частичная многоразовость

[DronMSTU]

А как вам статья из НК 10\2004 про частичную многоразовость?
для меня почемуто эта идея стала неожиданным поворотом.

Обычная схема - Самолет+ракета. Вертикальный старт. Но 1 ступенью является не ракета, а самолетная ступень, которая на орбиту естественно не выходит а возвращается на аэродром. А на орбиту уходит одноразовая (пока) ракетная ступень. Этакий предельный случай Байкала (только не подхват, а крылатого).

(Шин, выложи пож. сюда журнальную картинку илюстрирующую эту концепцию)

[Shin]

[Shin]

Первая ступень многократного применения как этап создания многоразовых систем выведения[/size]

И.Афанасьев. «Новости космонавтики»

Радужные прогнозы 15–20-летней давности, сулившие интенсивное развитие космонавтики, к большому сожалению, не оправдываются. С окончанием «космической гонки» США и СССР (России) ее участники резко сбавили обороты. На первый план вышла экономика, и вопросы выведения полезных грузов (ПГ) на околоземную орбиту (предмет данной публикации) стали рассматриваться прежде всего с экономической точки зрения.
Наметилась резкая диспропорция между имеющимся парком средств выведения и количеством ПГ, предназначенных для запуска. С одной стороны, парк носителей имеют (или хотят иметь) все страны, входящие в «космический пул»: Россия, Соединенные Штаты, Западная Европа, Япония, Китай, Индия, Израиль, а теперь еще и Бразилия, Корея... С другой стороны, КА стали «жить» не пять-семь, максимум 10 лет, а 15, сейчас замахиваются и на 20 лет. А это значит, что количество необходимых пусков резко снижается. И получается соотношение примерно один к четырем: если раньше на каждый КА приходился один носитель, то сейчас ракет в 4 раза больше, чем объектов. Это весьма отрезвляюще подействовало на всех разработчиков средств выведения. США, Европа, Россия и Китай пошли по пути модернизации существующих ракет, выжимания из них «всего, на что они способны».
В условиях, когда парк РН и так «переразмерен», сложно говорить о принципиально новых схемах. Качественный скачок сулят многоразовые системы, но они дороги в разработке и окупают себя только в том случае, когда нужен грандиозный грузопоток. Нынешний же темп запусков – и соответственно грузопоток – примерно 100 полетов в год ракет всех стран. И этот показатель не меняется уже на протяжении нескольких лет; никакой тенденции в сторону расширения грузопотока пока нет.
Прогнозы в отношении увеличения грузопотока, в первую очередь, связаны с возможностью появления новых задач в космосе – таких как освоение Луны или пилотируемая экспедиция на Марс. Земных задач, сравнимых по масштабам, не наблюдается (пока человечество не взялось за снабжение Земли солнечной энергией из космоса, когда потребовалось бы разворачивать солнечные электростанции, снабжать их, обслуживать и т.д.).
Концепция многоразовости во многом «завязана» на энергетику, топливо. Здесь многое (если не сказать – почти все) определяет вклад первой ступени: она самая крупногабаритная и дорогая, требует самых мощных двигателей. Поэтому предложение, выдвинутое Центром Келдыша совместно с ЦНИИмаш еще в 1997 г., получило «права гражданства» во всем мире: разработку многоразовых средств выведения надо начинать с создания многоразовой первой ступени.
Вообще, здесь создалась интересная ситуация: подобный носитель, в принципе, можно сделать уже сейчас. Технически отрасль к этому готова. Можно создать двигатели и конструкцию ступени – она не будет сложнее шаттла или «Энергии-Бурана», кое в чем даже проще. Но концепция наталкивается не столько даже на технические и экономические трудности, сколько на «политические». Дело в том, что каждый разработчик двигателей продвигает свои идеи.
У «Энергомаша», например, есть прекрасные достижения в области создания самых мощных и совершенных кислородно-керосиновых ЖРД. Эти двигатели не имеют себе равных в мире. Естественно, разработчики считают, что они годятся и для многоразовой системы. Упор делается на том, что эти ЖРД уже существуют и имеют «практически единичную надежность»; они безаварийны, и поэтому никакого резервирования не требуют. На стенде двигатели успешно функционируют в десятки раз дольше, чем им положено работать в полете.
