Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[alex_semenov]

2) У Сатурна надо как-то тормозить, а после этого выходить на орбиту Титана. Даже если тормозить аэродинамически в атмосфере Сатурна - после торможения корабль окажется на высокоэллиптической орбите вокруг Сатурна с плоскостью не совпадающей с плоскостью орбиты Титана (опять же не забываем, что мы живём в трёхмерном пространстве! и плоскость орбиты Титана довольно сильно отличается от плоскости орбиты Сатурна). Для перехода с этой орбиты на орбиту Титана потребуются довольно значительные затраты ХС имеющие порядок орбитальной скорости Титана (орбитальная скорость Титана около 5.5 км/c). Опять же учёт этого фактора очень сильно ухудшает картину. 

Не забываем, что сносно тормозить в атмосфере Сатурна, при таких скоростях прибытия, получилось в итоге при аэродинамическом качестве аппарата, равном приблизительно 1.5 ~ 2.5. Кривизна траектории, необходимая для огибания Сатурна с достаточно продолжительным торможением и удержанием нужной высоты, достигается именно аэродинамикой, а если так, то во второй половине аэродинамического полета, когда перегрузки и допуски становятся более щадящими, чем при входе. Можно точно так же вспомнить о трехмерности нашего мира, находясь в атмосфере Сатурна, и изменять плоскость орбиты с помощью той же аэродинамики, поворачивая не только "вниз к планете", но и вбок, к изменению плоскости орбиты на нужный угол.

Ну вы у нас уже эксперт в аэробрекинге!
 
По-сут я потому и взялся за "Старшип" к Сатурну, что знал - торможение (на грани фола) мы таки проведем. 

Повернуть орбиту на 23 градуса  вполне реально, в порядке аэробрекинга в атмосфере Сатурна, корабль поворачивает вокруг планеты на не меньший угол.

Только не на 23 (Это Земля-Луна), а на 26. Кольца и орбиты спутников наклонены к эклиптике Сатурна где-то на 26 градусов (Хотя вон, оказывается между орбитой Гипериона и Титана аж 4 градуса расхождение в плоскостях орбит!).

И как крайность показана пунктиром - предположение (разумеется гипотетическое) что мы недогруженный корабль (100 т груза всего) каким-то образом заправим ДВОЙНОЙ заправкой топлива. Видите? Выигрыш не стоит сверх усилий.

Двух-много-ступенчатые ракеты считаются не так.
Подставьте в расчет параметры Сатурн-5, заправьте ее двойным количеством топлива, и она у вас скорее всего даже на НОО не выйдет.

На орбиту? Да он хоть от пуска оторвется? Тяга двигателей будет меньше стартовой массы!
 
Но в моем случае,  во-первых, нам на орбиту выходить не надо. Мы уже на орбите и нас там заправляют для старта к Сатурну. Нам не нужно чтобы  тяга была больше стартовой массы. Хотя желательно побольше.
Во-вторых я специально представил нереальную ситуацию (куда пихать двойной запас топлива?) чтобы показать всю драму, всю ограниченность ЖРД подхода. Когда необходимое вам массовое число ракеты заваливает за (примерно) 12-14, там у вас начинается очень неравный обмен массы на скорость по экспоненте (или логарифму).
Кстати там на картинке в надписи ошибка.



Я копировал "выноску", массу топлива изменил а R осталось 10,2, хотя по графику видно что 16-17. 16.6 по расчету. И ясно что сделай мы R да хоть 20-40... мы мало чего добьемся. 12 км/с - максимум.

Я таки полагаю. Семенов в своих мечтах грезит о примерно том положении, которое было на Земле в эпоху географических открытий. Привезти куда-то людей, высадить их там, и прибыть в те края в следующий раз через 20-30 лет - вполне в те времена, случалось. И не считалось чем-то крайне недопустимым.

Нет. Рассматривая экспедицию к Титану на ЖРД, я рассматривал это как некое супер-спортивное достижение. Как флаговтык.
До сих пор считалось что на ЖРД можно дотянуться только до Луны.
Но это используя ПЕРВУЮ великую идею эпохи. "Ракетный поезд" или многоступенчатость. И при однопусковом подходе. Тогда Луна - предел. Что американцы и показали.
Но есть ВТОРАЯ велика идея эпохи (которую толком и не использвали). Воспользоваться тем, что орбитальные 8 км/с - это чуть ли не пол пути к цели. Но пока вы кружитесь на высоте 300-400 км (под "шубой" радиационных поясов) вы можете "вдогонку" слать массу. То есть, идея обратная ракетным поездам. Там отбрасывают массу, а тут ее собирают.
Маск не первый кто ее придумал, но в его концепции эта идея доведена до логического совершенства (за счет многоразовости танкеров). И тогда возникает вопрос, а куда можно так добраться?
По-сути предел Марс-Церера. Внутренние планеты. Но если поднапрячься (форсировать агрегат), то можно и до Сатурна при попутном ветре.
Я исследовал задачу на предел. Практической пользы от расчета я не вижу.
Регулярное использование такого подхода немыслимо.

И тем не менее. Идея использовать Юпитер как пращу при полетах на Сатурн - очевидна. При этом возможность использовать сразу два эффекта (и гравманевр и маневр Оберта) позволяет более мощным кораблям (да хоть тому же взрыволету Коула, который и в подметки не годится "Ориону") достаточно резво летать к Сатурну даже при очень разном взаимном расположении планет (ну только если Сатурн и Юпитер будут на противоположных сторонах от Солнца, придется чапать туда напрямую).
Ныряние в радиационные пояса Юпитера не проблема. Проходя Юпитер тяжелый (примрно 1000 тонн сухой массы) корабль имеет на борту более чем достаточно рабочей массы для тормозного Оберта у Сатурна. Ведь мы считали,  что даже ОСТАТОК воды для маневра сближения с Титаном создаст 1 метр в радиационном убежище на 20 с плюсом человек. Значит у Юпитера мы 1.5 метра тем более будем иметь. Хоть залейся!
Взрволет Коула в качествев рабочей массы использует воду.
"Орион" может в качестве рабочего тела использовать вообще любой тяжелый металл или материал (главное - чем удельная масса больше-тем лучше).  Вольфрам - самый крутой вариант (и дорогой). Но может быть свинец, ртуть. Текучесть ртути тут очень в тему. Даже та же вода (исследовали такую возможность) хоть и хуже, но годится. То есть и "Ориону" с запасом рабочего тела на борту есть чем защищаться от радиационных поясов. Кораблю все равно нырять к Сатурну. Значит и Юпитер он пройдет.

