Цивилизация Пружин, 2/5

    Часть 2. Very Heavy Fuel


    Предыдущая часть 1



    Перед вами — Международная Космическая Станция. Массой в 420 тонн и стоимостью[20] в $150 миллиардов:



    Её кинетическая энергия, старое доброе E = mv2/2, составляет 1.3*1013 джоулей. Добавив потенциальную энергию на высоте 400 километров, получим 1.4*1013 Дж.

    Сколько бензина надо сжечь, чтобы получить эту энергию? Оказывается, не так уж и много. 350 тонн всего. Это примерно[200] однодневный энергетический бюджет Улан-Удэ.

    Как же так получается, что далеко не самый богатый город мира за один-единственный день распоряжается энергией, достаточной для разгона МКС до орбитальной скорости, однако же станция у нас на весь мир одна, и стоит неприлично бешеных денег?

    Ответ кроется в очевиден из анатомии ракеты-носителя.

    Носитель, как минимум, обязан включать в себя:

    1. Полезную нагрузку. Иначе зачем он вообще нужен?
    2. Хотя бы один двигатель.
    3. Корпус, всё это соединяющий.
    4. И, разумеется, топливо. Как рабочее тело и, в большинстве случаев, как источник энергии.

    И вот в последнем-то пункте и коренится проблема. Чтобы поднять и утащить некий минимум топлива, нужно… правильно, дополнительное топливо! На подъём которого нужно тоже топливо! И эта накрутка продолжается долго. Она, конечно, сходится, иначе бы мы вообще никуда не летали. Но по результатам сходимости современная ракета, даже многоступенчатая, даже качественно спроектированная и выполненная, по массе состоит преимущественно из этого самого топлива.

    Ну вот хрестоматийный пример, Saturn V — не самая новая, но одна из самых эффективных ракет в истории[30]:



    [Original image from NASA History [40]]

    Стартовая масса — 2970 тонн. Из них где-то 2670 — топливо. Из которых 2160 выгорают меньше чем за три минуты всей лунной экспедиции. При том, что кинетическая энергия полезной нагрузки на орбите «стоит» всего-то тонн 100 горючего.

    Получается, главная трудность выхода на орбиту — это не недостаток энергии. Её землянам с избытком хватает на кинетическую энергию не то что станций, а хоть бы и круизных пароходов на орбите. Проблема в другом: наше топливо слишком тяжелое. Слишком много его надо в килограммах, чтобы собрать требуемое на полёт количество энергии. Отчего большая часть топлива, залитого в ракету, уходит на перевозку топлива же. Собственно, формула Циолковского, увязывающая стартовую M и финишную массу ракеты m с набранной скоростью V и скоростью истечения выхлопа двигателя u, говорит нам о том же:

    M/m = eV/u    [2]

    На первый взгляд не совсем очевидно, при чём тут содержание энергии на килограмм? Но всё просто. Оно «сидит» в u, в скорости истечения. Для химического горючего она ограничена величиной (и в первом приближении равна ей) u = √(2q), где q — удельная теплота сгорания. Которая и есть содержание энергии на килограмм. И когда это q «не дотягивает», отношение масс на старте и финише оказывается экспоненциально громадным:

    M/m = eV/√(2q)    [3]

    Или

    V = Ln(M/m)*√(2q)  [3a]

    Несколько замечаний, для зануд и для ясности
    1. Да, есть более точные выражения для скорости истечения, чем u = √(2q). Когда я сдавал по ним зачёт, Горбачёв «сдавал» СССР. Но эти формулы сложноваты, распугивают читателей, и учитывают эффекты, здесь неважные. u = √(2q), хоть и завышает ответ на 10-30%, адекватно описывает интересующую нас зависимость. И да, есть такое понятие, как удельный импульс, но в данной конкретной статье скоростью истечения пользоваться удобнее.

    2. В принципе, ничто не запрещает даже химической ракете получить скорость истечения u выше, чем √(2q). Как? Ну, скажем, сжигать топливо не в сопле, а в генераторе, вырабатывая электрическую энергию. Затем этой энергией разгонять долю x выхлопа (0 < x ≤ 1) до очень высоких скоростей. Допустим, плазменным электрическим реактивным двигателем[230]. А остатки выхлопа тупо сбрасывать с нулевой скоростью. Для простоты положим, что все преобразования происходят без потерь энергии, со 100%-й эффективностью. Разгонится ли такая ракета до большей скорости V при фиксированном отношении масс M/m (т.е., будет ли она эффективней)?

    Ответ отрицательный. Легко решить уравнения, описывающие движение такой ракеты, и получить:

    V = Ln(M/m)*√(2qx)

    Т.е. её конечная скорость составит лишь √x от набранной «обычной» ракетой с непосредственным сжиганием топлива (ср. с [3a]). И эта скорость всё равно жёстко завязана на величину q.

    3. Что если ракета работает не на топливе, а на батарейке? Ну вот пусть на борту есть отдельно рабочее тело массы mf и отдельно — батарейка с запасом энергии E и массой mb.

    Первое, что здесь надо понять — это что батарейка должна состоять из множества небольших «модулей», сбрасываемых по мере отработки. Ибо в противном случае мы будем тащить с собой «мёртвый» груз пустых батарей. Но если так, то концептуально это ничем не отличается от обычного топлива на борту с полным запасом энергии E и массой mf + mb. И если q = E/(mf + mb) такой системы ниже, чем у обычной химической ракеты, то и улетит она не лучше.

    5. А как же электрические ракетные двигатели[225]? Они ведь дают скорости истечения в десятки и сотни километров в секунду, и на них совершались успешные межпланетные манёвры при весьма скромных отношениях M/m. Как так? Дело в том, что ЭРД — незамкнутые системы. Рабочее тело (ртуть, ксенон и т.п.) они везут с собой. А вот энергию — нет. Энергия поступает с солнечных батарей. Если бы вместо этого они несли с собой обычные батарейки с содержанием энергии на массу q, то и эффективность у них была бы не выше, по формуле [3a].

    Статья написана для сайта https://habr.com. При копировании просьба ссылаться на исходник. Автор статьи Евгений Бобух.

    Итак, ракеты дорогие потому, что их крайне лёгкая «сухая» конструкция вынуждена выдерживать крайне тяжёлую нагрузку, в основном топлива (да ещё и быстро «прокачивать» её через ТНА). А нагрузка велика потому, что наше топливо слишком тяжело. Очень уж мало в нём помещается джоулей на килограмм.

    Давайте теперь поймём причины этого ограничения.

    Для чего взглянём поближе на реакцию горения водорода во фторе, как одну из самых простых. В ней пары «водород-водород» и «фтор-фтор» обмениваются партнёрами, создавая две пары «водород-фтор»:

    H2 + F2 = 2HF

    Откуда берётся выделяющаяся энергия?

    У молекулы водорода есть два атома. У атомов есть электроны. Они «размазаны» вокруг атома в виде эдакого облака, и связаны с ядром главным образом электростатическим притяжением. Электроны бывают внешние, валентные, и (кроме водорода) внутренние, в химических реакциях не участвующие. После реакции водород со фтором меняются местами. Электрические облака валентных электронов перераспределяются и слегка меняют форму. Как-то примерно так:



    [Image credit [295]]

    Потенциальная энергия связи электронов с атомами в новых облаках оказывается другой. В данном случае (эта энергия отрицательна) она теперь меньше, чем у H2 и F2 по отдельности. Куда пошла разница? В кинетическую энергию молекулы, колебания её атомов, электромагнитное излучение. Всё это в итоге превратилось в тепло. Которое расширило газ и дало тягу.

    И здесь критически важен вот какой момент. В химических реакциях участвуют лишь внешние, валентные электроны. Распределение плотности прочих электронов (равно как и напряжённость электрического поля «в глубине» атома) остаются практически неизменными. В химических реакциях атомы взаимодействуют друг с другом как бы через «посредников», какими выступают валентные электроны:



    Теперь, внимание, вопрос: какова предельно возможная энергия, которая может выделиться при подобной «перестановке»? Очевидно, она не может превышать суммы энергий связи внешних электронов с атомами (в конечном и начальном продукте). Но эти энергии связи нам хорошо известны[285]. В расчёте на один атом они составляют 1.5 — 25 электронвольт (эВ) и выражаются в долях постоянной Ридберга — величины фундаментальной, конструируемой из базовых констант нашей Вселенной:

    Ry (в Гауссовой системе) = mee4/2ħ2 = 13.6 эВ [300]

    При этом и 25, и 13.6 эВ — недостижимы. Ибо в типичных реакциях высвобождается далеко не вся энергия связи, а только её разница между двумя конфигурациями, и поэтому практический потолок энерговыделения химии составляет 3-4 эВ на атом. В пересчёте на типичный килограмм горючего + окислителя это эквивалентно 20-30 МДж выделившейся энергии. Вот этой величиной и задаётся теоретическая максимальная скорость истечения газа химического реактивного двигателя с прямым сгоранием u = √(2q) = √(2*2.5*107) ≈ 7000 м/с. Недостижимая, конечно, ибо не учитывает потерь на внутренние степени свободы молекул, диссоциацию, излучение, ненаправленное тепловое движение и т.д.

