Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[Anatoly]

Просто тезисно:

Это теория.
Давайте попрактичней
....
....в чем выигрыш? В экономии нескольких тонн керосина?

см. картинку "Сравнение ТТХ" - https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,126842.msg3143043.html#msg3143043 - там Мясищевским КБ было все уже давно-давно посчитано...
Жаль только, что ничего такого пока сделать не получается - не финансируют - может, в аннотированном "Космос 2.0" (типа "космос для чайников частников") у кого-нибудь да получится... Или таки тема Skylon под эгидой DARPA дойдет хотя бы до демонстрации Sabre "в металле"...

[alex_semenov]

- Для выхода с атмосферных тел - по-ракетному "ломиться" сквозь атмосферу много менее энерго/топливно- эффективно, нежели использовать атмосферу как рабочее тело двигателя (не как компонент типа "топливо" или "окислитель", а как нагреваемое и создающее давление рабочее тело) - т.е. использование атмосферы в прямоточных двигателях позволяет не только экономить массу топлива, но и (в перспективе) дает шанс на использование этой же схемы (ПВЯРД) на других атмосферных телах - безотносительно того, какая там атмосфера

Вот этом мне кажется сомнительным.
Более чем.
Прямоточный. Бла-бла-бла.... Выход ракеты из атмосферы вертикально вверх - наиболее оптимальный способ уйти СО ДНА воздушного океана.
Просто ТУПО  посмотрите модель того как разгоняется ТИПИЧНАЯ ракета:

http://www.youtube.com/watch?v=bvYVXoOjols#

Можно остановить в любом месте видео и посмотреть застывшие параметры. Так эта модель проходит звуковой барьер (за 330 м/с хотя это звук на уровне моря) на высоте 9-8 км.
Смотрим бараметрический закон:

Давление УЖЕ упало в 3 раза. Атмосфера, по сути, уже считай пробита. НА ДОЗВУКЕ!!!
И это лишь МИЗЕРНАЯ часть траектории полета и разгона. То есть почти весь разгон происходит уже вне атмосферы. Бараметрическое панедие давление очень кстати тут с постепенным разгоном вверх (где-то конечно будет хлопок сверхзвука). И это лучший путь в космос.
Ракетный.
50 км (условно место где воздух уже не чувствуеся) проходится 1.6 км/с. Если звук тут 270 м/с то это 6 махов (всего то!)
А воздушно-реактивная система обязана продолжать себя более-менее держать в атмосфере ("насильственно") что бы разогнаться там до 10-15 (хотя бы!) махов! И испытывать при этом чудовищные нагрузки. В SR-71 (всего 3 маха!) пилоту не рекомендовалось прикасаться к кварцевому стеклу кокпита голыми руками. Обожжется!

см. картинку "Сравнение ТТХ" - Будущие достижения "догоняющих" - там Мясищевским КБ было все уже давно-давно посчитано...

Прекрасно. И что мы видим? Чудо-атомный самолет выводит на орбиту 8% начальной массы, в то время как тупая ЖРД-ракета 4%.
Крылатый атмный монстр выводит всего в 2 раза больше чем "занюханая" химическя ракета?
И  вся игра с атомной тягой стоила этих атомных свеч?
Хотите я вам (в очередной раз) расскажу что такое НАСТОЯЩАЯ атомная тяга?!!!
 

[tydymbydym]

Хотите я вам (в очередной раз) расскажу что такое НАСТОЯЩАЯ атомная тяга?!!!

