Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[Mercury127]

мало. сказал же, через 500 лет приходить...

[Боро]

Главное. Почему же все-таки шаттл не смог летать по 20 раз на год?
Почему NASA, выйдя на цифру 10 пусков в год - ЗАХЛЕБНУЛОСЬ от лавины проблем, которые и срезали программу (то что осталось после "челенджера" - это огарок)?

Есть два возможных ответа.

Ответа как мне кажется действительно два, но вот второй ответ мне абсолютно не нравится.

Запускать сверхтяжелую ракету (выше 100 тонн на НОО) 20 раз в год - НЕМЫСЛИМО для нашей цивилизации.

А в чем заключается немыслимость? Маллейн пишет что они, НАСА тогда не справлялись, были авралы за авралом, людей дико не хватало. Логично что это все в итоге привело к катастрофам, так и должно быть.
Но на самом деле был очень простой способ выйти на 20 пусков шаттла в год, увеличить кол-во сотрудников в два раза, построить в два раза больше шаттлов, сделать больше запасных частей и тд и тп.
Принципиальной проблемы в этом не было, да, при этом они не укладывались в бюджет и свои собственные планы(и поэтому этого не произошло), но технически им ничего не мешало пойти этим путем.

Поэтому настоящую вторую причину я вижу только в неверном расчете экономики, в сложностях бюджетирования и в неготовности гибко подстроится. И здесь у Маска куда больше возможностей и свободы, он не связан бюджетом по которому не может построить больше 4х кораблей, или тем что не может нанять больше людей. В этом плюс его возможностей с точки зрения гибкости и так не любимого вами AGILE.
Да, встает вопрос о том, получится ли сделать эту затею экономически реализуемой, но тут есть ответ ниже.

Цитата: crazy_terraformer от Вчера в 20:04:01
Такое чувство, шо Вы считаете будто после постройки шаттлов НТР прекратилась.
А что реально случилось? Ну компютеры стали лучше. Да. Но для сверхтяжелых ракет это не существенно. Танчикам на Марсе это сильно помогло. Но не тяжелым космолетам в духе "шаттлов"!
В чем проект Маска несет черты именно 2020-х годов?
Я ТУПО не вижу.

Вы здесь зря считаете что развитие компьютеров это тема чисто для всяких "танчиков на Марсе". Сверхтяжелая ракета на них конечно не полетит, но активное использование современных ИТ-решений очень во многом помогает Маску.
Компьютеры это уменьшение и ускорение бюрократии, это автоматизация многих рутинных проверок и согласований, это даже банальная автоматизация производства. Нет больше необходимости собирать стопку бумаг с ракету высотой, все это можно вести электронно куда быстрее, с меньшими затратами и меньшей вероятностью накосячить.

Никакой революции Маск может и не совершил, но она и не всегда нужна, порой достаточно просто эволюции.

[Андрей Астрофизический]

Можно нам годик подумать?

Попробуйте думать быстрее. Я понимаю, это кажется невероятным, но это возможно.

[loky1109]

Принципиальной проблемы в этом не было, да, при этом они не укладывались в бюджет и свои собственные планы(и поэтому этого не произошло), но технически им ничего не мешало пойти этим путем.

Экономика это тоже часть нашей цивилизации. Технически - реально, для нашей цивилизации в её текущем виде - нет.

[Инопланетянин]

Какие активы имеются в наличии?

Вы прочитали в личке цены на топливо? Или и сами потрудились поискать?

[alex_semenov]

Какие активы имеются в наличии?

Вы прочитали в личке цены на топливо? Или и сами потрудились поискать?

Да. Но у меня мало доверия пока к тем цифрам.
Во-первых нет водорода. И хорошо бы метан иметь именно как метан. Три ключевых компонента. Водород, метан, кислород (остальное - в сад). Керосин - авиационный. Ибо я собрался сравнивать транспортную авиацию как базу многоразовости с мыслимыми космическими многоразовиками.
Во-вторых ракетное топливо (любое) будет все-таки отличаться по цене от того, что используется в массовом производстве.
Даже жидкий метан, водород, кислород. Ибо все же требования к нему построже.
В общем я все еще "в поиске".
 
