Страницы: 1 2 3 4 5 ... 9 След.
RSS
Как на самом деле надо летать в космос, ничего личного :)
 
За пятьдесят с лишком лет пилотируемых полётов в космосе побывало пять с лишком сотен людей. Много это или мало? Конечно, капля в море по сравнению с количеством пассажиров, перевезённых авиалайнерами за то же время. С другой стороны, если средний полёт авиапассажира длится, скажем, два часа, а средний полёт в космос - месяц, разница уменьшается раз в 400...

Мы - человечество - давно хотим летать в космос. Можно упомянуть и королёвские "профсоюзные путёвки", и кларковско-кубриковский "Пан Ам" с рейсами к Луне, и бесчисленное количество космофантастики - и, в общем-то, наглядные успехи реальной пилотируемой ксомонавтики, по крайней мере по части полёта на орбиту, пребывания там в течение недель и месяцев и возвращения назад. Однако налицо, конечно, и различие - между тем, как хотелось и даже в чём-то планировалось, и тем, что есть на сегодня-завтра.

Не хотелось бы обсуждать вопрос о том, нужно ли человеку летать в космос. Ограничимся тем, что немало людей отвечают на этот вопрос положительно. Причины разные - от любопытства и вида отдыха до разнообразных специфических нужд, для удовлетворения которых космос - самое подходящее, или и вовсе обязательное условие. Вопрос состоит в том, как летать - или, точнее, как сделать так, чтобы получалось летать не так, и не столько, и не такой ценой, как сейчас, а больше, лучше, удобнее и дешевле.

Сегодня вопрос в значительной степени вращается вокруг экономики. Опять же, спорить не хотелось бы, но многие считают, что, будь космические бюджеты аналогичны тем, что были в 1960-е годы, в космос летало бы больше людей - и, пожалуй, техника пилотируемых полётов была бы более развитой. Фокус состоит в том, как улучшить состояние с полётами, имея те экономические реалии, которые есть - потому что техническая база, в общем-то, какая-то есть, и остальные проблемы тоже выглядят решаемыми. Вопрос в первую очередь в экономике.

Пока что тут излагаются достаточно известные, и довольно широко принимаемые мнения. Дальше пойдут скорее авторские мнения.
 
Есть две основных концепции полётов в космос - "государственная пилотируемая космонавтика" и "частная". Государственная подразумевает, что все, кто летит в космос, летят на государственные деньги - что, в принципе, возможно, и даже как-то оправдано, но имеет свои ограничения. Например, суда плохо вписываются космотуристы. Точнее, вписываются - но им, для удовлетворения своих прихотей, приходится оплачивать полную стоимость, что автоматически переводит их полёт в рамки частной космонавтики.

С другой стороны, у частной космонавтики нет ограничений на полёты с государственными задачами. Конечно, если привлекать аналогии с авиацией, у государства могут быть свои самолёты - то есть, ракеты и космические корабли - и свои экипажи - то есть, ЦУП и космонавты - но при этом по государственным делам можно летать и на обычных частных пассажирских самолётах - то есть, космических кораблях. При этом частная космонавтика имеет преимущества эффективности, существуя в условиях рынка... Автору, честно говоря, проще представить массовые полёты в космос, использующие "частный" принцип - возможно, по аналогии с авиацией и другими областями деятельности - флот, гостиничный бизнес и т.п.

Сразу скажу - этот тезис вполне можно обсуждать. Однако в продолжении предлагается рассматривать проблему роста пилотируемой космонавтики (ПК) в рамках коммерческой модели.

Итак, имеем экономическую проблему - полёты дороги, и, как следствие, возможности ПК развиты относительно слабо - по сравнению с тем, как, казалось бы, могли бы быть развиты, летай люди в космос почаще. При этом, будь полёты дешевле, количество летающих в космос увеличилось бы. Можно ли сделать полёты дешевле?

Посмотрим, что делает полёты дорогими.
 
Сегодня в космос летают - почти исключительно - на технологиях, разработанных на государственные деньги. СпейсЭкс и Орбитал - приятные, но не совсем исключения: людей они пока не возят. Да и понятно, что их достижения стали возможны после больших вложений государств. Это, конечно, неплохо, что на сегодня у нас есть хотя бы какие-то технологии - но, даже считая, что "знания бесплатны" - как снизить цену на билет?