Только не взрыволет - для первой ступени это пока недостижимая роскошь, по крайней мере пока ядерной войны не случилось

[alex_semenov]

Только не взрыволет - для первой ступени это пока недостижимая роскошь, по крайней мере пока ядерной войны не случилось

Именно взрыволет. Я считаю что с атомом не стоит НА МЕНЬШЕЕ  и заводится. Ну как с тягой.
Конечно, сторонники ядерного буксира "Нуклон" меня не поддержут.
Но я считаю подобные системы - нишевыми. Ну просто хотя бы потому что проблему факельной тяги (то есть выхода из гравямы Земли) они не решают ну никак!
Не могут эти "зеленые" ядерные технологии быть магистральными для космоса ни разу. Тут господин Конанихин и иже с ним пусть идут покурят.
А вот ниша химических космолетов, химия будет ракетной. В духе проектов Маска. Ибо это то, что давно напрашивается (Маск тут всего лишь фамилия, которая все равно тут должна была прозвучать). Но "обработать напильником" все же надо. И концептуально и эксперементально (то есть с обеих сторон). Маск набивает шишки в экспериментах. Ну а нам остается "с диванов" обсасывать концепцию... 

Крылатый атмный монстр выводит всего в 2 раза больше чем "занюханая" химическя ракета?

Кстати, а знаете что я хочу увидеть? Отношение массы полезной нагрузки для M-19 к массе ПУСТОГО аппарата.
И хорошо бы сравнить это с тем же у того же "Сатурна-5"
Общая стартовая масса - это все в основном ТОПЛИВО. Цена которого - последняя в списке. И в общем 4%, 8% - все это МАНИПУЛЯТИВНЫЕ цифры. Как ВВП в экономике.

[tydymbydym]

Кстати, а знаете что я хочу увидеть? Отношение массы полезной нагрузки для M-19 к массе ПУСТОГО аппарата.
И хорошо бы сравнить это с тем же у того же "Сатурна-5"

Это низко. Несмотря на определенный мой скепсис относительно конкретно этого аппарата, сравнивать конструктивное совершенство одноразового и многоразового аппаратов - перебор. Условный М-19 после возврата почистили, покрасили и снова запустили, а для Сатурн-5 заново делать надо.

[alex_semenov]

Так. Нашел. Сумма массы первых двух пустых ступеней  Сатурна-5  - 185 тонн. При 120 тоннах на НОО, получаем 120/(120+185)= 39% - полезная масса от массы пустой ракеты.
Что с крылатой монстрой?
Ну если брать отсюда (это форум отказывается показывать картинку): http://alternathistory.com/wp-content/uploads/2010/08/m-19-03.jpg
Полезная нагрузка составит менее 17% от массы пустой системы (тут выводимая масса 9% вычитаем из 360 150 тонн топлива-водорода и делим).
То есть...
Как и было сказано, белая горячка... эм... крылатый аппарат гораздо тяжелее башни-ракеты даже в прожекте. Из-за крыльев и прочит прочностных требований. Чудо-двигатеь (ЯРД!) я вообще не беру во внимание. А у него удельный импульс в два раза лучше чем у водородного ЖРД!

Это низко. Несмотря на определенный мой скепсис относительно конкретно этого аппарата, сравнивать конструктивное совершенство одноразового и многоразового аппаратов - перебор. Условный М-19 после возврата почистили, покрасили и снова запустили, а для Сатурн-5 заново делать надо.

А вы думаете у одноразового Сатурна-5 будут намного сильно отличатся параметры от полностью многоразовой РАКЕТНОЙ концепции в духе Маска?
Да, многоразовость потребует платы. Но это будут проценты. Десяток процентов. Но не РАЗЫ!
И опять же фора от твердофазного ЯРД тут тупо списана в пользу обороняющихся!

Главное. В глубокий, межпланетный космос. Как на крыльях и ВРД, пусть даже атомном? Пересаживаемся с этого чуда на чудо номер два? Небось что-то типа межорбитального буксира? И каждое чудо надо еще родить по отдельности? Концепция в духе Маска - все  в одном флаконе. И это огромный плюс.
Минус там только одн.
Я уже показывал:



Я упорно считаю это самым узким местом всей красивой концепции Маска.
Плотный график пусков семи заправщиков... без проволочек (не говоря уже об авариях)... я считаю это чистой фантастикой!

[tydymbydym]

Да, многоразовость потребует платы. Но это будут проценты. Десяток процентов. Но не РАЗЫ!