    Может показаться, что табличные теплоты сгорания[240] (скажем, 120 МДж/кг для водорода) выписанной выше цифре противоречат. Но дело в том, что эти теплоты обычно указываются на килограмм горючего, без учёта потребного для его сгорания окислителя. Ракета же везёт с собой оба компонента, и если пересчитать выделяющуюся энергию на килограмм смеси (при сбалансированном сгорании), то вырисовывается совсем другая картина[240][250][260]:
    Топливо + окислитель Реакция Теплота сгорания на кг. топлива, МДж/кг На 1 кг топлива нужно окислителя, кг. Теплота сгорания смеси, МДж/кг Выход на атом смеси, эВ
    Водород + кислород 2H2 + O2 = 2H2O 120 8 13.3 0.83
    Керосин + кислород 2C12H26 + 37O2 = 24CO2 + 26H2O 43 3.5 9.6 1.02
    Уголь + кислород C + O2 = CO2 33 2.7 9.0 1.38
    Литий + кислород 4Li + O2 = 2Li2O 43.5 1.2 20.2 2.10
    Бор + кислород 2B + 1.5O2 = B2O3 57.2 2.2 17.8 2.58
    Магний + кислород 2Mg + O2 = 2MgO 25.1 0.7 15.1 3.18
    Бериллий + кислород 2Be + O2 = 2BeO 66.6 1.8 24.0 3.12
    Литий + фтор 2Li + F2 = 2LiF 88.8 2.7 23.7 3.21
    Бериллий + фтор Be + F2 = BeF2 114 4.2 21.9 3.57
    Дицианоацетилен + озон C4N2 + (4/3)O3 = 4CO + N2 16.2 0.8 8.8 1.28

    Как видим, даже самые энергоёмкие, пусть и непригодные для практического использования, виды топлива дают лишь 24 МДж/кг тепла при сгорании. И мы в этот предел упёрлись едва ли не с начала космонавтики, что показывает график скорости истечения химических двигателей в зависимости от года их создания:



    [Ранние двигатели по данным [310], [320], [330], поздние — Википедия поштучно. Сборка данных здесь]

    Похоже, потенциал химического топлива давно уже выработан. Не начать ли хранить энергию в другом виде?

    Продолжение.

    Ссылки и литература
    [20] Международная Космическая Станция (включая стоимость): https://en.wikipedia.org/wiki/International_Space_Station    
    [30] Saturn V: https://en.wikipedia.org/wiki/Saturn_V
    [40] NASA History: https://history.nasa.gov/SP-4206/p405.htm
    [200] Улан-Удэ, статистика автомобилей: https://www.baikal-media.ru/news/transport/292121/
    [225] Электрические двигатели в целом: https://en.wikipedia.org/wiki/Electrically_powered_spacecraft_propulsion
    [230] Про плазменные электрические реактивные двигатели: https://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_propulsion_engine
    [240] Теплоты сгорания в воздухе: https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_of_combustion#Heat_of_combustion_tables
    [250] Ещё теплоты сгорания: https://books.google.com/books?id=9XbhDAAAQBAJ&pg=PA237&lpg=PA237&dq=heat+of+combustion+lithium+boron&source=bl&ots=9nLrWWUUwd&sig=OhqjfFkKUAxT1tJ1uL652WCXikQ&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwj23I7b_ZjfAhU8HjQIHbsEDEsQ6AEwDHoECAkQAQ#v=onepage&q=heat%20of%20combustion%20lithium%20boron&f=false
    [260] Теплота сгорания бора во фторе: https://pdfs.semanticscholar.org/2cc8/9b76358223ee2dbdf83bb028f901048023be.pdf
    [285] Энергии ионизации атомов: https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_energy
    [295] Иллюстрация электронных облаков фтороводорода: https://slideplayer.com/slide/12471943/
    [300] Постоянная Ридберга: https://en.wikipedia.org/wiki/Rydberg_constant
    [310] Параметры ранних пороховых двигателей: https://www.thespacerace.com/forum/index.php?topic=2860.0
    [320] Параметры ракетных моделей Годдарда: https://en.wikipedia.org/wiki/Robert_H._Goddard#Early_rocketry_research
    [330] Параметры двигателя реактивного снаряда М-13 от «Катюши», вычислимы из данных в таблице 1 в http://epizodyspace.ru/bibl/iz-istorii/poroh.html
    Поделиться публикацией

    Комментарии 155

      +4
      Спасибо за пост.
        +3
        Пожалуйста, рад, если кому интересно.
        +1
        Знаете, у меня глупый вопрос, но, как говорится, не стыдно не знать — стыдно не спрашивать. Я до сих пор не понимаю, как КА летят в Космосе. Я примерно понимаю, как летит самолёт — он в каждое мгновение так или иначе отталкивается от воздуха. Ракета на старте сначала отталкивается от стартовой площадки, затем от воздуха. Но вот ракета вывела на орбиту «Вояджер-2», и следующие 40 лет он как-то летит без топлива и без среды, от которой можно отталкиваться, и вот уже вылетел за пределы Солнечной системы. Как?
          +8
          Как?

          По инерции :)
          Все эти 40 лет Вояджер летит туда, куда его столкнули с орбиты Земли (разогнав до огромной скорости), лишь изредка корректируя свой курс. Плюс периодические гравитационные маневры у крупных тел.
            +8

            Ракета "отталкивается" от того, что у неё из сопла извергается.

              –8

              Напишите, что это сарказм, а то по плюсам не все поймут шутки юмора.
              Ракета отдает топливу импульс и сама получает противонаправленный импульс, за счет которого и летит.

                +5

                Если не вдаваться в семантические тонкости, то отталкиваться — это и есть передавать импульс, а самому получать противоположный. Отталкиваемся от лодки — она поплывёт в противоположную сторону. Отталкиваемся от неподвижной стены — она вместе со всей Землёй, на которой стоит, немного изменяет импульс.

                  0

                  Если вы бросите лодку, то вас отбросит назад — но вы же не отталкивались, вы бросали, как так то?

                    0
                    Не важно, что вы бросаете — вы получаете импульс в противоположном направлении.
                      –1

                      Я о том, что бросать!=отталкиваться.

                        +1
                        А вы попробуйте бросить мешок картошки :)
                          0
                          Принципиального отличия нет. Пока вы выполняете разгон бросаемого объекта (замах) вы сами получаете импульс в противоположную сторону.
                            +5
                            бросать!=отталкиваться.


                            карандаш мы «бросаем»;
                            однокласнка - «толкаем»;
                            а от корабля, сидя в шлюпке, мы веслом «отталкиваемся».

                            Разница лишь во количественном соотношении масс.
                          +2
                          Человеческие языки не очень подходят для описания физических процессов. С точки зрения физики есть энергия, импульсы, скорости и массы. И нет толканий, бросаний, лодок. Более того вы не можете прикоснуться ни к чему, иначе будет ядерная реакция. Вы контактируете с вещами через электромагнитные взаимодействия электронных облаков. Собственно и горение топлива, как написали в статье, это реакция электронных облаков. Так что можно сказать что ракета отталкивается от того, что вылетает из сопла.
                          0
                          Интересно, что будет, если все люди на Земле одновременно оттолкнуться от стен в одном направлении?
                            +5
                            Земля крутанется в другую сторону, но люди затормозив себя, остановят вращение. Первый импульс — отталкивание. Второй импульс — торможение.
                            Другое дело, если посветить в небо фонариком. Землю теоретически можно сместить с орбиты.
                            Но на практике толчок перейдет в локальную деформацию, в тепло коры.
                              0
                              Смотря каким фонариком светить, и сколько по времени. Хотя куда эффективнее фонарика будет здоровое зеркало, отражающее солнечный свет в сторону «назад по орбите», эффект от него будет двоякий — во-первых, Земля получит импульс к скорости по орбите, т.е. увеличит скорость движения, во-вторых, изменит свой момент вращения, потому как сила будет приложена не строго по центру (лечится применением зеркала при заходе солнца).
                                +2

                                Только надо отчётливо понимать, чем работа с парусом в космосе отличается от работы с парусом на воде. Ключевой момент — отсутствие реакции опоры: если на воде направление движения парусника определяется преимущественно килем, то в космосе — даже в галфвинд идти невозможно, а про бейдевинд даже думать не могли.


                                Поэтому, в-третьих, земля в Вашем примере получит снос с орбиты и дополнительный момент вращения, пропорциональные поглощению Вашего паруса (зеркала), и скомпенсирует их же в той или иной мере благодаря отброшенной зеркалом на землю тени.
                                Хотя, конечно, реальная эффективность вряд ли достигнет эффективности даже поплёвывания за борт :)

                                  0
                                  Да, с парусом попа, и да, такое зеркало есть вариант паруса для ужасно большого КА под названием Земля. Про то, как идти под парусом в космосе, я немного в теме, как-то спорил о том же в другом посте. А вот про поглощение — ИМХО поглощение зеркала в диапазоне доходящих до поверхности волн можно сделать меньшим, чем у подстилающей поверхности (разве что там снег, но снег и так отражает довольно неплохо, зачем там ещё и зеркала ставить).

