Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[olenellus]

Я 100 раз это уже рассказывал.

Понятно. Спасибо! Никогда над этим не задумывался. Суть в том, чтобы после разгона оставить двигаться рабочую массу с (почти) той же скоростью, с которой она двигалась вместе с ракетой перед разгоном. То есть, получается, мы сначала разгоняем часть рабочего тела вместе с ракетой, а потом, увеличивая скорость выхлопа, отталкиваемся от неё так, чтобы конвертировать переданную ей энергию в движение оставшейся ракеты. А для ракеты с постоянной или плохо регулируемой скоростью истечения надо оптимально будет (по критерию конверсии энергии) использовать такой режим (такую скорость истечения), что центр масс всего выхлопа будет двигаться с той же скоростью, что и ракета до разгона. Век живи — век учись.

То же и с эффектом Оберта. Наиболее выигрышно оставить весь выхлоп ракеты остаться "висеть неподвижно" на дне гравитационной ямы, с минимумом кинетической и потенциальной энергии.

Вот здесь как раз моя наивная интуиция не протестовала, так как в этом случае есть выделенная система отсчёта.

[alex_semenov]

Об использовании набегающего потока.
Возникло сомнение.
В смысле использования для очень тяжелого носителя.
По причине "закона носорога"
У носорога плохое зрение. Но это не его проблемы.
Очень тяжелые ракеты почему могут быть толстыми, тупыми и т.д.? Потому что им воздушная среда - пофиг.
Они ее пробивают не замечая (почти) как носорог всех на своем пути.
Просто прикинул.
У бустера 7000 тонн только полезной нагрузки (выводимая 1000 плюс разгонная ступень 6000 примерно)
Пусть диаметр аппарата 30 метров.
Тогда площадь миделя 706 м².
Двигаясь вертикально вверх этот "носорог" может столкнуться на своем пути не более чем с 10 тоннами воздуха на метр квадратный. То есть 7 000 тонн.
Не так уж и мало но и не так уж и много.
7000 тонн воды это куб со сторонами менее 20 метров...
Но это явное ограничение по собираемой забортной массе. И стоит это суеты со сбором? Не знаю уже...
Так что возможно все же взять с собой просто побольше забортной воды - проще?...
В общем надо смотреть варианты.

Про реактор на борту (стационарные - другое дело). Не стоит заморачиваться. Опираемся на старую добрую химию.
Если в игру вводить летающий атом, то лучше без эрзацев. Ей богу! Сразу к ультимативному решению - бомболету.
Остальное не стоит суеты.
Хотя, конечно, это мой такой бзик. В отношении с атомом....

[Александр Овчар]

На том сайте, откуда взята формула, указано: радиус берется в метрах, толщина получается в миллиметрах. См пример расчета в конце.

Где, кстати, это указано?
В примерах это вычисляется - потому что и давление не столь высокое, и размеры далеко не десятки метров, поэтому и получаем ответ в миллиметах.
Первый же пример - цилиндрический бойлер диаметром два с половиной метра, и давлением две с половиной атмосферы - имеет толщину стенок уже 3 миллиметра. Пусть сфера и вдвое эффективнее по соотношению диаметр/толщина стенок, но для "котла" всё равно давление выше в девяносто раз а размер - в шестнадцать, в то время, как материал - всё та же сталь, тогда толщина стенок для него нужна в 90*16/2=720 раз выше - 2 с лишним метра.
Второй пример уже ближе к сфере, но всё равно имеем 7.5 мм стенку, в то время как радиус меньше в 16 раз, и давление в 15 (при пределе прочности 125 против наших 100), тогда толщина должна быть в 16*15*1.25=300 раз выше, или 2.25 метра.