Так как космос радиоактивен, то наверно брать его нужно его же методами... Наконец-то более или менее форумчане начали понимать что для защиты от космического излучения требуются тонны материала на корпусе, и таскать его на химии не вариант совсем. Нужно плотнее рассматривать , ядерные двигатели и установки. Сразу появляется вопрос, его уже поднимали, где это строить на Земле или в точке Лагранжа.

На Земле - дешевле. На порядки.

Второй вопрос, из чего строить стенки(бетон, полиэтилен(водородосодержащие), свинец, железо).

"Стенки" надо строить из ракетной массы, работего тела. Самый "тонкий" случай  - выход уже после торможения через радиационный пояс Сатурна. Там баки сухие. Но если у вас МАССИВНЫЙ корабль, то "остаточного" рабочего тела на сближение с Титаном (или Гиперионом, не важно, для окончательного выхода на орбиту гиганта, Сатурна, Юпитера, Урана, Нептуна) достаточно для создания слоя защиты.

3. Двигатель и реактор. Тут много вариантов.

Тут мало вариантов. Либо это электроракета. То есть ионник плюс реактор. Это экологичный вариант. И самый хилый. Такой аппарат мало того что надо собирать на орбите Земли, его надо как-то ее и выталкивать на межпланетную трассу. Ибо накручивать круги через радиационные пояса Земли с экипажем - неприятная морока...

За все надо платить.
Самый здравый вариант - взрыволет. При этом мутить с его стартом с орбиты - глупость. Бессмыслица. Дайсон это сразу сказал. Все равно осколки от его грязного выхлопа будут захвачены магнитным полем Земли и вернутся в атмосферу. Так что если вы не с Луны или из какого-нибудь Лагранжа (а это совсем муторно там собирать!) стартуете, то что с околоземной орбиты (а она вообще то не выше 600 км, ибо дальше - радиационные пояса) что с Земли - одинаково. В смысле загрязнения.
Поэтому я вижу единственный здравый выход - старт с полярных полигонов на предельно очищенных термоядерных зарядах. Выхлоп будет в атмосфере. Но его во-первых мало, во вторых он будет распадаться. Тот же Стронций-90 постепенно исчезает с планеты так как распадается. Значит нужна квота на запуски (не чаще чем... ). Мои прикидки говорят, что в принципе,  при использовании  чистых зарядов квота не будет нас ограничивать. Куда больше нас будут ограничивать в запусках (скажем раз в год) наши финасово-технические возиожности пускать крупные (на десятки человек) хорошо вооруженные экспедиции.
Мы  (в смысле мировой гигемон) не смог с 5-ю шаттлами справится. Хотя планировали по два запуска в месяц...Но кишка оказалась тонка.
А настоящий космолет... Вы их сотнями содержать просто не сможете ближайшие сто лет.
Когда сможете, вы будете уже межпланетной цивилизацией и перевозки с Земли будут не самыми массовыми космическими перевозками (что снимет проблему загрязнения окончательно).

4 . Быт космонавтов. Пример подлодок кстати очень полезен, особенно по защите от радиации.

Большой корабль - хорошие условия. Даже в случае "Старшипа" это очевидно...



А это аппарат в пределах 100-200 тонн сухой массы! Взрыволет - от 1000 тонн...
Про подлодки. Не самый лучший пример для подражания. Конечно, на  крейсере "Акула" была сауна с бассейном. Но это все равно для подлодки, даже атомной, роскошь. Потому что как не крути, плавучесть судна должна оставаться на уровне 1 т/м3 (как у воды). Значит если у вас появилось большое свободное пространство в подлодке, вы просто ОБЯЗАНЫ его плавучесть компенсировать некой массой  (буквально свинцом) большой плотности. И это накладывает на конструкторов подлодок очень большие ограничения по объему. Конечно, сейчас (размер, масса - это круто) не так как раньше, на U-ботах... Но все равно все там достаточно тесно.
В космосе этой проблемы нет. Ну разве что в радиационном убежище?

5. Цена... Ну тут скорее всего нужно напрягаться всей Землей и менять менталитет о целях. Капитализм тут скорее всего лишний, но могут быть и варианты. Можно пока опустить...

Вопрос не в цене. Вопрос в целях. Есть ли у людей на Земле реальные цели двигаться туда? Тут эта холиварная тема уже муссируется десятилетиями. Я считаю, что ОБЪЕДИНЕННОЕ человечество (под коммунистами, под либералами, да хоть под фашистами) никуда из колыбели не выйдет. Нет смысла. Нет реальной цели (а значит никогда не будет денег). Коммерческого смысла нет. Он недостаточен что бы преодолеть барьер. Единственная сила, способная вытолкнуть нас туда - НАЦИОНАЛЬНАЯ конкуренция.
Даже Маск, хотя и начал он (оседлал) тему на волне коммерческого использования космоса (туризм, заработок на извозе) но хрен он продвинется дальше, без НАЦИОНАЛЬНОЙ поддержки его начинаний. А поддержка появилась (как дырка в борту станции) и значит он все еще на волне. Он по-сути перескочил с волны на волну. И значит опять покупаем попкорн.

[AlexAV]

его надо как-то ее и выталкивать на межпланетную трассу. Ибо накручивать круги через радиационные пояса Земли с экипажем - неприятная морока...

Тут есть очевидное решение - сборка корабля на орбите лежащей выше радиационных поясов Земли. Скажем на круговой геосинхротронной орбите лежащей в плоскости эклиптики (ну ли 2-х или 3-х суточной круговой, опять же в плоскости эклиптики). Тогда и по спирали вокруг Земли придётся навинчиваться меньше и проблема длительного нахождения в радиационных поясах снимается.

