Увеличение массы ПН КК Союз на 1 тонну за счёт довыведения

[Yegor]

Увеличение массы ПН на КК Союз на 1 тонну за счёт довыведения

По порядку:
1. Сначала рассмотрим РН Протон-М: 3-х ступенчатая РН Протон выводит 22 тоны на опорную орбиту (Нкр=200 км, i=51.6°)
4-х ступенчатая РН Протон выводит на ту же опорную орбиту 25.3 тонны: ПН + РБ Бриз-М с остатками топлива. Такой эффект получается за счёт довыведения с помощью четвёртой ступени. Для довыведения из Бриза-М тратится 2.8 тонн топлива. То есть ПН на опорной орбите увеличивается на 15%.

2. Вернёмся к КК Союз. Вся красота даной модернизации заключается в том, что КК Союз уже имеет двигательный отсек! Этот отсек является неотемлемой и жизненно важной частья КК. Всё что необходимо сделать - увеличить размер топливных баков этого двигательного отсека!!! Такая модернизация технически не сложна и экономически не дорога.

РН Протон выводит, примерно, в 3 раза больший ПН, чем РН Союз.
Тяга двигателя КК Союз, примерно, в 3 раза меньше тяги двигателя РБ Бриз-М.
Таким образом, если КК Союз будет сам себя довыводить на орбиту, то его общая масса на опорной орбите может быть увеличена на ~15%. На 15% больше чем масса ПН выводимой РН Союз.
В случае РН Союз-2-1б общая масса КК Союз на опорной орбите будет 8250 кг + 15% = 9487 кг.
При этом КК Союз должен будет затратить ~900 кг на собственное довыведение (1/3 от случая в примере РН Протон).

На сколько увеличится масса топливных баков? Судя по РБ Фрегат и РБ Бриз-М на ~1/10 от массы дополнительного топлива.

В итоге сухая масса корабля возрастает на 100 кг, а масса выводимой полезной нагрузки на 900 кг!!!

В случае теперешней РН Союз-ФГ масса КК Союз на опорной орбите будет 7130 кг + 15% = 8200 кг. На 1000 кг больше чем КК Союз-ТМА!

Ну как, всё правильно, нигде не ошибся?

Зачем всё это надо?
1. Можно увеличить топливный отсек КК Союз. Тогда можно будет доставлять больше топлива к МКС и использовать это топливо для поднятия орбиты МКС. В итоге снизится требумое количество КК Прогрессов для этого дела. Хдесь может быть большая экономия, которая вообще может экономически оправлать эту затею.
2. Можно увеличить БО.
3. Можно везти дополнительные грузы на МКС в БО.
4. Новый топливный отсек будет также использоваться и на КК Прогресс. Это приведёт к увеличению ПН на Прогрессах.
5. Можно сразу сделать «правильный», «идеальный» КК Союз-Л (Лунный), но использовать его не только для полётов на Луну, но и для полётов к МКС. «Правильный» КК Союз-Л это такой Союз, который имеем ХС достаточную, чтобы затормазить себя у Луны (для выхода на орбиту Луну при полёте по трассе Земля-Луну) и достаточную ХС чтобы улететь от Луны к Земле. Такой Союз будет иметь массу ~14.2 тонн (заправленный), запасов топлива в нём ~7.1 тонн. Сухая масса КК Союз-Л ~7.1 тонн. С довыведением, такой корабль будет выводить к МКС больший ПН, чем теперешний Союз-ТМА на теперешней РН Союзе-ФГ !!!

[Guest1]

Варианты "увеличенного Союза"  рассматривались в 80-х, когда планировалась пересадка на РН "Зенит". Жаль, не получилось...

[Старый]

Увеличение массы ПН на КК Союз на 1 тонну за счёт довыведения

По порядку:
1. Сначала рассмотрим РН Протон-М: 3-х ступенчатая РН Протон выводит 22 тоны на опорную орбиту (Нкр=200 км, i=51.6°)
4-х ступенчатая РН Протон выводит на ту же опорную орбиту 25.3 тонны: ПН + РБ Бриз-М с остатками топлива. Такой эффект получается за счёт довыведения с помощью четвёртой ступени. Для довыведения из Бриза-М тратится 2.8 тонн топлива. То есть ПН на опорной орбите увеличивается на 15%.

Ну как, всё правильно, нигде не ошибся?

