Аэродинамическое торможение с гиперболической траектории

[Андрей Курилов]

Какие инженерно-технические решения предложат высокочтимые доны добрым молодцам? На каких принципах им аэробрекинг сделать? Какие конструкции замутить, какие схемы посадки придумать? (Сразу застрелиться и бросить эту затею - не предлагать.  )

Варианты:

• магнитный парашют (можно с "надувной" магнитосферой, как здесь уже упоминал А. Семёнов) супротив звёздного ветра
• обратный термоглиссер (т.е. эффект Оберта с чирканием о звезду)

Применять следует в изложенном выше порядке, т.к. магнитный парашют эффективен на больших скоростях. На сотне-другой км/с (на бесконечности) будет эффективен термоглиссер. Эта комбинация позволит выйти практически с любой скорости (хоть с 0,5С) на междупланетные скорости, которые далее уже можно гасить об атмосферу планеты.

[GraY25]

Как то из рельсотрона такая же болванка в тридцать тысяч джи с гаком вылетала и телеметрию передавала после этого. А ведь это мини прототип был, на боевом военные рассчитывают увидеть побольше мощи

А подумать, почему так - не судьба?
Э/м поле ускоряет каждый атом болванки равномерно.
Поэтому там хоть мильён жи ускорения, она этого не почувствует тк структура остаётся стабильной.

А тридцать килоджи от нагрузки приложенной к одному краю - будет покруче удара парового молота.

[bob]

Выше прозвучала идея "прижимать" спускаемый модуль нашей "Луны-44" к оптимальной траектории торможения двигателем. Минус здесь какой: в этом случае, войдя в ионосферу по касательной, мы должны повернуть курс на 90 градусов на дистанции, чуть большей, чем половина меридиана целевой планеты. Если это Земля, то речь идёт всего-то о 20 000 км. Затраты топлива получаются сопоставимыми с затратами на разгон до исходной гиперболической скорости, а "прижимной" двигатель получается каких-то фантастических параметров по удельному импульсу (мы дольше разгонялись, чем так "тормозили"). Так что идея, при всём её внешнем изяществе - не проходит. Она по сложности реализации проигрывает просто торможению двигателями в пустоте. Однако, отчаиваться рано.

P.S. Пришло время первых численных прикидок. Итого: максимальный тормозной путь 20 тыс. км. (половина меридиана Земли с небольшими копейками за счёт того, что скорость, когда она станет меньше второй космической, уже можно гасить повторным входом в атмосферу) . Средняя скорость на нём 50 км/с. Итого: на все тормозные маневры у нас есть только 400 секунд. Средняя перегрузка при этом 25g. Вполне приемлемо.

[Nik-Kul]

  У звезды самая протяжённая атмосфера - в десятки или сотни раз больше планетных , об неё и тормозить !    Добавится несколько тысяч градусов лишних , но эту проблему всё равно решать вам придётся 

[GraY25]

  У звезды самая протяжённая атмосфера - в десятки или сотни раз больше планетных , об неё и тормозить !    Добавится несколько тысяч градусов лишних , но эту проблему всё равно решать вам придётся 

Ага, а ещё при подлёте к этой самой звезде, скорость выростет ещё на тридцаточку)))
Это ведь как раз то что нужно, когда собираешься тормозить 

[bob]

Ага, а ещё при подлёте к этой самой звезде, скорость выростет ещё на тридцаточку)))
Это ведь как раз то что нужно, когда собираешься тормозить 

Угу. Опередили.

P.S. Теперь нужно как-то защитить днище модуля от температуры порядка сотни тысяч градусов.

[BlackMokona]

Как то из рельсотрона такая же болванка в тридцать тысяч джи с гаком вылетала и телеметрию передавала после этого. А ведь это мини прототип был, на боевом военные рассчитывают увидеть побольше мощи

А подумать, почему так - не судьба?
Э/м поле ускоряет каждый атом болванки равномерно.
Поэтому там хоть мильён жи ускорения, она этого не почувствует тк структура остаётся стабильной.

А тридцать килоджи от нагрузки приложенной к одному краю - будет покруче удара парового молота.

