Третья водородная ступень РН "Союз"

[Дмитрий В.]

В чём я ошибаюсь?

Не учитываете рост грав. потерь на АУТ 1 и 2-й ступеней.

[Бродяга]

В чём я ошибаюсь?

Не учитываете рост грав. потерь на АУТ 1 и 2-й ступеней.

Я согласен, что прирост ПН от увеличения массы ракеты будет меньше, чем простое увеличение ПН пропорционально массе ракеты, но этот прирост будет.

 При этом мы имеем 22740 килограммов на орбите в существующем варианте, и если даже считать, что прироста не будет вообще, а третью ступень мы уложим в 3 тонны, это массовое совершенство третьей ступени приблизительно 10% — для керосиновых ступеней достижимое без проблем, то ПН будет почти 20 тонн.

[Дмитрий В.]

Я согласен, что прирост ПН от увеличения массы ракеты будет меньше, чем простое увеличение ПН пропорционально массе ракеты, но этот прирост будет.

Так с этим никто и не спорит. Но все равно, масса ПГ с керосиновой 3-й ступенью не достигнет 20 т, увы.

[Бродяга]

Я согласен, что прирост ПН от увеличения массы ракеты будет меньше, чем простое увеличение ПН пропорционально массе ракеты, но этот прирост будет.

Так с этим никто и не спорит. Но все равно, масса ПГ с керосиновой 3-й ступенью не достигнет 20 т, увы.

А нельзя поиграть с траекторией выведения и тяговооруженностью третьей ступени?

[Дмитрий В.]

А нельзя поиграть с траекторией выведения и тяговооруженностью третьей ступени?

Да, и так все расчеты ведутся одновременно с оптимизацией траектории. Результаты: Мпг не превышает 18500 кг. Причем это значение практически не меняется при варьировании массы 3 ступени (суммарно с ПГ) от  35 до 41 т и тяговооруженности от 0.8 до 1.2.

[Бродяга]

А нельзя поиграть с траекторией выведения и тяговооруженностью третьей ступени?

Да, и так все расчеты ведутся одновременно с оптимизацией траектории. Результаты: Мпг не превышает 18500 кг. Причем это значение практически не меняется при варьировании массы 3 ступени (суммарно с ПГ) от  35 до 41 т и тяговооруженности от 0.8 до 1.2.

С другой стороны, для нового ПК эти 18,5 тонн скорее всего достаточны.

 ИМХО, "перелезть на Зенит", это то, что надо, "Союз" честно отработал своё.

[Александр Ч.]

А нельзя поиграть с траекторией выведения и тяговооруженностью третьей ступени?

Да, и так все расчеты ведутся одновременно с оптимизацией траектории. Результаты: Мпг не превышает 18500 кг. Причем это значение практически не меняется при варьировании массы 3 ступени (суммарно с ПГ) от  35 до 41 т и тяговооруженности от 0.8 до 1.2.

С другой стороны, для нового ПК эти 18,5 тонн скорее всего достаточны.

 ИМХО, "перелезть на Зенит", это то, что надо, "Союз" честно отработал своё.

Вот для такого "перелаза" в Плесецке и строят старт для Ангары

[fireland]

Космодром Куру идеально приспособлен под использование водорода на Союзе. Нам даже ничего не нужно своего будет придумывать. У европейцев есть технические решения оставшиеся от Ариан-4 по заправке 3 ступени водородом.

[Александр Ч.]

1) Куру - иностранный космодром.
2) Дороговато выходит транспортировка туда, на форуме была pdf с расчетами.
3) Старт создается не под "российские" пуски.
4) Для доступа на МКС из Куру нет смысла городить водородную ступень на Союз.

[fireland]

1) Куру - иностранный космодром.
2) Дороговато выходит транспортировка туда, на форуме была pdf с расчетами.
3) Старт создается не под "российские" пуски.
4) Для доступа на МКС из Куру нет смысла городить водородную ступень на Союз.

1. Понятно что иностранный, Байконур тоже иностранный.
2. То есть полностью керосиновый вариант Союза туда транспортировать НЕ дорого, а с водородной ступенью дорого?
3. В правовом документе было указано что данная стартовая площадка РН Союз может быть в любое время использована под российские пуски.
4. А почему именно для доступа на МКС, я в общем и целом говорил.

[Александр Ч.]

1) Куру - иностранный космодром.
2) Дороговато выходит транспортировка туда, на форуме была pdf с расчетами.
3) Старт создается не под "российские" пуски.
4) Для доступа на МКС из Куру нет смысла городить водородную ступень на Союз.

1. Понятно что иностранный, Байконур тоже иностранный.
2. То есть полностью керосиновый вариант Союза туда транспортировать НЕ дорого, а с водородной ступенью дорого?
3. В правовом документе было указано что данная стартовая площадка РН Союз может быть в любое время использована под российские пуски.
4. А почему именно для доступа на МКС, я в общем и целом говорил.

2. Именно, что керосиновый.
1,3,4 - внимательно читаем начало темы  :twisted:

[Николай Сниффер]

Добрый день!
Я тут новенький, поэтому не пинайте, если что.

