Техника для вакуумно-атмосферных межпланетных пилотируемых полётов (к Венере)

[Vavanzer]

 Нет, уважаемый, дозапрвка в атмосфере заимствована отсюда: 

  Идеи различных дозаправок еще в середине прошлого века были, как нечто само собой разумеющееся и проистекающее естественным образом, различные варианты. В тч и зачерпыванием атмосферы в пролете, для ЯРД. 
   А перезаправлять взлетающий космоплан на полпути - пока перезаправишь, он уже потеряет скорость и свалится быстрее))) Или топлива сожрет больше, чем получит, пока держится "на плаву"!

[Андрей 2]

Ну как видите в расчёте даже с большим расходом горючки он не упадёт.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,162041.700.html

[Андрей 2]

В итоге на сегодня оказалось намного выгоднее закидывать "маленькими" ракетами ту же самую массу 20+тонн. При 5-ти кратно меньшей стартовой массе)))
 А на ГПО еще веселее, Фалкон-9 в 1,5-2 раза выигрывает у Шаттлов. 5,5-8т против 3,8т. И стоимость 10+ раз дешевле при этом.
   Одноступенчатый же космоплан будет даже не 1,2% грузоподьемность иметь, относительно стартовой массы, а и вовсе менее 0.5%.
 А межполетное обслуживание... Показательный пример - разного рода сверхзвуковые  самолеты, Blakcbird как вариант... Почитайте на досуге про все это. Сколько сама машина стоит, и сколько требует на содержание))
  И пока никто не придумал как преодолеть это все...  Был дерзкий проект Skylon не прокатил. Опять же изза желания впихнуть все в одноступенчатый вариант.

Гравитационные потери — увеличение характеристической скорости, требуемой для совершения орбитального манёвра, вследствие работы реактивного двигателя против силы тяжести. Иными словами, это затраты на удержание ракеты в гравитационном поле.

В течение всего времени манёвра на ракету действует гравитационное ускорение, которое частично компенсирует собственное ускорение, приобретаемое работающей ракетой. При этом чем меньше тяга двигателя, тем больше времени ему придётся работать для совершения манёвра, тем бо́льшие потери успеют накопиться за это время.

Например, если тяга ракеты едва больше её веса, при взлёте она будет подниматься очень медленно, а почти всё топливо будет расходоваться на поддержание в пространстве. Можно уменьшить гравитационные потери, увеличив мощность двигателя, но он при этом станет тяжелее и дороже. Поиск компромисса составляет одну из проблем ракетостроения.

Потери также зависят от наклона ракеты. При запуске с земли бо́льшая часть этих потерь приходится на начало полёта, когда траектория ближе к вертикали, и вертикальная составляющая тяги максимальна.

Величина потерь вычисляется по формуле[1]:

Δ
V
g
=
∫
0
T
g
sin
⁡
θ
d
t
{\displaystyle \Delta V_{g}=\int \limits _{0}^{T}g\sin \theta \,dt},
где
g
(
t
)
{\displaystyle g(t)} — местное ускорение свободного падения[комм. 1],
θ
(
t
)
{\displaystyle \theta (t)} — угол вектора тяги над горизонтом.

При выводе космического аппарата на низкую околоземную орбиту требуется достичь первую космическую скорость, равную 7,8 км/с (для орбиты высотой 200 км). Однако из-за различных потерь (гравитационные, аэродинамические, потери на управление[комм. 2]) от ракеты требуется бо́льшая характеристическая скорость, составляющая 9—10 км/с[2]. При этом на практике значительная доля всех потерь приходится именно на гравитационные: например, для РН Сатурн-5 при запусках в рамках программы «Аполлон» они составляли 88%[3] всех потерь на активном участке траектории.

