки в посадочной конфигурации коэффициент безопасности должен быть рассчитан исходя из того, что в зоне посадки будут люди (например службы посадки, погрузки и транспортировки, да и охраны тоже).

                                0
                                точки «откуда запускать» и «куда будет падать»

                                Я бы добавил, что есть еще третья точка «куда летим», что это будет, низкие орбиты Земли, Луна, астероиды, Марс, можно добавить «на чем лететь» — кислород-керосин, кислород-метан, кислород-водород, струя водорода в высокочастотном электрическом разряде с рекомбинацией в камере сгорания, ионные, холловские, плазменные движки? Можно ведь сразу не делать ракету, время эмиграции с планеты еще не настало, почему бы не начать сразу с полезной нагрузки, потом присоседиться попутной загрузкой.
                          0
                          В другой теме про сверхлегкие носители
                          При этом у первой ступени не было своей системы управления, она наводилась поворотно-подъемной рампой стартового устройства и в полете раскручивалась хвостовыми стабилизаторами, используя вращение для стабилизации полета.
                          Удивительно на какие изощрения им приходится идти.
                            0

                            В теперешних реалиях ронять части ракеты не модно и экономически не выгодно :)

                              0
                              главное научиться хотя-бы не ронять их вместе со спутниками, это уже будет достижение
                              0

                              Я не специалист, но мучает меня один вопрос. И спрошу:


                              Несколько раз читаю в разных источников упоминание, что проектировать большие ракеты намного легче чем маленьких. Как бы, у маленькой ракеты соотношение прочность/вес должны быть очень высокими, то же самое насчет давление в камеры сгорания и всякие там резервуары-трубопроводы.


                              Так, зачем тогда:


                              Опять же считаем, что вы хотите создать жидкостную сверхлёгкую ракету для выведения спутников.

                              Зачем делать все на грани технологии, супер-пупер материалы ультра специальные жаропрочные сплавы и композиты, ультра-нано технологии? Все это в частном порядке, командой из 3..4 энтузиаста?


                              Не проще ли просто взять и сварить очень-очень большую ракету. Из обычной нержавейки. С давлением в камеры сгорания в 20 бар. И просто вывести на орбиты в качестве орбитального завода спутников, которые там будут производится и запускаться задешево на произвольных орбитах. (ведь нам дешевые спутники нужны и много)


                              Знаю что очень сильно утрирую. Но вопрос-то остается — почему любители/стартапы/госкорпорации не проектируют очень большие ракеты. Которые и легче проектируются и легче (и дешевле) строятся.

                                0

                                Любителям и корпорациям делать РН даже среднего размера — дорого.
                                Госкорпорации уже спроектировали и построили РН крупного размера: "Сатурн-5", "Спейс Шаттл" и РН "Энергия" и забили на них.
                                Эти РН для выведения спутника большие, а для выведения сборочного завода на орбиту — маленькие.
                                Выведение завода на орбиту даже для государств дорого и пока ненужно.


                                В перспективе же всё будет так как Вы предполагаете.

                                  0

                                  Насколько я понял, разговор не о масштабах Сатурн 5 или Энергия, а на порядок больше. Диаметр порядка 20..30м. Длина как я понял 150..200м. Утверждалось, что для такой ракеты подойдет двигатель с давлением в КС порядка 20 бар. Так что экзотических материалов скорее всего не понадобится, а надежность двигателя и корпуса будут намного выше. (Жаль не могу сейчас найти ту статью).

                                  0
                                  Это очень странные сведения — легкие ракеты делают многие и раньше и сейчас, тяжелые ракеты можно по пальцам пересчитывать, сверхтяжелых вовсе всего пяток разработан за всю историю. Стоимость разработки и запусков также очень сильно отличается. Вспомните Н-1, Энергию, Сатурн.
                                    0

                                    Насколько помню, дело было в том, что масса конструкции ракеты приблизительно пропорциональна квадрата линейных размеров. Потому что ракета полая. А масса топлива пропорциональна куба линейных размеров. В итоге, M1/M2 в формуле Циолковского растет с ростом линейных размеров ракеты при прочих равных. Конечно, все это не совсем точно, но эффект все равно существует.


                                    Кстати, вот Маск решил делать StarShip из нержавейки, что вряд ли удалось бы для Falcon.

                                      0

                                      О! Нашел все-таки некие материалы:


                                      Большой примитивный носитель


                                      SeaDragon

                                        0
                                        А да, слышал про этот проект. Но в предположении, что сама идея верна (не имеет подводных камней) в ней речь про стоимость производства/запуска прежде всего (причем в расчете на стоимость кг на орбиту), а не простоты разработки. И она (идея) из тех времен, еще до шаттла, когда надежды на развитие космоса были более оптимистичными (да и опыта строительства свертяжей еще ни у кого не было).
                                          0

                                          Но концепция все-равно выглядит правильной. Кстати, специально SeeDragon был проектирован почти полностью. Просто их порезали из за конца космической гонки. А потом уже никому 500 тон на орбиту были не нужны.


                                          А фишка кстати и в том, что SeaDragon предлагалось строить не на космические технологии, а на корабельные. Только сталь, сварка и заклепки! :D Кстати, КК из "Звездных войн" выглядят именно так.

                                            +1

                                            Все упирается в двигатели — чем больше ракета тем больше более крупных двигателей необходимо. Соответственно в одноразовой ракете будут теряться драгоценные двигатели и стоимость каждого пуска будет неоправданно высока. Плюс для крупной ракеты нужна на порядки более дорогостоящая инфраструктура. Склепать баки из нержавейки это не проблема.

                                        0
                                        Да, но это только одна сторона, а к ней прилагаются сложности масштабируемости, и то, что «размер имеет значение». Старшип хоть и строится из нержавейки, но по сложности и стоимости многократно превосходит фалкон-1 (кроме того, Маск регулярно урезал «осетра» за предыдущие годы — старшип вдвое меньше ИТС, вряд ли он стал бы это делать не из-за сложностей возникающих от размера, ему бы точно хотелось чем больше тем лучше). Возможно и двигатель чрезмерно большого размера создать сильно сложнее, и чрезмерно большое их число чревато проблемами.
                                      +2
                                      Легкую РН тоже можно сделать без супер-материалов и прочего — иначе ни кто и ни чего в 1957 не запустил бы.
                                      0
                                      ну все, создаю свою SpaceX
                                        0
                                        вот бы ещё автор прикрепил схему деления в разрешении чуток повыше. с телефона вобще ничего не видно.

                                        Only users with full accounts can post comments. Log in, please.