Именно разы. Для Ф9 87% против 50% в варианта одноразовый vs многоразовый, почти вдвое. Если еще и вторую ступень оснащать средствами многоразовости, то процент упадет еще сильнее из-за того что многоразовость второй ступени обойдется дороже первой - тепловой поток на порядок выше при торможении

[tydymbydym]

получаем 120/(120+185)= 39%

А, черт, я просто соотношение массы конструкции к массе ПН брал.
Если по вашему, то 22.8/(22.8+22.2+4)=46.5% и 15.6/(15.6+22.2+4)=37.3%
Примерно на 30% ухудшила соотношение многоразовость первой ступени.

По аналогии с первой уменьшу ПН для многоразовой второй ступени до 10.7 тонн
10.7/(10.7+22.2+4)=29%

Признаю, был не прав. Многоразовость в стиле Фалькон-9 ухудшила в полтора раза соотношение железа к полной выводимой массе - с 46 до 29 процентов. Не в разы

[alex_semenov]

Именно разы. Для Ф9 87% против 50% в варианта одноразовый vs многоразовый, почти вдвое. Если еще и вторую ступень оснащать средствами многоразовости, то процент упадет еще сильнее из-за того что многоразовость второй ступени обойдется дороже первой - тепловой поток на порядок выше при торможении

Хорошо. Допустим. И что в итоге? То на то и вышло. Что у крыльев что у "минорета". Так в чем в итоге выигрыш от крыльев? В эстетике?
Я не соглашусь! Птица РОК, например не менее эстетична монстры M-19 как на мой вкус.



Да и лететь она В ПРИНЦИПЕ может  дальше. На Марс, Луну... И везти побольше...

Признаю, был не прав. Многоразовость в стиле Фалькон-9 ухудшила в полтора раза соотношение железа к полной выводимой массе - с 46 до 29 процентов. Не в разы

Ну в общем крылья, К СОЖАЛЕНИЮ, не так уж и хороши оказываются даже при выходе на орбиту Земли. А то что дальше ими "не помашешь" , в отличии от ракетной тяги, так это опять таки, минус.
В принципе тут нужно было бы сравнивать британскую "саблю"  SABRE и Skylon.  Ну что бы исключить "тлетворное" влияние атома.
Мы же говорим о "зеленых технологиях" же в космосе?
 

[Anatoly]

... Несмотря на определенный мой скепсис относительно конкретно этого аппарата, сравнивать конструктивное совершенство одноразового и многоразового аппаратов - перебор. Условный М-19 после возврата почистили, покрасили и снова запустили, а для Сатурн-5 заново делать надо.

А что тут сложного сравнить?
Одноразовый Сатурн-5: сухая масса всех трех ступеней - где-то 185тн. На НОО один раз способен вывести 140тн - 76%
Многоразовый М-19: сухая масса 125тн. На НОО способен выводить по 40тн - 32% умножаем на число полетов (считаем по среднему ресурсу такого же масштаба размерностей и прорывности технологий - Конкорда, налетавшего в среднем по 12000 часов - делить например на 100 - ибо все-таки космос, а не 2М - считаем до сотни полетов на один аппарат) - и получаем 3200% - т.е. имеем 42х-кратное превосходство М-19 над Сатурном-5 по выведенной ПН

[alex_semenov]

и получаем 3200% - т.е. имеем 42х-кратное превосходство М-19 над Сатурном-5 по выведенной ПН

Шайтан! Ну надо же!! А я и не подумал так посчитать! Прям просветление меня пробило! Разрешите пойти застрелиться, та-щ полковник?!

[tydymbydym]

И что в итоге? То на то и вышло. Что у крыльев что у "минорета". Так в чем в итоге выигрыш от крыльев?

Хм... так я не считаю крылья - необходимым звеном эволюции космопланов-космолетов. На М-19 их, кстати, во-первых и нет - там несущий корпус, а во-вторых без них оно не взлетит - тяга реактора мала. Вынужденная мера. Вес реактора такой, что нельзя просто поставить 4 вместо одного, как можно было бы с реактивным двигателем поступить

[Кремальера]

имеем 42х-кратное превосходство М-19 над Сатурном-5 по выведенной ПН

Да,но Saturn-V -это первый человек на Луне,а М-19 просто картинка на отвратительного качества целлюлозе.И потом,ув.Anatoly,космос-это все же не про крылья.