В артелериский орудиях не сильно меньше и никакого равномерного ускорения всего тела, удар с одного направления и тоже замечательно летают.

[Nik-Kul]

P.S. Теперь нужно как-то защитить днище модуля от температуры порядка сотни тысяч градусов.

  Преобразовать температуру нагрева в электрический ток с высоким кпд , сработает как холодильник !   

[bob]

Как вариант - направить всё-таки тормозной двигатель соплом вперёд. То есть в абляционной теплозащите делаем дырочку, в которую вставлено сопло движка высокого давления. В результате удар встречного потока примет не днище, а газовая подушка, температура которой гораздо меньше, чем была бы при прямом обтекании встречным потоком. В общем, сделать спереди условно "холодный" пристеночный слой, с температурой всего 2-3 тыс. градусов, как делают в мощных двигателях, чтобы не выгорело сопло. При этом надо постоянно следить за оптимумом темпа торможения, давления окружающего воздуха и температуры встречки. То есть встречный поток не должен промять подушку истекающих газов и коснуться материала днища - вот за этим надо следить. Те же истекающие газы будут уносить назад свою перегретую часть. Гипер-абляция, так сказать, где роль предварительного абляционного щита играет реактивная тормозная струя.

P.S. Опять же - и вклад, собственно, в торможение, пусть и не значительный, и использование эффекта Оберта. В общем, плюсов одновременно много.

[Nik-Kul]

В результате удар встречного потока примет не днище, а газовая подушка, температура которой гораздо меньше

  Хорошая идея . Интересно , встречалось такое торможение КА в литературе ?

[bob]

  Хорошая идея . Интересно , встречалось такое торможение КА в литературе ?

Не слышал о таком. Наверное, потому, что пока в этом не было нужды. Обычного, не очень толстого, абляционного днища пока хватало с головой.

[ziggyStardust]

Ага, а ещё при подлёте к этой самой звезде, скорость выростет ещё на тридцаточку)))

шта?
Если честно я ничего не понял... Относительно чего на "тридцаточку"? Второй космической тамошней условной Земли? А откуда она всплыла? Да я знаю, что продвинуться "в Солнечную Систему" с нашей Земли сложнее чем покинуть ее... Но блин, каким боком это к нашей задаче???...

Какое-то шестое чувство подсказывает мне, что чугуниевую болванку, идущую на скорости в одну-две сотенки километров в секунду

Такой скорости достаточно чтобы, например, упасть на наше Солнце. Подлетай - не хочу... Покидать!? - Будь здоров...

[Nik-Kul]

  Может газовую подушку сдуть набегающим потоком , наверное , нужна определённая форма реактивного щита .

[bob]

Такой скорости достаточно чтобы, например, упасть на наше Солнце. Подлетай - не хочу...

На сотне-другой км/с (на бесконечности) будет эффективен термоглиссер. Эта комбинация позволит выйти практически с любой скорости (хоть с 0,5С) на междупланетные скорости, которые далее уже можно гасить об атмосферу планеты.

Ну, я понял - использовать Оберта-вверх-ногами. Дать тормозной импульс в периастре, постаравшись максимально приблизиться к местной звезде. Но сегодня перспективный технологический предел для такого приближения к Солнцу - 0,034 a.e. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Parker_Solar_Probe ) А практически достигнутый - 0,2 а.е для серии "Гелиосов" ( http://nashivkosmose.ru/poleti_ams_k_colncy.html ). Силён ли будет Оберт на таких дистанциях? Что-то сомнения берут.

[LonelyWanderer]

Как вариант - направить всё-таки тормозной двигатель соплом вперёд. То есть в абляционной теплозащите делаем дырочку, в которую вставлено сопло движка высокого давления. В результате удар встречного потока примет не днище, а газовая подушка, температура которой гораздо меньше, чем была бы при прямом обтекании встречным потоком. В общем, сделать спереди условно "холодный" пристеночный слой, с температурой всего 2-3 тыс. градусов, как делают в мощных двигателях, чтобы не выгорело сопло. При этом надо постоянно следить за оптимумом темпа торможения, давления окружающего воздуха и температуры встречки. То есть встречный поток не должен промять подушку истекающих газов и коснуться материала днища - вот за этим надо следить. Те же истекающие газы будут уносить назад свою перегретую часть. Гипер-абляция, так сказать, где роль предварительного абляционного щита играет реактивная тормозная струя.