Заправка ракеты Маска указывается ~ 0,2 миллиона. Это 0.0034 от стоимости всего пуска. Кстати заправка Ил-76 к стоимости самого самолета очень близкая. Что и удивило! Если новый самолет 50 27 миллионов долларов (сравнимо с ракетой), а в него заливают за раз  80 тонн керосина, и тонна - 600 долларов, то одна заправка "Илюхи" составляет от сухой стоимости 0,002.
Есть сомнения в этих моих цифрах. Ведь ракета маска ~500 тонн и почти вся эта масса - топливо. То есть, по идее топливо для одного пуска "сравнмой" ракеты должно быть на порядок дороже просто из-за примерно на порядок большей по массе заправки...

[Андрей Астрофизический]

В общем я все еще "в поиске".

В третьих, конечная цена любого "продукта" сильно зависит от объемов производства. При случае цены могут обваливаться в разы, если открылся новый какой-то заводик.
А Маск вроде где-то говорил, что производство жидких компонентов пары планирует организовать на месте, благо и природный газ (метан), в Техасе есть. Т.е. еще и минус расходы на логистику.

[alex_semenov]

Мантра про снижение цены при массовом производстве.
Еще одна раздажающая мантра.
(не могу думать об современных экономистах и их "прописных истинах" хорошо. Шельмы и стервы еще те! Ловить бл_й надо на каждом слове! Врут как дышат!)
Да. Массовость производства снижает цену. Но снижает СПЕКУЛЯТИВНУЮ цену. Задранную в силу превышения спроса над предложением.
В норме же (по А. Смиту) справедливая цена, равновесная цена (не важно рынок ее установили или это результат грамотного расчета) всегда стремиться к СЕБЕСТИМОСТИ, ну там плюс 3%.
Верно?
И уж ниже этого снижать никогда никак не получится. Ни какими заклинаниями.
Если на что-то цена резко падает, значит цена стремиться к истинной цене, а до этого она была спекулятивной. И этот процесс асимптотический. То есть нельзя вечно снижать цены на все. И когда мы что-то считаем, мы всегда должны считать не задранные на аукционе (невиданных возможностей) цены, а именно искать себестоимость за которую уже - никак.
Тот же уран, взрывчатка. Когда мы это считали тут где-то недавно, мы считали как раз или себестоимость или рыночную но без особых накруток (действительно много предложений и рыночная стремится к себестоимости. То есть божеская цена. Можно ей верить по порядку- точно).
Когда кто-то считает "мы за счет массовости снизим", это как правило хитровыкрученные расчеты. Обмануть самого себя.
Сразу надо все бабки считать в расчете на то, что у вас уже массовое производство и все по себестоимости. Почти (3% - для инженера не поправка).
Хотя, конечно, не всегда это можно сделать хорошо (что-то будет задрано, заспекулировано).
Та же стоимость вывода килограмма на орбиту.
Не будем далеко ходить.
Ну ясно что рынок крайне маленький. Ограниченный. И значит все производства страдают от мелкосерийности производства.
Нет тоножа, потому что нет спроса. Нет спроса, потому что нет тоножа...
Где здесь телега? Где здесь лошадь?
Экономическая система - это САМОРЕПЛИКАТОР (а для банкиров это пирамида долгов). Там все всегда так (работают всякие мультипликаторы, положительные, отрицательные), в итоге замкнуто в кольцо самовоспроизводства. Что и позволяет некоторым из этого сделать лженауку.

[Инопланетянин]

В норме же (по А. Смиту) справедливая цена, равновесная цена (не важно рынок ее установили или это результат грамотного расчета) всегда стремиться к СЕБЕСТИМОСТИ, ну там плюс 3%.
Верно?
И уж ниже этого снижать никогда никак не получится. Ни какими заклинаниями.

Строго говоря, можно. За счёт доходов в других областях. Фирмы так демпингуют. Но вы, как я понимаю, хотите именно выяснить во что обойдётся именно конкретной фирме (даже если это государство) истинная стоимость запуска?
Но всё же, хотя бы порядок цен прикинуть из инфы легко яндексящейся можно?