Ошиблись. Протон-М выводит на ЛЕО не 22 а 26 тонн - 22 тонны ПН и 4 тонны последняя ступень. В Вашем варианте получается 25 тонн - вес на орбите уменьшается.
 В вашем варианте Бриз играет роль последней ступени. Его масса должна учитываться как масса последней ступени а не ПН. А ПН у него тонн 5 всего. Если вы четырёхступенчатым Протоном решите вывести на ЛЕО 25 тонн настоящей ПН то у вас это просто не получится. Бриз потребуется упрочнить и соответственно утяжелить а за счёт слишком маленькой тяговооружённости гравитационные потери превысят эффект от снижения сухой массы. Реально ПН даже уменьшится.
 Поэтому ни о каком повышении ПН на 15% и даже прсто повышении нет и речи. Поэтому при выведении на ЛЕО на ракеты и не ставят "лишние" ступени.

[hcube]

Не совсем так. Действительно, использовав движки Союза для донабора этак 200-300 м/с скорости можно получить приличный выигрыш на орбите.  Небольшой проигрыш при этом будет из-за того что лишние баки придется тащить на МКС и обратно, с дельта-в порядка 400 м/с.

И еще вопрос безопасности - так Союз оказывается на низкой орбите, а так - на суборбитальной траектории и если с движком что-то случится, плавать ему в океане ;-).

[Yegor]

Увеличение массы ПН на КК Союз на 1 тонну за счёт довыведения

По порядку:
1. Сначала рассмотрим РН Протон-М: 3-х ступенчатая РН Протон выводит 22 тоны на опорную орбиту (Нкр=200 км, i=51.6°)
4-х ступенчатая РН Протон выводит на ту же опорную орбиту 25.3 тонны: ПН + РБ Бриз-М с остатками топлива. Такой эффект получается за счёт довыведения с помощью четвёртой ступени. Для довыведения из Бриза-М тратится 2.8 тонн топлива. То есть ПН на опорной орбите увеличивается на 15%.

Ну как, всё правильно, нигде не ошибся?

Ошиблись. Протон-М выводит на ЛЕО не 22 а 26 тонн - 22 тонны ПН и 4 тонны последняя ступень. В Вашем варианте получается 25 тонн - вес на орбите уменьшается.
 В вашем варианте Бриз играет роль последней ступени. Его масса должна учитываться как масса последней ступени а не ПН. А ПН у него тонн 5 всего. Если вы четырёхступенчатым Протоном решите вывести на ЛЕО 25 тонн настоящей ПН то у вас это просто не получится. Бриз потребуется упрочнить и соответственно утяжелить а за счёт слишком маленькой тяговооружённости гравитационные потери превысят эффект от снижения сухой массы. Реально ПН даже уменьшится.
 Поэтому ни о каком повышении ПН на 15% и даже прсто повышении нет и речи. Поэтому при выведении на ЛЕО на ракеты и не ставят "лишние" ступени.

Нет, не ошибся.
Про пример с Протом, наверно, я не совсем ясно выразился. Я не говорил: 4-х ступенчатый Протон выводит 25 тонн ПН на ЛЕО. Я говорил, что на ЛЕО получается 25.3 тонны (связка: 5.6 тонн ПН + 2.5 тонн сухой РБ Бриз-М + 17.2 тонн топлива в РБ Бриз-М).

Пример с Протоном я использовал для того чтобы показать аналогию с РН Союз: Протон, примерно, в 3 раза больше РН Союз,
4-я ступень РН Протон (Бриз-М) это аналогия двигательно-топливного отсека КК Союз (играющий роль как бы 4-ой ступени РН Союз в моём примере).
Эх, как бы это вам объяснить.  :roll:

Связка: ПН + РБ Бриз-М это как бы аналог КК Союз.
Вычисления не точные, а эмпирические. Абстрагироваться умеете?
Только на Протоне всё это дело в 3 раза больше и мощнее чем на РН Союз.

Ну вот, если вы абстрагируетесь, то поймёте, что при соответствующем увелечении топливного отсека на КК Союз и довыведении с помощью КК Союз на орбиту можно вывести КК Союз именно той массы, которую я указываю (9500 кг для РН Союз-2 и 8200 для РН Союз-ФГ).

Первые три ступени РН Союз при этом переделывать не надо.