В отличие от ракет, самолёты благодаря подъёмной силе практически не испытывают гравитационных потерь. Это — одна из причин, по которым орбитальные самолёты в будущем могут оказаться более экономным способом вывода на орбиту[4].

https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8

[Vavanzer]

В отличие от ракет, самолёты благодаря подъёмной силе практически не испытывают гравитационных потерь. Это — одна из причин, по которым орбитальные самолёты в будущем могут оказаться более экономным способом вывода на орбиту[4].

  Вопрос только в этой подьемной силе выше тропосферы на сверхзвуковых скоростях. Ну и добротность планера.

[Андрей 2]

Ну и добротность планера.

Ну это само собой.

[Vavanzer]

Ну и добротность планера.

Ну это само собой.

Там просто есть подвох.
Если при нормальных давлениях атмосферы за счет скоростного вакуумирования области над крылом у нас есть давление снизу+давление набегающего потока на условную плоскость под углом, но то при малых давлениях стратосферы первый фактор стремится к нулю, остается только скоростной фактор.
 Остается понять соотношение лобового сопротивления к подьемной силе, ну и тяге движка. Может быть там аэродинамический фактор подьема нинимальный, а основной вклад привносит вектор тяги реактивного двигателя. Я не расчитывал подробно. Можно попробовать прикинуть простую модель.

 Они все эти космические штуки на гиперзвуке в разреженной атмосфере немного под углом носом к верху летают, относительно траектории полета, чтоб пузо подьемную силу создавало. Там уже никакой профиль крыла не работает. Примерно как на этой картинке.
https://i.ytimg.com/vi/aD20QOwc1Nk/maxresdefault.jpg
  На посадку тоже под большим углом тангажа заходят, шаттлы те же самые.
 У современных самолетов средних кстати та же фишка, перед посадкой на снижении в километре от ВПП и ближе фюзеляж мордой к верху относительно горизонта. Каждый день наблюдаю эту картину, и тоска по космосу возникает)) 
 Добавлю еще фотку шаттла перед касанием полосы, (из яндекс-картинок) Ну и суперджет, до кучи.
 Як-42 обычно почти ровно снижался. Под конец только его чуть задирали, практически около полосы.

[MenFrame]

чтоб пузо подьемную силу создавало. Там уже никакой профиль крыла не работает.

Профиль крыла такую же подъемную силу создает как и пузо.

У современных самолетов средних кстати та же фишка, перед посадкой на снижении в километре от ВПП и ближе фюзеляж мордой к верху относительно горизонта.

Такой профиль нужен для того что бы снижение затормозить и не разбиться об землю.

Может быть там аэродинамический фактор подьема нинимальный, а основной вклад привносит вектор тяги реактивного двигателя.

Самолеты летают до 5000 км/ч в принципе для сокращения гравитационных потерь больше и не нужно. Далее можно лететь как обычная ракета.

[Vavanzer]

Самолеты летают до 5000 км/ч в принципе для сокращения гравитационных потерь больше и не нужно. Далее можно лететь как обычная ракета.

  Эт то да,чем больше скорость, тем больше влияние центробежной силы, и суммарное ускорение свободного падения падает.
 Значит, и подьемная сила требуется по убывающей, по мере роста скорости. Это в плюс для ракетоплана разогнанного даже в половину первой космической.
 

Профиль крыла такую же подъемную силу создает как и пузо.

Тогда почему не делают крылья формой как фюзеляж!? А свой профиль, более плоский и определенной формы. Да и вообще тогда, зачем нужны крылья, если любая бочка под углом  должна создавать подтемную силу?
 

Такой профиль нужен для того что бы снижение затормозить и не разбиться об землю.

  Так они этим и пользуются, я об этом же.  На крейсерской же скорости дозвуковые планеры так не задирают, как сверхзвуковые и космопланы. На сверхзвуке уже за счет задирания всего корпуса держатся, всем "днищем" воздух под себя "подбирают". И отсюда, для космоплана просится максимально "сплющенная" форма, с минимальным сечением. Правда это все в ущерб обьему и высоте грузового отсека будет. Максимально острая и плоская форма.
Что то тип того.