Специалисты Центра Келдыша подходят к проблеме с другой стороны. Считая, что многоразовость должна базироваться, в первую очередь, не на энергетике, а на малой стоимости эксплуатации системы, они выдвигают идею метановых ЖРД – близких «родственников» водородных двигателей, которые потенциально обладают принципиально большей надежностью.
Можно вспомнить, что при отработке кислородно-водородного ЖРД РД-0120, созданного для системы «Энергия-Буран» воронежским КБ химавтоматики, были случаи, когда при аварии на стенде двигатель полностью «выгорал», но взрывов и разрушений не было. Аварийные процессы в ЖРД, разработанных по схеме с восстановительным генераторным газом, развиваются медленнее и, как правило, чреваты максимум пожарами, но никак не взрывами и не масштабными разрушениями. Это упрощает разработку систем аварийной защиты и создание многодвигательных установок на принципах резервирования, обеспечивая тем самым высокую надежность и выполнение полетного задания даже в случае отказа одного двигателя.
Анализируя тактико-технические характеристики носителей, особенно перспективных, нередко приходишь к выводу, что для первой ступени высочайшие удельные характеристики двигателей не нужны. Для многоступенчатой ракеты гораздо важнее совершенство верхних ступеней.
Уровень двигателестроения в нашей стране всегда был очень высок. Как правило, от двигателистов СССР и России требовалось создание двигателей с наивысшим уровнем энергетических характеристик, что приводило и приводит сейчас к увеличению продолжительности отработки, ее удорожанию и повышению стоимости самого двигателя. Между тем некоторое незначительное снижение удельного импульса (на 2–5 сек) существенно облегчает ситуацию. Решающим фактором должна быть стоимость жизненного цикла двигателя (разработка, изготовление и эксплуатация). По аналогичным критериям сейчас в мире оцениваются как двигатели, так и сами многоразовые системы. Причем (слава Богу!) наконец-то пришли к выводу, что одноступенчатые машины (как и применение воздушно-реактивных двигателей) надо оставить на дальнюю перспективу.
Центр Келдыша в свое время первым в стране выдвинул концепцию одноступенчатого ракетоплана на ГПВРД. Однако чем дальше специалисты имели с ней дело, тем настороженнее относились. Арифметика простая: за счет того, что на борту ракеты нет части окислителя (кислород берется из воздуха), можно в 2–2.5 раза сэкономить стартовую массу. Да, ракета на старте будет легче, но при этом ее конструкция будет сложнее и тяжелее, а экономика системы отнюдь не улучшится.
При сравнении ракетной и воздушно-реактивной («авиационной») ступени обнаруживается, что многоразовая ракетная ступень будет служить вдвое дольше, чем авиационная, при условии, что ее ресурс зависит от термодинамических нагрузок на конструкцию.
Более того, конструкция авиационной ступени будет в несколько раз дороже, чем ракетной. Ведь «ракетчики» используют алюминий, а «авиаторы» вынуждены будут применять высокопрочные титановые и даже жаропрочные сплавы.
Предполагается, что современный носитель (хотя бы теоретически) должен выводить полезные грузы самых разных классов. Американцы идут по этому пути. Но они не озабочены таким понятием, как «зоны падения». Что будет, если подвесить на ракету лишний блок (ступень)? Получим другую зону падения! «У них» ракеты падают в море. А «у нас» зоны падения – задача номер один. Тем более что стартуем мы с территории другой страны – Казахстана.
Специалисты Центра Келдыша предложили альтернативный способ. Востребованной будет основа – первая ступень. Она самая дорогая. На нее можно ставить разные варианты вторых ступеней; например, на кислороде и водороде – для тяжелых грузов или на кислороде и метане – для более легких. Второй вариант вдвое-втрое дешевле. Да, «кислород-метан» будет выводить в 1.5–2 раза меньше, но ведь не нужно при каждом запуске обязательно выводить на орбиту «штатные» 25 т? Более дешевая метановая ступень позволяет запускать 12–17 т, что тоже немало.
Можно подвешивать на первую ступень твердотопливные ускорители – они не меняют полей падения. Например, при старте из Капустина Яра – там только одно штатное поле падения – ускорители «ложатся» на территории космодрома. Но при этом они увеличивают полезный груз в два раза.
Вот так с одной многоразовой первой ступенью возможен вывод полезного груза массой от 10 до 50 т. И при этом нет вопросов по разработке новых ступеней, по зонам отчуждения, что при модульности буквально «хватает за горло».

