Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[AlexAV]

Ну, во-первых, снижение всё-таки было: пуск Протона до Ф9 стоил 100 лямов, Ф9 вышел на рынок с ценником в 60, и до сих пор этот ценник не поднимался (что делает сильно маловероятными высказывавшиеся предположения о демпинге).

Пуски для NASA идут по большей цене, поэтому даже этот пункт крайне спорный. Хотя в рамках имеющейся информации пока принять себестоимость пуска Ф9 в 60 млн. $ вполне можно.

 

Во-вторых, в рыночной экономике цена формируется балансом спроса и предложения. Соответственно, зачем снижать цену сильно ниже рынка, если хорошо продаётся и по нынешней цене?

В 2020 году из 114 пусков на Ф9 пришлось 25 из которых 13 - это Starlink (для которых о какой-то рыночной конкуренции говорить абсурдно). Итого 12 коммерческих пусков при общем количеситве пусков в мире 114. Т.е. очевидно, что тут SpaceX ни разу не монополист. А в этой ситуации смысл снижать стоимость пуска есть (хотя бы для завоевания рынка), скорее всего просто нет возможности.

Полагаю, основной источник финансирования, именно собственная прибыль с коммерческих пусков.

Вероятнее всего не пуски, а финансовые рынки. Сейчас за счёт рынка ценных бумаг при околонулевых процентных ставках деньги получают даже откровенные зомби со стабильно отрицательным денежным потоком и без малейших шансев выйти в плюс. Так что из этого факта самого по себе сейчас вообще ничего не следует.

[Кремальера]

о о прибылях можно судить по текущим вложениям корпорации: далеко не самая дешёвая разработка и тесты Старшипа, не дающие немедленной прибыли пуски Старлинков. Полагаю, основной источник финансирования, именно собственная прибыль с коммерческих пусков.

Помимо пусков коммерческих нагрузок спейсы продвигают коммерциализацию пилотируемых полетов на Dragon Crew..а также сервис по выведению не больших спутников Rideshare.И эти две программы становятся не в пример успешнее так и не стартовавшей программы DragonLab.Если смотреть на февраль-март 22-ого года как на ориентировочную границу(запуск миссии Crew-4),то можно увидеть что SpaceX запустят три коммерческих пилотируемых миссии к этому сроку(12 платных гавриков),против трех номерных экипажей NASA(плюс миссия Demo-2 c Бенкеным и Хёрли).Другими словами половина спейсовских астронаутусов -интуристы, оплачивающие свои полеты в конвертируемой валюте из сторонних источников.Пол-ярда гринами как с куста,в карман SpaceX.

[PavelSI]

Неракетные схемы

Ведро чтоли?))

По мне так SkyHook интересная штука. Метать аппарат тросом, далее трос вытягивать какой-либо системой малой тяги. Но проблема - очень высокие ускорения и высок риск повредить систему мусором.
SkyHook похож на космический лифт, но его можно сделать уже с современными технологиями.

[Андрей Астрофизический]

пока в ТРУБЕ что то есть.

Согласен. Хотя, в нашем случае внутренний объем трубы пренебрежимо мал по сравнению с объемом баков, но да, уточнение резонное.

Но до давления столба в любом случае будет далеко.

А вот тут нет. С какой, собственно, стати далеко? Центробежный насос не содержит отверстий для сообщения с внешней атмосферой. Так что это именно аналог ГЕРМЕТИЧНОЙ ТРУБЫ. И именно ей, он механически/гидродинамически подобен. Т.е. смотрим классическую картинку водонапорной башни с тонкой и длинной вертикальной трубой, и вспоминаем чему будет равно давление внизу трубы.

а из трубы будет вытекать быстрее, чем втекать из бака.
в конец концов вв определенной точке трубы вода разорвется. и дальше будет падать КАПЛЯМИ.

Нет, это неверно. У нас в трубе нет разрежения, у нас там происходит РОСТ давления.

[Mercury127]

Давайте я поищу закон Бернулли вместо вас двоих?

[olenellus]

В любом случае есть три системы где нужно рассматривать сохранение энергий. А - где v0=0, В - где v0 >0 (и уже не меняется). C - где v квазиидеальной ракеты уже не меняется (разгон окончен).

Ну давайте посчитаем Ваш КПД в этих трёх системах.

• A. K₀ = 0, K_f ~ (v - v₀)² > 0. КПД = 1.
• B. K₀ ~ v₀², K_f ~ v². 0 < КПД < 1.
• C. K₀ ~ (v - v₀)², K_f = 0. КПД уходит в минус бесконечность.

Энергия должна сохранятся (плюс выделившаяся в двигателе) при переходе из любой в любую между этими тремя.