[sharp]

2) У Сатурна надо как-то тормозить, а после этого выходить на орбиту Титана. Даже если тормозить аэродинамически в атмосфере Сатурна - после торможения корабль окажется на высокоэллиптической орбите вокруг Сатурна с плоскостью не совпадающей с плоскостью орбиты Титана (опять же не забываем, что мы живём в трёхмерном пространстве! и плоскость орбиты Титана довольно сильно отличается от плоскости орбиты Сатурна).

А нельзя ли с межпланетной траектории "попасть" по Титану и оттормозиться прямо в его атмосфере, минуя торможение у Сатурна?

[alex_semenov]

его надо как-то ее и выталкивать на межпланетную трассу. Ибо накручивать круги через радиационные пояса Земли с экипажем - неприятная морока...

Тут есть очевидное решение - сборка корабля на орбите лежащей выше радиационных поясов Земли. Скажем на круговой геосинхротронной орбите лежащей в плоскости эклиптики (ну ли 2-х или 3-х суточной круговой, опять же в плоскости эклиптики). Тогда и по спирали вокруг Земли придётся навинчиваться меньше и проблема длительного нахождения в радиационных поясах снимается.

Геосинхронная орбита "не сильно ближе" чем Луна.



Кстати именно тут видно что НОО не 8 км/с а 9.4 км/с (не выйдет даже "прокачаный" "чебурашка" на орбиту Земли сам без тягача-первой ступени).
Но главное. Смотрите. Геосинхрн на этой карте еще + 3910 м/с с НОО, а Луна... тут надо складывать (как в бухгалтерии). Я получил в сумме с НОО  5670 м/с. Да, больше конечно. Но-во первых это без всяких ухищрений (без Оберта при подлете к Луне например) во-вторых даже если без ухищрений, давайте сравним ИТОГО.
5670+9400 = 15070 м/с
3910+9400 = 13310 м/с
Луна на 13% "дороже" по скорости геосинхронной орбиты. Но на Луне - куча всяких нищаков. Хотя бы укрытие от ГКЛ под местный грунт. Не говоря уже о запасе воды на полюсах... Там есть местные ресурсы!
Ну и к тому же коммерсанты с их ретронсляторами (да и вояки-наблюдатели) вас туда (на геостационар) пустят?
Я думаю, что если уж так (за пределами земных радиационных поясов), то лучше тогда все делать у Луны или на Луне.
А вообще нужен (как не верти) ионнику дополнительный маневровый ускоритель. большая ЖРД тяга ему все равно нужна. Хотя бы у цели маневрировать. Только одной малой тягой сложно обойтись, учитывая что у нас на борту люди и им некогда вообще вальсировать по спиралям под ливнем ГКЛ (не говоря о радиационных поясах).

2) У Сатурна надо как-то тормозить, а после этого выходить на орбиту Титана. Даже если тормозить аэродинамически в атмосфере Сатурна - после торможения корабль окажется на высокоэллиптической орбите вокруг Сатурна с плоскостью не совпадающей с плоскостью орбиты Титана (опять же не забываем, что мы живём в трёхмерном пространстве! и плоскость орбиты Титана довольно сильно отличается от плоскости орбиты Сатурна).

А нельзя ли с межпланетной траектории "попасть" по Титану и оттормозиться прямо в его атмосфере, минуя торможение у Сатурна?

Вариант рассматривается "в кино и литературе".
У нас уже есть "начальник транспортного цеха" по этому делу... аэробрекингу. Но я (предваряя) скажу, что наверное можно, если подходить к Сатурну на небольшой скорости (по Гоману). Но по Гоману - 6 лет в пути. Это не годится. А за 2-1 год  полета, вы влетаете в систему с чудовищной скоростью плюс разгоняетесь, падая на Сатурн (сколько вы прибавите на орбите Титана надо считать, но это уже глубокая гравяма Сатурна) значит вы просто чиркните атмосферу маленького Титана и... полетите дальше. Если не сгорите (не удушитесь от перегрузки).
Конечно, если вы на постоянной малой тяге, то может быть (я все так сам не сделал и не поигрался, я только базу решений к своей табличке прикрутил что бы собирать вот такие проходы) и получится и быстро (за год два) и медленно (как с Гомана) подойти к Сатурну (или иной внешней планете). Тогда да, возможно, об атмосферу Титана и получится тормознуть. Но ионник с его чудовищными панелями-радиаторами, с его ажурной конструкцией рассчитанной на 0.00... g ускорение... И вход в атмосферу? Не важно какую...
Как вы себе это представите?

[sharp]

А вообще нужен (как не верти) ионнику дополнительный маневровый ускоритель. большая ЖРД тяга ему все равно нужна. Хотя бы у цели маневрировать. Только одной малой тягой сложно обойтись, учитывая что у нас на борту люди и им некогда вообще вальсировать по спиралям под ливнем ГКЛ (не говоря о радиационных поясах).

Так может, имеет смысл посмотреть в сторону ТфЯРД? Он способен обеспечить приличный УИ (вполне достаточный для большинства межпланетных задач), и при этом может обладать существенной тягой для орбитальных маневров.

[AlexAV]

А нельзя ли с межпланетной траектории "попасть" по Титану и оттормозиться прямо в его атмосфере, минуя торможение у Сатурна?

Теоретически можно. По крайней мере в двух точках, где его орбита пересекает  плоскость орбиты Сатурна вокруг Солнца - точно можно. Но вот перегрузки при торможение со скоростью под 40 км/с у Титана, радиус которого куда меньше радиуса Сатурна, будут совсем невменяемыми (их порядок будет V^2/R, где V - скорость подлёта, R - радиус Титана, т.е. получается около 62g, такого никакой экипаж не переживёт точно).