Баллон сверхвысокого давления. Возьмите русскую матрешку. 10 вложений. С зазорами. Каждая матрешка соединена клапанами на 100 атм. Качаем "воздух". Управляем клапанами как то хитро. В итоге:

• В центре в (10-й матрешке) -давление 1000 атм, 
• В 9-й =900 атм, в
• 8-й - 800 атм,
• между 1-и и 2-й матрешкой = 100 атм.
• В итоге каждый сосуд (матрешка) с тонкими стенками должен выдержать перепад давления всего 100 атм.

Как то так, вроде толщина стенок каждой матрешки не более 5-10 мм. Практические баллоны СВД (как то из трехслойных стенок) держат 700 -1000 атм

[Mercury127]

Ага, только в сумме 10 стенок будут той же толщины... Плюс толщина каждой пропорциональна радиусу.

[Александр Овчар]

Ракета Корона
https://www.elibrary.ru/download/elibrary_32364962_11716287.pdf
р.с это из сборника докладов
https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32364949&selid=32364971
мой (первый) доклад на ст 191-195

Меня по второй ссылке выкидывает куда-то для плебса... Мол, мест нет...
 
А первая - спасибо. Давно что-то такое хотел по "Короне" полистать. С графиками, типа...
Но вообще говоря чем больше я на нее смотрю, тем больше удивляюсь и... СОМНЕВАЮСЬ!!!!
А заложенные параметры - реальны?
Ну просто посмотрите.
45 тонн (это сужая масса прлюс нагрузка).
Удельный импульс двигателя 4500 м/с. Что бы разогнать эту штуку в вакууме вне гравитации вам какое массовое число надо?
Z=exp(8000/4500)=5,9
А если грубо взять оценку выхода на орбиту в 9400 м/с,  то вообще 8,1!
Но возьмите стартовую массу к 45 тоннам пустым у нее!
290/45=6,4!!!
То есть каким ЧУДОМ она уходит от гравитационных потерь и прочих неэффективностей?!!!
Гравицапа помогает?
Пепелац да и только!

Возьмите для примера проект Rombus.

http://www.youtube.com/watch?v=vBuRVOc1d3U#&t=185s



Это тоже как и "Корона" чисто водородная концепция. По-сути очень похожая.
Но гораздо более мощная.
Стартовая масса 6 363 000 кг
Полезная нагрузка: 450 000  кг
Удельный импульс двигателей: 455 с
Масса пустая, выводимая на орбиту... гм... Ну оценим еще в 100 000 кг.
Какое массовое число получается?
9,75. Ну почти 10!
Вот в эту цифру я могу поверить. 10 вместо 6-8 - это как раз похоже на расплаты за всякие потери при выводе. И очень божеская расплата! Всем бы такую!
А "Корона"? Она вообще "не за что не платит?"
 
Ничего не понимаю!

по Короне мало данных, возможно Короне нужен новый мотор, что в качестве пропеллента использует ресурсы окружающей среды (ТРИЗ) типа воздуха. Сосет воздух.

Вы кстати зря в тему парового бустера ударились.  ТРИЗ это категорически отрицает. Воздух, у вас есть воздух - сосите воздух и выбрасывайте воздух с кормы. Тут как раз надо считать Джоули и к.п.д. По оси ракеты поставьте трубу - с прямоточным ПРВД? Не надо везти на борту воду и т.п. как расходку. Сосите воздух.

Иная версия - шахта, труба.

• В ней поршень и вдоль всех шахты пороховые шашки или форсунки.
• Ракета стоит на шахте, в трубе, на поршне.
• Под поршнем горит газ, порох (медленно) и создает давление на поршень.
• Сила давления умножается на площадь поршня и и создает тягу от 5000 тонн.
• Это как простой кузнечный пресс (малый)..
• Эта сила создаст ускорение ракете+поршень, допустим 5 же.

• Такой поршень пройдет путь в 1 км за 15 секунд.
• Скорость на выходе из шахты будет 5 же *15 сек  = 750 м/с за основу.

В итоге вы оставили на космодроме 1 ступень ракеты Протон (за основу), если удлинить шахту еще немного.   Эта 1 ступень никуда не летит - это шахта/труба.

