Межпланетный Транспорт: двигатели и стратегии

[alex_semenov]

Вот на эту тему.
Довести до ума... а чем/как?

В общем провести баланс нужного и желаемого. Я думаю что из 100 тонн заложенной "круглой" полезной нагрузки можно и нужно тонн 20-30 выкинуть. Это в любом случае надо сделать для снижения массы топлива с 1000 тонн до 700 (примерно) что бы (в чем мечта идиота!) запихнуть все заправляемое на орбите топливо в ОДИН пуск танкера-заправщика но совсем иной конструкции (смысл задуманной модернизации концепции) из воды. Я мечтаю таки соединить морского дракона (сильно прокачанного) с многоразовым космопланом Маска. Птица Рок- идеальный прототип.
Но для начала надо определиться с ЗАДАЧАМИ аппарата. Те что ставит Маск - не совсем адекватные средствам. Колонию в миллион человек на Марсе таким образом не построит. "Надо ставить реальные планы!" (с)

Когда вы приближаетесь к небольшой планете, наподобие Марса, со скоростью превышающей его 2-ю космическую. И, рассчитываете затормозить аэробрекингом. Какие задачи надо решить?
1) Обеспечить себе по возможности длинную, трассу торможения.
2) Сбросить скорость.
"Птица-Рок" не выполняет первую задачу. Она не может ее выполнить, нечем, нет инструментов для этого.

Вот этого пассажа я не понял.
Вернее я догадываюсь что вы намекаете что у аппарата нет аэродинамики как у "трубы  с крылышками" Маска.
Но как же ее нет, когда он СКАЧЕТ даже в вашей модели, потому что это по-сути спускаемый аппарат "Аполло"?!!!  Плоское дно, которое можно повернуть под углом - это и есть аэродинамика!

Что остается? Либо гасить скорость на короткой трассе. Ценой больших перегрузок. Это да, может... либо лететь со свистом мимо. Без аэродинамики, третьего просто не дано.

Так это если у нас шар. Но аэродимамика есть даже у "фары" (испорченного "шара").

А что Старшип? да, у него площадь миделя ниже.

Стоп. Я то как раз насчитал, что у него больше! К Старшпа! У птицы РОК метров квадратных на тонну чуть ли не в два раза меньше!  Хотя это без учета угла и я не понял 180 тонн сухая масса - это с грузом у Маска? Сам без груза он 8О тонн? Я на вскидку не нашел ответа.

Так он и не собирается тормозить с перегрузками 15g на короткой трассе, ему это не надо.
Он может себя поставить под углом допустим 45 градусов к потоку. И тогда он имеет и 2) торможение, вполне достаточное и при приемлемом g, и 1) подъемную силу, действующую в нужную сторону - к планете.
Благодаря этому он может загнуть траекторию об планету, и удлинить свою трассу торможения в разы. И благодаря этому он может сбросить 10 км/с, не превышая перегрузку выше 4-5 g. А бОльшую часть торможения там и вовсе менее 2g.

А почему такой финт не может сделать птица РОК?

Вот эта картинка:

Нарисована художником со слов инженеров Но, кое-что перевернуто вверх-ногами, чтобы не рвать шаблон обывателей.
Старшип на ней, следует отразить по вертикали. Оставив планету снизу. Тогда картинка получится верной - ему подъемная сила не от планеты нужна, а к ней. Чтобы загнуть траекторию туда.
Хмм... Кстати да. Если на подветренной стороне корабля, действительно будут иллюминаторы. Вид из них во время торможения будет... Офигительный