Попалась мне тут картинка из ещё неопубликованной научпоп статьи.
 


1. Слева - Союз-СТ (ПН 7.5т)
2. По центру - Союз с третьей водородной ступенью (310т на стартовом столе, ПН 10т)
3. Справа - Союз с третьей водородной ступенью и укороченной 2-й ступенью (313т., ПН 12т)

Вариант 2.

3-я ступень - двигатель 11Д57М Вес 840кг Тяга 40т Импульс 461
Диаметр ступени - 4.11м (под диаметр обтекателя). Масса сухая 3.65т. Масса на стартовом столе - 25.3т.
1-я и 2-я ступени - без изменений по габаритам, массе и заправке.

РН - 310т на стартовом столе, 10т на орбите 320 х 350км


Вариант 3.

3-я ступень - Два двигателя 11Д57М (2 х 40т тяги)
Диаметр 4.11м. Масса сухая 5т Масса на стартовом столе 44.8т (Приблизительно как боковушка)

2-я ступень - укорочена
Масса сухая 6.05т (было 6.55т) Масса на стартовом столе 80.9т (было 99.4т) Заправка 73.25т (было 91.25т)

1-я ступень (боковушки) - без изменений.

РН - 313т на стартовом столе, 12т на орбите  250 х 290км

[Дмитрий В.]

Гуглим "Союз-2.3В" (2011 г.). 14 т на НОО.

[Большой]

[Дмитрий В.]

А до этого "Онега" и "Союз-3".

[Дмитрий В.]

Большой пишет:

А ведь я шутки ради такую схему еще в 2008 г. предлагал. Совершенно бесплатно

http://forums.airbase.ru/2009/08/t64138_4--40-tonnik-prodolzhenie.html#p1710287

[Старый]

Плотность кислород-водородного топлива в три раза меньше кислород-керосинового. При той же массе топлива геометрические размеры баков увеличатся лишь в полтора раза.

[Николай Сниффер]

Дмитрий В. пишет:
Гуглим "Союз-2.3В" (2011 г.). 14 т на НОО.

Добрый день!

Вам хорошо. А мне двумя словами не отделаться.

Союз-2.3В - об этой машине я наслышан. Водород появляется лишь на третьем этапе. После долгой и дорогой череды модернизаций. К тому же, НК-33 отходит в мир воспоминаний. РД-191, говорят, дорог по сравнению с НК-33-1 и теми движками, на которых Союз летает сейчас. (Это так?)
  А ложка дорога к обеду.

Чисто риторический вопрос: Что проще и дешевле - сделать одну ступень, или перепахать сверху до низу весь носитель?

В свое время королевцы сделали 3-ю керосиновую ступень для Семерки за 9 месяцев.

Теперь - по пунктам.

Этап 1. Сравниваем с вариантом 2 (на рисунке - по центру)

 - замена РД-108 на НК-33-1 на 2-й ступени
 - увеличение баков.
Боковушки без изменений

 - замена движка - под вопросом. (новых НК-33 не будет)
 - увеличение баков == увеличение веса носителя.

Пересчет запаса прочности стартового комплекса. (Вроде, рассчитан на 415т. Но это было 70 лет назад... Только на Восточном - новенький.

----------------------

В предложенном варианте 2
 - боковушки без изменений
 - увеличения веса нет. (Вес ПН увеличивается за счет уменьшения заправки 2-й ступени)
Требуется пересчет ветровых, аэродинамических и инерционно-динамических нагрузок 2-й ступени. Возможно, увеличение прочности. Но с полной переделкой по этапу 2 - никакого сравнения.

Пересчета прочности СК не требуется. Но предстоит оснастить СК водородной инфраструктурой для безлюдной автоматизированной заправки 3-й ступени водородом.
ЭТО ДОРОГО. Но на этапе 3 всё равно потребовалось бы

Возможная проблема - восстановление производства водородных движков тягой 40т

====================

Этап 2. Сравниваем с вариантом 3.

 - замена двигателей на боковушках
 - увеличение баков боковушек == опять увеличение веса носителя

Опять пересчет запаса прочности стартового комплекса.

----------------------

В предложенном 3-м варианте
 - боковушки снова без изменений!
 - Вес РН - БЕЗ ИЗМЕНЕНИЙ.
 - Баки 2-й ступени не увеличиваются, а УМЕНЬШАЮТСЯ! Вес ступени, соответственно, тоже уменьшается. Заправка уменьшается. За счет этого увеличивается заправка 3-й ступени более эффективным топливом.

Вроде, такого варианта - уменьшать баки - еще никто не предлагал.

Разумеется, требуется пересчет ветровых, аэродинамических и инерционно-динамических нагрузок 2-й ступени. Но в целом вариант дешевле Этапа-2

====================

Теперь - о том, чего не могут дать этапы 1 и 2.