                                  Про реальную эффективность — а смотря в чем мерять. Да, в процентах будет мизер, в ньютонах — можно и дофига довольно получить. Но как по мне, это оптимальный способ придать Земле дополнительный импульс при имеющихся технологиях. Во-первых, не ограничен во времени действия — зеркало может отражать годами, суммарный импульс в нужную нам сторону при контроле положения можно довольно легко набрать. Во-вторых, относительно дешево (единицы зеленых на квадратный метр само покрытие, следилка и управление в разы дороже, но уж не миллионы, как на ракету). В-третьих, неплохо масштабируется — можно ставить не одно зеркало в, скажем, Африке, а несколько сотен тысяч (если мелких) в широкой (22 градуса в обе стороны от экватора) полосе. В-четвертых, энергонезависимо — каждый модуль можно под зеркалом комплектовать преобразователем энергии, с запасом хватит на повороты пару раз в день. Ну и ещё пару плюсов, включая отрицательное влияние на глобальное потепление за счет отражения большего количества энергии, чем подстилающая поверхность.

                                  А в чем эффективность мерять — вопрос ещё. Да, импульс будет не слишком большим, но интегральная тяга за год может составить серьезную величину.
                                    0
                                    В комбинации с орбитальным движением и приливной стабилизацией с солнечным парусом можно многое сделать и без опоры на самом деле.
                                +6
                                Не совсем про отталкивание от стен, но вот тут от автора xkcd про одновременный прыжок если собрать всех людей в одном месте. И перевод на русский.
                              0

                              Я попытался на дрступном языке объяснить

                            +4

                            Падает на землю(солнце, другое небесное тело) и из-за скорости "промахивается".
                            Ракета не отталкивается от воздуха или стартового стола. "Отталкивается" она от продуктов сгорания.
                            Так же как ружьё от пули при выстрела.
                            Грокайте действие равно противодействию до просветления.

                              +1
                              Примерно так же, как брошенный вами камень. А ракета ооталкивается не от стартовой площадки и не от воздуха.
                                +3
                                представьте что у вас каток — такой гладкий, что шайба не тормозится (или поле аэрохоккея, но очень огромное — размером примерно со Вселенную). То есть стукнули шайбу — и она полетела. И будет так летать, пока обо что-то не стукнется.
                                Вот так и в космосе летают.
                                Остается вопрос — «а как спутники летают вокруг Земли ?»
                                Очень просто — Земля, с точки зрения такого катка — это ямка. А спутники — это такие шайбы, которые недостаточно сильно толкнули — вот они и «ездят» по стенкам этой ямки.
                                Пример с шариками (только там большие потери на трение — и они очень быстро падают. В космосе столько трения нет.).
                                  +1
                                  Первый закон Ньютона — Вояджер никуда не разгоняется, а летит с постоянной скоростью. Значит и будет лететь вечно, пока на него не начнут влиять какие-то иные силы. Они, конечно, всегда влияют, но их влияние достаточно мало, чтобы за 40 лет как-то заметно затормозить аппарат.
                                    +1
                                    Очень даже тормозит.
                                    Сейчас она ~17км/с при начальных ~40км/с
                                      0
                                      Можно подробнее?
                                        +2
                                        Притяжение всей солнечной системы. Ссылки не сохранились. Выложу в текстовом варианте.
                                        commons.wikimedia.org/wiki/File:Voyager_2_velocity_vs_distance_from_sun.svg
                                        voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/
                                          0
                                          Спасибо!
                                            +1
                                            Дополню капитанским примером. Это как бросить мячик вверх. Он отдаляется от земли, но замедляет свой полет.
                                            С вояджером, как я понимаю, примерно тоже самое, только в роли земли — солнце.
                                        0
                                        Казалось бы, читал очевидные ответы на очевидный вопрос на уровне 7-го класса, а узнал то что не знал 30 лет увлекаясь популярной астрономией. Спасибо! А я как-то никогда и не думал, что солнце притягивает вояджер с достаточной силой, так может он вернется в солнечную систему через N нет? Или он уже настолько далек от Солнца, что его притяжением можно пренебречь?
                                          0
                                          Если я не ошибаюсь, то Вояджер значительно преодолел вторую космическую от Солнца. По статье в Вики сами поймете, что это значит.

                                          В облаке Оорта есть куча объектов, которые в гравитационном колодце Солнца и потому еще будут пролетать тут, у нас, а это на порядки большие расстояния, чем прошел Вояджер.
                                            0
                                            Т.к. запускали его не с Солнца, а с Земли, то тут используется третья космическая скорость.

                                            Правда изначально 3й космической не было ни у Вояджеров ни у других КА. Все они «добирали» скорость за счет гравитационных маневров у планет гигантов во внешней части солнечной системы.
                                              0
                                              Третья космическая от Земли — это Вторая космическая от Солнца.

                                              Да, изначально не было, но, в итоге, таки набрал.
                                            0
                                            Да, как уже сказали, в Вике есть упоминание о гиперболической орбите.
                                            и по картинке видно, что скорость аппарата больше, чем скорость покидания солнечной системы.
                                            Тут есть приложение для просмотра «глазами» Вояджеров.
                                          +1
                                          Вся тяга — это следствие закона сохранения импульса — чтобы полететь вперед, нужно что то выбросить назад. Если сидя на стуле с колесиками кинуть вперед кирпич, то откатишься назад. Только винтовые двигатели разгоняют и выбрасывают окружающий воздух (подбирают кирпичи с земли, бросают и едут) а реактивные разгоняют продукты сгорания топлива (носят кирпичи с собой и бросают пока не кончатся).
                                            +2
                                            И этот вопрос спрашивают на Хабре?! *фейспалм*
                                            не стыдно не знать — стыдно не спрашивать

                                            Если человек технарь — стыдно не помнить школьную физику.
                                            Технарю не стыдно — не помнить, что учили в школе на уроках литературы, и спрашивать «кто написал стихотворенье „Война и мир“ — Достоевский или Чернышевский?».
                                              +3
                                              Если человек технарь — стыдно не помнить школьную физику.

                                              Это стыдно и не технарю, вообще-то.
                                              Технарю не стыдно — не помнить, что учили в школе на уроках литературы, и спрашивать «кто написал стихотворенье „Война и мир“ — Достоевский или Чернышевский?».

                                              Это тоже стыдно. Незнание базовых вещей о мире в котором ты живешь и культуре — это всегда стыдно.
                                              Вообще надо перестать называть технарем человека, который выучил по онлайн-урокам HTML и PHP или гуманитарием того, кто заполняет в офисе бумажки. Зализняк — это гуманитарий
                                                0
                                                Это тоже стыдно. Незнание базовых вещей о мире в котором ты живешь и культуре — это всегда стыдно.

                                                Это скорее неэффективно. Иначе общество будет отвергать "не такого, как все".
                                                Например, если Вы работаете среди глубоко верующих, то вам необходимо изучать материалы по религии (естесственно, той, которая популярна в обществе).
                                                Аналогично и с внешностью: у меня был далекий знакомый инженер, который год тесно сотрудничал с иранскими компаниями. В итоге он прожил год в этой стране, причем заранее специально отрастил бороду. И сбрил только по возвращению, ибо так принято в обществе.


                                                Возвращаясь к вопросу: знание "базовых вещей о… культуре" важно как минимум потому, что иначе общество начнет отвергать.

                                              0
                                              Сядь на стул с колесиками, кинь что нить тяжелое и покатишься в обратную сторону. Ракета кидает сгоревшее топливо
                                                0
                                                отталкивается от стартовой площадки, затем от воздуха

                                                Нет. Пуля, ружье, m1V1=m2V2 вот это все.
                                                  0
                                                  2 закон Ньютона. и немного магии. На самом деле любой спутник постоянно падает на землю, но за счет скорости он пробегает то же расстояние что и упал и остается на одном месте.
                                                    +2
                                                    Попробую написать спонтанный ликбез) Как получится, так получится.

                                                    Просто люди слишком привыкли к «частному случаю» действия сил, когда на всё влияет воздух и гравитация. Нужно сначала взять исходные простые условия (далеко в космосе, чтобы не было гравитирующих масс, не было верха и низа, и без воздуха, вызывающего сопротивление) и хорошо представить себе, как будут двигаться массы.

                                                    Вот человек в скафандре кинул камень — этот камень быстро полетел в одну сторону, а человек (за счёт бо́льшей массы) медленно полетел в противоположную. Если он камень кинул не идеально по вектору от центра своей массы к центру массы камня, то человека и камень ещё и закрутит (тут вступают в дело такие вещи, как вращение вокруг центра масс, прецессия, нутация и прочее, мы сейчас не об этом). И камень будет бесконечно лететь в одну сторону, а человек в другую.

                                                    А потом, например, мысленно добавим воздух. Человек и камень будут вести себя точно так же, но будут «вязнуть», и, после броска разлетевшись друг от друга, остановятся. Энергия их движения, изначально возникшая из мышцы руки, бросившей камень, постепенно преобразится в тепло и волны в окружающем воздухе. Их вращение тоже со временем остановится, превратившись в тепло и волны. В реальном космосе такой «воздух» есть, но плотность ничтожно мала, поэтому космические аппараты могут лететь тысячи лет, почти не тормозясь.