[Vavanzer]

Вот интересная концепция одноступенчатого космоплана.
https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-10426799/Aerospace-firm-reveals-plans-build-spaceplane-land-runway.html?ico=amp-comments-viewall

"Со временем мы намерены сделать космические путешествия почти такими же простыми и удобными, как перелёты на авиалайнерах», — сказал он, добавив, что основное внимание уделяется не туризму."

[MenFrame]

Значит, и подьемная сила требуется по убывающей, по мере роста скорости.

И по мере того как вес топлива уменьшается.

Да и вообще тогда, зачем нужны крылья, если любая бочка под углом  должна создавать подтемную силу?

Кроме подъемной силы, крылья нужны для стабилизации и управления полета, для чего обычно на крыльях устанавливаются элероны.

[Андрей 2]

Из всего описанного получается такая картинка:

Помнится когда то я график рисовал для космолёта.

[Андрей 2]

Вот интересная концепция одноступенчатого космоплана.

Хорший аппарат, на наш М-19 смахивает, тем более пассажирский , а я начал было заниматься таким, но там блин настолько всё нужно было перестраивать всю компоновку, что я прекратил это предприятие, и сосредоточился на грузовом, для него больше подходит именно предложенная схема, - изменяемая геометрия крыла- высокоплан с возможностью вертикального взлёта и посадки, так и только так, а с пассажирскими пусть мучаются другие.

[Андрей 2]

Площадь крыла этого варианта составляет 580М2 его подъёмная сила рассчитана  и показана на скриншоте:

Кстати подъемная сила тоже была подсчитана, плюс общая площадь поверхности и площадь крыла.
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,162041.740.html

[Андрей 2]

Тогда почему не делают крылья формой как фюзеляж!?

Ведь задача крыла-врезаться, встроиться в набегающий поток, и удерживать при этом весь летательный аппарат, нести его на себе выдерживая перегрузки на различных скоростных режимах и при маневрировании.

[cryon]

А чем плоха двухступенчатая схема Илона Маска starship? Просто в одноступенчатой схеме всегда есть проблема: если топливо плотное т.е. керосин то удельный импульс меньше, если более мощное -водород то нужен огромный бак слабо вписывающийся в концепцию космоплана. А делать первую ступень керосин а  далее водород по моему оптимально без всяких крыльев. Тема же всерьез не касается полетов к Венере? что там делать? По полетам земля  -марс нужно по ступеням: -керосин - водород - фотопанели с ионниоком. И еще зачем вообще насо начали делать килопавер с стирлингом для марса??? Не проще фотопанели и ли-ионный аккумулятор? Если уж делать реактор то фотореактор пока нет термояда нормальный такой временный костыль.

[Андрей 2]

А чем плоха двухступенчатая схема Илона Маска starship?

Ну, понимаете, сейчас рано говорить о достоинствах Старшипа, пока что мы видим одни недостатки, вот когда будет летать нормально, как должен, тогда и скажем, пока что мы видим только аварии.

Там выше есть сообщение №982, почитайте его и вы поймёте почему космолёты лучше ракет, хорошо?

[Vavanzer]

Вот интересная концепция одноступенчатого космоплана.

Хорший аппарат, на наш М-19 смахивает, тем более пассажирский , а я начал было заниматься таким, но там блин настолько всё нужно было перестраивать всю компоновку, что я прекратил это предприятие, и сосредоточился на грузовом, для него больше подходит именно предложенная схема, - изменяемая геометрия крыла- высокоплан с возможностью вертикального взлёта и посадки, так и только так, а с пассажирскими пусть мучаются другие.