Если мне не изменяет память, то идею развернуть аэродинамику "вверх ногами" первым предложил именно я тут во время обсуждения торможения об Сатурн и когда ваша модель-программа еще была в зародыше. Нет?
Я не уверяю что я вообще первый, кто это предложил. И возможно идея сразу родилась в куче голов. Но мне она тогда показалась чудовищно-смелой. Без моделирования о ней что-то уверенное сказать было трудно. И я ее забросил. Но вы ее уже на этой модели без меня вроде как "оформили" (нет расчета  - нет идеи).
Приоритет не важен. Вообще  может не стоило и упоминать.
Важно что, как я понял, без такого фортеля вверх ногами вообще не получается совершать ОЧЕНЬ ЖЕСТКИЕ аэрозахваты. Верно? Но я потом не следил за развитием идеи (вы ушли на другую ветку обсуждения с этим). Вы с этим игрались и решали какие-то новые проблемы, которые уже возникли в ходе моделирования (помимо проблем самой модели). По-сути (как я понял) ваша расчетная модель и затачиватся в итоге на такой маневр "вверх дном". Так? И насколько я понял там нужно (выяснилось) некое высокое аэродинамическое качество (я это все зацепил лишь краем глаза)?
Возможно в этом "порок" птицы РОК по-вашему?
Вы считаете что у нее недостаточное аэродинамическое качество чтобы тормозить вверх ногами, заворачивая вокруг планеты?
Если так, то какое оно должно быть?
Лично мне кажется, что у трубы Маска качество не лучше или не намного и лучше чем у конуса с плоским дном.
Но могу ошибаться.

Зы.
Я понмю, что когда появились первые данные по аэробрекингу у Сатурна (очень грубые и очень  неприятные) я просчитал тормозной маневр Оберта. Получилось круто. Для взрыволета Коула это было ультимативное решение, и я тогда решил вообще не погружать моих небелунгов в атмосферу Сатурна. В итоге я потерял интерес к идее тормозить аэробрекингом. То есть доводить идею "вверх дном" (совершенно сумасшедшую!) до ума. Но вы ушли в эту идею с головой и я смотрю даже уже считаете ее "штатной". Что я приветствую.
Но вот интересно, а Маск об этой идее знает? Как вы собираетесь над его аппаратом издеваться?
 
Вообще, вы смотрели? Эта идея кем-то предлагалась? Вроде еще тогда кто-то что-то по этому поводу говорил. Мол, идея уже давняя.

[Андрей Астрофизический]

А смысл? Площадь проекции что задом что передом одинакова, а передом еще и площадь поверхности существенно выше

Это серьезно щас было? 
Форма ударной волны, и распределение тепла между поверхностью аппарата / уносимым потоком, вообще-то, совсем не от проекции зависит

баланс нужного и желаемого. Я думаю что из 100 тонн заложенной "круглой" полезной нагрузки можно и нужно тонн 20-30 выкинуть

А знаете, как называется то, что вы щас делаете? урезание осетра...
И в результате получается капсула. В которой посчитан каждый кг. И более - не сметь.
Ничего не напоминает?
У Маска же осетр полноразмерный. В 200-250 честных тонн.

[tydymbydym]

А смысл? Площадь проекции что задом что передом одинакова, а передом еще и площадь поверхности существенно выше

Это серьезно щас было? 
Форма ударной волны, и распределение тепла между поверхностью аппарата / уносимым потоком, вообще-то, совсем не от проекции зависит

Я в аэродинамике тёмный совсем, уж простите

[alex_semenov]

Но, скачет-то он при перегрузках 19g. А при вменяемых - будет лететь прямо. Аэродинамики аполло, для этой задачи мало.

Хорошо. А как вы оцениваете аэродинамику Старшипа? Почему у этой бочки лучше аэродинамика чем у "Аполло"? При этом речь ведь идет о гиперзвуковой аэродинамике. Той самой что на "Авангардах" (где даже форма аппарата - секрет).
Крылышки (их наличие) - это несерьезно.
Но я как-то сомневаюсь что на гиперзвуке это вообще будет работать. Хотя я не погружался в эту тему. Могу ошибаться.

Ну и главное.
Такой маневр нужен именно при ЖЕСТКОМ аэробрекинге. Типа того, что мы имели у Сатуран. Но полет на Марс по НОРМАЛЬНОЙ траектории - это вполне себе "мягкий" заход. 7 км/с - это не бог весть какая скорость сближения.
Даже очень грубый аэрозахват с такой скорости (выход на орбиту Марса) у меря почти получился при 8g на вашей модели. Вполне допускаю что можно улучшить для конуса до 6-5g.

[Андрей Астрофизический]

А как вы оцениваете аэродинамику Старшипа? Почему у этой бочки лучше аэродинамика чем у "Аполло"?