Продолжение следует

[hcube]

Ну, на мой взгляд бустеры тут излишни. А 'челночная' ступень наоборот недостаточна.

Вот почему - бустеры вполне возможно заменить Байкалами. А вот здоровый бак второй ступени ничем заменить не получится. Поэтому его надо интегрировать с возвращающейся ступенью и делать многоразовым сразу.

Вот, нарисовал картинку моего вИденья системы ;-)





Распределение ХС по ступеням - 2 : 3 : 3 км/с, двигатели - 2xРД-191 (или 2xРД-180 в варианте с бОльшей ПН) плюс  3хРД-0120, двигатели всех 3х ступеней работают со старта, при этом двигатель 3й питается из бака 2й. 2я ступень имеет теплозащиту, допускающую сход с орбиты, при этом для выдачи тормозного импульса используются остатки топлива в баках в газообразной форме. То есть - это вариация на тему ГК-175.

2я ступень может быть применена как в комплексе с 3й, так и сама по себе. В первом случае ПН будет порядка 15 тонн при стартовом весе в 800 тонн, во втором - 20 при стартовом весе в 600 тонн. Вернуть с обриты челноком IMHO можно будет те же 15 тонн.

[pkl]

Одноразовые носители проще в разработке, но дороже в эксплуатации /при больших грузопотоках/. Многоразовые - наоборот. Мне кажется идея частично многоразового носителя неудачной, т.к. такая схема объединяет недостатки обеих вариантов - и многоразового, и одноразового. Т.е. сначала мы потратим кучу денег на разработку системы, а затем ещё больше - на её эксплуатацию. В общем, получится как с Шаттлом. Думаю, тут нужно принципиальное решение - или мы делаем одноразовую ракету и снижаем стоимость её эксплуатации, например, за счёт упрощения конструкции + дешёвое топливо и конструкционные материалы. Либо делаем полностью многоразовый носитель. Из частично многоразовых систем стоит рассматривать только те, многоразовость которых составляет 80-90%. Т.е. большая первая ступень + небольшой доразгонный блок, например, твердотопливный.

[X]

hcube and ALL
http://www.buran.ru/htm/41-3.htm

[X]

Тот же источник. (ссылку на него см выше)

[Бродяга]

О, типичные "ракетные бредни".

 "Более того, конструкция авиационной ступени будет в несколько раз дороже, чем ракетной. Ведь «ракетчики» используют алюминий, а «авиаторы» вынуждены будут применять высокопрочные титановые и даже жаропрочные сплавы."

 Сухая масса Союза менее 30 тонн, самолёт с массой "железа" в 30 тонн - "что-то вроде двух МиГ-31" или пассажирсий самолёт среднего класса.
 Он стоит столько же, сколько ракета, или несколько больше, процентов на 100, возможно.

 Серийность - тоже чепуха, в год делается 10 РН Союз, самолётов одной модели у нас в стране делается, скорее всего, меньше.

 Самолёты Дешевле В Любом Смысле.
 Это "отраслевая психология" и только.

[Бродяга]

Кроме того, вот какое соображение.

 Почему, собственно говоря, нельзя сделать Самолёт Массой 2000 Тонн?
 И даже на Водороде.

 Есть какие-то доказательства "невозможности этого"? Конструкцию с массовым совершенством 10% мы можем сделать массой в 2000 тонн, а вот с массовым совершенством 20-40% не можем?

[DronMSTU]

hcube and ALL
http://www.buran.ru/htm/41-3.htm

да, я тоже было подумал что похоже на картинки с буран.ру. но почитав статью, понял что это несколько другая концепция.
посмотрите на рисунки Гк-175. там одной механизации столько, что страшно становится.. надежность можно даже не сравнивать, да и  обслуживание ее несомненно дороже чем крылатой ступени без механизации + 1разовая ракета.