  Вчера хотел ссылку про М-19 выложить! Пока добрался среди кучи открытых статей, инет вырубили, по известным причинам...
  Вообще оч интереснвй масштабный проект, достаточно дерзкий для тех времен. Да еще и с ядерным подогревом топлива, и переходом на полный ядерный цикл... Правда, всеж, бросается в глаза бессмысленность тащить всю махину на орбиту. В случаях с доставкой грузов. Так, для каких то промежуточных задач с выныриванием в космос может и прокатил бы, ну и в качестве высотного разведчика.

https://topwar.ru/159016-mnogorazovyj-kosmicheskij-jadernyj-proekt-samoleta-m-19.html

 Еще, удивило что идея доп подогрева химического топлива ядерным реактором для увеличения УИ  оказывается всерьез рассматривалась, я до нее несколько лет назад додумался сам, но немного бредовой казалась, тк смысл тогда вообще "химию" использовать в ЯРД, хотя с другой стороны небольшой реактор закрытого безопаснее и предпочтительнее большого полноценного "открытого" ЯРД.

[Vavanzer]

Тема же всерьез не касается полетов к Венере? что там делать?

  Там просто смысл из вакуума в атмосферу верхнюю снижаться. Например на аэростатную станцию. А что там делать?... Жизнь в облаках искать )))) Погоду изучать, поверхность мониторить, ну и еще что нибудь искать. Ученым как правило все интересно, даже  "безсмысленные" процентные соотношения каких-нибудь экзотических веществ !))

 

А чем плоха двухступенчатая схема Илона Маска starship?

  Наверное тем что отличается от более разумной схемы типа этой:
 

По полетам земля  -марс нужно по ступеням: -керосин - водород - фотопанели с ионниоком

[Vavanzer]

И еще зачем вообще насо начали делать килопавер с стирлингом для марса??? Не проще фотопанели и ли-ионный аккумулятор? Если уж делать реактор то фотореактор

  Тоже не совсем понятно. Тк фотоэлементы гораздо проще, легче, экологичнее, хоть прям сейчас делай и летай сколь угодно в небольшом радиусе от Солнца, вплоть до пояса астероидов. Пока их космическая радиация не сожрет, и баки микрометеорами не изрешетит))) Да и с заправкой намного проще, и нет агрегатов, работающих в экстремальных условиях, а значит ненадежных...
 Для дальних миссий они тоже пригодны, аля New Horizonts, Юноны и тп, для гораздо более быстрой доставки крупных АМС...
 

Просто в одноступенчатой схеме всегда есть проблема: если топливо плотное т.е. керосин то удельный импульс меньше, если более мощное -водород то нужен огромный бак слабо вписывающийся в концепцию космоплана. А делать первую ступень керосин а  далее водород по моему оптимально без всяких крыльев

   Крылатая версия первой ступени вроде как бы должна заменить огромную стартовую массу обычной первой ступени, выполнив ее роль - небольшой первичный разгон и набор максимально возможной высоты, с использованием атмосферного воздуха в качестве окислителя. Ну и многоразовость у нее намного больше ,и стоимость обслуживания должна быть как у крупного самолета.
  На счет водорода, я так понял, что на метане УИ несильно меньше, до 400с, у водорода 450 вроде было. Только он не сбегает сквозь стены, и проще в эксплуатации, ну и плотность выше, упеткивается получше в баки, отн водорода. Температура замерзания выше. Более безопасный.  Но мне пропан больше нравится. Он еще проще, хоть и калорийность ниже и углерода в нем больше. Этан почему то не хотят использовать. Возможно изза того что он склонен образовывать кучу нежелательных соединений всяких при различных температурах и давлениях. Ацетилен хоть и имеет высокую температуру сгорания, но и вовсе к самодетонации склонен и тож не стабилен, в какие то углеводороды переходит сам по себе даже в не особо экстремальных условиях.

[Андрей 2]

А чем плоха двухступенчатая схема Илона Маска starship?

Ну, понимаете, сейчас рано говорить о достоинствах Старшипа, пока что мы видим одни недостатки, вот когда будет летать нормально, как должен, тогда и скажем, пока что мы видим только аварии.

Вообще не понятно, они его хотя бы в беспилотном режиме с штатным возвращением будут запускать?