P.S. Опять же - и вклад, собственно, в торможение, пусть и не значительный, и использование эффекта Оберта. В общем, плюсов одновременно много.

Что-то мне кажется, что ничего не выйдет. Ведь что такое аэродинамическое торможение - это торможение с помощью динамического давления в передней части корабля и разницей этого давления с давлением в задней части корабля (нулевое). Эта разница в давлении создаёт силу, направленную против движения корабля. Ваш двигатель, чтобы он не захлебнулся во встречном потоке, должен создавать давление на выходе большее, чем динамическое давление набегающего воздуха. Это только, чтобы он не захлебнулся, а чтобы вся передняя часть корабля была защищена возникшей "подушкой" - это давление должно распространиться по всей площади, а соответственно в самом сопле оно должно быть ещё гораздо больше, наверное во столько же раз больше, во сколько площадь поверхности передней части корабля больше площади сопла. В противном случае набегающий воздух с более высоким давлением просто вытеснит реактивные газы. А если не вытеснит, если возникнет некая "подушка" с более низким давлением, то это будет означать улучшение аэродинамического качества корабля - разница между давлением на переднюю стенку корабля и заднюю - уменьшится. Попросту говоря, с такой "подушкой", если она и возникнет - корабль просто тормозить будет гораздо хуже и вам не хватит длины траектории на торможение. Но скорее всего будет иначе - "подушка" под давлением набегающего воздуха просто приобретёт сопоставимое давление (ведь не может меньшее давление вытеснить большее, правда?), а это будет означать её разогрев до тех же самых температур, и результат будет близким к нулю.

[bob]

  Может газовую подушку сдуть набегающим потоком , наверное , нужна определённая форма реактивного щита .

Да. Об этом следует позаботиться. Допустим, двигатель не один. Их несколько в разных точках днища. И они, так сказать, вариабельно дросселируемы в зависимости от текущей обстановки. Например, где-то произошёл срыв потока. Там надо автоматически подбавить, а где-то, наоборот, убавить "газу". То есть, текущей формой защитной подушки перед днищем модуля, можно попробовать управлять.

Ваш двигатель, чтобы он не захлебнулся во встречном потоке, должен создавать давление на выходе большее, чем динамическое давление набегающего воздуха. Это только, чтобы он не захлебнулся, а чтобы вся передняя часть корабля была защищена возникшей "подушкой" - это давление должно распространиться по всей площади, а соответственно в самом сопле оно должно быть ещё гораздо больше, наверное во столько же раз больше, во сколько площадь поверхности передней части корабля больше площади сопла. В противном случае набегающий воздух с более высоким давлением просто вытеснит реактивные газы.

Вообще-то давление в двигателе должно быть просто больше или равно давлению спереди. Это просто условие истечения. 40-50 атм. для современных движков вполне норм. Ваш вывод насчёт площади сопла верным мне не кажется. Хотя, здесь уже нужно глубоко копаться в газодинамике, чтобы это доказать или опровергнуть. На этапе первой прикидки это мне кажется рановато.

это будет означать улучшение аэродинамического качества корабля - разница между давлением на переднюю стенку корабля и заднюю - уменьшится. Попросту говоря, с такой "подушкой", если она и возникнет - корабль просто тормозить будет гораздо хуже и вам не хватит длины траектории на торможение.

Вот с этим действительно придётся побороться. Если двигатель один и по центру, сопротивление действительно снизится. Видимо, надо добавить двигатели, расположенные по перииметру днища, чтобы форма создаваемой ими газовой "подушки" спереди была более плоской.

а это будет означать её разогрев до тех же самых температур, и результат будет близким к нулю.