[sharp]

У нас уже есть "начальник транспортного цеха" по этому делу... аэробрекингу. Но я (предваряя) скажу, что наверное можно, если подходить к Сатурну на небольшой скорости (по Гоману). Но по Гоману - 6 лет в пути. Это не годится. А за 2-1 год  полета, вы влетаете в систему с чудовищной скоростью плюс разгоняетесь, падая на Сатурн (сколько вы прибавите на орбите Титана надо считать, но это уже глубокая гравяма Сатурна) значит вы просто чиркните атмосферу маленького Титана и... полетите дальше. Если не сгорите (не удушитесь от перегрузки).

Орбитальная скорость Титана всего 5 км/с. Против 28 у Энцелада, например Так что это еще далеко не самая глубокая гравияма.
Да, надо, конечно, прикинуть, какая это в итоге будет скорость корабля.

Конечно, если вы на постоянной малой тяге, то может быть (я все так сам не сделал и не поигрался, я только базу решений к своей табличке прикрутил что бы собирать вот такие проходы) и получится и быстро (за год два) и медленно (как с Гомана) подойти к Сатурну (или иной внешней планете). Тогда да, возможно, об атмосферу Титана и получится тормознуть. Но ионник с его чудовищными панелями-радиаторами, с его ажурной конструкцией рассчитанной на 0.00... g ускорение... И вход в атмосферу? Не важно какую...
Как вы себе это представите?

Либо ионники и радиаторы должны уметь задвигаться под корпус. Либо они будут частью одноразовой ступени, которая по прилету к Титану отбрасывается, как выполнившая свою задачу.

[alex_semenov]

А вообще нужен (как не верти) ионнику дополнительный маневровый ускоритель. большая ЖРД тяга ему все равно нужна. Хотя бы у цели маневрировать. Только одной малой тягой сложно обойтись, учитывая что у нас на борту люди и им некогда вообще вальсировать по спиралям под ливнем ГКЛ (не говоря о радиационных поясах).

Так может, имеет смысл посмотреть в сторону ТфЯРД? Он способен обеспечить приличный УИ (вполне достаточный для большинства межпланетных задач), и при этом может обладать существенной тягой для орбитальных маневров.

Я не думаю что это хорошая идея. Хотя она много лет будоражит умы инженеров.
Просто подумайте. Допустим.
Вы предлагаете поставить ОДИН реактор? И как ТфЯРД и как энергореактор для контура электроснабжения ионных двигателей? Так вы явно сэкономите в массе. Но когда вы начнете в одну упряжку запрягать "вола и трепетную лань" у вас начнется куча головной боли. Наши (в Курчатнике, у келдышевцев наверняка) уже давно с этим мутят. Не одно десятилетие пытаются эту проблему выкрутить. Но сдается мне, не тот это подход. Две хорошие вещи при соединении редко становятся одной еще лучшей. А ТфЯРД, кстати, не такая уж и хорошая вещь сам по себе...

Второй вариант. Поставить все отдельно. Отдельно реактор и контур с радиаторами, отдельно ТфЯРД. И тут появится проблема удельной мощности и лишней массы. Если с радиационнй защитой еще можно исхитрится, то масса ТфЯРД все равно есть масса. Да и топливо для него - ВОДОРОД. Дерьмо еще то! Что по условиям хранения, что по плотности (и размерам баков). В общем не годится ТфЯРД, как на мой взгляд "художника", эта штука в качестве вспомогательной тяги...

Да и зачем?
Ну подумайте. Вам сколько надо на такой тяге  XC? Сойти с орбиты Земли. 11.2-8 = 3.2 км/с. Удвойте это на всякий случай. 6.4. Хотя лишний запас на маневр - лишняя нагрузка для электротяги, которая и так надрывается бедная со своими миллиметрами в секунду в квадрате. Поэтому вряд ли вам нужно более 5 км/с при всех оптимизациях в сумме.  При УИ у ЖРД в 3300 (у того же гептила плюс кислота) они идеально ложатся под эту задачу. Тем более что масса, компактность, надежность ЖРД плюс "экологичность" (даже у гептила в сравнеии с TфЯРД!) тут компенсирует весь недостаток УИ в сравнении с ЯРД.

Вообще говоря вся эта логика очевидна была пионЭрам космонавтики еще в конце 1950-х. То есть 70 лет назад.



Полный анализ плюсов и минусов был проведен для всех решений еще тогда. Не дураки были!  Почему в СССР ТфЯРД был "пасынком" а рвались к полноценному ГфЯРД?
Ибо все эти компромиссы... это дорогое удовольствие. Все все понимали! Гениями были в задачах оптимизации.
Бескомпромиссных (и потому оптимальных) решений было только два.
Это газофазный ядерный - ГфЯРД Иевлева (мечта Келдыша) и взрыволет Сахарова. Но сам Сахоров взрыволетом занимался только пару лет в конце 50-х, когда бомбоделов "оставили без работы" в результате моратория на ядерные испытания (и сдается мне что это была команда не отстать от США! Именно летом 1958-го с "Ориона" была приснята секретность и все это просочилось в печать как "звон, да не знаем где он"). Как только в 1961-м взрывы возобновили, наши взрыволет (насколько я знаю) забросили. Ну а с 1963-го все пути были закрыты. Конечно, мы могли еще какое-то время рабоать над ним "в стол", но боюсь, тут злую шутку сыграл со своим детищем Дайсон. Написав в 1965-м очень проницательную статью "Смерть проекта" он точно, чётко и ясно (как член группы гениев-аналитиков JASON) разложил все по полочкам и объяснил всем открытым текстом (в том числе и всем перепуганным в СССР) что никаких взрыволетов НЕ БУДЕТ в этой жизни. Что США эту тему слило раз и на всегда.
А раз там слили (чешут репу наши) то и нам нефик этим заниматься.
Яркий пример того, как мы смотрели в рот "потенциальному партнероу" - история с баллистической ракетой "Гном" в 1967-м. Мы разработали уникальное, прорывное изделие.