Нет. Суммарная энергия должна сохраняться в любой из этих систем (и в любой другой инерциальной системе). При переходах между системами энергия будет почти всегда меняться (в строгом смысле понятия "почти всегда"). Более того, почти всегда разность кинетических энергий двух тел в разных системах тоже будет разной.

[SpaceEngineer]

Про ротоватор:
https://antihydrogen.livejournal.com/49084.html

общая масса системы (трос + спутник-противовес) – 380 тонн;
длина троса – 630 км;
высота перигея центра масс – 580 км;
полезная нагрузка, которую система может закинуть за раз – 5 тонн;
скорость кончика троса – 2.5 км/с (меньше предельно возможной, для того, чтобы обеспечить трехкратный резерв по прочности троса);
горизонтальная скорость, до которой должен быть разогнан груз до подхвата – 5 км/с (при старте с экватора);
высота, на которой происходит подхват – 150 км;
наивысшая орбита, на которую может быть выведен груз после сброса – высокоэллиптическая с высотой апогея 144 тыс.км (а также орбиты с любым меньшим апогеем, поскольку конечная скорость груза регулируется углом поворота троса в момент сброса).

В промежутках между запусками апогей придеться поднимать с помощью каких-нибудь движителей. Авторы предлагают использовать для создания тяги электродинамический метод: взаимодействие тока, пропускаемого сквозь трос, с магнитным полем Земли.

Энергию для поддержания тока предполагается получать от солнечных батарей, установленных на спутнике-противовесе, а электроны для замыкания цепи – черпать из ионосферы. Если предполагаются запуски раз в месяц, то потребная средняя мощность разгона – 76 кВт. С учетом КПД электродинамического метода – 250 кВт. С учетом того, что на низкой околоземной орбите батареи освещены только половину времени – нужно 500 кВт установленной мощности.

Поэтому для случая больших грузопотоков авторы предлагают, кхм, интересную альтернативу: поддерживать орбиту ротаватора, замедляя им груз, оправляемый с Луны.

Работа системы в целом будет выглядеть так: после запуска полезного груза ротоватором с околоземной орбиты, с Луны к Земле отправляется лунный грунт. Он захватывается зацепом ротоватора в наивысшей точке поворота. В низшей точке он отцепляется от троса, падает в земную атмосферу и сгорает где-нибудь над Тихим Океаном.

[SpaceEngineer]

А если так? Первая ступень подбрасывает груз на 200 км вверх, где он зацепляется магнитным образом за проводящую ленту длиной 1000 км, натянутую между двух тяжёлых спутников. Торможением относительно ленты токами Фуко груз разгоняется до орбитальной скорости.

https://antihydrogen.livejournal.com/51145.html

[Андрей 2]

Да, чего только не напридумывают , только бы сэкономить на доставке груза на орбиту. Напомнило об этой системе:

http://www.youtube.com/watch?v=IAQWSy4fNuA

[tydymbydym]

Маск уже давно работает над технолией вытеснения газов самими же газами.

Путь Маск уже отдохнет немного от трудов праведных.
В водородных баках наддув делается водородом. Гелий в баке окислителя применяют в первую очередь для экономии веса - кислород при нескольких атмосферах ощутимо весит в большом баке. Но это не правило - в Сатурн-5 (водородные ступени) и Шаттле наддув был компонентами топлива, без богомерзкого гелия. В Протоне вообще наддув продуктами сгорания идет - и все живы пока. В Энергии решили сэкономить немного веса, поэтому дули гелием (заодно и двигательный отсек им продували)... но это потому что страна была богатой, денег не считали 

[Александр Овчар]

А если так? Первая ступень подбрасывает груз на 200 км вверх, где он зацепляется магнитным образом за проводящую ленту длиной 1000 км, натянутую между двух тяжёлых спутников. Торможением относительно ленты токами Фуко груз разгоняется до орбитальной скорости.

https://antihydrogen.livejournal.com/51145.html

Лента сломается. Груз в начале разгона как то падает вообще-то.
Пример. По НО летит длинное ножовочное полотно.  Мимо пролетает баллистическая ракета и пытался зацепиться за эту пилу. Что  с разницей скоростей в 3 км/с. Это будет скорость резания., пиления баллистической ракеты летающей космической пилой.

[Александр Овчар]

Интересная машинка
https://youtu.be/a2tDOYkFCYo
Кажется тут ПН на уровне 5% от массы аппарата.

Возможно, что, космоплан, тоже может складывать крыло.

[Андрей 2]

Это считанные сотни метров в секунду приращения удельного импульса.
И все!

Как это "и всё" там уже продекларирована экономия компонентов в среднем на 15 % по сравнению с классическими ЖРД, при более высоком УИ, разве это плохо? Замените инструмент, и старая музыка зазвучит по-новому...

http://www.youtube.com/watch?v=FVa37f67Hnc

[alex_semenov]

Посмотрел вот это выступление Маска.