Технически для полёта в космос приходится сделать ракету, космический корабль, стартовую площадку, ЦУП, глобальную систему связи - и обеспечить работу ЦУПа и системы связи в течение полёта. Просьба специалистов не слишком возмущаться принятыми упрощениями :) .

Всё эти пункты - статьи расходов - неплохо известны, и в связи со своей дороговизной, достаточно изучены и даже до некоторой степени оптимизированы. Техника, однако, на месте не стоит, а если учесть, что коммерческая космонавтика сравнительно молода, и не успела ещё себя особо проявить - да и современные технологии полётов требуют больших капиталовложений, что ограничивает скорость развития "частных" подходов - то потенциал роста может и найтись.

Мы видим работу по удешевлению всех компонентов, требуемых для полётов в космос. Если Р-7 делалась как самая первая МБР - лишь бы долетала - то уже Зенит делался как космических ракетоноситель, с акцентом на упрощённую процедуру старта. С космическими кораблями прогресс в экономике не слишком велик - Шаттл использовался многократно, но экономического эффекта не принёс. По стартовым комплексам можно видеть широкий спектр - от "табуреток" Фау-2 и достаточно компактных стартов Зенита до механических шедевров "тюльпанов". Делаемые сегодня старты для Ангары до какой-то степени учитывают опыт - одна площадка предназначается для многих типов ракет, скажем. Что касается ЦУПов и глобальных систем связи, то их прогресс серьёзно определяется достижениями электроники - скажем, глобальные спутники связи и навигационные спутники, а также компьютеры в ЦУПе повышают эффективность работы, что позволяет снижать затраты.
 
Автоматика, обслуживающая космические полёты, изначально была относительно развитой - в СССР вообще традиционно все КК делались с возможностью полностью автоматических полётов. Можно рассматривать возможность управления полётами - скажем, полётами "с Земли на орбитальную станцию", полётами определённого типа - в автоматическом режиме, с привлечением людей либо в особо ответственные моменты - скажем, старт с Земли или сход с орбиты - или в случае нештатных ситуаций. Можно говорить об аналогии с наземной службой авиадиспетчеров.

Основной проблемой экономики космических полётов является одноразовость ракет и космических кораблей (КК). Опять же, причины тому - технические сложности, и отчасти логика решаемых задач, под которые строились ракеты и корабли. Все КК до недавнего времени строились государствами, с соответствующими целями. Работы СпейсЭкс и Орбитал - до некоторой степени исключения, будем надеяться, не последние.

Нам, в общем-то, не нужна многоразовость как таковая. В рамках обсуждаемой темы мы заинтересованы в снижении цены за полёт. Используя одноразовую технику, можно рассматривать путь полностью автоматического изготовления ракеты-носителя (РН) и КК для полёта - для снижения цены этого изготовления; в случае многоразовых РН и КК, можно позволить более дорогие процессы, в которых участвуют люди (люди тут - особо дорогая часть процесса изготовления, цену работы одного часа человека трудно сделать очень малой).

Вопрос, какой из этих двух путей является более перспективным? Подробный анализ приветствуется; пока что мы видим автоматизацию изготовления РН и КК до определённой степени, а также попытки разработок многоразовых систем - Шаттл, а также разнообразные Дельта-Клипер, Грэссхоппер, Нью Шепард и т.п.
 
Будем в дальнейшем рассматривать многоразовые РН и КК. Это тоже обсуждаемый вариант.

Сделать РН и КК многоразовыми традиционно мешала сложность задачи. Есть определённые топлива и механические свойства материалов, и нужно не только выйти хотя бы на низкую орбиту, но и вернуться обратно. Получается, что масса КК - считанные проценты от стартовой массы, и ещё меньше - полезный груз в этом КК. При одноразовых РН стоимость полёта примерно пропорциональна сухой массе РН - потому что эту РН нужно каждый раз изготавливать; то же справедливо в отношении одноразового КК. Однако при малой частоте полётов более дорогие разработки многоразовых систем не окупаются.