[Андрей Астрофизический]

Да. Массовость производства снижает цену. Но снижает СПЕКУЛЯТИВНУЮ цену. Задранную в силу превышения спроса над предложением.
В норме же (по А. Смиту) справедливая цена, равновесная цена (не важно рынок ее установили или это результат грамотного расчета) всегда стремиться к СЕБЕСТИМОСТИ, ну там плюс 3%.
Верно?

Верно. Но, сами же отметили, что производство жидкого кислорода и метана, на данный момент похоже на мелкосерийное, и от той самой СЕБЕСТОИМОСТИ, пока весьма и весьма далеко. Так что от завода который будет гнать эти жидкости тысячами тонн, можно ожидать существенного снижения фактической цены.
И, посмотрите. Вы в любом утверждении, пересекающемся с современными экономическими идеями, автоматом видите "мантры", т.е. ложь, обманку.
Не нужно все подряд красить в только белое и только черное. В современной болтовне экономистов есть вранье для лохов? Да, конечно. Но, правда там тоже есть. Надо уметь отделять одно от другого, и понимать границы применимости тех или иных утверждений. В частности утверждение что завод крупнооптового производства жидкой пары, вполне может значительно повлиять на ее цену - вполне похоже на истину, в текущих обстоятельствах.

[AlexAV]

Верно. Но, сами же отметили, что производство жидкого кислорода и метана, на данный момент похоже на мелкосерийное, и от той самой СЕБЕСТОИМОСТИ, пока весьма и весьма далеко. Так что от завода который будет гнать эти жидкости тысячами тонн, можно ожидать существенного снижения фактической цены.

Это не соответствует действительности. И жидкий метан и жидкий кислород сейчас многотоннажный продукт, производимый буквально миллионами тонн (одна Сабетта этого жидкого метана производит под 18 млн. тонн в год, про мощности Катара я тут даже не вспоминаю). Это зрелые технологии, где ни за счёт инноваций, ни за счёт эффекта масштаба уже ничего выжать нельзя.

Тут, наоборот, со временем может произойти нечто обратное. Метан дешев только пока природный газ добывают миллиардами тонн и соответственно есть массовая, и в силу эффекта масштаба очень дешевая, трубопроводная и СПГ инфраструктура по его транспортировки. А вот когда газ кончится вместе с ним кончатся и газопроводы, как и массовое и относительно дешевым (из-за массовости) оборудованием по сжижению метана. И соответственно главный недостаток метана, сложность его хранения и транспортировки, снова станет невероятно остро.

Во-первых, как только будут исчерпаны месторождения газа, сразу окажется,  что купить его попросту негде, т.е. вообще. Не то что метан тяжело синтезировать, но метан не является удобным сырьём (если нет скважины из которой он идёт с ничтожной себестоимостью) ни для одного химического производства, если мы стартуем от растительного сырья, то технологическая цепочка практически любого конечного продукта его включать не будет, а значит и не будет его промышленного многотонажного производства. Соответственно, нужно будет организовывать специальный завод для его малотонажного производства, а это уже само по себе делает его дорогим.

Во-вторых, метан от завода препаративного синтеза к космодрому нужно как-то доставить. А после исчерпания месторождений газа современной системы трубопроводов не останется. На металлом разберут, так как она больше будет не нужна. Строить и содержать трубопровод в сотни и тысячи километров ради перекачки нескольких сотен или тысяч тонн метана в год - экономический абсурд. Соответственно нужно везти в сжиженном виде в цистернах по железной дороге. Но в описанной ситуации массовых цистерн под СПГ (они отличаются и от цистерн для перевозки обычных жидкостей и перевозки жидкого кислорода, там есть моменты связанные с пожароопасностью метана) - ведь тоже не будет. Соответственно, придется делать их в штучных количествах, и, как обычно бывает в таких ситуациях, с безумной ценой. Оборудование по сжижению метана, кстати в этой ситуации тоже из массового (как сейчас) превратится в малосерийное, и, соответственно, очень сильно подорожает.