                                                    Теперь добавим гравитацию. Мы помним, что все тела друг ко другу притягиваются. Чем больше масса — тем сильнее притяжение. И только стоя на Земле, нам кажется, что всё притягивается вниз. Но на самом деле любое гравитирующее тело притягивает к себе со всех сторон. Поэтому вышеописанные человек и камень, разлетаясь, со временем будут замедляться, потом остановятся, начнут обратно сближаться и в итоге встретятся (камень прилетит в человека с той же силой, с какой человек его когда-то швырнул). На практике для таких маленьких масс взаимное притяжение будет ничтожно мало, и камень вернётся к человеку только через много-много лет.
                                                    Если к камню мы привяжем маленькую ракетку (фейерверк), которая сработает после броска, немного сместив его траекторию, то можно добиться, что камень вернётся обратно не точно в человека, а пролетит мимо, и выйдет на эллиптическую орбиту вокруг человека. Но при этом камень должен оттолкнуться под правильным углом от газов, выпущенных нашим фейерверком (эти газы тоже не улетят насовсем, а будут потом участвовать в гравитационном взаимодействии.

                                                    Ну и представим, что вместо человека — планета Земля, а вместо камня с привязанным фейерверком — космический аппарат. Земле нужно хорошенько «швырнуть» камень от себя, и потом, чтобы он не вернулся на неё, а улетел в сторону, на самом камне должно быть что-то, что ещё толкнёт его в сторону.
                                                    По техническим причинам мы не можем сразу на Земле один раз толкнуть космический аппарат и забыть про него. Да, можно было бы сделать огромную пушку, но во-первых у Земли атмосфера слишком плотная (а скорость снаряда после выстрела будет максимальна как раз у Земли), и очень много энергии потратится на торможение в плотных слоях атмосферы.
                                                    Во-вторых, космический аппарат (и тем более космонавт) просто не переживёт ударной перегрузки, если всю скорость, необходимую для выхода в космос, ему придать за секунду, пока он летит в стволе пушки.
                                                    Так что ракета — оптимальный вариант. Она разгоняется медленно (космонавтам всё равно несладко от перегрузок, но приемлемо), и в плотных слоях атмосферы летит ещё не так быстро, чтобы воздух сильно мешал (а сопротивление воздуха растёт нелинейно от скорости).
                                                    Да, казалось бы, можно помочь ракете — поднять её повыше самолётом, или запустить с высокой горы. Но на практике оказывается, что выгоды чуть, зато это сложнее и дороже, чем просто стартовать с земли.

                                                    Ещё. Невыгодно пускать ракету просто вертикально вверх. При этом нам потребуется слишком мощный двигатель, и всё равно потом придётся тратить энергию, чтобы завернуть ракету на бок на орбиту вокруг Земли (почти все запуски производятся на орбиту Земли, поэтому ракета сразу после прохода плотных слоёв атмосферы наклоняется набок и летит пол углом вверх, по расходящейся спирали, плавно выходя на орбиту). А долетев до нужной высоты, она разворачивается под определённым углом и начинает тормозить! Как раз для того, чтобы сместить траекторию и выйти на круговую орбиту, а не описать острую петлю и вернуться обратно в Землю. Но и при дальних пусках ракета всё равно удаляется от Земли «по спирали».
                                                    Если ракете нужно лететь дальше, она на двигателях разгоняется (двигатели работают недолго в начале полёта, потом выключаются, хотя если двигатель слабый типа ионного, он может работать месяцами, медленно, но верно придавая ускорение) и улетает до ближайшей подходящей планеты или Луны и обычно использует гравитационный манёвр. Про него лучше почитать в Википедии. При этом мы, чуть-чуть замедляя вращение планеты вокруг Солнца, воруя её кинетическую энергию, на халяву сильно ускоряем свой космический аппарат, не тратя топливо.
                                                    Точно подкорректировать движение можно с помощью маневровых двигателей. Они выбрасывают с большой скоростью часть массы космического аппарата в одну сторону, за счёт это отталкиваясь в другую. И летящий по прямой аппарат немного смещается.

                                                    Да, если мы летим прочь от гравитирующей массы (будь то Земля, или Солнце, или вся солнечная система), мы постепенно будем замедляться. Но если мы разогнались достаточно сильно, то начиная с определённой скорости мы уже никогда не вернёмся обратно.

                                                    А самолёт в атмосфере (реактивный) летит по сути так же, как ракета в космосе. Но он намного слабее ракеты, и не может лететь только отталкиваясь от струй сгоревшего топлива из сопел двигателей. Насколько я знаю, современные истребители могут какое-то время висеть хвостом вниз и даже подниматься вертикально вверх как ракета, но это недолго и неоптимально. Поэтому применяется хитрость: делаются крылья, которыми самолёт может опереться на воздух. Чем больше площадь крыльев и меньше лобовое сопротивление воздуха, тем слабее нужен двигатель. Планер вообще может летать без двигателя: его поднимают и поднимают вверх восходящие потоки, а он с них скатывается и скатывается, только успевай направлять его скатывание с одного потока на другой и можно висеть в воздухе хоть весь день; только со взлётом сложности — для взлёта всё-таки нужна мощность. Так что, если есть крылья, уже не нужен сильно мощный двигатель. А если самолёт винтовой или с турбиной, то он и вовсе отталкивается не от того, что сжёг и выбросил назал, а просто от воздуха, цепляясь за него лопатками турбин или лопастями винтов.
                                                      0
                                                      В контексте всего вышесказаного может быть полезно или интересно подумать про
                                                      en.wikipedia.org/wiki/Feynman_sprinkler

                                                      (Это задачка из «Вы конечно шутите, мистер Фейнман») Пусть имеется S-образная трубка, соедененная со шлангом и которая может свободно вращающяться (короче — вращающаяся поливалка). Если подать воду, то вода будет вырываться из трубки, там возникает реактивная сила и трубка будет вращаться — это понятно. Предположим теперь, что мы эту установку поместили в воду и будем не подавать воду, а наоборот — всасывать мощным насосом. Будет ли трубка вращаться? Если да, то в какую сторону? В «Вы конечно шутите...», Фейнман рассуждал так: если в трубку течет вода, то возникает центробежная сила, направленная в сторону изгиба, которая приведет трубку во вращение, причем в одну и ту же сторону, независимо от направления воды (S-образная будет вращаться против ч.с.). Также, я слышал мнения, что трубка вообще не будет вращаться, но только в случае с всасыванием воды. Наиболее популярный ответр (и, наверняка, неверный) — что трубка будет вращаться в другую сторону. Кто что думает?
                                                        0
                                                        А с чего вдруг неверный? Входящая в трубу вода с каждого конца имеет момент инерции, выходит же она в случае поливалки вниз без момента инерции в плоскости трубки, значит, передает момент на трубку. То есть, трубка будет вращаться в сторону, куда смотрят дырки, и всё. Медленнее, само собой, но будет. Хотя надо посчитать ещё и силу трения трубы об воду снаружи — может не хватить, чтобы стронуть её с места.

                                                        А так это же решается экспериментом. Берем батискаф, на него ставим емкость с воздухом и ет трубку, погружаемся, на глубине открываем кран между сливом трубки и емкостью с воздухом, вода понеслась по трубам, регистрируем, есть ли вращение.
                                                          +1
                                                          А с чего вдруг неверный?
                                                          С реальности, как ни странно. Я тоже думал что будет вращаться, а она в реальности не вращается (либо вращается на порядки слабее чем при движении в противоположном направлении, скорее всего из-за побочных эффектов). Поэтому Фейнман и заинтересовался.
                                                          И зачем батискаф? Достаточно погрузить вертушку в ведро с водой. Воду на выдув — вращение бодрое, на всос — нет (или почти нет) вращения.
                                                            0
                                                            Я мог бы сказать правильный ответ, но это было бы слишком легко, потому что ответ довольно простой. Подсказка — не будет крутиться никуда по той же самой причине, что и одновременный прыжок в одну и ту же сторону всех жителей Земли не приведет к нарушению ее вращения. В книге про Феймана кстати чтото автор намутил с центробежными силами, не может быть чтобы Фейнман так рассуждал, он чтото там недопонял.
                                                            0
                                                            Хотя интересная тема, похоже, момент на всасывании не появляется, либо приложен сразу к горловине трубы… лан, вы меня победили :)
                                                          0
                                                          Я до сих пор не понимаю, как КА летят в Космосе

                                                          А летят не только КА. Летит Земля, летит Солнце, летит Млечный путь, да и вообще все, с момента большого взрыва. Представьте что вы падает в бесконечно глубокую яму. Если вы во время падения снимете с себя ботинок и бросите его в сторону, он будет падать параллельно вам, с небольшим отклонением. Так и летит «Вояджер» — падает рядышком. Чтобы действительно полететь, то есть, устремится в обратную сторону, в сторону того условного места, где «произошел» большой взрыв, нужны такие энергии, которые нам и не снились. Так что, ничего никуда не летит — все падает в тартарары :)
                                                            0
                                                            Я до сих пор не понимаю, как КА летят в Космосе
                                                            Поиграйте в KSP (я не шучу), многое станет яснее.
                                                              0

                                                              А что про стакан никто не рассказал?
                                                              Представь ракету в виде перевёрнутого стакана. Внутри горит топливо, создавая давление. Давление газа распределяется равномерно, т.е. газ давит во все стороны одинаково.
                                                              Давление на боковые стенки компенсируется т.к. оно одинаково и разнонаправлено. А нижней стенки нет, поэтому ничто не компенсирует давление вверх. Значит есть сила, действующая вверх, значит вся халабуда движется вверх!

                                                              +5
                                                              Похоже, потенциал химического топлива давно уже выработан. Не начать ли хранить энергию в другом виде?