Многоразовые системы оказываются экономически оправданы при большей частоте запусков. Это известная модель, которая толком не была подтверждена - разве что в определённый период использования Шаттлов можно было отследить соответствующее удешевление. Однако даже Шаттлы планировались летать относительно редко - максимум один полёт в неделю - что в сравнении с гражданской авиацией выглядит почти так же редко, как и сегодняшние полёты. Можно ли будет оправдать многоразовые системы - со связанными с ними затратами - при гораздо более частых полётах? Для примера - суборбитальная компания XCOR предполагает отправлять в полёт аппараты несколько раз в день из одного космического порта. Могут ли быть экономически оправданы многоразовые системы при частоте полётов, скажем, хотя бы 1000 человек в год? Если считать объём пассажироперевозок в мире - примерно - 100 миллионов человеко-полётов в год, то даже 3 космических человеко-полёта в день выглядят очень небольшим количеством.

Продолжая сравнение с авиацией, многоразовые системы будут иметь затраты на конструкцию, межполётное обслуживание и топливо, в сравнимых пропорциях. Интересным отличием будет то, что, при полётах на орбитальные станции, время автономного полёта КК может быть короче времени автономного полёта крупного авиалайнера - большую часть времени КК будет проводить в космосе, пристыкованным к ОС.
 
Конечно, для ПК интересны не только аналогии с авиацией. В ракетной истории рассматривались определённые аналогии с морским флотом - и в первых проектах орбитальных станций, которые чем-то напоминали крупные корабли, и в, скажем, ракетном проекте Sea Dragon, где крупная РН проектировалась в расчёте на "флотские" технологии изготовления.

Для увеличения массовости полётов - и для снижения их сложности и стоимости - имеет смысл делать системы с большей надёжностью. Надёжность необходима, потому что массовый потребитель гораздо более чувствителен к риску полётов, и не готов тратить много времени на подготовку к полёту. Для роста надёжности предлагается использовать - в том числе - экстенсивный метод, увеличивая стартовую массу системы при той же выводимой полезной нагрузке внутри КК. Обосную это предложение.

При увеличении масс РН сложность их растёт мало. В РН рост полезной нагрузки приводит к росту массы двигателей и баков - основных компонентов сухой массы - а также трубопроводов прочих клапанов; в основном, однако, все эти изменения направлены на пропорциональное увеличение объёмного расхода топлива. Более крупные баки, до определённой степени, конечно, могут быть дешевле в расчёте на килограмм стартовой массы. Более крупные двигатели могут иметь преимущества - скажем, в эффективности ТНА и охлаждения камер. Системы управления ракетой требуют увеличения в основном в части систем питания, размеров управляющих электродвигателей и т.п. - и составляют незначительную часть сухой массы.

История и практика ракетостроения, однако, вроде бы намекают на некоторый оптимум в предельных размерах ракет. Это калибр Протона, Ариан-5 и прочих ракет с ПН примерно 20-30 тонн на низкой околоземной орбите. Ракеты с большей ПН пока особенно не приживались, а эти работают десятилетиями.

С КК картина более интересная.
 
Летать в космос одному плохо. История это подтверждает - КК с двумя людьми на борту гораздо более "живуч". До некоторой степени мы имеет и верхних предел - Шаттл, с экипажем до 7-8 человек, оказался недостаточно надёжным; правда, это может быть в большей степени обусловлено другими особенностями его дизайна.

Максимальной надёжности можно добиться для КК, у которого отношение массы КК к количеству людей на борту максимально. Такой КК может значительную часть массы отвести не на кабину и СЖО, а на запас топлива для посадки, дублирование парашютов, крылья, двигатели и т.п. Если мы считаем, что одним из уроков Шаттлов является то, что плохо возить большие грузы и сравнительно большие экипажи на одних и тех же КК одновременно, то максимально противоположным вариантом будет - иметь КК на двух человек, без грузовых отсеков, максимальной достижимой массы, которая тратится на системы обеспечения надёжности. В частности, не имея таких серьёзных ограничений по массе, можно говорить о крылатом аппарате, со значительным аэродинамическим качеством, способным, за счёт низкой нагрузки на крыло, спускаться в атмосфере, избегая тепловых и ударных перегрузок.

