Правильно ли мы строим ракеты?

[crazy_terraformer]

Спейсы, конечно, монстры и плитка их отваливающаяся не есть гуд, но какую массу они могли выводить. Ээх твою ж м...!

[bob]

Вариант (опять игра по замене "Зенита" с учётом работы над ошибками).

Двигатели обеих ступеней включаются на старте одновременно.
Первая ступень - блок из 6-ти ТТРД, расположенных общим пакетом под баками второй ступени (длина каждого - 5 метров, ширина - 1,8 метра) общей массой 240 тонн. Сухая масса возвращаемая - 36 тонн. Масса парашютной системы 6 тонн. Теплозащита не требуется, так как отделение производится ещё в стратосфере на скорости 4-5М.

Вторая ступень: масса 160 тонн.
Двигатели Два РД-120
Полная масса:    1285 кг
Сухая масса:    1125 кг
Высота:    3,872 м
Диаметр:    1,954 м
Тяга: 85 тс
Давление в камере сгорания:    16,2 МПа
Горючее керосин RP-1
Окислитель жидкий кислород
Масса возвращаемого модуля из двух двигателей, турбонасосов и автоматики - примерно 6 тонн, масса теплозащиты - 3 тонны, масса парашютной системы - 1 тонна.
Полезная нагрузка, выводимая на НОО - около 6 тонн против 13-ти тонн у "Зенита".  Уже неплохо. Конечно, половиной полезной нагрузки пришлось пожертвовать ради возвращаемости ступеней, но это отбиваемо при повторных пусках.
Плюс относительно шаттла - отсутствие планера и размещение твердотопливных ускорителей под днищем, а не по бокам внешнего топливного бака, что снижает лобовое сопротивление. Диаметр всей конструкции - метров 7-8, не больше. Высота - примерно 60 м.
Таким образом мы возвращаем только ускорители и небольшой спускаемый аппарат с двигателями и бортовой аппаратурой второй ступени. Обычный шаттл, помимо этого, вынужден возвращать ещё сам большой тяжёлый корабль. Что совершенно ни к чему. Твердотопливные ускорители лучше объединить в единый блок, после отработки сдвигаемый и отделяемый назад, а не отбрасывать их в стороны, как обычно делается. Чтобы он не вращался беспорядочно, можно его снабдить небольшими стабилизаторами, как авиабомбу. Это безопаснее при раскрытии парашютов и удобнее для его поиска и транспортировки после его посадки. (Чтобы стропы не запутались при вращении, и чтобы затем не подбирать в степи четыре или шесть труб, в зависимости от компоновки, по отдельности разбросанных на большой площади.)

[gans2]

Нужен простой способ спасения ВСЕХ двигателей, насосов и автоматики

Вдоль низких широт Земли разбросаны стартовые хабы орбитальных шаттлов.
 С хабов стартуют суборбитальные курьеры элитных инспекторов или челноки к орбитальным платформам.  Это неотличимые друг от друга аппараты с дельтавидным крылом, связанные попарно брюхом друг к другу. Между ними тракт тракт гиперзвукового ВРД второй ступени. Парочка стоит на первой ступени - платформе стартующей вертикально на продвинутых турбреактивных двигателях - потомках "бочонков" под крыльями нынешних магистральных лайнеров. Ставить их больше некуда. Лайнеры  не летают.)      Первая ступень забрасывает связку из челноков выше стратосферы, разгоняет до запуска второй ступени и возвращается на землю на две-три тысячи километров восточнее. На соседний хаб.
Челнок второй ступени отдает свое топливо  орбитальному близнецу и планирует на подходящий по маршруту хаб дальше. Орбитальные и суборбитальные запуски совместились в единой системе.

[bob]

Орбитальные и суборбитальные запуски совместились в единой системе.

Каждая ступень - космоплан? Матрёшка из планеров? Вспомните печальный опыт попыток доработать "Байкал". Слишком затратно. Никто не стал с этим возиться до конца. На выставке показали возвращаемую по самолётному ступень, и всё. В музей поставили.

[bob]

Ещё интересная мысль - поэкономить на тормозном импульсе. Его можно почти не делать. Шаттл, орион или союз должны возвращаться с высоты полёта МКС, и побыстрее, в короткие точные сроки. Поэтому они нуждаются в достаточно мощном двигателе и ощутимом запасе топлива для посадки. Но для беспилотного носителя этого не требуется. Спуск идёт с низкой опорной орбиты (всего 160-180 км высоты). Спускаемую капсулу нужно отделять от баков второй ступени как можно позже, чтобы использовать их аэродинамическое торможение, их парусность. (Так всё само упадёт назад за несколько сотен витков, без всякой работы двигателей. А торопиться нам некуда.) Сброс баков и небольшой тормозной импульс потребуются только на 120-110 км высоты, непосредственно перед началом сильного нагрева днища, для точного позиционирования посадки, чтобы не залететь слишком далеко от места подбора, а не для сведения с орбиты, как принято делать. В общем, атмосферу надо использовать по максимуму - это очень хорошее средство торможения, доступное на халяву.