Но так как в США над чем-то подобным никто не работал, то и у нас это на вооружение не поставили.
Как Иевлев так долго работал над ГфЯРД? Ну во первых там работали вообще над темой ЯРД. В комплексе. Широким фронтом. Во-вторых он работал "по блату". Крыша у него была сильная. Келдышь.
Но не смотря на весь "блат",  ГфЯРД как был журавлем в небе, так им и остался. Даже еще стал дальше.
Сейчас и ТфЯРД рассматривают как "сон разума", а что говорить от ГфЯРД? Он еще больший "сон разума" чем взрыволет.

Но вот перегрузки при торможение со скоростью под 40 км/с у Титана, радиус которого куда меньше радиуса Сатурна, будут совсем невменяемыми (их порядок будет V^2/R, где V - скорость подлёта, R - радиус Титана, т.е. получается около 62g, такого никакой экипаж не переживёт точно).

А нибелунги, утопленные  в перфторуглероде?


Нет, понятно что аэроторможение об Титан имеет смысл рассматривать разве что при гомановском перелете за 6 лет. Я даже для врзыволетов не очень то рассматриваю аэробрекинг о Сатурн как вариант (ну разве что как запасной? если топлива вдруг почму-то не хватило?). Маневр Оберта выглядит куда лучше (как мне кажется) даже для взрыволета Коула с его u=11.5  км/с (который никогда никуда не полетит, ну разве что в альтернативной литературной реальности с нибелунгами?)

Орбитальная скорость Титана всего 5 км/с. Против 28 у Энцелада, например Так что это еще далеко не самая глубокая гравияма.
Да, надо, конечно, прикинуть, какая это в итоге будет скорость корабля.

Но при собственной скорости сближения с Сатурном экспедиции на  44 км/с это мало что меняет.

Либо ионники и радиаторы должны уметь задвигаться под корпус. Либо они будут частью одноразовой ступени, которая по прилету к Титану отбрасывается, как выполнившая свою задачу.

Делать складывающимися - это морока (масса). Хотя если они надувные... Ну а отбрасывать... Отбросили. А назад как?

Вы видите как у вас проблемы растут как снежный ком?
Это нехороший признак. Значит (возможно) вы идете по ложному пути. Не факт, конечно... Но...
Конечно вы можете со мной не соглашатся.
Но лично я всегда рассматривал электротягу+реактор как ЭКЗОТИКУ. То есть решение для очень специфических, боковых случаев. Да, где-то это полезно. Но не как главное, прорывное решение.
И, кстати, это НЕ мое "прозрение". Если бы вы воспитывались на книжках из 60-х, где все это разжевывалось по 10 раз (поройтесь у Хлынина в "Эпизоды космонавтики", там все есть!) то вы бы видели что там точно так же относились к ядерной электротяге. Не виделась она некой магистралью НИКОГДА.
Магистралью у нас с самого начала, а на Западе с середины 1960-х виделись термические ЯРД. В 1970-х - твердофазные (9 км/с) а с 1980-1990-х и газофазные (15-20 км/с истечение). Взрыволеты рассматривались до 1963-го, но потом как обрезало. Хотя тот же Коул в 1965-м выпустил книгу где все еще мечтал о взрыволетах и нарисовал свой "Альдебаран"...



Но начиная с 1980-го про ядерную тягу в космосе вообще стали ... не то что забывать... но  это должно было стать в каком-то далеком-далеком будущем... ну когда освоим управляемый термояд на Земле... Яркий пример такого "перелома" (я был юношей и помню эту смену ветров ибо тупо тормозил) в понимании нашей тяги в космосе - фильмы той эпохи "Петля Ориона" и "Дознание пилота Пиркса":



Видилось, что термояд, управляемый все эти проблемы с радиацией снимет. Когда-нибудь. А пока...
В общем  ядерная тяга стала почти такой же фантастикой как телепортация (народ не сильно и различал). Потому что та, которую можно - она была ГРЯЗНАЯ, а которая чистая - еще только в теории.  Ведь с 1980-го наука обязана была прежде всего беспокоится о матери-природе. О чистоте, экологичности... Да, там на полигонах все еще работали стенды... 14 этажей под землей в Семипалатинске, оказывается.  Но это была некая военщина... Полувоенщина. Но это времено же! Вот-вот начнем разоружаться! Будет мир во всем мире!
Вспоминайте "Лунную радугу"
Там - ГЛОБАЛИЗИРОВАННЫЙ уже мир. По сути картина конвергенции СССР и Запада. И на чем там летают?
Не понятно на чем. На бульбутраторах хренпилкуляционных турболюлях...



Сейчас же, когда стагнация в космосе стала ВОПИЮЩИМ ФАКТОМ, решили "вспомнить все" и тут то электоракеты и оказались ЕДИНСТВЕННОЙ приемлемой ядерной тематикой в космосе  с точки зрения глобалистско-экологического шовинизма. Поэтому их стали пихать как нечто совершенно новое, прорывное, доселе немыслимое никем!  У людей память - как у бабочки. Молодежь вообще... Мол, вам и не снилось, братцы, какой это новый прорыв!!!



Дмитрий Конанихин, во всяком случае именно так эту линию и гнет в своем ютуб-канале.

[Ulkolainen]

Об Сатурн уже считали. При наличии автопилота, контролирующего траекторию, торможение с такой скорости возможно.

Напомню один из оптимистичных результатов того подсчета:

Да, всего то 1,3 ГВт/квм и 12 000 К. Фигня какая-то...

У Старшипа с диаметром 9 метров при массе 150 тонн будет примерно так же.

[sharp]

Вы предлагаете поставить ОДИН реактор? И как ТфЯРД и как энергореактор для контура электроснабжения ионных двигателей?

Нет, моя мысль более радикальна. Почему бы не вычеркнуть ионники, и использовать только ТфЯРД как в качестве маршевого для разгона к Сатурну, так и для маневров в системе Сатурна?

Да и топливо для него - ВОДОРОД. Дерьмо еще то! Что по условиям хранения, что по плотности (и размерам баков).

В каком-то смысле да, но не верю, что не существует вменяемых инженерных решений этой проблемы.

Сейчас и ТфЯРД рассматривают как "сон разума", а что говорить от ГфЯРД? Он еще больший "сон разума" чем взрыволет.