Попробую ещё раз пояснить эту ключевую идею. Для массовых полётов в космос нужна значительно более высокая надёжность. Эту надёжность (определение термина в данном случае приводить не буду) предлагается достигать снижением нагрузок - в том числе путём снижения доли полезной массы, расходуя образующийся бюджет массы на системы, способствующие этому самому снижению нагрузок.

В совокупности с соображениями по РН, перспективным вариантом КК представляется крылатый многоразовый аппарат с экипажем в 2 человека. Кабина может быть достаточно удобной и комфортабельной - возможно, способной уместить до 4 человек, в гораздо более стеснённых условиях, в случае чрезвычайных ситуаций. Основная цель такого подхода - снизить нагрузки на системы, что позволить использовать их многократно без излишне сложных межполётных проверок.
 
Эскиз такой системы выглядит так. Ракета класса Протон, с многоразовой первой ступенью, возвращаемой парашютно-двигательным способом. (Крылатый способ возможен; парашютно-двигательный на данный момент представляется более достижимым.) Вторая ступень тоже многоразовая, возвращаемая с орбиты и, за счёт малой массы, тормозящей в атмосфере на щадящих режимах. На второй ступени ~25-тонный крылатый КК с развитой аэродинамикой для штатного экипажа в два человека. КК способен отделиться от РН в любой момент и совершить мягкую посадку - штатно на ВПП, нештатно по возможности в широком диапазоне условий, в том числе с использованием парашюта, воздушно-реактивных двигателей, на воду и пр. В этом смысле, кстати, одной из самых интересных сегодняшних проектов является Дрим Чейзер - единственный разрабатываемый крылатый КК.

Частота полётов и большая многоразовость РН и КК - чему будут способствовать сравнительно большие запасы прочности - снизят стоимость полётов. Вырастет стоимость топлива - потому что придётся выводить дополнительную массу - но рост будет в разы, а при массовости полётов себестоимость топлива можно существенно оптимизировать.

Такая система лучше всего просматривается для минимальных полётов Земля-ОС и обратно. В принципе, это уже достаточно большая и важная часть полётов в космос. Сложнее сказать, что делать с более дальними полётами - точки Лагранжа Солнце-Земля, полёты к Луне, Марсу, астероидам. До сих пор летали только к Луне, и почти всегда в таких полётах люди были в КК, в котором, в экстренном случае, можно было идти к Земле, напрямую к посадке в атмосфере. Требования надёжности для таких полётов заставят включать в экспедиционные комплексы подобные крылатые аппараты, которые способны возвращаться к Земле в экстренных ситуациях, минуя возможные промежуточные этапы. Тут возможно множество вариантов, которые вполне имеет смысл обсуждать. Конечно, при использовании таких КК рост массы налицо - но это в значительной степени требует всего лишь массы топлива на орбите, что при частых полётах многоразовых РН решается относительно недорого.
 
В космос надо летать так:

Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
Всё что связано с Ангарой подчинено единственной задаче - выкачать из бюджета и распилить как можно больше денег.
 
Цитата
avmich пишет:
Интересным отличием будет то, что, при полётах на орбитальные станции, время
автономного полёта КК может быть короче времени автономного полёта крупного
авиалайнера - большую часть времени КК будет проводить в космосе, пристыкованным
к ОС.
Длительные простои транспортных средств отнюдь не прибавляют выгоды от их эксплуатации, разве что это дежурный транспорт, но он не может быть назначением многоразовых КК, за исключением потребности в экстренной помощи с Земли, а так - "Союзов" хватит, то же и в авиации, на флоте,....
Изменено: Кубик - 21.11.2013 14:28:47
И бесы веруют... И - трепещут!
 
союзы, орионы - технология полувековой прмитивной давности. кто то застрял в 60х.
надо летать как завещал лозино-лозинский.
 