Ну посмотрите вы на картинку-то:

Это похоже на клуглую, плоскую жопень?
Нисколько.
Это априори НЕ может иметь аэродинамику такую же, как аполло.
А какую может?
Вспомните профили известных гиперзвуковых агрегатов с ХОРОШИМ (для гиперзвука) аэродинамическим качеством.
цилиндрические, клиновидные формы, с заостренными носами и небольшими крыльями...

Ну? Неужели смекалка не подсказывает ничего?

Точных цифр назвать конечно, нельзя. Но, что-то мне подсказывает, что аэродинамическое качество Старшипа, на гиперзвуке, будет достигать 2. Я так думаю.
При условии, что он сможет себе позволить, повернуться на 45 градусов к потоку.
Шаттлы, емнип, такого себе позволять не могли. Потому у них и был меньше.

ЗЫ. С какой стати, я вообще решил что мне можно судить об этом?
Ну... я перекопал достаточно много всякой информации, когда делал свою модель. Выясняя, у каких аппаратов какие значения аэродинамического качества, от чего оно зависит, и при каких скоростях...
Общая картина в мозгу нарисовалась, я бы сказал.

[Андрей Астрофизический]

 

При этом речь ведь идет о гиперзвуковой аэродинамике. Той самой что на "Авангардах" (где даже форма аппарата - секрет).

У нас много чего секрет на ровном месте, чтобы было.
При том что... Ну, кому надо, явно могут те "авангарды" нарисовать на салфетке. Просто на основе ТТХ. Ничего о них не зная.
Когда много копаешь аэродинамику, появляется некая интуиция что-ли)) а это все ж не первый для меня повод, ее копнуть.

Такой маневр нужен именно при ЖЕСТКОМ аэробрекинге.

Такой маневр нужен, если вы собрались возить гражданских. А не нордических нибелунгов.
Маск собирается возить гражданских. И потому - лететь быстро, прилететь на 10 км/с, затормозить имея кратковременно до 4-5 g, и не более 2 g на львиной доле трассы торможения.
А в ваши 8g, кого посадить-то можно? специально тренированных флаговтыкеров?
Дипломированного профессора биологии и/или геологии, уже не засунешь...

[alex_semenov]

Торцом - меньше. У него же нет такого седалища  А под углом - больше. За счет этого он может маневрировать. Какой % набегающего потока, разменять на подъемную силу направленную к планете. И это ой как здорово помогает.

Ну ести так, то да.
Но вообще верно. Вот (неизвестно каким художником нарисованная) картинка:



Тут даже 45 градусов "на пике" нет наверное...
Но что смушает. Я как-то перебросился парой фраз c AlexAV и он крайне скептически относился к ПРОЧНОСНЫМ свойствам аппарата, которые встает поперек потоку. Даже пусть на небольших углах. Хотя он, я думаю, рассматривал очень жесткий режим торможения. Вы же, я как понял, за счет аэродинамики намерены очень плавно (до 5-6g) тормозить этот ПУСТОТЕЛЫЙ бак?
То что Маск сам додумался до этой тривиальной идеи (отрицаельной аэродинамики) - это хорошо. Но почему я нигде не вижу ее развития в мурзилках у его апологетов?

А в ваши 8g, кого посадить-то можно? специально тренированных флаговтыкеров?
Дипломированного профессора биологии и/или геологии, уже не засунешь...

Нет понятно что 8g  это только для чистых арийцев!

Или совсем уже...

Не та нынче молодежь!!! НЕ ТА!!!

[Андрей Астрофизический]

Но почему я нигде не вижу ее развития в мурзилках у его апологетов?

Может быть, по той же причине, по которой там ничего не видно про сплав для окислительного компрессора.
Апологеты, вообще-то, в большинстве своем, в технике не шарят. А в технике космической и подавно. Маск же, насколько я понял, просто не спешит пугать публику, непонятными ей моментами. Это ж придется рассказывать, доказывать, показывать расчеты... ну зачем, всамделе?) У него-то они есть.
Я когда считал, как разные формы кораблей, при массе 200 тонн, тормозятся об Марс, понял что я не первый это считаю. Явно у Маска все на эту тему давно посчитано, и Старшип именно такой - не случайно.
Он намного круче для этой задачи, чем все остальное.

Я как-то перебросился парой фраз c AlexAV и он крайне скептически относился к ПРОЧНОСНЫМ свойствам аппарата, которые встает поперек потоку.