[Yegor]

И еще вопрос безопасности - так Союз оказывается на низкой орбите, а так - на суборбитальной траектории и если с движком что-то случится, плавать ему в океане ;-).

Да, это вы правильно заметили, первые три ступени РН Союз выведут КК Союз на суборбитальную траекторию.

На счёт безопасности. Двигатель КК Союз разработан и изготавливается с резервом безопасности. Часто ли он отказывал за последние 30 лет? Наверно, ни разу. Тем более это будет первое включение. Даже неудачный Блок-Д всю свою историю отрабатывал первое включение.  :wink:
Когда техника отрабатывается до опредлённой степени надёжности необходимость в её дублировании отпадает. Мы же не запасной парашют тут выбрасываем. А что если третья ступень РН откажет?  :wink:

[Yegor]

Действительно, использовав движки Союза для донабора этак 200-300 м/с скорости можно получить приличный выигрыш на орбите.  Небольшой проигрыш при этом будет из-за того что лишние баки придется тащить на МКС и обратно, с дельта-в порядка 400 м/с.

Всё таки выигрыш намного больше чем проигрыш.  :wink:

[Yegor]

"...если даст отказ вторая мы в Алтай или в Китае,
если третия откажет здраствуй Тихий океан."  :wink:
(С) Ю. Визбор

[Yegor]

Кстати, Шаттл, ЕМНИП довыводится.

[Игорь Суслов]

Часто ли он отказывал за последние 30 лет? Наверно, ни разу.

Ну, как же?
Рукавишников, Иванов - отказ КТДУ, по-моему даже взрыв КС основного движка;
Ляхов, Моманд - отказ "мозгов", ответственных за включение КТДУ.

Оба случая сопровождались достаточно длительным анализом ситуации, перед повторным включением. Боюсь, такого времени не будет в случае полета КК Союз по суборбитальной траектории...

Кстати, Шаттл, ЕМНИП довыводится

Да, конечно. Но при отказе ДУ, для шаттла есть резервные полосы на каких-то островах в Атлантике и Индийском (ЕМНИП) океане, а также в Испании, которые готовы принять шаттл..

[Feol]

А Союзу полоса - оно и не надо. Нужно только быть готовым к проведению спасательной операции. Что, правда, может быть не совсем простым делом - в зависимости от момента отказа двигателей разброс точки приземления будет огромен. Впрочем, при отказе 3-й ст. сейчас - тоже самое. Несколько проще, если закладываться на незапуск двигателя довыведения.

[Igor]

А что такого? неужели Союз в окане утонет?
Тем более все эти отказы были давно, а сейчас союз надежная машина. По моему плюсы такой модернизации значительно перевешивают минусы.

[Димитър]

Варианты "увеличенного Союза"  рассматривались в 80-х, когда планировалась пересадка на РН "Зенит". Жаль, не получилось...

 :shock:
Об этом поподробнее можно? А ссылочку?

[Старый]

Кстати, Шаттл, ЕМНИП довыводится.

С Шаттлом не всё так просто. "Довыведение" сделано с целью обеспечить вход в атмосферу внешнего бака на первом витке.
 А с целью увеличения массы выводимой ПН "лишнее" топливо которое есть в Шаттле сжигается гдето посредине активного участка (Лисс может сказать точнее). То есть энергетически выгодне спалить топливо гдето в средине участка выведения нежели чем тащить его до орбиты и там с его помощью "довыводиться".
 Но правда у Шаттла ситуация другая нежели чем у Союза. Бак по сравнению с Шаттлом весит значительно меньше чем третья ступень по сравнению с Союзом. И удельный импульс двигателей SSME значительно выше чем двигателей OMS. Поэтому перераспределять ХС от SSME к OMS не выгодно.

[Старый]

Рукавишников, Иванов - отказ КТДУ, по-моему даже взрыв КС основного движка;

Разрушение газогенератора.

[Игорь Суслов]

Рукавишников, Иванов - отказ КТДУ, по-моему даже взрыв КС основного движка;

Разрушение газогенератора.

Ах, да... Были ПОДОЗРЕНИЯ, что КС КТДУ... Поэтому так долго решали - включать ли запасной движок...

[Старый]

Нет, не ошибся.
Про пример с Протом, наверно, я не совсем ясно выразился. Я не говорил: 4-х ступенчатый Протон выводит 25 тонн ПН на ЛЕО. Я говорил, что на ЛЕО получается 25.3 тонны (связка: 5.6 тонн ПН + 2.5 тонн сухой РБ Бриз-М + 17.2 тонн топлива в РБ Бриз-М).