[gans2]

Каждая ступень - космоплан

А прочитать все буквы?

на первой ступени - платформе стартующей вертикально на продвинутых турбреактивных двигателях - потомках "бочонков" под крыльями нынешних магистральных лайнеров

Все как заказывали. Первая ступень - Простая вертикально стартующая на турбореактивных двигателях платформа.
Вторая ступень - ракетоплан с топливом. Третья ступень ракетоплан с топливом и ПН. Взаимозаменяемые вторая и третья ступень.  Работа двигателями обоих ступеней (двигатель воздушнореактивный - тракт между состыкованными плоскостями друг к другу ракетопланами.)

[bob]

А прочитать все буквы?
Все как заказывали. Первая ступень - Простая вертикально стартующая на турбореактивных двигателях платформа.

Прочитал, прочитал. Не родился ещё такой турбореактивный двигатель. По мощам. На Вашем месте я бы обратил внимание на прямоточные. Но их нужно сначала разгонять твердотопливными ракетными ускорителями до рабочего режима.

[Маска]

Первая ступень - Простая вертикально стартующая на турбореактивных двигателях платформа.
Вторая ступень - ракетоплан с топливом. Третья ступень ракетоплан с топливом и ПН. Взаимозаменяемые вторая и третья ступень. 

Чего только не рисовали.

Да и реально продували в АДТ.

[bob]

Чего только не рисовали.

Да и реально продували в АДТ.

Всё украдено до нас. (с) 

P.S. Это из какого-нить советского журнала шестидесятых годов, если не секрет? Поетично смотрится. Как всё не жизненное.

[gans2]

Не родился ещё такой турбореактивный двигатель.

Давно родился. Оптимизировать по тяге и воду впрыскивать на начальном разгоне, пока скорость мала. На А-базе посчитали давным давно.

[Маска]

P.S. Это из какого-нить советского журнала шестидесятых годов, если не секрет? Поетично смотрится. Как всё не жизненное.

То просто картинка,но были и продувочные модели.Много,очень много.

[bob]

Да, эффектно смотрится. Но не летабельно. 

P.S. Мои планы по обкорнанию шаттла. Итак, схема пакетная. Все двигатели включаются на старте. Планер космоплана устранён, и заменён маленькой спускаемой капсулой с возвращаемыми двигателями, насосами и автоматикой второй ступени. Первая ступень - пакет ТТРД для отрыва от Земли и придания скорости 4-5М, возвращаемый на парашютах. Грузовой отсек внизу. Доступ к нему организован прямо с поверхности стартового стола, как и к объединённого порталу кабелей и трубопроводов наземного обслуживания. Кабель-мачт и мачт обслуживания нет. Полезная нагрузка на опорной орбите отстреливается вбок, а не вперёд после раскрытия стен грузового отсека. Навесные баки сверху - они одноразовые, и жертвуются вместе со стенками опустевшего грузового отсека, предварительно облегчая сведение капсулы второй ступени с орбиты своим сопротивлением среде... Если шаттлу подрезать крылья или полностью их отрезать, то он смотрится лучше.

[postoronim]

А зачем ступени возвращать? Что там ценного? И не опасно ли вновь использовать?

[bob]

А зачем ступени возвращать? Что там ценного? И не опасно ли вновь использовать?

Хорошие вопросы. Их можно переадресовать Маску, разработчикам "Байкала" и авторам шаттлов, аки американских, тако же и советских.

