Ракета,запитываемая лазером: способ вырваться из гравитационного колодца Земли?

[Skipper]

Да, в работе тов.Kare (Кэйра?), на которую я ссылался, ракета именно везет с собой водород. И греет его через большой плоский теплообменник (см рис. на стр.6). Вроде бы указывается толлщина канала, по которому бежит водород, порядка 200 мкм.

В таком варианте 1-2 МВт/м2 газом поглотить можно (толщина небольшая, да и теплопроводность водорода в 7 раз больше, чем воздуха).

К Кэйра рассматривается поток 2,5-5 МВт/м2. По порядку совпадает.

Ракета намного проще - не нужны сложные ЖРД - это два.

А вот это ерунда. Для лазерного двигателя потребуются те же криогенные баки и насосы, элементы сопла, системы управления и т.д., только дополнительно добавляется очень сложная система нагрева рабочего тела внешним лучом.

За счёт чего дешевле?

Наоборот, кислородно-водородная “горелка” проще, дешевле и надёжнее, чем любой лазерный девайс.

Тут не буду настаивать, по ЖРД я далеко не спец.

Но разве преимущества в разы по УИ недостаточно, чтобы всерьез рассматривать проект?

[Грехов Михаил]

Скорее, приятная побочка Неожиданный подарок от второго начала термодинамики

Это замкнутый цикл тепла с неким КПД меньшим единицы.  Вам надо купить за 10 рублей что-то. 3 рубля у вас отобрали. А потом 2 вернули. С вас ещё рубль. Как-то "подарком" это не назовёшь.

[Polnoch Ксю]

Но разве преимущества в разы по УИ недостаточно, чтобы всерьез рассматривать проект?

А для первой ступени вообще в бесконечное число раз....

Это замкнутый цикл тепла с неким КПД меньшим единицы.  Вам надо купить за 10 рублей что-то. 3 рубля у вас отобрали. А потом 2 вернули. С вас ещё рубль. Как-то "подарком" это не назовёшь.

Приятная неожиданность после неприятного побора

[hiway60]

Обратим взор на вертолёт. Он может вертикально взлететь на 5 км с постоянной скоростью(ускорение = 0) и там зависнуть(снос ветром пока не будем считать). А потом набрать горизонтальную скорость.

А смысл? Вертолёт -совсем другое.

ну как смысл. Да, конечно, вертолёт это винт и не о "в космос на вертолёте" речь.
Я вот о чём. допустим мы поднимаемся с небольшой скоростью, ну... 25 м/с на высоту 50 км. Вертикально! Далее идёт расстыковка с первой ступенью и она возвращается назад сбавив тягу.
Таким образом сопротивлением среды можно как бы не заморачиваться.

PS. Хотя я всё же за "жахнуть с рэйлгана"

[Грехов Михаил]

Я вот о чём. допустим мы поднимаемся с небольшой скоростью, ну... 25 м/с на высоту 50 км. Вертикально! Далее идёт расстыковка с первой ступенью и она возвращается назад сбавив тягу.

Я уже приводил расчёты в теме про "в комос на воздушном шаре", что потенциальная энергия ИСЗ на низкой орбите составляет всего 9 % от полной энергии(+кинетической). Вы преодолели 50 километров вместо 350. Итого из 10% вы "сделали" 1.3%. То есть первая ступень всего лишь дала фору на 1.3%. Что ей вообще ловить? Зачем нужна такая?  Например у РН "Протон" отделение первой ступени на высоте 42 километра. В этот момент ракета уже движется со скоростью 1724м/с. (примерно 5 махов). А ваш вариант старта почти ничего не даёт. 

[hiway60]

Я вот о чём. допустим мы поднимаемся с небольшой скоростью, ну... 25 м/с на высоту 50 км. Вертикально! Далее идёт расстыковка с первой ступенью и она возвращается назад сбавив тягу.

Я уже приводил расчёты в теме про "в комос на воздушном шаре", что потенциальная энергия ИСЗ на низкой орбите составляет всего 9 % от полной энергии(+кинетической). Вы преодолели 50 километров вместо 350. Итого из 10% вы "сделали" 1.3%. То есть первая ступень всего лишь дала фору на 1.3%. Что ей вообще ловить? Зачем нужна такая?  Например у РН "Протон" отделение первой ступени на высоте 42 километра. В этот момент ракета уже движется со скоростью 1724м/с. (примерно 5 махов). А ваш вариант старта почти ничего не даёт. 

Ага. то есть надо набрать побольше скорости для "зацепиться" за орбиту, таким образом недостаток скорости придётся наверстать второй ступенью... ясно.

Ну, если забраться на 350 км на такой "медленной" ступеньке, то для разгона второй ступени потребуется меньше мощности из за отсутствия сопротивления среды. Правда ускорение будет довольно большим...