Остается приделать трубу-шахте "крылья" и запускать космоплан , что хранится в чреве воздушного авиа старта (как вариант)

[Александр Овчар]

Ага, только в сумме 10 стенок будут той же толщины... Плюс толщина каждой пропорциональна радиусу.

Возможно, не помню, химера есть химера.

[Mercury127]

ну разумеется нужен второй, внешний, обтекатель.
но его можно было бы сделать надувным, используя водород третьей ступени...
смысл в том, что имея (в другом мире, где нет Елинда и Ктулху мог бы летать) выталкивающую силу 200 кт при массе Ктулху 100 кт - грех было бы ее не использовать...
=====
принимая площадь поперечного сечения Ктулху 14700 кв м, получим предельную скорость всплытия:
остаток силы Архимеда 100 кт = 1 ГН = 0.5 * 14700 * 1000 * v^2 / 2,
v^2 = 1e9 * 4 / 14.7e6 = 272 (м/с)^2, v = 16.5 м/с...
маловато. я думал, хотя бы 50 будет...
=====
"а мне летать, а мне летать, а мне летать охота..."

[Rattus]

Комментарий модератора раздела

Тема почищена от оффтопа, содержательные сообщения вынесены в соответствующие темы:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,155280.msg5319551.html#msg5319551
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,160910.msg5325654.html#msg5325654
Настоятельно рекомендуем далее придерживаться исходной заявленной тематики, а побочные обсуждения сразу продолжать в соответсвующей теме Форума - тем более что инструмент цитирования даёт прямую ссылку на сообщение-источник цитаты, в какой бы теме Форума оно ни находилось.

[SpaceEngineer]

Журнал Квант неоднократно в рубрике "Р-значит ракета!" исследовал всякие тонкости движения ракет но об этом - НИ СЛОВА!
Почему?
Для меня до сих пор - загадка. Почему это считалось неважным, несущественной закономерностью  "для нашей молодежи"?

Это не важно для химических ракет. А вот для электроядерных, где каждый киловатт на счету...

[crazy_terraformer]

Идея в  том, что находясь в воде просто грех не использовать эту же воду как МОЩНУЮ ракетную массу для катапультированиия вверх.

Перекись из неё родимой синтезируйте и вот Вам монотопливо ракетное.

Разложение перекиси на воду и кислород имеет ΔH°=-2884.5 кДж/кг иΔS=70,5 Дж/(моль*К):
   2H2O2 → 2H 2O + O2

[Mercury127]

это верно...
- Плотность 1448 кг/м3 (при 20°С), tпл ~ 0°С, tкип ~ 150°С.
- Слабо токсична, при попадании на кожу вызывает ожоги.
- Чистые растворы достаточно стабильны (скорость разложения обычно не превышает 0,6% в год).
- Лучше всего совместима с нержавеющими сталями и чистым алюминием.
- для повышения устойчивости при длительном хранении вводят стабилизаторы (соединения фосфора и олова).
- температура продуктов реакции (парогаза) зависит от концентрации перекиси:
- 560°С при 80%-ной концентрации,
- 1000°С при 99%-ной.
- для разложения одного килограмма перекиси расходуется 0,05 кг жидкого катализатора, представляющего собой 35% спиртовой раствор КаМп04 (перманганат).
- Как однокомпонентное топливо, перекись обладает высокой плотностью (>1300 кг/куб. м) и удельным импульсом (УИ) в вакууме около 150 с [примерно 1500 м/с]. Хотя это значительно меньше, чем УИ гидразина, примерно 230 с [около 2300 м/с], спирт или углеводород в сочетании с перекисью способны поднять УИ до диапазона 250-300 с [примерно от 2500 до 3000 м/с].
- если ввести в 50% водный раствор перекиси водорода 8% этилового спирта, можно получить однокомпонентное топливо с температурой горения около 800° С, обладающее более высокими энергетическими показателями, чем 80% перекись, более безопасное в обращении.
- добавление 21,4% по весу СН3ОН к 87% H2O2 повышает удельную тягу от 126 до 225 сек. Серьезной помехой, однако, является высокая чувствительность этой смеси. Присутствие горючего сильно повышает выделение тепла в процессе термического разложения, что делает термические взрывы очень вероятными. Стехиометрическую смесь указанного выше состава можно довести до состояния детонационного горения прибавлением нескольких капель раствора перманганата, который инициирует термическое разложение перекиси. Вследствие столь большой чувствительности однокомпонентные топлива, содериащие перекись водорода и горючее, не могут быть рекомендованы для использования.