Т.е. без массовой добычи природного газа метан практически автоматически станет малодоступным, дорогим и неудобным топливом.

Есть ещё третий момент. Для наддува баков с метаном и жидким кислородом используют гелий и заменить его там сложно. А откуда берется почти весь гелий? Из того же природного газа. Не будет газа - практически недоступен станет и гелий.

Исходя из всего сказанного, можно предположить, что метан это не столько будущее ракетной техники, сколько момент эпохи. Сколько-нибудь привлекательно он выглядит только пока есть месторождения природного газа и из них идёт его крупномасштабная добыча. А без них и связанной с ними массовой инфраструктуры он сразу станет крайне проблемным топливом. Но период в течение которого эта самая крупномасштабная добыча природного газа будет идти - заведомо очень небольшой в историческом масштабе времени. А вот дальше (если к тому моменту вообще какая-то космонавтика на Земле сохранится) что-то высококипящие и желательно производимое массово для каких-то иных нужд химической промышленности может снова стать крайне востребованным и куда более привлекательным, чем метан.

[Андрей Курилов]

Есть ещё третий момент. Для наддува баков с метаном и жидким кислородом используют гелий и заменить его там сложно. А откуда берется почти весь гелий? Из того же природного газа. Не будет газа - практически недоступен станет и гелий.

Для вытеснения жидкого метана прекрасно подходят водород и азот. Не говоря уже о банальном подогреве пузыря (ullage) из самого метана.

[-Asket-]

Для шаттла, согласно информационному бюллетеню НАСА за 2001 г .:
НАСА покупало водород по 98 центов за галлон. Галлон жидкого водорода весит 0,2679 кг, поэтому они платили 3,66 доллара за кг жидкого водорода.
НАСА закупало кислород по 67 центов за галлон. Галлон жидкого кислорода весит 4,322 кг, поэтому они платили 0,16 доллара за кг жидкого кислорода.
Итого:
384070 галлонов жидкого водорода во внешнем баке шаттла по цене 376390 долларов. И 141750 галлонов жидкого кислорода по цене 94970 долларов.
https://www.quora.com/How-much-does-NASA-pay-per-kg-for-hydrogen-and-oxygen-in-rocket-fuel

[AlexAV]

Для вытеснения жидкого метана прекрасно подходят водород и азот. Не говоря уже о банальном подогреве пузыря (ullage) из самого метана.

Водород подходит, а азот не очень, слишком хорошо растворим в жидком метане. А для жидкого кислорода вообще кроме гелия (и теоретически неона, но он ничуть не более доступен) ничего не подходит.

[alex_semenov]

Для шаттла, согласно информационному бюллетеню НАСА за 2001 г .:
НАСА покупало водород по 98 центов за галлон. Галлон жидкого водорода весит 0,2679 кг, поэтому они платили 3,66 доллара за кг жидкого водорода.
НАСА закупало кислород по 67 центов за галлон. Галлон жидкого кислорода весит 4,322 кг, поэтому они платили 0,16 доллара за кг жидкого кислорода.
Итого:
384070 галлонов жидкого водорода во внешнем баке шаттла по цене 376390 долларов. И 141750 галлонов жидкого кислорода по цене 94970 долларов.
https://www.quora.com/How-much-does-NASA-pay-per-kg-for-hydrogen-and-oxygen-in-rocket-fuel

Аскет, голубчик. Вся надежда на вас. Я туплю что-то.
Сколько сейчас стоит килограмм жидкого ракетного метана (ясно что кроме Маска пока его никто не использует)?
Я тут пытался из каких-то китайских предложений крупных партий жидких газов  считать и водород и метан (они предлагают в метрах кубических, видимо при н.у.). Пересчитываю у меня получаются чудовищные цифры. Там метан 6 000 долларов/тонна. Водород 10 000 долларов/тонна.
Но я думаю черта с два сейчас тонна жидкого метана (даже супер-пупер чистого)  будет дороже тонны авиационного керосина (который вроде 600-700 долларов за тонн).
Кислород - самый дешевый компонент. Его вообще никто не предлагает. Все предлагают установки по его получению и себестоимость  кислорода, как где-то прикинул: 80-100 долларов за тонну.
Вообще смешная цена.
И это хорошо коррелирует с тем что платило NASA по вашим данным - 160 долларов за тонну.