[tydymbydym]

по выведенной

Ага, по выведенной
Кстати, сторазовая многоразовость - это любимый мультиплицирующий коэффициент для всех адептов многоразовости. И у шаттла обещали 100. А вот первая ступень Ф9 только 10 раз может, да и то...
Двигатели, которые у нас изначально многоразовыми делались, типа РД-171, те тоже на десяток полетов делались.
Так что коэффициент нахлобучивания Сатурн-5 со стороны М-19 предлагаю в 10 раз урезать

[alex_semenov]

Так хлопцы. Я знаю как сравнивать крылья с башней-ракетой.
Я без балды. Я сам еще не знаю результат.
Два передовых проекта. Предельных. Росийская многоразовая "КОРОНА" и британский многоразовый крылатый "Skylon"
Оба многоразовые. Оба экологичные (на водороде).  Оба одноступенчатые. Оба только в проекте с кучей нерешенных траблов (каждый со своей). Но оба вполне себе реалистичны (нужно просто каждый взять и допилить. То есть вложить бабло и душу).
Согласны?

И так. Космоплан "Скайлон". Британия.

Вес без груза: 41 т
Вес в нагруженном состоянии: ~275 т
Согласно проекту «Скайлон» будет способен доставить в космос приблизительно 12 тонн груза (для низкой экваториальной орбиты).

Космолет "Корона" Россия.

РН имеет стартовую массу 280-290 т и предназначена для выведения полезных грузов массой до 7 т при традиционном использовании или до 12 т при специальной схеме выведения на низкие околоземные орбиты (с территории России, соответственно, до 6 т и до 11 т)

Надо признать что "специальная схема" это когда нет топлива на посадку. Его берут на орбите. То есть все же 7 тонн.
Учитывая что стартовая масса и у ракеты и у крылатого скайлона почти одинаковы... то крылья как бы дают все же двойной выигрышь по массе.
Хотя...
41 тонны сухая масса Скайлона (это без полезной нагрузки? допустим так).  Тогда водород в нем 275-41-12 = 222 тонны...
ОДНАКО!!!
По "Короне" есть прямые данные.
35 тонн водорода
210 тонн жидкого кислорода.
И масса пустой "Короны" 290 - 7 - 210-35 = 38 тонн. Они со Скайлоном почти одного веса в пустом виде!
Но удивительно как много водорода сжигает воздушно-космический самолет!
Окислитель он не везет.
Но, видимо сопротивление атмосферы все равно съедает почти весь выигрыш от наличия окислителя за бортом.
Как по мне отличная "картина маслом".
"То на то и выходит".

[tydymbydym]

Я без балды. Я сам еще не знаю результат.

Черт. По массовым характеристикам - близнецы-братья. Это ненормально. В том смысле, что Скайлон просто по определению должен быть более эффективным за счет ВРД. Ну или же ему масштабов не хватает, чтобы развернуться в полный рост

[Mercury127]

да, давайте картинки посравниваем, чья сказка красивее (и патриотичнее, как же тут не почесать то!) выглядит.
40 тонн, 3200%... МММ отдыхает.

[alex_semenov]

Черт. По массовым характеристикам - близнецы-братья. Это ненормально. В том смысле, что Скайлон просто по определению должен быть более эффективным за счет ВРД. Ну или же ему масштабов не хватает, чтобы развернуться в полный рост