Нет ошиблись! Я же вам объяснил: в случае без Фрегата масса на ЛЕО оказывается БОЛЬШЕ чем в случае с Фрегатом. (связка ПН+третья ступень). И общая масса и масса непосредственно самой ПН без Фрегата БОЛЬШЕ чем с Фрегатом.

Эх, как бы это вам объяснить.  :roll:

Очень просто. Посчитайте характеристическую скорость третей ступени исходно и в вашем варианте. В вашем варианте ХС третей ступени + довыведение.

Связка: ПН + РБ Бриз-М это как бы аналог КК Союз.
Вычисления не точные, а эмпирические. Абстрагироваться умеете?
Только на Протоне всё это дело в 3 раза больше и мощнее чем на РН Союз.

Абстрагироваться не умею. Конкретно мыслить умею.
 Вам же показано: ПН на Протоне НЕ УВЕЛИЧИТСЯ. Вес топлива и баков увеличится. А ПОЛЕЗНОЙ нагрузки - нет. С чего вы решили что на Союзе она вдруг увеличится?

[Старый]

Ну вот, если вы абстрагируетесь, то поймёте, что при соответствующем увелечении топливного отсека на КК Союз и довыведении с помощью КК Союз на орбиту можно вывести КК Союз именно той массы, которую я указываю (9500 кг для РН Союз-2 и 8200 для РН Союз-ФГ).

Первые три ступени РН Союз при этом переделывать не надо.

Я понимаю что вы уже до такой степени абстрагировались что утратили всякую связь с реальностью.
 Поэтому чтоб вернуть вас на грешную землю прийдётся взять не абстрактные мечты а конкретные цифры.
 
 В нынешнем варианте штатная РН Союз имеет сухую массу 3-й ступени 2.5 тоны, запас топлива в ней 22.5 тоны и УИ 325 с.
 Выводит она КК массой 7 тонн.
 Характеристическая скорость ступени при этих условиях получается 3872 м/с. (начальная масса 32 т, конечная - 9.5 т)
 Если вы увеличите массу корабля на тонну до 8 тонн то начальная масса станет 33 т и конечная - 10.5 т)
 Тогда ХС уменьшится до 3650 м/с.
 До орбитальной скорости вам станет не хватать 226 м/с. И добирать вам их прийдётся за счёт корабля.
 Для этого кораблю начальной массой 8 тонн прийдётся израсходовать 600 кг топлива. Итого его масса на орбите окажется уже не 8 а только 7.4 т. Прибавка не 15 а всего лишь чуть более 5 %. Странно, правда?
 Но это общая прибавка. Однако часть её прийдётся потратить на баки для этого дополнительного топлива.
 Вы очень хорошо посчитали удельную массу Фрегата. Но вот досада - вы же предлагаете Союз а не Фрегат! А у Союза удельная масса ДУ совсем другая! Так что смело списывайте 200 кг на второй комплект баков, баллонов с наддувом к ним и почее.
 В двигательный отсек вам прийдётся по сути засунуть вторую ДУ. Насколько возрастёт его масса при удвоении размера? 200 кг вам хватит? Тогда всё. 200 кг на ДУ и 200 кг на отсек съедают те 400 кг что вам удалось вытянуть.
 Весь геморой оказался напрасным - ПОЛЕЗНОГО груза не добавилось.

 Но это полбеды.
 Увеличение массы головного блока на тонну уменьшит ХС и второй ступени. Не буду утомлять вас рассчётами, поверьте мне на слово это уменьшение составит 50 м/с. Для его компенсации вам прийдётся потратить из баков корабля ещё 100 кг топлива. Соответственно уменьшив на эту величину ПН. Тут вы уже пошли в минуса.

 Вот к чему приводит абстрагирование от конкретики. Надеюсь я понятно объяснил?
 Откуда взялся минус и почему вам прийдётся УМЕНЬШАТЬ ПН сами понять сможете?

[Igor]

А если все это пересчттать для Союза-2?

[Старый]

А если все это пересчттать для Союза-2?

Ну пересчитайте. Навскидку потери должны быть ещё больше так как происходит перераспределение ХС от двигателя 3-й ступени с более высоким УИ к двигателю Союза с более низким УИ.