[X]

hcube and ALL
http://www.buran.ru/htm/41-3.htm

да, я тоже было подумал что похоже на картинки с буран.ру. но почитав статью, понял что это несколько другая концепция.
посмотрите на рисунки Гк-175. там одной механизации столько, что страшно становится.. надежность можно даже не сравнивать, да и  обслуживание ее несомненно дороже чем крылатой ступени без механизации + 1разовая ракета.

Каюсь. Я действительно не читал текст автора а посмотрел всего-лишь на картинки. И то мельком. Больше не буду.

[hcube]

Ну, механизация это не самоцель, ее и упростить можно ;-)). Например на Байкале поворотное уже только крыло целиком - 1 узел. А стабилизаторы неподвижные.

А на ступенях которые тормозятся с большой скорости конечно крыло вреднО ;-). Там надо ставить парашутную систему торможения и посадки. А садиться - на воду. Ну, то есть конечно ступень сделать так чтобы и посадку на землю выдерживала - ДМП там всякие... но штатную посадку - сделать на воду. Так проще избежать повреждений. Думаю, бассейн километр на километр на 5 метров выкопать не есть большая проблема ;-))

[ДмитрийК]

Сама идея частичной многоразовости, отдельных спасаемых ступеней мне нравится, но городить ради этого с нуля новый носитель, а тем более такой как на картинке - времена не те на дворе По-моему лучше начинать с малого, там где с наименьшими усилиями можно достичь наибольшего эффекта, типа спасаемых первых ступеней / боковушек.

Кстати, в системе типа тормозной парашют - основной парашют - надувные мешки - что является ограничивающим фактором? Мешки нужны большие, по массе не пролазят? Или по прочности?

[Дмитрий Виницкий]

Разорвите меня в мелкие кусочки, но я слышал, что несколько СА Союзов использовались по второму разу!

[Бродяга]

Ну, механизация это не самоцель, ее и упростить можно ;-)). Например на Байкале поворотное уже только крыло целиком - 1 узел. А стабилизаторы неподвижные.

А на ступенях которые тормозятся с большой скорости конечно крыло вреднО ;-). Там надо ставить парашутную систему торможения и посадки. А садиться - на воду. Ну, то есть конечно ступень сделать так чтобы и посадку на землю выдерживала - ДМП там всякие... но штатную посадку - сделать на воду. Так проще избежать повреждений. Думаю, бассейн километр на километр на 5 метров выкопать не есть большая проблема ;-))

 Сверхзвуковое крыло и вообще управление полётом на сверхзвуке может быть нужно только для одной цели (как мне представляется) - для посадки ступени на исходный аэродром.
 А так они прекрасно тормозятся если их просто повернуть боком к потоку.
 У Энергии боковушки, которые летели боком (очевидно в них кислород закипел), имели в два раза меньше скорость, чем те, что летели "стрелообразно".

[Бродяга]

Разорвите меня в мелкие кусочки, но я слышал, что несколько СА Союзов использовались по второму разу!

 До 1999-го года этого не было.
 Я у отца специально спрашивал, почему СА выкидывают. Он ответил, что это вопрос анализировался и пришли к выводу, что ударные нагрузки в момент посадки на грунт (двигатели и сам удар) могут повредить конструкцию СА.
 Потому решили не рисковать.

[Bell]

О, типичные "ракетные бредни".

 "Более того, конструкция авиационной ступени будет в несколько раз дороже, чем ракетной. Ведь «ракетчики» используют алюминий, а «авиаторы» вынуждены будут применять высокопрочные титановые и даже жаропрочные сплавы."

 Сухая масса Союза менее 30 тонн, самолёт с массой "железа" в 30 тонн - "что-то вроде двух МиГ-31" или пассажирсий самолёт среднего класса.
 Он стоит столько же, сколько ракета, или несколько больше, процентов на 100, возможно.

 Серийность - тоже чепуха, в год делается 10 РН Союз, самолётов одной модели у нас в стране делается, скорее всего, меньше.