Кстати, если заправка всеми компонентами топлива Фалкон-9  200 000 долларов, то это примерно 500 тонн жидких компонентов. Значит усредненная цена где-то 400 долларов за тонну. Очень похоже на правду.

О вытесняющих газах. Так у Маска же в его пепелацах планируется что никакой азот, гелий не понадобится. Это одна из фишек проекта. Рапторы и создают обратное давление в баки. Кислород из баков вытесняют кислородом. Метан - метаном. Уходят от лишних газов.
Но главное.
Стоимость топлива - мизерная в стоимости современных ракет.
Ну у того же Маска
6 миллионов - обрекатель.
12 миллионов - вторая ступень
40 миллионов - первая ступень
топливо 0.2 миллиона.
То есть. 58 миллионов пустая ракета. И к ней 200 000 - все ее топливо. Это 0.0034 часть цены. То есть треть процента!
Даже если топливо подорожает раз в 10 или 100, это сильно на стоимость груза не повлияет.
Хотя...
Тут есть нюансы.

[AlexAV]

жидкого ракетного метана

Крупнооптовая цена жидкого метана на заводе без доставки что-то около  $5,1/MBTU или около 270 $/тонну (некоторые цифры скажем тут упоминаются https://www.vedomosti.ru/business/articles/2020/01/22/821175-gazprom-gotov).

[alex_semenov]

Ага. Спасибо Алекс! Я так и думал что в половину меньше керосина.
Но синтетический, наверное будет в 2-3 раза дороже?
Кстати. Метана, по идее, полно на морском дне. Даже раскатывают губу продлить за его счет углеводородный праздник еще на век.
Японцы всякие. Несознательные азиаты в общем...  Европа та намылилась водород добывать и пользоваться. "Прогрессивно мыслят!" (с)

[crazy_terraformer]

А вот дальше (если к тому моменту вообще какая-то космонавтика на Земле сохранится) что-то высококипящие и желательно производимое массово для каких-то иных нужд химической промышленности может снова стать крайне востребованным и куда более привлекательным, чем метан.

Будут каталитически окислять биометан(продукт брожения стоков ферм и городской канализации) до метанола и тут же этерифицировать до диметилового эфира.

[Андрей Астрофизический]

И жидкий метан и жидкий кислород сейчас многотоннажный продукт, производимый буквально миллионами тонн (одна Сабетта этого жидкого метана производит под 18 млн. тонн в год, про мощности Катара я тут даже не вспоминаю)

Хмм, Ок. Познавательно, я этого не знал.

Исходя из всего сказанного, можно предположить, что метан это не столько будущее ракетной техники, сколько момент эпохи. Сколько-нибудь привлекательно он выглядит только пока есть месторождения природного газа и из них идёт его крупномасштабная добыча

Вроде бы запасов газа на планете несколько больше, чем нефти, т.е. можно полагать что лет на сто хватит точно.
А дальше могут быть разные заменители, водород, керосин или его синтетические аналоги, и т.п.
А для Марса можно оставить и метан. Но это все не столь важно. Нынешняя разрабатываемая сумма метановых технологий - это инструмент выхода из колыбели. Это исторически одноразовое действо, ему не обязательно быть долгосрочно-работающим, если после выхода его есть чем заменить.

[crazy_terraformer]

Для вытеснения жидкого метана прекрасно подходят водород и азот. Не говоря уже о банальном подогреве пузыря (ullage) из самого метана.

Водород подходит, а азот не очень, слишком хорошо растворим в жидком метане. А для жидкого кислорода вообще кроме гелия (и теоретически неона, но он ничуть не более доступен) ничего не подходит.

Перекись водорода вместо кислорода или тетраоксид диазота. Вариант гофрированного сжимаемого бака остаётся. А электрическому насосу необходимо использование вытесняющего газа?