и всё таки рэйл ган с ускорением порядка 5g спасёт весь проект.

[Грехов Михаил]

и всё таки рэйл ган с ускорением порядка 5g спасёт весь проект.

Только придётся все конструкции рассчитывать на такое ускорение. Это первое. Второе-а какая скорость планируется на выходе из рейлгана?

Есть ещё такой аспект, что если хочется полететь куда-то далеко, то всякого рода извращения со ступенями - это ерунда! Намного бОльше даёт оптимизация дальнейшей траектории отлёта с возможностью многоразового включения разгонного блока и гравитационных манёвров. Эти вещи дают приращение скорости километры в секунду. Применение ионников.

И ещё как факт (до которого немногие догадываются). По ходу траектории корабль "облегчается". Отваливаются ступени, тратится топливо. Поэтому выгоднее прорабатывать "совершенство полёта" самого корабля и 3-й ступени, нежели вылизвать первую ступень. Сэкономил скажем килограмм массы на весе корабля. А в эквиваленте (если посчитать) для достижения такого же эффекта надо сэкономить 100 килограмм на первой ступени.

И ещё раз подчёркиваю - корабль (тот же "Союз-ТМА") стоит намного дороже, чем РН в целом. Так как делается и доводится вручную, а это труд сотен людей. Не имеет смысла экономить на керосине.  Ракета -делается серийно. Многое что на ЧПУ и всё отлажено.     

[Diman]

"Применение ионников." - радует, что такой скептик верит в перспективы этого типа двигателей. (Это же не база на Луне и не сверхгигантский телескоп )

[Грехов Михаил]

радует, что такой скептик верит в перспективы этого типа двигателей.

Ежель с питанием что-то придумают. То может и будут перспективы. Но чудес с ними нет.

[Skipper]

Попробую ввести некоторую систематизацию - для более конструктивной дискуссии.
С разрешения уважаемого топикстартера. Можно?

Итак, был предложен проект ракеты, энергия которой передается лазерным лучом. На атмосферном участке луч греет воздух, который толкает ракету. На безатмосферном участке луч греет стенку ракеты, а та - рабочее тело, которое ракета несет с собой.

Последовали следующие основные возражения:

1) Нет таких мощных лазеров. Сделать дорого/нереалистично.
Контраргумент, что можно заменить батареей менее мощных лазеров, вроде пока не опровергнут.

2) Экономические возражения. Не окупится, спрос мал и т.п.
Против паровоза и самолета, я думаю, выдвигались те же аргументы. Может окупиться, а может и нет. Не попробуем - не узнаем.

Далее возражения идут уже против конкретных схем движения.

Против атмосферного участка:
3) Воздух прозрачен для луча, почему же он будет греться? Имеющиеся модели греют воздух через пробой, но КПД там крайне низок.
Контраргументов не последовало.

4) Разогнаться больше 3М (~1км/сек) в атмосфере проблематично - приводились примеры действующих летательных аппаратов. Как это обойти - никто не показал.

5) Ув Полночь предложила разгоняться по спирали.
Контраргумент: при радиусе спирали 100км и скорости 1км/сек центробежное ускорение = 1g. Необходимая подъемная сила растет => сопротивление еще растет. См п.4.

Против нагрева рабочего тела через стенку:

6) Ув.AlexAV указал на ограничение 100кВт/м2. Но потом разобрались, что это для прямоточного двигателя. Водород из бака можно греть до нескольких мегаватт/м2.

7) Чем это лучше ЖРД?Контраргумент: молярная масса Н2 в 9 раз ниже Н2О, поэтому импульс при прочих равных в 3 раза выше. Появляется заманчивая возможность одноступенчатого вывода на орбиту. Возражений на это вроде не было.
Сложность конструкции "лазерной ракеты" сравнима с ЖРД. Добавляется еще один сложный элемент - теплообменник. Насколько это большая проблема - пока не выяснили.

Что я еще важного забыл?

[Diman]

С питанием двигателей или космонавтов?

[Skipper]

И ещё раз подчёркиваю - корабль (тот же "Союз-ТМА") стоит намного дороже, чем РН в целом. Так как делается и доводится вручную, а это труд сотен людей. Не имеет смысла экономить на керосине.  Ракета -делается серийно. Многое что на ЧПУ и всё отлажено.   

Михаил, а почему ракета - серийно, а корабль - вручную?

[Грехов Михаил]

А потому, что многие вещи на корабле делаются с большей тщательностью из-за специфики. И слишком много не до конца предсказуемых явлений. Например сваривают корпус спускаемого аппарата из алюминия - как его поведёт при этом - всегда всё по-разному. Или в автоклаве формуют днище - тоже размеры гуляют.  Наклеивают теплозащиту (причём корку кремнезёмно-текстолитовую шьют вручную и пропитывают), шьют маты ЭВТИ, прокладывают кабели, обеспечивают испытания и дегазацию. Укладывают парашюты. Обеспечивают прокладку трубопроводов. Очень много операций по месту.