 Самолёты Дешевле В Любом Смысле.
 Это "отраслевая психология" и только.

Блин, очередной поток сознания.

Бродяга! Вы все это о Ракетоплане сказали??? Или как???


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

Не, в целом грамотная статья

В условиях, когда парк РН и так «переразмерен», сложно говорить о принципиально новых схемах. Качественный скачок сулят многоразовые системы, но они дороги в разработке и окупают себя только в том случае, когда нужен грандиозный грузопоток. Нынешний же темп запусков – и соответственно грузопоток – примерно 100 полетов в год ракет всех стран. И этот показатель не меняется уже на протяжении нескольких лет; никакой тенденции в сторону расширения грузопотока пока нет.
Прогнозы в отношении увеличения грузопотока, в первую очередь, связаны с возможностью появления новых задач в космосе – таких как освоение Луны или пилотируемая экспедиция на Марс. Земных задач, сравнимых по масштабам, не наблюдается (пока человечество не взялось за снабжение Земли солнечной энергией из космоса, когда потребовалось бы разворачивать солнечные электростанции, снабжать их, обслуживать и т.д.).

Наш космопром явно гипертрофирован. Резать по живому - жалко, а тянуть такую махину - дорого и неоправдано. Зарабатывать она толком не умеет (хоть на самоокупаемость), все норовит присосаться к бюджету (который - не чета совесткому).
Косвенно это проблему пытаются решить созданием холдингов. Это есть гут, но мало. В принципе этот вопрос уже обсуждался в топике Старого, да как-то затихло - мыслёв-то и знаний маловато...

Естественный путь - универсализация. Если все будет так шоколадно, как обещает Храничев, то лет через 5-7 мы получим универсальный носитель от 1,5 до 25 т с возможностью масштабирования до 35 т (что уже намного сложнее, но теоретически... см. serb'а на Базе)
Этот же проект может обеспечить вывод ПН от 10 до 50 т. При том же уровне универсальности и даже честичной многоразовости. Вместе Ангара и "многразовая метановая первая ступень" (ММПС могут охватить практически весь спектр ПН, вплоть до сборки марсианского корабля. Лунные миссии в 2 пуска - легко (с многоразовой одноступенчатой ЛК - даже 1 пуск, даже на Клипере).

И чего нам еще надо?

[Bell]

Разорвите меня в мелкие кусочки, но я слышал, что несколько СА Союзов использовались по второму разу!

 До 1999-го года этого не было.
 Я у отца специально спрашивал, почему СА выкидывают. Он ответил, что это вопрос анализировался и пришли к выводу, что ударные нагрузки в момент посадки на грунт (двигатели и сам удар) могут повредить конструкцию СА.
 Потому решили не рисковать.

А вы уверены, что с тех пор в конструкцию СА не внесли изменеий допускающих частичную сборку/разборку с целью проверки?

[Бродяга]

Блин, очередной поток сознания.

Бродяга! Вы все это о Ракетоплане сказали??? Или как???

 Лапочка, не выступайте.

 Уже забыли, как вы вместе со Старым "Законом Сохранения Энергии баловались" в теме о лифте.

 Самолёт с массой 34 тонны - Як-42 - http://www.airwar.ru/enc/aliner/yak42d.html
 а стоит он
http://www.aviaport.ru/news/Aviation/4053.html - там названа цена 250 миллионов рублей в 1999-м году.
 Даже если он с той поры подорожал Вдвое, это Дешевле Союза.

 Вот вам и - "Более того, конструкция авиационной ступени будет в несколько раз дороже, чем ракетной. Ведь «ракетчики» используют алюминий, а «авиаторы» вынуждены будут применять высокопрочные титановые и даже жаропрочные сплавы."

[Старый]

Самолёт с массой 34 тонны - Як-42 - http://www.airwar.ru/enc/aliner/yak42d.html
 а стоит он
http://www.aviaport.ru/news/Aviation/4053.html - там названа цена 250 миллионов рублей в 1999-м году.
 Даже если он с той поры подорожал Вдвое, это Дешевле Союза.

А сколько стоил Союз в 1999 году? В рублях?