                                                              Ну вот — на самом интересном месте!
                                                              Заголовок спойлера

                                                                0
                                                                Пружины же, как и сказано в заголовке. По некоторым данным британских ученых в них можно якобы хранить энергию, сравнимую с ядерным топливом. А не используют якобы потому что непонятно что делать, если вдруг эта энергия высвобоится, как при ядерном взрыве. Вот и приходится жечь топливо. Это если коротко и примитивно.
                                                                0
                                                                с такой точки зрения старт ракеты с гипрезвукового самолета уже выглядит сильно лучше, тк экономим массу окислителя…
                                                                  +2
                                                                  Верно. И мы это рассмотрим )
                                                                    0

                                                                    Да да и космические самолёты, пожалуйста.
                                                                    А то начитавшись книг Розова как-то грустно что я не могу слетать на Бали в собственном космоплане за час.

                                                                      0
                                                                      Сразу видно брата-технаря: фантастика про космоплан очевидна, в отличии от фантастики про общество и культуру (вот уж где грустно — так грустно. Причем, если построить космоплан — то он просто будет. А если построить таких людей — то не факт, что это будут люди, а не что-то иное).
                                                                        0
                                                                        Ну я не совсем технарь, и маска не моя (биология и химия техническим образованием не считаются).

                                                                        Космоплан — это инженерная проблема, которую можно решить, теоретически.
                                                                        А если его сделать относительно дешёвым, так я первый очередь займу.

                                                                        Про общество и культуру, не всё так очевидно.
                                                                        Подвижки по человековедению в последнее время есть и они внушают оптимизм.

                                                                        А что называть «человеком» это сложный вопрос, особенно если «постлюди» таки появятся.
                                                                          0
                                                                          Просто Розов — фантазёр.
                                                                          Его утопия хорошо выглядит на словах, но если попытаться представить реальные действующие механизмы — всё вмиг развалится.
                                                                          И даже там у него к концу 3 книги Меганезия стремительно превращалась в хунту под руководством Лаполо.
                                                                            0
                                                                            да никто не спорит что он фантазер, там внутри так и написано «фантастика».
                                                                            Фишка-то в том, что если технические вещи можно как принять, так и подправить (например по вашей ссылке — фантазию про «дробинки из космоса» подправили на стратосферные зонды), в духе рисунков Робиды,
                                                                            то социальные и индивидуальные психологические идеи никак — и ни подправить, и не применить.
                                                                              0
                                                                              Стратосферные зонды там чисто упоминались, как возможная альтернатива, никто не считал.
                                                                              А там проблем ещё больше. В атмосфере (даже стратосфере так быстро уже не долететь до цели). Вооружение на зонде опять же может быть только крайне слабое, иначе он перестаёт быть лёгким, незаметным и т.д.

                                                                              В общем, проклятая физика мешает развернуться отцу меганезийской демократии.))
                                                                      +1
                                                                      Если у Безоса получится что-то приличное и у Маска будет хотя бы десятиразовая ракета, то вероятно воздушный гиперзвуковой старт будет уже неинтересен.
                                                                        0
                                                                        Зато теряем энергию на необходимость продираться через плотную атмосферу на гиперзвуковой скорости.
                                                                        0
                                                                        Похоже будущее за ракетами на ядерном топливе… Хотя они возможно еще тяжелее будет если смотреть на известные прототипы
                                                                          0
                                                                          Если тотально «забить» на экологию и биозащиту (когда груз ракеты — роботы), то картина может неплохо измениться )
                                                                          +2
                                                                          Вы невероятный инженер!
                                                                          С удовольствием прочитал обе статьи. А когда зашёл в профиль и выяснил что и Температура и давление фантастики тоже ваших рук дело, не смог удержаться и не выразить вам восхищения.
                                                                            –1
                                                                            +100
                                                                              +1
                                                                              Спасибо! Но по образованию я не инженер, я физик.
                                                                                0
                                                                                Вы себя недооцениваете :)
                                                                                Сначала я так и хотел написать «Вы невероятный физик», но то что описано в этом цикле не просто физика, это именно «инженерные размышления». Ну по крайней мере таково моё мнение.
                                                                                0
                                                                                Для полноты профиля «невероятного инженера» добавлю вам картинку —
                                                                                image
                                                                                Причем сделано подленько, сообщение было отправлено, а потом удалено и я был забанен. И с виду он опять хороший.

                                                                                Евгений, вот вам ответ на ваше сообщение —
                                                                                Простите что не восхитился вашим гением, а указал на ошибки и недочеты.
                                                                                А хамло вы в зеркале каждый день видите.
                                                                                  +1
                                                                                  Хамить это конечно плохо, но не стоит втягивать сторонних людей (меня например) нежелающих втягиваться, в ваши разборки.

                                                                                  Мне как биологу было очень интересно почитать, возможно в статьях действительно есть неточности или откровенные ошибки, но мой непрофессиональный взгляд их не отлавливает. В то же время остроумность постановки задачи и её разбор/описание кажутся мне нетривиальными, а потому интересными и заслуживающими определение «невероятные».
                                                                                    –1
                                                                                    А я вас не во что не втягиваю, упаси господь!

                                                                                    Я прекрасно понимаю что вам интересно почитать, и написано и правда красиво и интересно. Только написано явно не инженером, а ошибок, неточностей и упрощений так много, что выводы просто не соответствуют действительности.

                                                                                    В вашем комментарии я увидел восхищением данной личностью, но восхищаться на мой взгляд пока что нечем совершенно. И я вам об этом сказал и показал почему.

                                                                                    Я знаю, что правда вам неинтересна, и вы её знать не хотите, как и большинство людей, а я вот так вот взял и сказал вам её, простите. Я извиняюсь перед вами за своё поведение. Я больше не буду. Надеюсь меня тут забанят навсегда, чтобы люди просто восхищались очередным набором слов не имеющих отношения к реальности. В конце концов, мы уже все живем в Матрице, зачем нам реальный мир? :)
                                                                                      0
                                                                                      Ну если вы хорошо изложите критику и неточности из этих статей и выложите, то я обязательно почитаю. И если изложенное вами будет достаточно доступно для моего понимания, я могу и изменить свою точку зрения.

                                                                                      Я же выразил восхищение человеку ни как личности, а лишь как автору.
                                                                                        –1
                                                                                        А всё выложено тут, в комментах. А замечание в предыдущей статье ждет одобрение модератора, но писать уж отдельную статью с разбором всех неточностей одного человека, чтобы другой человек изменил своё мнение уж как-то слишком…
                                                                                          +1
                                                                                          :) Ну почему же одного человека, я уверен что найдётся немало людей, по мимо меня, которые захотят это почитать. Я даже думаю что вполне вероятно за нашим с вами диалогом уже наблюдает не один десяток людей.

                                                                                          Но раз всё изложено в комментариях, то может я и почитаю (хотя обычно, когда комментов слишком много я их не читаю — нет столько времени).
                                                                                            0
                                                                                            Ctrl+F -> Fiberline
                                                                                            Это не займет много времени. Но пожалуй вы правы. Слобаю статью из серии «почему ракеты дорогие» (спойлер!!! Не потому что тяжелые!!!), рубану там правду матку вот во всего плеча, НАСА и Роскосмос так обтекать будут, как никогда в жизни! :)
                                                                                            Пожалуй да, назрело время сказать людям правду! :)
                                                                                              0
                                                                                              Вот это уже правильный настрой.

                                                                                              Обязательно напишите, вы выбрали очень интересную тему, мне тоже любопытно из чего складывается цена запуска. Сколько там реальных расходов (и чем они определены) и сколько «эффективного менеджмента».

                                                                                              P.S. Почитал ваши комментарии, любопытно. Сложилось впечатление что вы просто «не договорились», но даже если вы на 100% правы, а автор ошибается на те же 100%, ваша критика касается лишь ракет (что конечно тоже не маловажно), а рассматриваемая тема гораздо обширнее.
                                                                                                +1
                                                                                                Да, критика в основном ракет, но и в общем у автора слишком много допущений и упрощений на мой взгляд и итоговые выводы слабы.

                                                                                                Ну знаете, как «не договорились», я увидел у человека ошибки, я ему на них указал, ну да, может слегка жестковато, но я ж не житель США, чтобы полчаса проводить сеанс психологической адаптации, чтобы сказать что у меня другое мнение, я его не оскорблял, был настроен на диалог и исправление ошибок, поиск истины, которая как известно рождается в споре, а в ответ получил подлое оскорбление и бан в жж. Ну и кто он после этого? :)
                                                                                                  0
                                                                                                  Ужасно.

                                                                                                  Да, критика в основном ракет, но и в общем у автора слишком много допущений и упрощений на мой взгляд и итоговые выводы слабы.

                                                                                                  я его не оскорблял

                                                                                                  Вот без первой фразы здесь и в первом сообщении можно обойтись. А так вы добивались того, что хотели и получили. Здесь не только поиск истины, а оценка.
                                                                                                  «Смысл коммуникации состоит в получаемой реакции».
                                                                                                  Вы ошибаетесь. Это очень ужасно. Вы меня не поймете.
                                                                                                    0
                                                                                                    я добиваюсь правды, она всегда нелицеприятна.
                                                                                                      +1
                                                                                                      В Вашем сообщении можно было обойтись без последних трёх фраз, я правильно понял?)
                                                                                                        0
                                                                                                        Одна из целей моей коммуникации))))
                                                                                  0

                                                                                  тяжело можно написать как тяжелó.