Starship 2022: официальная презентация SpaceX

Два потрясение и недоумения.

Первое (попроще) Раптор-2 проще, но надежней и мощней Раптор-1
То что он проще даже видно снаружи:



Недуменный вопрос за счет чего (сэр!!!!) прозвучал из зала. Удивило что сам Маск (как мне показалось) заартачился на него ответить.
Никакой ключевой изюминки такого улучшения он назвать не смог. Уход от болтовых соединений к сварке (а как это обслуживать-ремонтировать?) - все что он мог на это ответить. Мол, мы нашли массу скрытых резервов в раптор-1... И все?...
Как-то не верится!!!

Но самое изумительное.



Маск РЕАЛЬНО собиратся пускать одну и ту же первую ступень через... ТРИ часа, КАРЛ!!!!
Маск говорит: полет первой ступени - 6 минут. 2 минуты разгон. Потом разделение и возврат на лапы башни 4 минуты. Итого 6 минут. Далее он говорит с какой скоростью они собираются заливать топливо в баки (и мол, это - круто ибо топливо испаряется). И получает что через 3 часа комплекс опять готов к старту.
Я так понял, заправка бустера (первой ступени) будет производиться ОДНОВРЕМЕННО с установкой на нее следующего старшипа?
Надеюсь пустого?
Опять таки заправка, теперь старшипа (время не ждет) и ... пуск?
Допустим, это только для БЕСПИЛОТНЫХ топливных заправщиков.
Тогда они смогут запустить 7 заправщиков вслед улетевшему... Кстати. Что с орбитами?
А сама орбитальная динамика позволяет ТАК пускать?
По моему должны пройти сутки, прежде чем можно будет вывести на ту же орбиту следующий заправщик.
Но как по мне даже сутки между пусками (семь дней на заправку корабля, летящего куда-то там...) - это уже офигенно круто (хотя и не так и безумно).

Так кто он? Аферист или гений?
Я с ужасом думаю: а что если у него получится? Рвется он к 3 часам (зная что в итоге будет в 8 раз хуже, ну и бог с ним, все равно раньше и не надо), но если он сможет пускать раз в сутки с этой своей башни бустер со старшипом (их может быть 3-10 заправщиков) то это по-сути означает что вся остальная мировая ракетная индустрия, Китай, Россия...
Все они - лохи позорные.
Нет? Нелохи?


Главный вопрос. ЧТО помешает Маску запускать эту свою дуру раз в сутки?
Есть ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ограничения которые остановят этого безумца/афериста?

[alex_semenov]

Почему эти планы Маска меня так заводят?
В свое время я попытался понять, где же самое узкое место в его грандиозных планах?
И я выдвинул эту вот версию:



Пуск ракеты - это КОМПЕЛКС МЕР по обеспечению ее надёжной работы в течении этапа выведения.
Сам пуст - это лишь "вершина айсберга".
Сама ракета - это лишь концентрация УСИЛИЙ массы людей и механизмов, организационно-производствено-тестовых работ.
Сам момент пуска - опять же лишь мизерная часть собственно ПРОЦЕССА пуска (подготовки к нему).



10 минут полета - это КОНЦЕНТРАЦИЯ, финал усилий в течении ПОЛУГОДА.
Ракеты ФИЗИЧЕСКИ устроены так.
Почему?
Есть гениальная догадка (не моя).
Даже в сравнении с авиалайнерами чисто механически это ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ машина.
Потому что мы как были остаемся и НАВСЕГДА ОСТАНЕМСЯ ... цивилизацией ПРУЖИН...



Ракета в отличии даже от пассажирского авиалайнера несет НА ПОРЯДОК (минимум) большую массу (учитывая под несомой массой и массу топливо, не только полезную нагрузку ибо механике под нагрузкой на старте пофиг что обременяет ее и заставляет сломаться-отказать в критический момент), чем весит само транспортное средство.
Вот тут:



...космический ракета-носитель автором идеи первоначально представлен неверно. Здесь не считается масса топлива (ракетная масса) у транспортного средства. Тут для ракет посчитана полезная нагрузка к массе пустой ракеты. И да, получается "обычная" ситуация. Но  если посчитать под "грузоподъемностью" и массу ракетного топлива (а критический в момент старта так и есть!!!), то ракеты не будут так красиво ложиться В ОБЩИЙ ТРЕНД.
Она явно выскочет из общей линии-тренда  на порядок (а то и два!) выше.

То есть химическая ракета, стартующая с поверхности Земли на орбиту ВСЕГДА будет экстремальной машиной.