Я думаю, что ТфЯРД довести до ума будет ощутимо проще, чем сделать рабочий и годный к употреблению ГфЯРД. Разумеется, потребуется значительный R&D, но во вполне посильных масштабах.

[Ulkolainen]

Да и топливо для него - ВОДОРОД. Дерьмо еще то! Что по условиям хранения, что по плотности (и размерам баков).

В каком-то смысле да, но не верю, что не существует вменяемых инженерных решений этой проблемы.

Как особенность водорода Н. нужно отметить способность его путем диффузии растворяться в металлах с образованием твердых растворов (их неправильно называют также сплавами). Так. палладий при комнатной температуре в форме компактного металла растворяет 600-кратньгй объем Нз в форме губчатой массы — 850-кратный, в форме суспендированной в воде палладиевой черни — 1200-кратный, в форме коллоидальных частиц — 3000-кратный. На этом основано применение палладия для поглощения водорода из газовой смеси. При накаливании палладия весь поглощенный водород выделяется.

[alex_semenov]

Нет, моя мысль более радикальна. Почему бы не вычеркнуть ионники, и использовать только ТфЯРД как в качестве маршевого для разгона к Сатурну, так и для маневров в системе Сатурна?

Ах вот вы о чем?!

Да и топливо для него - ВОДОРОД. Дерьмо еще то! Что по условиям хранения, что по плотности (и размерам баков).

В каком-то смысле да, но не верю, что не существует вменяемых инженерных решений этой проблемы.

Вы даже не представляете сколько красивых инженерных идей умерло или чахнут в вечной стадии исследований именно потому что для подобных проблем там так и не нашлось вменяемого инженерного решения. Недавно раскопаный нами пример - многорежимные ВРД...  Уж как Ройл-Ройс в них упирается уже пол века (последний проект стареющей Империи!)



Но нет приемлимого инженерного решения (хотя там уже все перевернули с ног на голову. Сага! Эпопея! Инженерная драма!!!)

Сейчас и ТфЯРД рассматривают как "сон разума", а что говорить от ГфЯРД? Он еще больший "сон разума" чем взрыволет.

Я думаю, что ТфЯРД довести до ума будет ощутимо проще, чем сделать рабочий и годный к употреблению ГфЯРД. Разумеется, потребуется значительный R&D, но во вполне посильных масштабах.

А почему для Марса не использовать ТфЯРД? Почему новатор Маск упирается только в ЖРД-двигателе на "революционно-новой" топливной паре метан-кислород (даже не водород-кислород как было на Шаттлах или планировалось, например, для Lockheed Martin X-33)?

Родовая проблема ТфЯРД - потолок уи в 9 км/с. И переступить его - никак. Это ровно половина от пиковых 4.5 км/с у лучших водородно-кислородных ЖРД.
Выигрываем мы импульс в 2 раза.
А проигрываем?
И тут начинается... Ну экология- ладно. Забудем пока. Но безопасность - остается. Вспомните, что проекты Чаломея по Ур-700 были сном разума потому что он собирался этот супер-пупер-ракету-носитель заправлять гептилом. Если бы такой аппарат взорвался над Байкануром, это было сродни старту оттуда взрыволета. Даже в чем-то хуже...
Управлять этим можно, но сложно... Капризная штучка реактор с высокой удельной плотностью выделения энергии (Мдж/м3)
Удельная мощность у ЯРД по сравнению с ЖРД много ниже. Не зря првый ЯРД назвывался "Киви", птичка, которая не умела летать. Очень остроумно. Тяга была много меньше  массы двигателя. В принципе это не проблема. Но неприятность.
Стартовать с поверхности на этом даже если у вас тяга больше - все равно нельзя.
Если на этом можно стартовать с поверхности, то почему нельзя взлетать с поверхности на взрыволете?!!!

Значит это всегда будет верхняя ступень (как и планировалось всегда). Или вообще сборка на орбите (как Нерву и планировали, да и РД-0410). То есть, создать такую систему тяги - это решить пол проблемы (как и в случае электроядерной тяги).Вторая половина  вывод всей халабуды на орбиту - это все так же остается за ЖРД,
Почему меня восхитил проект Маска?
Да потому что там все в одном флаконе! Там прям видны стадии летной отработки. Почти все можно проверить на Земле поэтапно. Сесть на хвост ракете на Земле даже сложней чем на Марсе. Если она тут летает как у себя дома (сначала подпрыгивают, потом суборбита, потом орбита, потом...), там она будет летать еще лучше!
А теперь возьмите ЯРД, который вы пустите только в космосе. Здесь на Земле вам нужны под него стенды. Тот же комплекс "Байкал" в Семипалатинск. 14 этажей под землю. Город под землей. И зачем? Фильтровать выхлопы от  герметично закупоренных ЯРД на стендах.
По-сути примерно такой же комплекс понадобился бы и для взрыволета чтобы отработать его импульсную тягу здесь на Земле! Но взрыволет это 30-100 км/с истечения, ясно за что битва, а тут за что? В два раза больше чем у шаттловских ЖРД?
 
Конечно. Мы не можем уверенно утверждать что идея термического ЯРД себя полностью исчерпала. Тут наложилась политика. И сильно наложилась. И тем не менее, нельзя сказать что эту тему не двигали. Что ее (как взрыволеты) только на бумаге посчитали и ... Над ней работали американцы с 1955 по 1973 и получили рабочий образец. Над ней работали у нас с 1960-го по 1986-й (Чернобыль). И все же все эти темы ПОСТЕПЕННО сдувались. Не одним махом (как наша Луна и H-1) Год за годом уходили в "далекое будущее" задолго до того как Партия и Правительство решили это безобразие прекратить.
Столько усилий, столько средств... И для чего? Для 9 км/с?
И с такими чудовищными рисками?
Американцы вон посадили на "шутиху" (на твердотопливные ускоритеи) людей в эпоху лунной эйфории. И?