                                                                                    0
                                                                                    А несимметричный диметилгидразин (НДМГ) не стали включать в статью?
                                                                                      0
                                                                                      В самом деле, интересно, где он среди остального топлива.
                                                                                        0
                                                                                        Если не ошибаюсь, НДМГ+АТ немного хуже, чем керосин+кислород. НДМГ+кислород немного лучше, чем керосин+кислород, но такое сочетание применялось редко.
                                                                                        0
                                                                                        Так у НДМГ цифры-то будут примерно того же порядка. Его плюсы (самовоспламеняемость, простота хранения) и минусы (опять же самовоспламеняемость, токсичность) и т.п. относятся скорее к чисто инженерным аспектам задачи, а так это ведь то же самое химическое топливо.
                                                                                          0

                                                                                          Так до этого и непонятно было)

                                                                                            0
                                                                                            С простотой хранения и транспортировки именно у НДМГ не очень по сравнения с керосином, зато АТ в баллистической ракете в шахте по сравнению с жидким кислородом хранится лучше.
                                                                                            +1
                                                                                            Не стали, но ничем примечательным он в таблице не выделится. Энерговыделение примерно как и у керосина, если не поменьше даже. Просто он высококипящий, это даёт некоторые инженерные «пряники».
                                                                                            +10
                                                                                            Falcon 9, стартовая масса 550 тонн, способен вывести ПН на НО 22,8 тонны или 4,15% от стартовой массы. Стоимость топлива и окислителя для запуска пара сотен тысяч долларов. Стоимость запуска одноразовой версии на сайте не опубликована, по некоторым оценкам составляет около 90 млн. долларов. Таким образом стоимость топлива у нас 0,22% от стоимости запуска.

                                                                                            Просто у нас вместе с тяжелым и дешевым топливом улетает первая ступень, вторая ступень и обтекатель. Именно в них скрыто основная стоимость, плюс услуги по запуску на Земле. Потенциал химического топлива исчерпан, а вот потенциал снижения стоимости запуска ракет далеко не исчерпан — там ещё черпать и черпать, не вычерпать. Заодно видно что проблемы со стоимостью запуска лежат вообще не в топливе и его потенциале.
                                                                                              –1
                                                                                              Речь-то не о стоимости. По крайней мере не о финансовой стоимости.
                                                                                                +1
                                                                                                Да я понял, что речь о «сферической» стоимости в жизни никак не применимой.

                                                                                                При цене запуска Starship в 6 млн.долларов и 150 тоннах на НО, гипотетически мы имеем 40 долларов за килограмм, а ведь там есть ещё куда оптимизировать. За следующие пятьдесят лет можно и до цена 10 долларов за кг. добраться и это не меняя принципов. То есть для этого не нужен ЯД, термоядерный или Вап-двигатель.
                                                                                                0
                                                                                                В цикле статей описывается принципиальное ограничение по Q — отношению массы груза к массе транспорта.

                                                                                                Или говоря короче, почему небольшие «флаеры» взлетающие с поверхности планеты на орбиту физически невозможны*.

                                                                                                *на химических двигателях

                                                                                                PS А теперь я буду себе противоречить — в фантастическом цикле Battletech это решили холодным термоядом. Реактор размером с баскетбольный мяч выдает несколько десятков мегаватт, чего хватает на разгон в атмосфере нагревом окружающего воздуха и на кое-какие маневры в вакууме за счет ЭРД и запасенной воды с планеты.
                                                                                                  +1
                                                                                                  Кстати да, есть очень большая разница, идет ли речь о многоразовых или одноразовых транспортных средствах.
                                                                                                  Точнее речь тогда зайдёт о цене $/кг за весь срок службы изделия, и даже обычная химическая ракета с многоразовостью в 1000 полетов будет выглядять намного интересней )

                                                                                                  PS Цена Белаза на 320тн — 2млн$, цена топлива на одну заправку — около 5 тыс долларов (4,5 тонны). Если выкидывать белаз после каждого рейса, как ракету, у него тоже будет цена топлива в «0,25% от цены запуска».
                                                                                                    +1
                                                                                                    Многоразовой может быть головная часть. Вроде кабины от белаза. Остальная часть белаза будет отброшена в процессе выработки топлива. Правильнее было бы сравнить с жигулем и бензовозом в качестве канистры жигулю. И с задачей проехать этому жигулю с канистрой 100к километров. Так и цены близки в масштабе к космическим, и не даёт забыть о том, что «канистра» жрёт больше жигуля и стоит больше.
                                                                                                      0
                                                                                                      Вроде бы, Маск с своей BFR как раз хочет перейти к полной многоразовости вообще, целиком.

                                                                                                      Да, такая ракета оказывается менее массово эффективна, зато в целом более дешева в эксплуатации. То есть:
                                                                                                      — одноразовый F9 поднимает 20 тонн, стоит 70млн $, сгорает
                                                                                                      — многоразовый F9 поднимает 10 тонн, стоит 10млн $, используется 10 раз
                                                                                                      — многоразовая BFR поднимает, например, 2 тонны. Зато может это делать 1000 раз, с затратами только в топливо, 0.2млн$.

                                                                                                      Экономическая эффективность:
                                                                                                      — 70млн/20 тонн (3.5/тн)
                                                                                                      — 100млн/100 тонн (1/тн)
                                                                                                      — 200млн/2000 тонн (0,1/тн)
                                                                                                    0
                                                                                                    А теперь посчитайте, сколько стоимости из 90 млн. долларов на непрямые расходы, из-за всё той же массы топлива.
                                                                                                    Большая часть конструкции ракеты нужна для управления и осуществления простого процесса — перекачать определенную часть топлива и окислителя в активную зону, где мы его сожжем.
                                                                                                    Даже если все агрегаты будут использоваться 10 раз — это сбросит цену, ну, допустим, на 1 порядок.
                                                                                                    Если увеличить энергоемкость «топлива» в 10 раз при прежней технологичности его использования — можно уменьшить цену ракеты значительно сильнее.
                                                                                                    +1
                                                                                                    > Как же так получается, что далеко не самый богатый город мира за один-единственный день распоряжается энергией, достаточной для разгона МКС до орбитальной скорости, однако же станция у нас на весь мир одна, и стоит неприлично бешеных денег?
                                                                                                    Если информация про 350 тонн верна, то есть даже более наглядный пример. 320-350 тонн керосина потратят четыре Боинга 777 на перелёт из Москвы в Нью-Йорк. Естественно это зависит от загрузки, ветра и прочих обстоятельств.
                                                                                                      +1
                                                                                                      Хорошая аналогия! Более того, Boeing-777-300ER вообще везёт 145 тонн топлива.

                                                                                                      P.S. Ну как «верна». Я, конечно, не мерял бензиновый расход Ула-Удэ, оценка произведена по косвенным данным. Но порядок величины явно такой.
                                                                                                      –1
                                                                                                      А правильно ли я помню, что почти половина от всего топлива тратится просто на отрыв ракеты от земли? И если это так, то почему бы тогда к ракетам не подводить длинный шланг, который будем первые N секунд кормить топливом ракету со шланга? Ну я понимаю, пожароопасность при отделении шланга там большая, но можно же перед отделением шланга и опустошить его, чтобы на ракету ничего не попало.
                                                                                                        +1

                                                                                                        Топливо в шланге на километр само не поднимется, его надо снизу толкать-сверху тянуть, и давление столба этой жидкости будет огого.

                                                                                                          +1
                                                                                                          Несколько тонн в секунду передать будет очень проблематично.
                                                                                                            +1
                                                                                                            При попытке протолкнуть столько (очень много) топлива через шланг, да ещё и с такой (очень большой) скоростью, он мгновенно выпрямится и проткнет ракету. И это ещё, если он будет сделан из чудесно прочного материала. Иначе просто разорвется. Проще прицепить шланг снизу и таким образом подбросить ракету
                                                                                                              +3
                                                                                                              Максимум так можно набрать пару десятков метров, которые не дадут выгоды из-за увеличения массы на дополнительные механизмы приёма топлива. Дальше начнутся трудности:

                                                                                                              1. Каждый десяток метров водяного столба это +1 атмосфера давления, для топлива плюс-минус около того в зависимости от плотности. На высоте в пару километров давление у основания шланга будет как на глубине океана. Причём давление надо повышать очень точно в зависимости от высоты ракеты, чтобы и подача топлива не прекратилась, и ракета не лопнула. Кстати, ещё надо посмотреть, как будет себя вести топливо под высоким давлением.

                                                                                                              2. Шланг длиной в пару километров весит уже весьма солидно, при этом он должен выдерживать собственный свой вес, и ракета должна его тащить.

                                                                                                              3. Топливо в самом шланге закипит и испариться из-за тепла от двигателя.
                                                                                                                0
                                                                                                                Спасибо за развернутый ответ, это то что моя больная фантазия хотела услышать). Я имел ввиду короткий шланг в 20-30 метров.
                                                                                                                  0

                                                                                                                  А если заменить шланг на что-то более эффективное? Например, на электрический провод. Или на то, чем он станет при передаче большого количества энергии — проводящий канал из плазмы. То есть, чтобы в ракету снизу "ударяла молния" передавая таким образом ей энергию.
                                                                                                                  Вопрос в том, как эту энергию принимать и использовать для движения.