P.S. В общем, любую ракету среднего класса можно, при желании, перекомпоновать по предложенной мною схеме. Но при этом надо учитывать, что её полезная нагрузка снизится примерно в два раза за счёт утяжеления второй ступени дополнительной спускаемой капсулой с парашютом. Кстати, для тяжёлых РН этот показатель будет тем выгоднее, чем тяжелее ракета, в большей степени в пользу перекомпоновщика, поскольку масса теплозащиты и парашюта спускаемой капсулы второй ступени растёт как квадрат от диаметра её двигателей, а их мощность - растёт как куб. Для лёгких РН идея не работает по той же причине, поскольку они исходно не способны поднять спускаемую капсулу, даже самую минималистичную, никакую.
В принципе, идея вполне проходная, после устранения ошибок и недочётов, допущенных при первых прикидках. Напомню - участники темы мне справедливо указали на невозможность тащить на орбиту тяжёлые стартовые двигатели (о чём я просто забыл, мысленно пренебрегая их массами в рассмотрении) и пользу твердотопливных ускорителей первой ступени (поскольку именно у них масса бака и масса двигателя - одно и то же, и их поэтому челноку любой схемы выгоднее отбрасывать), на недопустимость возвращения вместе с двигателями, насосами и аппаратурой пустого грузового отсека (теплозащита получится неподъёмной из-за его габаритов, а нужен он на Земле как козе баян) и т.п. В общем, мозговой штурм удался. 

P.S.S Возвращась к опасности применения многоразовых схем, прямо скажу, что я с этим согласен. Именно поэтому я выбрал сменный абляционный экран на днище, а не шаттловскую плитку. Да, он не восстановим, но одноразово более надёжен. Кроме того, я пилотируемые запуски пока ещё и не рассматриваю. Пока мне была нужна многоразовая рабочая лошадка для повседневного запуска спутников, коммерческих и военных. Если подумать насчёт пилотируемых запусков, то я выступаю за ограниченную многоразовость, и вижу её примерно так:
Первый пуск каждой новой ракеты должен быть беспилотным, с коммерческим или военным ИСЗ. В общем, он будет испытательным, и заодно, в случае провала, выявит недостатки сборки. Второй пуск может быть пилотируемым, на уже проверенной первым пуском ракете. Последующие запуски должны быть только беспилотными, причём с желательным поэтапным снижением стоимости и значимости запускаемых аппаратов, чтобы последние запуски перед списанием ракеты в утиль не были связаны с большими рисками. Например, рекордную АМС или уникальную обсерваторию (а не только космонавтов), я бы после третьего-четвёртого пуска настоятельно бы не рекомендовал ставить. Только какие-нибудь серийные спутники связи типа "Ямалов", которые можно будет заменить, при вероятной потере.

[viesis]

Почему это мощность двигателя растет как куб диаметра?

[bob]

Почему это мощность двигателя растет как куб диаметра?

Потому, что количество одновременно сгораемого топлива пропорционально объёму двигателя при равных степенях сжатия. То есть зависимость, с какими-то понижающими-повышающими коэффициентами (на сжатие, на многокамерность и т.д.) в целом кубическая. А масса теплозащиты - квадратичная зависимость. Грубо говоря, это просто площадь днища спускаемой капсулы. Вот и думайте, что выгоднее. Чем больше двигатель, тем полезнее его возвращать, даже чисто геометрически. Не говоря уже об астрономическом росте его стоимости с размерами и мощностью.

[Маска]

"Правильно ли мы строим ракеты?"
bob не выдумывайте новые сущности.Просто почитайте К.П. Феоктистова по одноступенчатым многоразовым ракетам с вертикальной посадкой(привет Маску).ГРЦ Макеева даже вели разработку "Короны" с 1992 по 2012 года.При стартовой массе 295 тонн,масса ПН на НОО 7,5 тонн.Степень многоразовости РН в целом — 100 полетов, отдельных её элементов — не менее 25. 

[bob]

Вторая ступень - ракетоплан с топливом. Третья ступень ракетоплан с топливом и ПН. Взаимозаменяемые вторая и третья ступень.  Работа двигателями обоих ступеней (двигатель воздушнореактивный - тракт между состыкованными плоскостями друг к другу ракетопланами.)

Кстати, могу Вас обрадовать. Китайцы неожиданно вернулись к рассмотрению подобных вариантов:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,143033.msg3682860.html#msg3682860
Хотели запускать в прошлом году, но по какой-то причине, остановились на проектном этапе.

Первая ступень - Простая вертикально стартующая на турбореактивных двигателях платформа.
Вторая ступень - ракетоплан с топливом. Третья ступень ракетоплан с топливом и ПН. Взаимозаменяемые вторая и третья ступень.

Чего только не рисовали.

Да и реально продували в АДТ.

Видимо, именно потому, что в конце концов сошлись на том, что поетично, в смысле - дорого и нежизненно. Но двигатели у них всё-таки ГПВРД, естественно, были заложены, а не турбореактивные. Потому что ГПВРД - это недосягаемый венец из всех термохимических РД по мощности и удельному импульсу, аминь.