Если масса ПН меньше максимальной, 3-я водородная ступень может использоваться как разгонный блок. При сохранении той же массы РН на стартовом столе (313т) за счет уменьшения массы ПН может быть увеличена заправка баков 3-й ступени. (на рисунке объем 3-й ступени (баков) больше, чем требуется для вывода 12т на НОО)

Что имеем за счет перекачки массы ПН в массу топлива:
 - 4.5т - на геопереходную орбиту
 - 3.5т - на отлетную траекторию

Проблема - на конечном этапе работы 3-й ступени - перегрузка порядка 9g.
Решение проблемы - разворот двигателей и отключение одного двигателя. Перегрузка упадет до 4.5g (без дросселирования). Это уже терпимо.

[Николай Сниффер]

Большой, ладно, щас тоже скажу.


Для разминки поругаю Союз-2.3В . Потом поговорим об эффективности.

Такое впечатление, что у конструкторов отсутствует... даже не знаю, как назвать. То ли культура мышления, то ли системное видение. Каждая деталька сама по себе, без связи с окружающей картиной мира.
 

Из рисунка  узнаю, что диаметр головного обтекателя - 4.11м. Это хорошо. Из современной истории знаем, 4.11 - предельный диаметр обтекателя для Союза-2. А также - максимальный железнодорожный габарит (привет Протону). Но в памяти бродят смутные воспоминания, что диаметр ступени 2.3В меньше 4м.

Роюсь в поисковике, нахожу картинку с выставки . Крайний справа - Союз-2.3 (без "В"    . Обтекатель на нем явно 4.11, а 2-я и 3-я ступени явно меньшего диаметра.
Разбираю рисунок 1 на пикселы, используя известные размеры вычисляю диаметр 3-й ступени. Получается от 3.81 до 3.86 - смотря какой известный габарит брать за основу.

 

Имеем обтекатель 4.11м, а ступень под ним - 3.8м. Где разум, где логика? Ведь закон квадрата-куба никто не отменял. (В идеале баки должны быть шариками - как на Н-1, а не сосисками)
 Почему конструкторы не взяли для 3-й ступени диаметр обтекателя? Им нужны дополнительные проблемы с аэродинамикой? Или они хотят, чтоб ракета была чуточку повыше?

----------------------

Теперь сравним Союз-2.3В с 3-м вариантом в предыдущих постах.

ПН 2.3В - 14т
ПН вар.3 - 12т

Разница в 2т.

Масса РН 2.3В - 382т
Масса РН вар.3 - 313т

Объём работ
РН 2.3В - НОВАЯ РАКЕТА. Переделаны ВСЕ ТРИ СТУПЕНИ, модернизирован СК.
РН вар.3 - 1-я ступень без изменений. 2-я ступень - уменьшен объём баков.
3-я ступень - новая. Модернизирован СК.

Что имеем? Две-три дополнительные тонны ПН - и нужна НОВАЯ РН. Это не дорого, это ОЧЕНЬ ДОРОГО.

Эффективность - это когда с минимальными затратами получаем максимально врзможный результат. Здесь за первые 4.5 дополнительные тонны ПН не добавили ни грамма к весу РН (вар.3), Наоборот, носитель стал весить менбше на эти самые 4.5т.
А за две последние тонны заплатили 70-ю тоннами на стартовом столе. ГДЕ ЭФФЕКТИВНОСТЬ???

Диаметр ступени вар.3 (4.11м) - естественный предел. Не железобетонный, но преодоление его экономически затратно. (перевозка ступеней авиацией, а не Ж/Д)
 Диаметр 2.3В (3.8м) - ни то, ни сё. Взят с потолка.

----------------------

Цель работы не ограничивается созданием одной ступени для Союза. Цель - создание линейки водородных ступеней с максимальной унификацией элементов (двигатели, секции баков, днища баков, системы наддува баков, блоки управления, ... ) Чтоб эти ступени можно было легко установить и на Союз-2, и на (умерший) Зенит, и на Союз-5, и на Ангару с первой по ...  Должен быть КОНСТРУКТОР для сборки РН нужной конфигурации. (Хороший пример - Ариан-4.)

Двигаемся дальше. Что сейчас делают наши инженеры-ракетчики? Деструктивную модернизацию. То есть, упрощают ракету. У Союза отломали боковушки. Собираются отломать 3-ю ступень. У Протона не могут выбрать, какую ступень отломать первой - 2-ю или 3-ю.    Ангару 30 лет делают. Как здесь, на форуме написано, сделали действующую модель в масштабе 1:1. Эти люди НЕ СМОГУТ БЫСТРО СДЕЛАТЬ НОВУЮ РАКЕТУ. А ждать 20 лет - извините... Но сделать только одну, самую маленькую ступень - это реально. (При условии, что модернизацию стартового стола финансирует государство)

Выводы:
Союз-2.3В - бумажный проект 100%
3-я водородная ступень на Союзе-2 - может стать железом, если получит поддержку государства.

Минус - ни вар.2, ни вар.3 на Восточном под башню НЕ ПОМЕСТЯТСЯ. Потолок низкий    
И водородной инфраструктуры на СК нет.


Что касается Союза-3, насколько я помню, он весит больше 500т. То есть, к стартовому комплексу Семерки - Союза-2 никакого отношения не имеет. Ну и Аллах с ним. Не в этой теме о нём говорить.

[Salo]

Тема о Союзе 2-3В:
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic12098/