Возни больше в разы с электронными блоками, агрегатным отсеком, обеспечении хорошей работы механизмов раскрытия СБ, антенн. Много датчиков.

Проверок много. На герметичность, электрических испытаний, и др.

Хотя и по ракете тоже работ навалом.

[Грехов Михаил]

С питанием двигателей или космонавтов?

Двигателей конечно.... Развешивание "лопухов" СБ на космическом аппарате= набор массы+всякие колебания и резонансы. Какие-то другие высокомощные и компакные электроустановки пока ещё не созданы. Рабочее тело тоже не бесконечно. Хватит наверное месяца на 2...3. 

[hiway60]

3) Воздух прозрачен для луча, почему же он будет греться? Имеющиеся модели греют воздух через пробой, но КПД там крайне низок.
Контраргументов не последовало.

было предложение, моё. видимо никто не заметил

Разогнаться больше 3М (~1км/сек) в атмосфере проблематично - приводились примеры действующих летательных аппаратов. Как это обойти - никто не показал.

нужен минимальный Сх и площадь трущихся поверхностей. Нужен аэродинамический расчёт корпуса. Что тут особо показывать?

[Skipper]

3) Воздух прозрачен для луча, почему же он будет греться? Имеющиеся модели греют воздух через пробой, но КПД там крайне низок.
Контраргументов не последовало.

было предложение, моё. видимо никто не заметил

Не тыкнете пальцем? 25 страниц перечитывать неохота...

Разогнаться больше 3М (~1км/сек) в атмосфере проблематично - приводились примеры действующих летательных аппаратов. Как это обойти - никто не показал.

нужен минимальный Сх и площадь трущихся поверхностей. Нужен аэродинамический расчёт корпуса. Что тут особо показывать?

Реально летающие сейчас аппараты на скоростях выше 3М испытывают большие проблемы из-за сопротивления, растущего квадратично от скорости. Как с этим бороться, инженеры пока не знают. Думаете, мы тут на форуме что-то новое придумаем в этом плане?

[hiway60]

Реально летающие сейчас аппараты на скоростях выше 3М испытывают большие проблемы из-за сопротивления, растущего квадратично от скорости. Как с этим бороться, инженеры пока не знают. Думаете, мы тут на форуме что-то новое придумаем в этом плане?

Ну, яж грил вже. Плазьменный "кокон" где то в интернетах читал что есть такая штука, которая генерирует слой плазмы вокруг поверхности. Даже испытана уже. Наше отечественное разработко.

Не тыкнете пальцем? 25 страниц перечитывать неохота...

вот не охота, а итоги значитьса выводим, прям росстат. Ладно, тыкну пальцем. Ответ№328 и далее чуть чуть.

Думаете, мы тут на форуме что-то новое придумаем в этом плане?

Да так, моск помять, трафик пожечь... Или у кого то уже есть зачатки спонсорской помощи на проект? А вообще напоминает чтение ЮТ за конец 80-х. Даже интереснее, интерэктив йё.

[AlexAV]

Ну, яж грил вже. Плазьменный "кокон" где то в интернетах читал что есть такая штука, которая генерирует слой плазмы вокруг поверхности. Даже испытана уже. Наше отечественное разработко.

У нас в институте этим занимаются.

Что можно сказать… Больше это рассматривается как альтернативный способ управления аппаратом на больших скоростях, за счёт влияния разряда на обтекание крыла.

Вроде как позволяет ещё несколько поднять аэродинамическое совершенство… но эффект там на уровне десятков процентов. Т.е. проблему тепловых нагрузок на гиперзвуковых скоростях это конечно не решает.

[hiway60]

Ну, яж грил вже. Плазьменный "кокон" где то в интернетах читал что есть такая штука, которая генерирует слой плазмы вокруг поверхности. Даже испытана уже. Наше отечественное разработко.

У нас в институте этим занимаются.

Что можно сказать… Больше это рассматривается как альтернативный способ управления аппаратом на больших скоростях, за счёт влияния разряда на обтекание крыла.

Вроде как позволяет ещё несколько поднять аэродинамическое совершенство… но эффект там на уровне десятков процентов. Т.е. проблему тепловых нагрузок на гиперзвуковых скоростях это конечно не решает.

А если неограниченный источник энергии? Десятки (10,20,30?) процентов конечно не решат кардинально, но уже вперёд.

[Skipper]

вот не охота, а итоги значитьса выводим, прям росстат. Ладно, тыкну пальцем. Ответ№328 и далее чуть чуть.

То есть Вы предлагаете энергию луча, получаемую ракетой, переводить в электричество, генерировать плазму и ею греть воздух, правильно я понял?