Не обязательно. Прогревшийся газ может уходить назад в темпе, превышающем нагрев. В любом случае газовая "подушка" будет всегда в целом холодней поверхности её соприкосновения со встречным потоком. Сами понимаете, если этот Ваш вывод верен, сам механизм работы абляции был бы не возможен, и не работала бы обычная теплозащита. Там фокус именно в том, что перегревшиеся крупинки щита постоянно сдуваются назад, подставляя новые, ещё холодные. Так же и здесь: постоянный приток условно "холодного" газа в пристеночный слой и сдувание перегревшегося назад.

[ziggyStardust]

иконку на берию в очках что-ли сменить

Прошу прощения. Я был слишком строг

Вышеупомянутому Вами товарищу сожаления в свое время не успели помочь...

Насчёт ориентиров - верно.
Хотя, относительно ориентиров, британская система позиционирования по квазарам с точностью до дециметров на расстоянии парсек - видимо точнейшая.

Каких таких квазаров? Навигация по квазарам это как GPS по Полярной Звезде. Кстати, если будете строить такую систему не забудьте каюту для Попова...

Может пульсаров? Но как изменятся позиции ближайших из них путешествуй мы к Проксима Кентавра?

Но вот Ваши энергетические выводы всё же беспокоят.

Меня беспокоит то, что Вас беспокоит мое беспокойство... Есть лженаука. Есть расхищения завышением закупочных цен. Есть ошибки при расчетах. А есть "комитет по усложнению простых вопросов". Как сделать паросамолет? А чугунный цеппелин? А колонизировать Солнце? И т.д. Вот этим Вы и занимаетесь. 

Вопрос - зачем? В чем цель этой "украинской аналитики"? У меня есть два варианта:
1) я слышал о богатом русскоязычном еврее что хочет при жизни узнать есть ли рядом "соседи". Арендует какие-то радиотелескопы и собрался строить мега-лазеры(еще один Маск ) чтобы пулять по ближним системам скаутами размером с мобилку. Вот было-бы классно плюнуть этим зондом в систему аккурат так чтобы попасть в атмосферу планеты-спутника и сбросить там скорость. Никаких тебе моторов. Пассивная схема... Вывод неутешительный. Слишком много неизвестных(неотработанных, труднопрогнозируемых, немоделируемых) звеньев в цепочке этапов полета. Это даже если лазеры-циклопы отбросить...
2) узнать когда "ОйМаМаМоя" отстрелил капсулы-зонды... Ну это полегче и мы уже все понимаем где и когда ...

[bob]

Арендует какие-то радиотелескопы и собрался строить мега-лазеры, чтобы пулять по ближним системам скаутами размером с мобилку.

Мильнер-то с Хокингом и их нано-зондами? Да, это не в меру смешной "проект".

Каких таких квазаров?
Может пульсаров?

Спасибо за поправку. Опечатался. Пульсаров, конечно. В прошлом году британские учёные предложили. Если доплеровские сдвиги частот известных пульсаров постоянно замерять, они там обещали точность позиционирования и определения собственной скорости до сантиметров в секунду. Недавно ещё более точный метод предложили. По рентгеновским пульсарам. Но не вдавался.

[Андрей Курилов]

Спасибо за поправку. Опечатался. Пульсаров, конечно. В прошлом году британские учёные предложили. Если доплеровские сдвиги частот известных пульсаров постоянно замерять, они там обещали точность позиционирования и определения собственной скорости до сантиметров в секунду. Недавно ещё более точный метод предложили. По рентгеновским пульсарам. Но не вдавался.

Все смешалось - кони, люди, пульсары, квазары. По рентгеновскиим пульсарам измеряют не скорость, а координаты. И не по сдвигу частот (упаси хокинг измерять сдвиг частот в рентгене), а по задержке импульса

[sharp]

обратный термоглиссер (т.е. эффект Оберта с чирканием о звезду)

Для этого придется запускать вместе с кораблем существенную массу рабочего тела для термоглиссера. Вопрос на засыпку - что у вас будет играть роль рабочего тела, и если водород, как вы добьетесь чтобы он не утек из баков за время перелета?