Правильно ли мы строим ракеты?

[bob]

Продолжу серию тем в стиле "Правильно ли мы строим орбитальные станции...", опционально "...планетоходы..." и т.п.
Вот все мечтают об удешевлении вывода в космос полезной нагрузки, предлагая зачастую фантастические варианты. А если всё проще? Предлагаю изменить саму концепцию конструирования традиционных ракет. По традиции полезная нагрузка размещается сверху, что налагает ограничения на её диаметр и делает вторую ступень невозвращаемой в принципе. Я предлагаю перевернуть всё вверх ногами. Разместить первую ступень в качестве подвесных баков топлива и окислителя без двигателей... сверху. Вторую ступень разместить... ниже первой, а полезную нагрузку и системы управления - непосредственно над днищем ракеты,
Минусы: САС для пилотируемого варианта должна быть в виде отстреливаемых вбок и вверх катапульт. Близость размещения экипажа к двигателям повышает риски - поскольку именно пожары и взрывы двигателей и топливопроводов наиболее частый вид дизастера. В беспилотном варианте минусов не видно.
Плюсы: Возможность вывода крупногабаритных нагрузок больших диаметров при сопротивлении атмосферы на начальном этапе полёта существенно ниже традиционной схемы.
При этом - сохранение всех преимуществ пакетной схемы: одновременного пуска всех имеющихся двигателей на старте одновременно и т.п.
Полная возвращаемость второй ступени вместе со всей двигательной установкой и всеми устройствами управления путём традиционного аэродинамического торможения сдвижным абляционным экраном на днище и последующим парашютным спуском (как у спускаемой капсулы "Союза", только очень большой). Теряется только первая ступень, не имеющая ни двигателей, ни систем управления, состоящая только из несущих баков.
Ну и, наверное, давняя мечта обслуживающего персонала космодромов: отсутствие ферм и мачты обслуживания, лифтов и прочего. Всё обслуживание, от заправки и электроснабжения вплоть до загрузки грузов, производится с поверхности стартового стола, с уровня земли. В такую ракету можно войти просто по дорожке через дверь без помощи лестницы. Как глубокоуважемым донам глянется такая идея? 

P.S. Я долго в фоновом режиме думал, как объединить все достоинства Р-7, "Союза", Спэйс-Х и шаттла, не сохранив ни одного их недостатка. И остановился на этом варианте. Семёрка - отличная неубиваемая ракета, но у неё двигатели и автоматика принципиально одноразовые, невозвращаемые. У спэйсов с большим трудом и риском возвращается первая ступень (то сядет на баржу, то ухнет мимо, то врежется в неё). У шаттла возвращается всё, кроме подвесного бака. Но стартовые ускорители опускаются на парашютах в случайном месте, их нужно подбирать в море, посадка корабля идёт по самолётному типу, есть риски с хрупкими металлокерамическими плитками, из-за которых была потеряна "Колумбия" и т.п. А здесь всё возвращается тупо, просто. И замене после полёта подлежит только отработанный абляционный экран на днище. И ещё - радикальное упрощение обслуживания и наземной инфраструктуры (кабели и шланги прокинули прямо по бетону, подсоединили, отсоединили, а потом обратно оттащили).

[bob]

В общем, принцип полёта изображу на рисунке. Аэродинамическая схема будет как у Н-1: широкое основание и узкий верх. Но в этом случае основание широкое не столько для размещения всех возвращаемых двигателей, насосов и автоматики, сколько для размещения габаритной полезной нагрузки вместе с ними за общим заменяемым абляционным щитом. А сверху ничего нет, кроме отделяемых баков.

[Инопланетянин]

Близость размещения экипажа к двигателям повышает риски

Так ли повышает? Известен ли хоть один случай когда космонавты выжили при взрыве двигателей?

одновременного пуска всех имеющихся двигателей на старте одновременно и т.п.

Вот интересно, а нельзя сделать один большой двигатель? У него можно будет, например, охлаждать стенки сопла и камеры сгорания испарением с них, скажем, парафина без особой потери мощности.

САС для пилотируемого варианта должна быть в виде отстреливаемых вбок и вверх катапульт.

При таком варианте главная проблема - это как отбрасывать в стороны все ступени, чтобы не повредить ракету.

[ВадимZero]

Разместить первую ступень в качестве подвесных баков топлива и окислителя без двигателей... сверху.

Тогда уже сложно назвать это ступенью, это уже чисто внешний бак. Основной минус данной схемы в том что вторая ступень будет нести излишнюю массу двигателей, что снизит полезную нагрузку. Во вторых первая ступень должна быть расчитана на то чтобы выдерживать массу второй, а значит опять лишний вес.