А посадить людей на термический ЯРД - это еще опасней. И все ради двукратного уи?
Я думаю, поэтому (не только экологическое лобби) тема так тихо-тихо и сошла на нет.
Во-всяком случае я вижу ситуацию именно так.

Почему когда Обама заявил, что мы выходим из бушевского "Созвездия" и будем развивать принципиально новые решения в космосе, что мы собираемся лететь на Марс с абсолютно революционными технологиями, я не понял: о чем он бредит?
Какие новые революционные технологии?
Мы всюду уперлись в тупики в пределы!!!
Что за чушь? Что у них там такое совсем уже невиданное нарисовалось? Все, абсолютно все направления уперлись если не в тупики то в предел целесообразности (как управляемый термояд сейчас). ЖРД - на пределе исчерания. Ну не о взрыволетах (единственный реальный кандидат на прорыв!) он говорит же!
Взрыволеты - последний шанс для ядерного космоса! Хотя бы потому что их и не опробовали даже.
Но этого не может быть. Вы на рожи  их  посмотрите! Они вены себе скорей вскроют все, чем признают здравость идеи "Ориона".
Так что же?
И вот когда я увидел презентацию ITS в 2016 я понял о чем же бредил этот "чурка".
Да, если ты профан, тебе все это кажется революционно-новым и прекрасным. Невиданным. И действительно, это все выглядит очень хорошо. Это ПРЕДЕЛЬНАЯ концепция для 70 лет развития ЖРД, Это верх оптимизации в ней. Лучше ничего придумать нельзя...
Ну разве что сделать супер-тяжелый "Морской дракон"? На 1000-2000 тонн? Это было бы совсем круто в комплексе с этими многоразовиками Маска. И это был бы предел. Окончательный предел для ЖРД.
Обама - дурак. Он не понимает что такое настоящая революция. Ну да бог с ним...

Ну а атом...
Мы до него, видимо, действительный не доросли пока. Ментально. Гуманитарно.
 

[pavel309]

очень интересная тема и вижу люди здесь думающие собрались. спасибо

[sharp]

Родовая проблема ТфЯРД - потолок уи в 9 км/с. И переступить его - никак. Это ровно половина от пиковых 4.5 км/с у лучших водородно-кислородных ЖРД.
Выигрываем мы импульс в 2 раза.

Александр, я уверен, что вы прекрасно знаете, какой выигрыш может дать всего лишь двухкратное увеличение УИ.Разница УИ всего в 2 раза означает, что массовое число изменяется КВАДРАТИЧНО.

Допустим, вы проектируете миссию, для которой нужен запас характеристической скорости в 20 км/с от НОО. На водородном ЖРД вам потребуется для этого массовое число 85(!). Согласитесь, это будет какая-то дикая многоступенчатая хрень, которую к тому же еще надо будет по крупицам собирать на орбите.

А вот если УИ 9 км/с, тогда массовое число требуется - всего лишь 9. И это уже абсолютно подъемная и достижимая задача.

Но безопасность - остается.

Эта проблема по сложности вполне принципиально сравнима с безопасностью тех же ионников, запитываемых от реактора.

А почему для Марса не использовать ТфЯРД? Почему новатор Маск упирается только в ЖРД-двигателе на "революционно-новой" топливной паре метан-кислород (даже не водород-кислород как было на Шаттлах или планировалось, например, для Lockheed Martin X-33)?

Ну во-первых, потому что получить все необходимые разрешения на разработку и испытания химических движков на два порядка проще, чем на ядерные установки.
Во-вторых, R&D у Маска идет во многом методом проб и ошибок. И если с химическими движками это никого особо не пугает, то представьте что было бы после того, как Маск взорвал бы на Бока Чике парочку ядерных реакторов?

Ну и наконец - до Марса дотянуться "химией" еще можно. А выбор в пользу метана был обусловлен, главным образом, теоретическим представлением о том, что на Марсе можно будет легко бодяжить метан.
Непонятно пока, чем это всё закончится, и связаны ли нынешние проблемы именно с выбором метана в качестве топлива? Будем посмотреть.

Почему меня восхитил проект Маска?
Да потому что там все в одном флаконе! Там прям видны стадии летной отработки. Почти все можно проверить на Земле поэтапно. Сесть на хвост ракете на Земле даже сложней чем на Марсе. Если она тут летает как у себя дома (сначала подпрыгивают, потом суборбита, потом орбита, потом...), там она будет летать еще лучше!

Ну вот поэтому и летать оно будет "низэнько-низэнько", и дальше Марса не полетит. Отправить человека или тяжелые грузы на космические тела дальше Марса можно только с помощью других типов двигателей.

Конечно. Мы не можем уверенно утверждать что идея термического ЯРД себя полностью исчерпала. Тут наложилась политика. ... Столько усилий, столько средств... И для чего? Для 9 км/с?
И с такими чудовищными рисками?

Просто политики, возможно, не до конца понимает формулу Циолковского. Поэтому им надо представлять законченные проекты, а не "повышение УИ в 2 раза".
Дуракам пол-работы не показывают, а в данном случае и половину проекта показывать не следует

Ну в конце концов, что вы лучше продадите? Это:

(кликните для показа/скрытия)

Или это?

(кликните для показа/скрытия)

Мы до него, видимо, действительный не доросли пока. Ментально. Гуманитарно.

Ну до колонизации Титана, справедливости ради - тоже. И даже до экспедиции пока не. Мы рассуждаем в лучшем случае о том, что будут делать в течение ближайших 500-1000 лет. Если повезет и цивилизация не улетит в тартарары до того.
А в 21 веке если увидим хотя бы посадку АМС на безатмосферные спутники гигантов - это будет уже супер успех, в плане исследования дальнего космоса.

[Андрей 2]

Значит можно сильно перепланировать все внутри и в частности поставить дополнительный бак на 200 тонн топлива.

А может применить уже давно привычную в авиации вещь - подвесные топливные баки (ПТБ) , доставляя их на орбиту уже с горючкой? И не нужно конструкцию корабля изменять.

[Инопланетянин]

И на чем там летают?
Не понятно на чем. На бульбутраторах хренпилкуляционных турболюлях...