и главное, никаких 40 метровых бочек на 22 МПа ...

[Mercury127]

думаю, Ктулху на перекиси вполне возможен. правда, сам он из океана уже не выпрыгнет...

[crazy_terraformer]

ну разумеется нужен второй, внешний, обтекатель.
но его можно было бы сделать надувным, используя водород третьей ступени.

А чем воздух не угодил? Второй обтекатель же отбрасывается сразу после всплытия? Или за ради увеличения силы Архимеда?

[Mercury127]

а... хм... да, пожалуй, водород там лишний.

[tydymbydym]

Перекись из неё родимой синтезируйте и вот Вам монотопливо ракетное.

Идеально!

а... хм... да, пожалуй, водород там лишний.

С таким топливом больше вообще ничего не нужно, ну или добавки по минимуму, чтобы реализовать выделяемый при разложении кислород. И ИУ для первой ступени идеален и плотность.

[Mercury127]

да просто изначально я планировал стартовать его с 1 км глубины, те давлене в обтекателе требовалось бы не менее 100 атм, а плотность воздуха тогда была бы 100 кг/куб м, что всего втрое ниже плотности пердячего пара в баллонах... и увеличивало бы массу.
короче, автоматически экономил на спичках.

[SpaceEngineer]

Сопротивление среды (воды) не учитываете. Она не даст всплывать быстрее пары десятков м/с.

[Mercury127]

ну да, я и сам потом это увидел, когда посчитал.

принимая площадь поперечного сечения Ктулху 14700 кв м, получим предельную скорость всплытия:
остаток силы Архимеда 100 кт = 1 ГН = 0.5 * 14700 * 1000 * v^2 / 2,
v^2 = 1e9 * 4 / 14.7e6 = 272 (м/с)^2, v = 16.5 м/с...
маловато. я думал, хотя бы 50 будет...

в общем, проехали.

но, с другой стороны, хотя перекись и тяжелее воды - выталкивающая сила никуда не девается, и все ранво облегчает старт.
так что пускать большие ракеты из воды (неглубоко, чтоб нос торчал) определенно имеет смысл...

нет, все таки раньше люди умели мечтать...

[SpaceEngineer]

Ещё как умели. "Альдебаран" - 27000 тонн на LEO.
"The best place to watch lift-off is from an adjacent continent."

http://www.projectrho.com/public_html/rocket/surfaceorbit.php#aldebaran

[Андрей Курилов]

ну да, я и сам потом это увидел, когда посчитал.

принимая площадь поперечного сечения Ктулху 14700 кв м, получим предельную скорость всплытия:
остаток силы Архимеда 100 кт = 1 ГН = 0.5 * 14700 * 1000 * v^2 / 2,
v^2 = 1e9 * 4 / 14.7e6 = 272 (м/с)^2, v = 16.5 м/с...
маловато. я думал, хотя бы 50 будет...

в общем, проехали.

но, с другой стороны, хотя перекись и тяжелее воды - выталкивающая сила никуда не девается, и все ранво облегчает старт.
так что пускать большие ракеты из воды (неглубоко, чтоб нос торчал) определенно имеет смысл...

нет, все таки раньше люди умели мечтать...

Sea Dragon...
Мне нравится этот проект
Большая Тупая Запускалка
550т на НОО
Думаю, вполне масштабируется до 1000т на НОО