[Змей Петров]

Во вторых первая ступень должна быть расчитана на то чтобы выдерживать массу первой, а значит опять лишний вес.

[Константин ВАРБ]

имхо: хорошая идея, но не для (твёрдо-жидко) химической ракеты. А плазму и т.д. мы пока держать не умеем.

Давно уверен что что-то подобное будет, если мы сумеем создавать и удерживать окислитель типа Li+3

[bob]

Основной минус данной схемы в том что вторая ступень будет нести излишнюю массу двигателей, что снизит полезную нагрузку. Во вторых первая ступень должна быть расчитана на то чтобы выдерживать массу второй, а значит опять лишний вес.

Первая ступень всегда выдерживает массу второй. Иначе ракета сплющится. Насчёт излишней массы двигателей отчасти было бы верно. Но вспомните, что ракета и так их несёт, если схема не пакетная. В смысле в наиболее распространённой традиционной схеме, в стиле "Сатурна-V', первая ступень тащит выключенные двигатели всех последующих ступеней на себе. А здесь все двигатели работают от начала до конца полёта. Так что пренебрежимо. Кроме того, двигатель заведомо дороже керосина, который потребуется на его доставку.

При таком варианте главная проблема - это как отбрасывать в стороны все ступени, чтобы не повредить ракету.

Я думаю, что это не смертельная проблема. Отстрелим чуть вперёд и вбок или развалим по оси на части, как блоки А, Б, В, и г на "Союзе". Зато плюсов столько, что не сосчитать. Всё-таки традиционная кабина спереди это неуместный реликт от МБР, где кабина вынужденно ставилась на место боеголовки. Да ещё помноженный на авиационную традицию, чтобы лётчик гордо сидел в носу, а не на хвосте.

Так ли повышает? Известен ли хоть один случай когда космонавты выжили при взрыве двигателей?

При взрыве нет. При пожаре - да. Причём, безупречно сработала САС "Союза".

имхо: хорошая идея, но не для (твёрдо-жидко) химической ракеты.

Я вообще-то именно жидкостную керосинку рассматриваю. Я хочу её сделать реально, а не условно - многоразовой, дешёвой и удобной в использовании. Новый бак навесить, сдвижной абляционный щит (показанный на рисунке в первом сообщении), защищающий двигатели на время спуска, заменить - и снова на старт. Потребуется ещё колёсный многоосный тягач с автокраном, который привезёт всё хозяйство из широкой степи обратно на старт, но это уже детали. Оснастить краном машину, возящую тополи и ярсы. Что-то вроде этого.

[Klapaucius]

Есть такая программа, Kerbal Space Program. Игра, тут на форуме обсуждается. Интересно было бы изобразить проект там, хотя там 2я космическая скорость в несколько раз меньше чем земная.
Сразу вижу проблему, когда что-то сверху требует самоликвидации без ущерба полёту. Нужен аналог САС, который будет уводить мусор вверх и в сторону. Или полностью боковое расположение, но это реализовано даже в семёрке, запустившей первый спутник Земли.

[bob]

хотя там 2я космическая скорость в несколько раз меньше чем земная.

Ещё интересный момент: эта схема совершенно идеальна для межпланетного взлётно-посадочного модуля. Например, если кого-то вправду, а не в шутку, понесёт на Луну и Марс. Дело в том, что роверы, оборудование и космонавтов лифтом с верхушки до грунта не навозишься. А здесь они выйдут сразу на грунт и зайдут обратно. Все люки внизу, на уровне грунта.

[Константин ВАРБ]

Я вообще-то именно жидкостную керосинку рассматриваю.

В любом случае должен быть качественный прогресс с реактивными двигателями.
Возможно тогда сам двигатель должен работать как "ракетный поезд" то-есть скорость истечения конечного продукта должна быть выше, чем сейчас, за счёт перераспределении внутренней энергии и сброса основной массы горения относительно холодной, вне двигателя.
Иное понимания газодинамики требуется. 

[Константин ВАРБ]

Ещё интересный момент: эта схема совершенно идеальна для межпланетного взлётно-посадочного модуля.

Да разумеется, ибо в текущем виде она как раз именно для безатмосферных тел композиционно энергетически целесообразна.

[bob]

Да разумеется, ибо в текущем виде она как раз именно для безатмосферных тел композиционно энергетически целесообразна.