Добиться самолетного режима полетов (сели, заправились, через три часа - опять полетели) не получится!
Даже создав на поверхности гениальную инфраструктуру (да, идея башни с лапами и вообще все это - очень хитро и даже гениально, нулевая ступень, как ее навзвал сам Маск)

А значит те самые 10 минут пуска требуют огромной "невидимой" работы-концентрации усилий предстартовой подготовки, которая ПО-СУТИ начинается еще на стадии изготовления ОДНОРАЗОВОГО изделия. То есть по-сути полугодового стартового цикла.
И срезать этот цикл... кажется НЕМЫСЛИМЫМ.

То есть все эти академики от космической "науки", таки незря жрут свой хлеб (жрецы ракетной науки).
Поспешишь? Людей насмешишь!

Или я не прав?
Есть лазейки?

Честно, мне бы хотелось что бы Маск оказался прав. Но есть ли для этого хоть какие-то предпосылки?
У меня огромные сомнения...

[Mercury127]

Конвейер + распараллеливание. Спасибо дяде Форду.

Да, пока “большим игрокам” ракеты нужны были в штучном виде - ОБСЛУЖИВАНИЕ И ПУСКИ распараллеливать и конвейеризовывать никому не было нужды.

Теперь есть.

[alex_semenov]

Еще.
Попалась такая картинка для медитации.



Что в ней плохо? Посчитаны доли для ступеней но соотношение этого между ступенями - нет.
Доля массы  - это один показатель.
Но вот СТОИМОСТЬ... это по-сути доля СЛОЖНОСТИ или напряженности элемента  конструкции (ступени) к другим элементам (но не абсолютно).
На первой ступени самое дорогое - двигатели.
Видите?
Они - самые напряженные.
Статья "цивилизация пружин" прежде всего привносит нам  идею МЕХАНИЧЕСКОЙ экстремальности ракет (учитывая что ракета испытывает и перегрузку не меньше 1.2 g). Что в силу соотношения массы топлива (ракетной массы) к массе аппарата (пустой ракеты) данное тарнспортное средство НЕТИПИЧНО для данной цивилизации пружин. И значит стоимость (сюда же и ВРЕМЯ подготовки к полету) всегда будет нетипично-высокой (и 3 часа между пусками, даже сутки - недостижимая утопия). Но стоимость двигателей нам дает еще одно измерение. Термодинамическое.
В действительности и энергетика (энерговооруженность) ракеты, как мы знаем на три порядка выше типичной энерговооруженности земного транспортного средства. Условно, 500 000 Вт/кг (пустой ракеты!), тогда как даже у самолетов не выше 1000 вт/кг.
То есть это экстремально нагруженная машина-механизм.
И эксплуатировать его в режиме ОБЫЧНОГО механизма просто физически невозможно.
Этому противоречат сами законы природы.
Нет?
Я не прав?

[alex_semenov]

Конвейер + распараллеливание. Спасибо дяде Форду.
Да, пока “большим игрокам” ракеты нужны были в штучном виде - ОБСЛУЖИВАНИЕ И ПУСКИ распараллеливать и конвейеризовывать никому не было нужды.
Теперь есть.

Это мантры. Хотелки. И я сам бы так хотел бы.
Но будет ли так на самом деле?
Включите мозги, уважаемые!
Ракета - ЭКСТРЕМАЛЬНАЯ машина.
На конвейер можно поставить ОБЫДЕННЫЕ машины. Когда собираемая машина по порядку сложности ТАКАЯ ЖЕ как и те машины, которые ее собирают (конвейер).
Так и самолет (вчере пересматривал фильм "Лонгальеры"). Да машина сложная. Но на самом деле сеть аэропортов и вся инфраструктура (конвейер) аэропортов - такая же по сложности "машина", как и сам самолет.
Но ракета на порядок более сложная, напряженная машина, чем весь тот комплекс машин (и людей) которые собирают и готовят ее к пуску. Ракета на порядки сложней (напряженней механически, термодинамически) чем любой авиалайнер.
А значит проклятье ШАТТЛА избежать никакими уловками не получтися.
Маск придумал отличную штуку. Но это НЕ ПОМОЖЕТ...
Нормальная работа на порядки более сложной машины (концентрация сложности в ней) покупается тем, что вокруг этого уникального узла (собственно ракеты и 10-и минут ее полета) концентрируется на порядки большее число машин и людей ПОПРОЩЕ (и прежде всего тратится времени до полугода!) которые готовят этот экстрим к "штатному полету".
Я говорю неразумные вещи?

[Mercury127]

Экстремально нагруженные - это одноразовые. Там нет смысла отступать от экстремума ради БУДУЩИХ пусков, которых не будет.

Для многоразовых подход, очевидно, нужен несколько иной. С поправкой на достижения материаловедения, технологий обработки, итд.

[равлик]

Не верю 
Ну не может отношение стоимости к массе у несущей конструкции быть в сотни...тысячу раз дороже топлива!