                                                                                                                    0

                                                                                                                    Мы не умеем делать такие каналы достаточно длинными и надёжными. Ну и рабочее тело для реактивного движения при помощи полученной энергии всё равно придётся везти с собой, более эффективных способов движения мы пока не знаем.


                                                                                                                    Я как-то задумывался над такой идеей: светить лазером в сопло взлетающей ракеты, дополнительно нагревая топливо. Но скорее всего не получится так точно направить мощный лазер(рассеяние в амтосфере из-за разницы преломления в слоях воздуха с разной температурой), и не получится нормально забрать эту энергию: или расплавим двигатель, или придётся значительно его утяжелять и усложнять, чтобы он был способен работать в таком режиме.


                                                                                                                    sudo cast lozga Zelenyikot


                                                                                                                    Товарищи умеющие в космонавтику, расскажите пожалуйста, наверняка ведь за время развития ракетной техники кому-нибудь уже приходили в голову идеи про передачу дополнительной энергии ракете через какое-нибудь излучение?

                                                                                                                      0

                                                                                                                      Не по теме: а что в данном случае означал этот cast? Я-то прочитал как "привести lozga к типу ZelenyiKot" (или наоборот, хз что тут за синтаксис)...

                                                                                                                        +1
                                                                                                                        Я хотел их обоих призвать в этот комментарийно немного накосячил с английским. Так что ничего не поделаешь, теперь будет lozga типа ZelenyiKot :)
                                                                                                                        +2
                                                                                                                        Приходили, и давно. Это считается теоретически перспективным, но на практике масса проблем. И лазер постоянный гигаваттной мощности непросто сделать. И с прохождением через воздух проблемы. Но идея, в общем, где-то правильная.
                                                                                                                          +1
                                                                                                                          Да. Даже до натурных экспериментов доходило.
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Спасибо, приятно знать, что твоя идея не совсем уж глупая и даже не совсем твоя :) Но, судя по всему, до практического использования технологии пока не дотягивают.
                                                                                                                            +1
                                                                                                                            Был Lightcraft, придумали в 1976 и испытывали с 80-х по нулевые. Свежих новостей не попадалось.
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Спасибо. Жалко что не взлетело, круто было бы наконец-то обойти формулу Циолковского. Видимо пока технологии не позволяют.
                                                                                                                                0
                                                                                                                                Так вот ты какая настоящая «летающая тарелка».

                                                                                                                                Вроде еще какие-то эксперименты с передачей энергии на взлетающий аппарат микроволновым излучением были.
                                                                                                                            0
                                                                                                                            Другое решение: на горе наклонный желоб длиной в пару километров, по которому стекает топливо. Ракета взлетает по рельсам вдоль этого желоба, заборником «зачерпывая» снаружи новое топливо, как зачерпывают воздух прямоточники.
                                                                                                                              0
                                                                                                                              Кстати, топливо не так важно, как важен окислитель — он в восемь раз больше массы занимает.
                                                                                                                                0
                                                                                                                                Ну не в восемь, у керосина+кислорода и ндмг+ат соотношение массы окислителя к горючему примерно 3:1, если я правильно помню.
                                                                                                                                  0

                                                                                                                                  А у водорода и кислорода как раз восемь

                                                                                                                                    0
                                                                                                                                    Вот нашел табличку в статье habr.com/ru/post/401795
                                                                                                                                    image
                                                                                                                                    Соотношение 5.5:1, при этом а < 1, то есть избыток горючего в топливе.
                                                                                                                                +1
                                                                                                                                Потеряете энергию на разгон принимаемого топлива до скорости, которую ракета успела набрать. Плюс гидроудар, плюс несимметричные нагрузки в начале пути — не, не взлетит.
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  В Юном Технике было решение проблемы: не жидкая струя топлива, а толстый свисающий трос из твёрдого топлива и прямоточный двигатель этот трос жрущий.
                                                                                                                                  Осталось только придумать как закрепить этот свисающий трос. :)
                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                    Вариант, но скорость выгорания твердого топлива не может превысить скорость звука в нем, и то ближе к верхнему концу «шнура» будет нужна детонация. Ещё появляются проблемы изоляции газов, вылетающих через «морду» этого движка — ПВРД работают с турбиной, а твердотопливный трос турбиной не сжать. Короче, плохо будет пыхать, и во все стороны.
                                                                                                                            +3

                                                                                                                            Интересный заголовок. Я думал, это будет фантастический рассказ на подобие steam-панка, но вместо паровых двигателей — пружины.

                                                                                                                              +1

                                                                                                                              Читал такой как-то. Там был "караван" идущий через пустыню, состоящий из машин с взведенными пружинами.

                                                                                                                                0

                                                                                                                                Хотелось бы название этого произведен

                                                                                                                                  +3
                                                                                                                                  Когда-то публиковался в журнале «Если».
                                                                                                                                  «Караван-мастер», если не ошибаюсь.
                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                    именно там и читал, а название не мог вспомнить.
                                                                                                                                +1
                                                                                                                                Думаю в 4 или 5 части этого сериала мы что-то такое и прочитаем. А первые лишь подводка/обоснование — почему это вообще нужно/важно.
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  «The Windup Girl»
                                                                                                                                  0
                                                                                                                                  Спасибо, было (есть и будет) интересно!
                                                                                                                                    0
                                                                                                                                    Ужасно, первая статья ни о чем, но во второй такие ляпы, что уже не могу молчать.

                                                                                                                                    Итак, ракеты дорогие потому, что тяжёлые. А тяжёлые они потому, что слишком тяжело наше топливо.
                                                                                                                                    Топливо в стоимости ракеты составляет 0,2%-0,3% что то не вяжется…
                                                                                                                                    Фалькон 9 стоит 60 миллионов, а топливо его стоит 200 тыщ.

                                                                                                                                    Сухая масса ракеты Электрон 1200кг, а в ее разработку вложили более 150 миллионов долларов. Цена самой ракеты от 6 миллионов, а реальной никто не знает.
                                                                                                                                      +3
                                                                                                                                      Вот вечная проблема Хабра. Заметит неглупый человек шершавость в тексте. Но не задумывается, является ли это некоторой неточностью формулировки (и не предлагает поправку), а сразу заявляет о списании всего текста в утиль ))

                                                                                                                                      Неточность я поправлю. Конечно, имелось в виду, что ракеты вынуждены выдерживать очень тяжёлую нагрузку на старте — но иметь лёгкую конструкцию.

                                                                                                                                      Именно этим (а не ценой топлива, про неё даже речи не было, тут Вы совсем невнимательно прочитали) определяется высокая стоимость.

                                                                                                                                      Про Электрон — это же как раз подтверждение выводов первой статьи «в десяточку». Ибо весит Электрон как моя машина. А стоит в 200 раз дороже. Это если даже забыть про разработку.
                                                                                                                                        –3
                                                                                                                                        Да это не шершавость, это ляп откровенный. Какая разница что вы там имели ввиду? Мы же не астрологи читать ваши мысли. Вы написали что написали. Полную ересь. Я обратил на это внимание. Наверное не только я.

                                                                                                                                        Конечно, имелось в виду, что ракеты вынуждены выдерживать очень тяжёлую нагрузку на старте — но иметь лёгкую конструкцию.

                                                                                                                                        Вы тут не просто Капитан Очевидность, а не побоюсь этого слова Адмирал просто!

                                                                                                                                        Именно этим (а не ценой топлива, про неё даже речи не было, тут Вы совсем невнимательно прочитали) определяется высокая стоимость.

                                                                                                                                        Да нет, не этим, и даже близко не этим.
                                                                                                                                        У меня есть тележка из алюминия, которая при весе в 2 кг везет на себе все 20, соотношение как в ракете Электрон, а стоит копейки. А по сути вполне себе вспомогательное транспортное средство. А сделать грузовичок который может при тонне собственного веса везти 10 вполне реально. Стоить он будет тоже недорого. Не в 30 раз дороже судя по вашей формуле из части 1.

                                                                                                                                        Про Электрон — это же как раз подтверждение выводов первой статьи «в десяточку». Ибо весит Электрон как моя машина. А стоит в 200 раз дороже. Это если даже забыть про разработку.

                                                                                                                                        Ну опять ляп. Нет я согласен что сравнивать можно всё что угодно — Лексус и Оку, ракету «Электрон» и планер «Бланик», а чо, и то и то летает. Но смысл-то этого сравнения?

                                                                                                                                        Доля топлива в вашей машине 5%, а доля топлива в Электроне около 1000%.

                                                                                                                                        Поэтому Электрон весит как 10 ваших машин, а стоит ну да в 200 в раз дороже.

                                                                                                                                        Но стоит он так не потому что
                                                                                                                                        вынужден выдерживать очень тяжёлую нагрузку на старте — но иметь лёгкую конструкцию.
                                                                                                                                        а потому что его основатель при производстве и разработке очень много косячил (о чем неоднократно говорилось в его интервью), потом получал одобрение госдепа на запуск с территории НЗ, строил космодром в НЗ(хотя мог этого не делать), платил конские отчисления юристам при венчурной сделке и тд и тп. То есть это стоило конски не по техническим причинам которые вы указали, а по административным.