Цитата
обязательноСергио пишет:

надо летать как завещал лозино-лозинский.
А  завещание лозино-лозинского  оформлено у нотариуса?
помните -  в двух экземплярах в письменной форме
иначе это не  завещание
Изменено: Albert - 21.11.2013 18:25:43
 
Цитата
Кубик пишет:
Цитата
avmich пишет:
Интересным отличием будет то, что, при полётах на орбитальные станции, время
автономного полёта КК может быть короче времени автономного полёта крупного
авиалайнера - большую часть времени КК будет проводить в космосе, пристыкованным
к ОС.
Длительные простои транспортных средств отнюдь не прибавляют выгоды от их эксплуатации, разве что это дежурный транспорт, но он не может быть назначением многоразовых КК, за исключением потребности в экстренной помощи с Земли, а так - "Союзов" хватит, то же и в авиации, на флоте,....
Спасибо за ответ по существу :) .

Союзы не являются массовым решением, поэтому их рассматривать особо не стоит. Оттого, что микроавтобус стоит в гараже - или частный самолётик в ангаре - он, конечно, пользы не приносит, но удобства больше - когда надо, сел и полетел.

Конечно, все эти аналогии надо бы обосновывать. И сейчас авиация пока что не достигла максимального удобства - хотя уже дошла до стадии массовости. Автотранспорт на более поздней стадии... что, наверное, легко объяснимо. КК, вероятно, будут проходить этапы, похожие на те, которые проходили другие транспортные системы; например, вероятно, что продолжительные полёты в космосе - а не на поверхности небесных тел - будут относительно редки, а те, что будут, будут проходить в условиях, заметно отличных от сегодняшних ОС. Например, на высокой околоземной орбите будет вращаться сравнительно большой орбитальный комплекс, возможно, на основе "отбуксированного" астероида, с развитой СЖО и высокой степенью автономии. Такая ОС может не требовать постоянного наличия в её составе КК, в любой момент готовых к экстренному возвращению на Землю.
 
Цитата
avmich пишет:
Союзы не являются массовым решением, поэтому их рассматривать особо не стоит. Оттого, что микроавтобус стоит в гараже - или частный самолётик в ангаре - он, конечно, пользы не приносит, но удобства больше - когда надо, сел и полетел.

Конечно, все эти аналогии надо бы обосновывать.
Аналогии надо такие где происходил бы переход от одноразового транспортного средства к многоразовому.
Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
Всё что связано с Ангарой подчинено единственной задаче - выкачать из бюджета и распилить как можно больше денег.
 
Конечно, основным оптимизируемым рейсом является полёт Земля-низкая орбита. Это такой, минимальный полёт в космос - самый быстрый, самый дешёвый; многие задачи могут в дальнейшем решаться на основе имеющейся схемы для низкоорбитальных полётов. Такой полёт имеет смысл оптимизировать - и как самый массовый, и как самый на данный момент исследованный и проработанный, с максимальными возможностями использования околоземных ресурсов - связи, мониторинга, управления...
 
Цитата
avmich пишет:
Конечно, основным оптимизируемым рейсом является полёт Земля-низкая орбита. Это такой, минимальный полёт в космос - самый быстрый, самый дешёвый; многие задачи могут в дальнейшем решаться на основе имеющейся схемы для низкоорбитальных полётов. Такой полёт имеет смысл оптимизировать - и как самый массовый, и как самый на данный момент исследованный и проработанный, с максимальными возможностями использования околоземных ресурсов - связи, мониторинга, управления...
И как полёт в отличие от остальных частично происходящий в атмосфере.
Ангара - единственный в истории мировой космонавтики случай когда новая ракета по всем параметрам хуже старой. (с) Старый Ламер
Всё что связано с Ангарой подчинено единственной задаче - выкачать из бюджета и распилить как можно больше денег.
 
Цитата
Старый пишет:
Цитата
avmich пишет:
Союзы не являются массовым решением, поэтому их рассматривать особо не стоит. Оттого, что микроавтобус стоит в гараже - или частный самолётик в ангаре - он, конечно, пользы не приносит, но удобства больше - когда надо, сел и полетел.

Конечно, все эти аналогии надо бы обосновывать.
Аналогии надо такие где происходил бы переход от одноразового транспортного средства к многоразовому.
Многоразовость получается более-менее сама, если речь идёт о радикальном, на несколько порядков, снижении стоимости полёта в космос.