Не совсем. Я не зря разместил навесные баки сверху, а не по бокам, как советуют. Во первых, я стремился к аэродинамическому совершенству. Во вторых, я не хотел снабжать возвращаемую часть передним обтекателем и дополнительной теплозащитой спереди. Баки с передним обтекателем отстреливаются где-то на сотне километров высоты, где теплозащита спереди уже нужна, а не на шестидесяти, как у союза. Например, современные союзы с передними обтекателями, рассчитанными под увеличившиеся габариты полезной нагрузки, сопоставимыми с шириной основания ракеты, стали уже с аэродинамической точки зрения нелепы. Поэтому и логично засунуть полезную нагрузку непосредственно в основание, чтобы встречный поток среды не дробился на корпусе ракеты несколько раз.

[Константин ВАРБ]

Не совсем. Я не зря разместил навесные баки сверху,

Что то подобное, если мне не кажется, я читал у Лея о ранних проектах Брауна. Но там вроде бы именно малая мощность двигателей не позволила использовать эту концепцию как основную для космических ракет, и они тогда сколь я помню стали крутиться с идеей суборбитального самолёта.   

[Klapaucius]

хотя там 2я космическая скорость в несколько раз меньше чем земная.

Ещё интересный момент: эта схема совершенно идеальна для межпланетного взлётно-посадочного модуля. Например, если кого-то вправду, а не в шутку, понесёт на Луну и Марс. Дело в том, что роверы, оборудование и космонавтов лифтом с верхушки до грунта не навозишься. А здесь они выйдут сразу на грунт и зайдут обратно. Все люки внизу, на уровне грунта.

Ничего идеального в этом смысле не вижу. Во время полёта любые перекомпоновки практически бесплатны. Насчёт роверов-планетоходов и луноходов не одна собака съедена, даже без перекомпоновок.

Вы бы хотя бы поигрались в KSP, честное слово, прежде чем такое постить.

[bob]

Что то подобное, если мне не кажется, я читал у Лея о ранних проектах Брауна. Но там вроде бы именно малая мощность двигателей не позволила использовать эту концепцию как основную для космических ракет, и они тогда сколь я помню стали крутиться с идеей суборбитального самолёта.

Ни капли не удивлюсь, если это действительно так. Идея проста и естественна. И если тогда технологии ещё не позволяли её реализовать, то теперь не вижу проблем.

[Константин ВАРБ]

Что то подобное, если мне не кажется, я читал у Лея о ранних проектах Брауна. Но там вроде бы именно малая мощность двигателей не позволила использовать эту концепцию как основную для космических ракет, и они тогда сколь я помню стали крутиться с идеей суборбитального самолёта.

Ни капли не удивлюсь, если это действительно так. Идея проста и естественна. И если тогда технологии ещё не позволяли её реализовать, то теперь не вижу проблем.

Если современные двигатели уже обладают достаточной мощностью и живучестью для такой компоновки то пора.

[Змей Петров]

Во первых, я стремился к аэродинамическому совершенству.

Аэродинамическое качество. Весовое совершенство.
Это общепринятые термины.

[Инопланетянин]

Отстрелим чуть вперёд и вбок или развалим по оси на части, как блоки А, Б, В, и г на "Союзе".

Возможно. Чесночное расположение баков, которые разлетаются радиально в стороны под напором набегающего воздуха.

При взрыве нет. При пожаре - да. Причём, безупречно сработала САС "Союза".

Если и кабины сделать пристёгнутыми радиально с отстрелом в стороны, то и в таком случае защита может успеть. При пожаре, не при взрыве.

Тогда уже сложно назвать это ступенью, это уже чисто внешний бак.

Это да. Получается компактный планетолёт с пристёгнутыми сверху баками.

Основной минус данной схемы в том что вторая ступень будет нести излишнюю массу двигателей, что снизит полезную нагрузку.

Как раз наоборот. Это сейчас носят излишнюю массу двигателей, которые и денег стоят и сразу все не работают, а там вообще можно один двигатель сделать побольше. И за счёт его размера тоже многое выиграть.

Во вторых первая ступень должна быть расчитана на то чтобы выдерживать массу второй, а значит опять лишний вес.

Это сейчас так. А там наоборот вторая и третья должны будут выдерживать вес первой. Первого бака, если точнее. Зато как раз первый бак уже не должен будет выдерживать вес всего остального.

[crazy_terraformer]

Какая грузоподъемность была бы у модернизированной ракеты Сатурн-V на лучших современных двигателях и изготовленной из современных лёгких материалов?
Она могла вывести на НОО 141 т (эта масса включает корабль «Аполлон» и массу последней ступени с остатками топлива для разгона к Луне), и на траекторию к Луне 47 т полезного груза (65,5 т вместе с 3-й ступенью носителя).

[viesis]

Сколько бы проблем отпало, если бы можно было создать ТТРД с разрушающимся(плавящимся или
сгорающим) корпусом.