Он наверное имел в виду/предполагал, под углом 90 градусов к потоку?
Такое действительно крайне напряжено, но и не надо ни для чего. 45 - и то маловероятно, что реально надо будет. Скорее всего речь идет о 10 ~ 30 градусах, не более. Этого, в т.ч. благодаря крыльям, будет достаточно.

[Андрей Астрофизический]

Опять же, давайте сюда посмотрим. На крылья.
Что это вообще, такое, на что похоже? На крылья шаттла? Нет, как-то не очень. На крылья сверхзвукового самолета? Тоже не очень.
А гиперзвукового? м?
Это гиперзвуковой аэродинамический аппарат. И крылья эти нужны именно для управления на гиперзвуке. Уже на сверхзвуке от них будет мало толку.

[Андрей Астрофизический]

Хмм... Таки занятно, но - Да. Может.
Чуть подредактировал входные параметры, посчитал более точно с шагом 0.1 сек. И включил автопилот. При первом входе "птица" - наклонена своей аэродинамикой вниз, к планете. При всех последующих - вверх. Пытаясь прыгать по-апполоньи.
И вот что получилось:


Первый виток - красный, последующие все желтее и желтее.
Профиль входа:

Действительно шикарно. На первом входе 1.6 g, Все последующие менее 1g.

Ладно. Значит, единственным узким местом концепции остается точный подбор угла входа. Потому что маневрировать, если что-то пошло не совсем так, действительно нечем. А так, действительно таки может сесть на Марс, ваша штуковина.

Скорость перед касанием - 550 м/с. Посадочный импульс небольшой потребуется.

[alex_semenov]

Андрей. Где можно прочесть полную инструкцию по пользованию всеми этими вашими наворотами?
Управление аэродинамикой. Там и торможение двигателем есть.
Как работает и настраивается автопилот?
Вы озаботились доступным мануалом? Игрушка же интересная!
 

Общефилософское:

Опять же, давайте сюда посмотрим. На крылья.
Что это вообще, такое, на что похоже? На крылья шаттла? Нет, как-то не очень. На крылья сверхзвукового самолета? Тоже не очень.
А гиперзвукового? м?
Это гиперзвуковой аэродинамический аппарат. И крылья эти нужны именно для управления на гиперзвуке. Уже на сверхзвуке от них будет мало толку.

Да я не против!
Получится у Маска? Ради бога!
Но если не получится, нужно иметь запасной вариант.
Даешь реактивных приборов для исследования межпланетного пространства много и разных!!!
 

[Mercury127]

Комментарий модератора раздела

Обсуждение модели аэродинамического торможения с гиперболической траектории перенесено в соответствующую тему.

[alex_semenov]

Мы обмельчали. Раньше мы обсуждали межзвёздный транспорт. Вырисовывались возможности, но больше - ограничения.

Вы знаете, я понял что в той теме мы по сути все вкусное уже выгребли. Я так думаю, во всяком случае.
То есть "картина маслом" по теме для меня сложилась.
По всем направлениям. Ясны все НЕЯСНОСТИ в которые надо биться теперь лбом узким профессионалам.
Поэтому я от темы ушел. Не потому что она "не решается". Нет. Она будет решена. Я более чем уверен. Более того. Я знаю в каких направлениях надо биться. Но я понимаю что все по-настоящему интересное в ней я понял.
А топтаться вокруг да около?
Все равно в ней практической нужны де будет еще долго!
Все что можно сделать теперь - сесть и написать такой хороший "учебник". Но сесть и написать - это чудовищно нудный тяжелый и неприятный труд...
Это те самые 20% работы, которые надо проделать что бы она была завершена (основы теоретического звездоплавания) но это 80% всех усилий.
Бери больше - кидай дальше.
Творческая часть по-сути для меня закончилась. Осталось оформление, которое не хочется делать (и некому меня подстегнуть ибо никому нафик не надо).

Еще. В тему звездолетов последние годы набежали толпы бандерлогов. Я теперь понимаю ворчливых старых физиков, которые после боНбы ворчали что в физике появилось слишком много всяких там, которые поддались моде...