[bob]

"Правильно ли мы строим ракеты?"
bob не выдумывайте новые сущности.Просто почитайте К.П. Феоктистова по одноступенчатым многоразовым ракетам с вертикальной посадкой(привет Маску).ГРЦ Макеева даже вели разработку "Короны" с 1992 по 2012 года.При стартовой массе 295 тонн,масса ПН на НОО 7,5 тонн.Степень многоразовости РН в целом — 100 полетов, отдельных её элементов — не менее 25. 

Да это я всё знаю. В начале девяностых ещё про это читал. Началось всё примерно отсюда:
https://en.wikipedia.org/wiki/McDonnell_Douglas_DC-X
(12 тестовых полётов суборбитального прототипа). Где-то я выше это упоминал вскользь.
Собственно, "Корона":
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%9E%D0%A0%D0%9E%D0%9D%D0%90_(%D1%80%D0%B0%D0%BA%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C)
Как учебно-тряпошный вариант:
https://ru.wikipedia.org/wiki/New_Shepard

Но есть большое НО. Все серъёзные разработки этих штук (кроме игрушечного Нью-Шеппарда. строящегося для потехи малоимущих туристов), повсеместно свёрнуты. Не пaллучиллось.
Я поставил себе совсем другую задачу - ничего не меняя в технологии, набросать осуществимый проект. Гораздо менее претенциозный и гораздо более тупорылый. Чисто путём перестановок компоновки. Поэтому и ступени остаются две, а не одна. И никаких супер-пупер-технологий планирования конусов в атмосфере. Вся технология на уровне пятидесятых годов прошлого века, а навар возможен. Вот сейчас всё лишнее отброшено, всё ошибочное в целом скорректировано, и стало ясно, что это вполне реально сделать, и это может работать, причём при минимальных вливаниях.
Там ведь чётко написано про "Корону": "...Уровень проведённых работ соответствует предэскизному. Были проведены проектные проработки, создана концепция разработки РН, определены ключевые технические и технологические решения. По состоянию на 2013 год работы свёрнуты ввиду отсутствия источников финансирования..."
Не удивительно, что финансирование свернули. Никто сегодня, да и завтра, не будет вкладываться в те технологии, которые там понадобились. Из этого следует простой вывод - не надо никаких технологий. Надо полностью обойтись серийными имеющимися. Что я и прикидываю.

[bob]

Ув. Грехов в теме про "Ангару" высказал разумную мысль о том, что 6 тонн на НОО сейчас не актуально, и нужно не меньше 13-ти.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,49163.msg3683457.html#msg3683457
Поэтому для коммерческой эффективности мою ракетку нужно увеличить по грузоподъёмности, переведя её в тяжёлый класс. Кстати, сразу становится видна выгода от увеличения размеров, поскольку, например, пустая спускаемая капсула возвращаемого модуля для двух двигателей и для четырёх, очевидным образом, будет одинакового размера и массы. И ракета, сделавшись вдвое больше, поднимет уже не 12 тонн вместо 6-ти, а 14-ть, что лучше покрывает средние интересы заказчиков запусков.

Новые параметры ракеты.

Длина: около 100 м.
Диаметр: около 9 м.
Масса: 920 тонн.

Схема пакетная. Двигатели обеих ступеней включаются на старте одновременно.

Первая ступень - блок из 8-ти ТТРД-ускорителей, расположенных общим пакетом параллельно двигательной капсуле второй ступени, охватывая её со всех сторон (длина каждого ускорителя - 6 метров, ширина - 2 метра) общей массой 340 тонн. Сухая масса возвращаемая - 42 тонны. Масса парашютной системы 8 тонн. Теплозащита не требуется, так как отделение производится ещё в стратосфере, на высоте 25 км на скорости 4-5М.
Твердотопливные ускорители объединены в единый блок, после отработки сдвигаемый и отделяемый назад (вниз), с целью упрощения их подбора и погрузки автокраном.

Вторая ступень: масса 560 тонн.
Двигатели: четыре РД-120
Полная масса одного:    1285 кг
Сухая масса одного:    1125 кг
Высота:    3,872 м
Диаметр:    1,954 м
Тяга: 85 тс
Давление в камере сгорания:    16,2 МПа
Горючее: керосин RP-1
Окислитель: жидкий кислород
Масса второй ступени: 5,2 т.
Масса возвращаемого модуля из четырёх двигателей, турбонасосов и автоматики - примерно 10 тонн, масса теплозащиты (одноразового заменяемого экрана с абляционным покрытием) - 3 тонны, масса парашютной системы - 2 тонны.

Полезная нагрузка, выводимая на НОО: 14 тонн.

Общая компоновка указана на рис. из сообщения:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,142482.msg3683103.html#msg3683103
- но теперь ракета немного шире и почти в два раза длиннее.