Например, сейчас не слишком сложно представить, что многоразовые первые ступени, способные садиться вертикально, не требуют слишком дорогих стартовых комплексов. Что-то типа небольшого поля, с заправочными баками, станцией связи и т.п. Услуга первой ступени - очень грубо, как взять напрокат, скажем, бульдозер, или гидроцикл, или машину для бурения колодца - иногда понадобился, воспользовался, заплатил - немало, но для разовых (на человека) случаев подъёмно - и оставил другим. Услуга второй ступени - примерно аналогична, только если первая ступень "ходит вверх-вниз", то вторая возвращается "через виток".

Топлива - то есть, энергии - нужно будет много, но эта вещь относительно удобно оптимизируемая.
 
Цитата
Старый пишет:
Цитата
avmich пишет:
Союзы не являются массовым решением, поэтому их рассматривать особо не стоит. Оттого, что микроавтобус стоит в гараже - или частный самолётик в ангаре - он, конечно, пользы не приносит, но удобства больше - когда надо, сел и полетел.

Конечно, все эти аналогии надо бы обосновывать.
Аналогии надо такие где происходил бы переход от одноразового транспортного средства к многоразовому.
С этим сложности, конечно :) - найти, где в истории переходили от одноразовых транспортов к многоразовым.

Представим, что надо перебраться через, скажем, озеро, а у нас "ничего нет" (тм). Ломаем голыми руками кусты на берегу, связываем ветками очень уродливый плот... и на нём кое-как переправляемся. Плот, конечно, выбрасываем - это и не плот вовсе (с точки зрения цивилизации, давно плавающей на многоразовых средствах). Однако этот плот сделать, пожалуй, побыстрее, да и подешевле даже примитивной лодки.

С самолётами такой аналогии найти вроде бы не удаётся.
 
Цитата
avmich пишет: Союзы не являются массовым решением, поэтому их рассматривать особо не стоит.
Многоразовость получается более-менее сама, если речь идёт о радикальном, на
несколько порядков, снижении стоимости полёта в космос.  :?:  
Например, сейчас не слишком сложно представить  :!:  , что многоразовые первые ступени, способные садиться вертикально, не требуют слишком дорогих стартовых комплексов. Что-то
типа небольшого поля, с заправочными баками, станцией связи и т.п. Услуга первой ступени - очень грубо, как взять напрокат, скажем, бульдозер, или гидроцикл, или машину для бурения колодца - иногда понадобился, воспользовался, заплатил - немало, но для разовых (на человека) случаев подъёмно - и оставил другим. Услуга второй ступени - примерно аналогична, только если первая ступень "ходит вверх-вниз", то вторая возвращается "через виток". Топлива - то есть, энергии - нужно будет много, но эта вещь относительно удобно оптимизируемая.
Мало ли что приснится....А можно ли считать, что многоразовые будут массовыми? С авиацией в отношении срока службы к полезному времени полётов вряд ли сравнятся - ресурс не позволит, а уж с флотом...
И бесы веруют... И - трепещут!
 
опять та же песня
не может быть дешевым устройство, которое для движения отбрасывает большую часть своей массы.
решение давно есть - лифт и при ваших фантастических грузопотоках оно намного выгоднее
впрочем вам интересно пообсуждать ракеты - извольте
стоимость ракеты проистекает от её предельных характеристик, а они в свою очередь из самого дурацкого принципа движения. Можно сделать многоразовую и дешевую, но выводить она будет только себя и до половины (как ыы1 вкупе
с white knight).
как только мы начинаем бороться за килограммы и секунды (не важно где) то цена девайса резко ползет вверх. Veyron, F1, SR-71 ...
появляются тех извраты  и куча дорогих головастиков со своими детьми, женами, тещами...
дорогие материалы,
дорогая безопасность и надежность
простой пример - маленькая лампочка  с батарейкой на морской спасжилет которая живет дольше и светит ярче стоит 200 фунтов! И её надо каждый год проверять в специальном центре!

Потому никаких дешевых ракет не будет, никогда. ННШ
Страницы: 1 2 3 4 5 ... 9 След.
Читают тему (гостей: 1)
Журнал Новости Форум Фото Статьи Книги