Теперь мы уже обсуждаем межпланетный транспорт, но и тут скоро будем ходить вокруг одних и тех же углов ограничений

А тут я пытаюсь как раз быть в толпе. Но опять таки "баба Яга - против!"
Понимаете.
До появления феномена Маска я не имел ТЕНИ СОМНЕНИЯ что практической космонавтике в XXI П_И_З_Е_Ц
Будут "танчики" пулять до 2050. После закончат и с этим.
Вы же знаете мою МОДЕЛЬ будущего.
Поэтому ближний космос и попытки выйти туда меня никогда особо и не волновали. А высадка на Марс мне вообще казалась омерзительной темой. Для полных идиотов.
Интересуешся Марсом? Ты среднестатестический дебил. Баран.
Но появился Маск.
Нет. Не так. Сначала был Буш Старший. С возвратом на Луну и "Созвездием". Потом Обама, которые это похерил. Тогда же появились омерзительные но своершенно не предсказанные мною космические коммерсанты. Это Рутана с этой дурацкой качелей-покатушкой...



Поднялся явно ИНСПЕРИРОВАННЫЙ вой и свист. Все эти надувные в прямом и переносном смысле отели на орбите...
И тут, как вишенка на торте этой непонятной мне волны всплыл Маск. Стремительным домкратом.
Я до сих пор абсолютно уверен что ОБЛОЖКА этого проекта - полная туфта!



Эти совершенно мерзкие туристы... Бр-р-р-р-р!!!!!
Видимо это у меня "генетическое". Я же настоящий спортивный горный и пешеходный турист в юности. Который грязный, замерзший, задолбанный... Который "вперед и вверх, а там! ведь это наши горы! Они помогут нам!!!"



Турит-тушканчик. Турист-матрасник. Мы их призерали. Турист, который приехал развлекаться, пялиться, которых водят на привязи. Без риска и усилий. Которые платят  бабки за КОМФОРТ и зрелища без усилий и даже страданий (фу как омерзительно!) - сам этот тип  для меня как истенного туриста - омерзительная тварь!!! Предмет презрения! Мы всегда на них смотрели как фашисты на унтирменьшей! Не меньше!!!

(кликните для показа/скрытия)

Разумеется все не так страшно. Но я сейчас вошел в режим памфлета. Не берите все за чистую монету. Это самоирония над моей собственной картиной мира и ценностями. А то знаю я тут некоторых!...

Я, поездил таким тоже. Уже став толстым старым и даже временно более-менее при деньгах.
Тушканчиком. С женой. И вы знаете. Кайф был в том что  мы всегда были НЕПРИТЯЗАТЕЛЬНЫ (моя жена в этом смысле -идеальный попутчик оказалась).
Кайф на таком отдыхе видеть что стакан наполовину полон чем то что он наполовину пуст. Двойной кайф. Быть без претензий и принимать все легко.
Видя как соседи рядом корчатся "на половину пустой стакан" сервиса мы всегда получали некое некрасивое удовольствие морального превосходства (и персонал  нас всегда обажал, кстати!).
Сорвалось, не попали куда-то? Надо идти пешком? Ради бога! Неприятности - неправильно воспринятые приключения! Зато мы что-то такое увидим, переживем, что не увидели бы и не пережили сложись все как надо! Но люди вокруг, которые заплатили бабки, им жалко кровных, они ожидали и..., и теперь каждый раз ноют что это им не так, что тут им недодали, не организовали, задержали... Б-р-р-р!!! Гадость то какая этот массовый среднестатистический идиот-турист!!!!