Как на мой эстетический вкус обе концепции крайне красивы. Это вершина развития каждого из путей. Но результат на удивление похожий. Если сравнивать чисто по спаленному водороду 222 тонны у воздушно-космической системы против 35 тонн у чисто ракетной, то ракета выходит на орбиту явно с меньшими энергозатратами. Ну просто пересчитайте через (уже запомнил даже) 141 МДж/кг - теплота сгорания водорода. При сходей массе (хотя все же Скайлон тяжелей 12+41=53 т, а "Корона" 38+7=45 тонн, хотя у "Короны" остается же в баках топливо на посадку).
Совсем чисто (хотя без топлива на посадку у космолета все же расчет в пользу космоплана) . 222/53 = 4,19  против 35/45 =0.78. Скайлон сжигает на выводимую тонну в 5,4 раза больше водорода! Я думаю что это плата за движение через воздушную среду. Ракета сразу уходит вверх и борется только с инерцией и гравитацией. Космоплан еще и с сопротивлением среды.

да, давайте картинки посравниваем, чья сказка красивее (и патриотичнее, как же тут не почесать то!) выглядит.
40 тонн, 3200%... МММ отдыхает.

Нэ  рэпэтуйтэ кумЭ! (укр. транслит.)
Если с долей иронии то можно. А ирония присутствует. Флаги. Видели? Это шутка (хотя в хорошей шутке, как вы знаете, шутки почти нет). Это здоровое чувство иронии и даже самоиронии. Нет?
Кстати. Я всерьез тут страниц надцать назад собирался на российской "Короне" на Луну и обратно чартеры организовывать! Видели? Ну если там топливом разжиться. На Луне. Так что вы, кум, это. Бросьте!!! Тут все очень сурьезно!
Главное. А какие могут быть ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ возражения против теоретичесих же проектов, которые пилят спецы, всю жизнь на них положившие? Британцам не верите? Ну а "Корону" предложили те же, кто делает "Сатану-2" - "Сармат". Макеевская конюшня...
Хотите сказать парни где-то в расчетах тупо ошиблись?

(кликните для показа/скрытия)

Аскет! Спасибо за ссылочку на экранопланы. Познавательно! Но никак чукча-писатель не дочиталель... Но что прочел - захватывающе!

[Anatoly]

по выведенной

Ага, по выведенной
Кстати, сторазовая многоразовость - это любимый мультиплицирующий коэффициент для всех адептов многоразовости. И у шаттла обещали 100. А вот первая ступень Ф9 только 10 раз может, да и то...
Двигатели, которые у нас изначально многоразовыми делались, типа РД-171, те тоже на десяток полетов делались.
Так что коэффициент нахлобучивания Сатурн-5 со стороны М-19 предлагаю в 10 раз урезать

ок, тогда М-19 "нахлобучивает" Сатурн-5 как минимум в 4 раза
А если таки учитывать, что реально делать многоразовую АКС в расчете на 10 полетов для фактически "авиационного типа изделия" никто никогда не будет - и "закладывают" как правило в разы больше - предлагаю "коэффициент нахлобучивания" для АКС (не многоразовой ракеты, а именно АКС) - взять хотя бы за 25 полетов - тогда Сатурн-5 "нахлобучится" где-то в 10 раз по выводимой ПН - т.е. многоразовая АКС будет на порядок (sic!) больше выводить ПН в расчете на единицу изделия - хотя и "несколько меньшими кусками", да - но и многомодульные конструкции пока еще никто не отменял

[Anatoly]

имеем 42х-кратное превосходство М-19 над Сатурном-5 по выведенной ПН

Да,но Saturn-V -это первый человек на Луне,а М-19 просто картинка на отвратительного качества целлюлозе.И потом,ув.Anatoly,космос-это все же не про крылья.

Ну у М-19 практически нет крыльев - это все-таки "несущий корпус" большей частью - т.е. та самая вышеупомянутая "интегральная компоновка" как минимум...
Что же до сравнения проекта и изделия - исходный вопрос именно так ведь был поставлен? - то "для чистоты эксперимента" можно было бы сравнить с М-19 тот же Sea Dragon - ИМХО техническая проработанность и осуществимость этих проектов если не идентична, то очень близкая...
Но, ИМХО, в тематике многоразовости и SSTO можно было бы рассматривать и нечто посовременнее - аэроспайк и Venture Star к примеру