На стеллараторах.

[Кремальера]

Что я вам,ув.Александр Анатольевич хочу сказать.Всерьез и уже довольно давно.Бросайте рисовать левацкие агитки для орлят Ильича.Берите талмуды с расчетами,и вместе с AlexAV пишите мериканскому автору первоисточника(который вы и выложили в теме про двигатель для МП) с предложением доработать и выступить с совместным концептом "звездолета-ситечка".Чую я,что это дело.,настоящее дело.

[sharp]

А может применить уже давно привычную в авиации вещь - подвесные топливные баки (ПТБ) , доставляя их на орбиту уже с горючкой? И не нужно конструкцию корабля изменять.

Корабль, собираемый в космосе, может вообще состоять из сколь угодно большого числа топливных баков. Должна быть модульная собираемая конструкция. Примерно так:



Красный шарик - полезная нагрузка, вся остальная пирамида - топливные баки.
Единомоментно расходуется топливо из 2 или 4 баков (для сохранения центровки), затем израсходованные баки отбрасываются.
Двигатели располагаются, понятно, внизу пирамиды. По мере того как баки выкидываются и сборка легчает, можно избавляться и от части двигателей.

С Земли, понятное дело, эта конструкция выводится многопуском, каждый пуск служит для выведения одного "шарика".

Такая структура позволяет легко достигать огромных массовых чисел, не допуская большого перерасхода на инертную массу. Например, на рисунке выше, если масса красного шарика равна массе белого, то массовое число = 102(!), При этом конструкция совершенно не производит монструозного впечатления.

[alex_semenov]

Да и топливо для него - ВОДОРОД. Дерьмо еще то! Что по условиям хранения, что по плотности (и размерам баков).

В каком-то смысле да, но не верю, что не существует вменяемых инженерных решений этой проблемы.

Как особенность водорода Н. нужно отметить способность его путем диффузии растворяться в металлах...

А температура кипения? А плотность?

Просто давайте решим простую школьную задачку.
У нас есть ДВЕ ракеты. Обе (условно) массой 20 тонн. 20 000 кг.
На первой  у нас стоит твердофазный ЯРД со скоростью истечения 9 000 м/с
На второй метан-кислородный ЖРД, тот самый "Раптор" со скоростью истечения 3750 м/с
Предположим что массы двигателей на обеих ракетах одинаковы.
Нужно обе разогнать до 12 000 м/с. С орбиты (поэтому тяга не особо важна).
Первой ядерной ракете по ф. Циолковского нужно 55 873 кг водорода.
Второй 470 651 кг кислорода и метана. В 8,4 раза больше по массе чем первой. Выигрыш на лицо (учитывая что мы на орбите).
Но давайте теперь сравним объемы топливных баков.
Плотность жидкого водорода 76 кг/м³

Метан-кислородное топливо. Считаем просто (не нашел я на вскидку реальных соотношений в двигателях, там все хитрей):



Я получил что 1/5 по массе - метан и 4/5 массы - кислород.
Плотность жидкого  кислорода  1 140 кг/м³
Плотность жидкого метана 415 кг/м³
Итого плотность метан-кислородного топлива в сумме  0.2*415+0.8*1140 = 995.8 кг/м³

То есть у первой ракеты с ЯРД объем топливного бака 735 м³
У второй метан-кислородного ЖРД объем топливного бака... 473 м3. 64% от объема водородного на первой ракете!
Если разделить массу ракеты (20 тонн) на объем баков то у первой приходится 27,20 кг/м³, у второй 42,32 кг/м³
Хотя вторая тяжелей в 8  раз, она почти в два раза компактней!
А размер - это не только сопротивление атмосферы при выведении (это то ладно) но это поверхность теплообмена.

Температуры кипения
Кислород  -183 С  (90 К)
Метан - 162 С  ( 110 K)
Водород - 253 С (20 К)

Для нас все это собачий холод. Но разница между жидким метаном и жидким водородом ~100 градусов. Как между кипятком и льдом.
Хранить жидкий водород (учитывая, мало того его температуру, но и плотность, то есть поверхность бака на кг топлива) - это наказание.
Достаточно сказать что членов "Водородного клуба" (то есть стран, которые умеют запускать ракеты на кислороде-водорде) меньше чем членов атомного клуба. Когда США в рамках программы "Аполлон" научились обращаться с жидким водородом (СССР тогда только пробовало) они по-сути освоили действительно качественно-новую технологию. И тогда же и решили, что ну их  нафик эти ЯРД с их двойным удельным импульсом!
Тут с ЖРД на водороде мороки - не оберешься....  А выигрыш не такой уж и выигрыш



Физические свойства рабочей массы только на первый взгляд - ерунда. Вот почему я своих "нибелунгов" посадил на взрыволет Коула и СМЕЛО отправил к Титану?



Скорость истечения (согласно Коулу, он гад мог и наврать) у такого аппарата всего 11.5 км/с. Но главное - ВОДА! Рабочая масса - вода.
В Лос-Аламосе уже в середине 60-х разрабатывали похожую концепцию для полета на Марс. "Гелиос". И там планировался больший уи (15-20 км/с) но в качестве рабочего тела предполагался все тот же водород (над которым США во всю эксперементировали).



Я считаю этот ход неверным. Не стоит повышать удельный импульс и снижение массы за счет замены надежной плотной воды на говряный водород.
Во всяком случае мои сумрачные германские гении нибелунги на эту мякину не поведутся.
Вода она и на Сатурне - вода.

И на чем там летают?
Не понятно на чем. На бульбутраторах хренпилкуляционных турболюлях...

На стеллараторах.

Во-во! И я о том же!!! 

[Андрей 2]

С Земли, понятное дело, эта конструкция выводится многопуском,

Или к кораблю ещё на Земле пристыкованы пустые ПТБ, имеющие полезный объём в те же 200 тонн компонентов топлива, пустые - лёгкие , после дозаправки на орбите начальный отбор будет из них, после чего они могут быть отброшены, и далее силовая установка будет работать обирая КТ  из внутренних баков