И космический турист для меня вещь совершенно омерзительная. Омерзительная в квадрате. Кубе.
ОМЕРЗИТЕЛЬЕН ИДЕЙНО!
Как абсолютной мерзостью для меня является все "развитие" мира за последние 30 лет. Почти вся его система ценностей.
Это движение к потреблению. К кретинизации. К кадавризации...
Ведь у них извините, даже  трахонье (наше все!!!) свелось по-сути на нет.
Новые поколения "меньше интересуются сексом". Ибо сняты табу. А нет табу - нет страсти.
Ну да бог с ним.
И так.
Маск. Это - непонятное явление в этом гниющем умирающем мире. Явление изначально мне ЗАГАДОЧНОЕ. Неординарное. Непредсканное мною.
Не должно было такого быть еще в каком-нибудь 2000-м!
То что нам выставили на показ, на поверхность (в глянцевых плакатах)  - это не может быть правдой.
Ни капельки!
Но тогда ЧТО ЭТО?
Так я втянулся в тему межпланетной космонавтики. Которая всегда была до этого мне не интересна. Тут появился драйв. Тут появилась тема для баттла.
А до - ее действительно не было.
Ну сюда же. Я ведь ушел в головой во взрыволеты. Как звездолетчик. Это одно из обещающих направлений (не единственное). И я усек важную вещь.
Мы слили первую попытку выхода из колыбели. Мы не открыли атомный космолет.
Но тема "мы слили" совпала и были усилена всем связанным с Маском. Если ему получится добиться чего-то (а он по-сути уже добился многого. Первую ступень он показал, можно садить!) то получается все о чем я только догадывался,  очень вопиющая правда. Даже без атома, на химии мы могли выйти из колыбели пол века, тридцать лет назад. Не далеко. Яблони на Марсе не зацвели бы. Но все же базы повсюду были бы. Особенно впечатлил меня Титан. У нас таки есть планета-луна рядом (достаточно рядом) чтобы о ней мечтать как о месте для второй цивилизации.
Если присмотреться (опять же как горный турист, а не турист-тушканчик) - лучшего места и не придумать!
Лучшее будет врагом хорошего!
От добра добра не ищут.
Ближний космос совсем не так уныло-неинтересен как я считал еще с пионерских лет.
Тут есть тема для поиска и неординарных решений.
В общем. Я нашел своему уму, который всегда должен быть поперек общепринятому, новое развлечение.
А звездолеты? Они раньше были маргинальными. А теперь они становятся общепринятой, мэйнстримной. Тут начинается толчия, иерархия, суетня и презентации... Звездолеты становятся  респектабельной темой, я бы сказал.
И таким уродам-одиночкам как я там уже нечего делать.



Музыкальная пауза.

[Андрей Астрофизический]

Осталось оформление, которое не хочется делать (и некому меня подстегнуть ибо никому нафик не надо).

Да ладно?
Напомнить чтоль, кто когда-то хотел обзор этого всего сделать на неком сайте...

Турист, который приехал развлекаться и платит бабки за КОМФОРТ - это для меня омерзительная тварь.

А вы знаете что... для тех, кто, полетит в итоге к Марсу. Вообще-то - тоже. Да, да.
Я ж не просто так "туристических" мест, на Земле избегаю.

И космический турист для меня вещь совершенно омерзительная. Омерзительная в квадрате. Кубе.

Вы просто не тех людей там усмотрели.
Не, я не спорю. Туристы-миллионеры, которые попрутся за комфортом - будут. Ну, пускай много денег приносят, отрасли это пригодится.
Но костяк-то не там. Вообще.

[PathFinder]

Мы обмельчали. Раньше мы обсуждали межзвёздный транспорт. Вырисовывались возможности, но больше - ограничения.

Я знаю в каких направлениях надо биться. Но я понимаю что все по-настоящему интересное в ней я понял.

Написали бы небольшой пост с перечнем этих направлений по пунктам 1,2,3,4...
Можно тут ну или в соответствующей теме.

[alex_semenov]

Да ладно?
Напомнить чтоль, кто когда-то хотел обзор этого всего сделать на неком сайте...

Андрей! Не делайте мне больно! Моя прокрастинация радилась раньше чем я!

Не, я не спорю. Туристы-миллионеры, которые попрутся за комфортом - будут. Ну, пускай много денег приносят, отрасли это пригодится.
Но костяк-то не там. Вообще.

Это наверное надо обсуждать здесь:
https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,163461.msg5327734.html#msg5327734

Написали бы небольшой пост с

Вы издеваетесь? Я и НЕБОЛЬШОЙ пост?
Вы хотите невозможного!
 

[Mercury127]

Хотим. А ещё хотим добить в этой теме вопрос потерь ракеты на старте. С аэродинамическими уже разобрались - доли процента. Осталось разобраться с гравитационными - показать, что они не более 10%, и тыкать сюда всех любителей авиационного старта...