                                                                                                                                        Щас напишу коммент по первой части… Это важно, потому что в Интернете кто-то неправ.
                                                                                                                                          +2

                                                                                                                                          Не влезая в основной разговор, всё же уточню по паре деталей:


                                                                                                                                          У меня есть тележка из алюминия, которая при весе в 2 кг везет на себе все 20, соотношение как в ракете Электрон, а стоит копейки. А по сути вполне себе вспомогательное транспортное средство.

                                                                                                                                          Не совсем корректный пример (и в первой статье это упоминалось в контексте самокатов и подобного). Если бы тележка была самоходной — вряд ли бы она весила те же 2 кг, даже без учёта топлива.


                                                                                                                                          А сделать грузовичок который может при тонне собственного веса везти 10 вполне реально. Стоить он будет тоже недорого. Не в 30 раз дороже судя по вашей формуле из части 1.

                                                                                                                                          Хотелось бы узнать тогда Ваше обоснование, почему их такие не делают. Вероятно, это всё же невыгодно, но не в финансовом, а в каком-то ином смысле?


                                                                                                                                          (Ну и да, в Интернете всегда кто-то неправ, сам это регулярно замечаю :))

                                                                                                                                            –1
                                                                                                                                            Не совсем корректный пример (и в первой статье это упоминалось в контексте самокатов и подобного). Если бы тележка была самоходной — вряд ли бы она весила те же 2 кг, даже без учёта топлива.


                                                                                                                                            Да, но автор же валит в одну категорию атомные суда и грузовые ленты. Топливо он тоже не учитывает. А мне почему нельзя делать также? :)
                                                                                                                                              –1
                                                                                                                                              Хотелось бы узнать тогда Ваше обоснование, почему их такие не делают. Вероятно, это всё же невыгодно, но не в финансовом, а в каком-то ином смысле?

                                                                                                                                              Хороший вопрос =)
                                                                                                                                              Если кратко, то я думаю что тут явление называется «инертность мышления и действий». Ведь что такое автомобиль? Это двигатель, коробка, рама, подвеска, кузов. Чтобы сделать что-то новое, надо пройти адъ в большой компании и в каждый узел переделать. А каждый узел это набор определенных штампов — подвеска у нас состоит из амортизатора и пружины и тд. Плюс нишевое использование — ведь основная масса грузов — это грузы с невысокой плотностью, а тут явно нишевая штука для перевозки металла скажем.

                                                                                                                                              У меня есть вояка знакомый. Рассказывал что в Союзе в армии широко использовали МИ-8 для перевозки и 5 кг. Могли же построить мелкий вертолет, но не построили) Почему? Потому что денег не считают)

                                                                                                                                              Ну и ещё как вариант, мне кажется просто никто об этом не думает и не знает что так можно. В этом и состоит и смысл коучинга например.
                                                                                                                                              +2
                                                                                                                                              Да это не шершавость, это ляп откровенный. Какая разница что вы там имели ввиду? Мы же не астрологи читать ваши мысли. Вы написали что написали. Полную ересь. Я обратил на это внимание. Наверное не только я.
                                                                                                                                              Никакого ляпа нету. Сформулировано абсолютно корретно: «ракеты дорогие потому, что тяжёлые. А тяжёлые они потому, что слишком тяжело наше топливо». Я не понимаю, каким образом вы тут увидели связь «они дороги потому что дорогое топливо».

                                                                                                                                              Топливо в стоимости ракеты составляет 0,2%-0,3% что то не вяжется…

                                                                                                                                              Да, именно столько составляет. Но его там сотни тон и все оборудование, которое способно поднять эти сотни тон — стоит миллионы долларов. То есть ракеты дорогие, потому что топливо тяжелое. А не потому что топливо дорогое — такого нигде сказано не было, вы сами это придумали.
                                                                                                                                                –1
                                                                                                                                                Никакого ляпа нету. Сформулировано абсолютно корретно: «ракеты дорогие потому, что тяжёлые.

                                                                                                                                                Некорректно. Еще раз, в первой части человек пишет что что параметр Q определяется без учета топлива.
                                                                                                                                                Ракета «Электрон» в таком случае весит 1200кг, а стоит от 6 лямов. При этом её полезная нагрузка около 150 кг.
                                                                                                                                                Автомобиль весит 1200 кг, стоит 20 тыщ, ПН — 400кг.

                                                                                                                                                Я просто высказал мнение что ракеты недорогие не потому что тяжелые и я написал почему я так считаю.
                                                                                                                                            +1

                                                                                                                                            может цена топлива и составляет доли процента от стоимости ракеты, но именно это топливо и способ его исплльзования делают остальную часть ракеты такой дорогой. Было бы оно компактнее и легче с таким же выхлопом, была бы больше полезная нагрузка и виден масштаб на сколько она была бы больше, если бы это топливо окислялось как-то по другому, то двигателю не пришлось бы выдерживать предельные температуры и давление, меньше была бы потребность в дорогих материалах и дорогих технологиях производства. Раз все держится на реакции двух трёх электронов, которая должна тянуть целые атомы, то может было бы выгоднее, например ионизировать воздух впереди ракеты, затягивать ионы магнитным полем и выбрасывать снизу, электричество подавать на ракету лазерами или ещё как.

                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              ну да, я с вами согласен)
                                                                                                                                            0
                                                                                                                                            И, разумеется, топливо. Как рабочее тело и (в большинстве случаев) как источник энергии.

                                                                                                                                            Полагаю, что допущена опечатка, и не хватает слова до или после фразы в скобках :)
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Да, неточность в формулировке, сейчас поправлю, спасибо!
                                                                                                                                              0
                                                                                                                                              Вангую, что в следующей статье будет ссылка на что-то вроде "Nanomechanical Energy Storage in Twisted Nanotube Ropes"
                                                                                                                                                +1
                                                                                                                                                Почти угадали. Только в 4-й части. Не выдавайте ))
                                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                  Не буду :) работаю с одним из авторов этой статьи, поэтому сразу про нее подумал. Жду четвертую часть – очень интересует ваш вариант применения таких пружинок. Может даже посчитать что удастся и статью тиснуть :)

                                                                                                                                                0

                                                                                                                                                Даешь на экваторе разгонную катапульту высотой 10 км и длиной 500 км!

                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                  А это вариант, в принципе. Только больно масштабная стройка, и опереть не на что, да и своих сложностей хватать будет при запусках, но в теории о-очень энергоэффективно.
                                                                                                                                                  +3
                                                                                                                                                  Эх молодость вспомнил. Вот мой любительский твердотопливный двигатель на тягоизмерительном стенде.
                                                                                                                                                  image
                                                                                                                                                  Расчётный график тяги:
                                                                                                                                                  image

                                                                                                                                                  Двигатель ракеты, длинной 890 мм, диаметром 105 мм. и толщиной стенки 2,5 мм, изготовлен из бесшовной, калиброванной, стальной трубы. Верхняя крышка точёная, стальная. Сопловой блок, стальной, точёный. Диаметр критического сечения 26 мм. Коэффициент расширения сопла 6.5. Крепление крышки и соплового блока, винтами с головкой впотай. Верхние точки крепления стабилизаторов приварены точечной сваркой к двигателю. Нижние точки — болтовое крепление.
                                                                                                                                                  Топливо — стандартная сорбитовая карамель (65/35). Топливные стаканы изготовлены из бумаги на силикатном клею и играют роль бронировки наружной поверхности топливной шашки. Размеры стаканов: высота 120 мм., диаметр наружный 100 мм., стенка 5 мм. В виду малой продолжительности работы двигателя под давлением (2.7 сек), дополнительная термозащита не предусмотрена. Верхняя шашка имеет канал глубиной только 50мм. Оставшиеся, после окончания работы двигателя, 40 мм. топлива — трассер. Самая нижняя шашка, до половины высоты, залита парафином в смеси с магнием и обеспечивает более зрелищный старт. Общий вес карамельного топлива (с учетом трассера) 5700гр. Суммарный импульс в районе 6500 N*сек. (М класс). Средняя тяга 2400 N.
                                                                                                                                                  Запуск двигателя осуществляется пускателем состоящим из заряда чёрного пороха и магния. Пускатель устанавливается перед стартом через сопло и полностью сгорает.

                                                                                                                                                  Проект дозвуковой ракеты под этот двигатель расчётно обладал следующими характеристиками:
                                                                                                                                                  Стартовая масса около 20 кг
                                                                                                                                                  Максимальная скорость (время Т+2.7 сек): 277 м/c
                                                                                                                                                  Максимальная перегрузка: 12g.
                                                                                                                                                  Время полёта до апогея: 26 сек.
                                                                                                                                                  Высота полёта около: 10 км.

                                                                                                                                                  Эскиз:
                                                                                                                                                  image
                                                                                                                                                    +1
                                                                                                                                                    С высотой полёта ошибся, это расчётная величина для перхлоратного варианта. Для карамельного уже не помню. На вскидку, километра 3.5 должно быть.
                                                                                                                                                      0
                                                                                                                                                      Перед вами — Международная Космическая Станция. Массой в 420 тонн и стоимостью[20] в $150 миллиардов

                                                                                                                                                      всего три олимпиады
                                                                                                                                                        +1
                                                                                                                                                        Про электроны и химию интересно.
                                                                                                                                                        Только в таблицах нужно поправить, у вас написано топливо+окислитель. Тогда уж горючее+окислитель и далее количество окислителя на 1 кг горючего, а не топлива. Ведь топливо — это смесь горючего и окислителя.

                                                                                                                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                                                                        Самое читаемое