[Андрей 2]

Мы обмельчали. Раньше мы обсуждали межзвёздный транспорт. Вырисовывались возможности, но больше - ограничения. Теперь мы уже обсуждаем межпланетный транспорт, но и тут скоро будем ходить вокруг одних и тех же углов ограничений

И будем ездить на велосипедах.

[PathFinder]

Написали бы небольшой пост с

Вы издеваетесь? Я и НЕБОЛЬШОЙ пост?
Вы хотите невозможного!
 

Ну, напишите большой. Главное, чтобы все пункты в одном месте.

[alex_semenov]

Хотим. А ещё хотим добить в этой теме вопрос потерь ракеты на старте. С аэродинамическими уже разобрались - доли процента. Осталось разобраться с гравитационными - показать, что они не более 10%, и тыкать сюда всех любителей авиационного старта...

Хорошо бы оценить гравитационные потери для той же эталонной "Короны"
Но я все еще не вижу простого метода. Скорей всего его вообще нет.
Но может есть какое-то неплохое приближение-упрощение?

Про гравитационные потели вики пишет следующее:

При запуске с земли бо́льшая часть этих потерь приходится на начало полёта, когда траектория ближе к вертикали, и вертикальная составляющая тяги максимальна.
...
При этом на практике значительная доля всех потерь приходится именно на гравитационные: например, для РН Сатурн-5 при запусках в рамках программы «Аполлон» они составляли 88%[3] всех потерь на активном участке траектории.
В отличие от ракет, самолёты благодаря подъёмной силе практически не испытывают гравитационных потерь. Это — одна из причин, по которым орбитальные самолёты в будущем могут оказаться более экономным способом вывода на орбиту[4].

88% потеть Сатурн-5 - гравитационные. Осталось понять какие потери ВООБЩЕ у Сатурн-5 и можно оценить гравитационные потери для очень тяжелой ракеты, которая о-о-о-о-чень медленно поднимается на начальной стадии полета.

В принципе полезная работа Сатурна оценивается просто, но муторно.
Ну давайте займемся этой "бухгалтерией".  120 тонн разогнаны до 8 км/с  (120000*8000²/2=3,84E+12 Дж) и подъем этой массы на высоту (200000*9,8*120000=2,352E+11 Дж). Сумме это 4,0752E+12 Дж.
В первой ступени было 651 500 кг керосина
Во второй ступени было 72 387 кг водорода
Третья ступень. Интересно что она включалась и чуть-чуть себя доразгоняла до выхода на орбиту. На старте она весила 132 тонны. На вышло на орбиту 120 тонн (допустим). То есть 12  тонн ракетной массы использовано для довыведения. Масса топлива и окислителя в третей ступени 105 000 кг. Из них  19 700 кг - водород.
Значит на довыведение потрачено 12 /105 *19 700 =2 250 кг водорода.
В итоге, в сумме на выведение полезной нагрузки Сатурн-5 потратил:
651 500 кг керосина. При теплоте сгорания того 40.8 МДж/кг это 2,66E+13 Дж
74 638 кг водорода. При теплоте сгорания 141 МДж/кг это 1,05E+13 Дж.
В сумме это 3,71E+13 Дж (кстати в тротиловом эквиваленте это ... 8,6 кт ТНТ. Напомню в Бейруте селитры рвануло где-то на 1-1.5 кт)

(кликните для показа/скрытия)

Делим полезную на суммарную теплоту сгорания получаем... Гм... Всего 10,9 %  КПД!
То есть  89% всей сожжено химической энергии - потери.
Сложность двигаться дальше тут в чем?
Это все потери и двиЖителя и двиГателей. Я уверен что названная выше цифра в 88% это потери ракетного двиЖителя. Без двигателей.
Как оценить КПД двигателей? Они были очень разные доля их разная в разгон... Жуть! Хорошо. Возьмем для всех движков на всех ступенях один усреднённый КПД. 70% Очень на глаз. Тогда  эффективность двиЖителя оценочно получается  15.6% (остальное падение эффективности привода  до позорных 11% обеспечила плата второму началу термодинамики со стороны двигателей). (1-0.156)*0.88=0,742
Итого гравитационные потери из всех потерь привода в процессе выведения получаются ~74%
То есть 74% всей полезной мощности этих движков... (а почти все гравпотери были именно на первой ступени, это и к гадалке не ходи!):



...потрачены даже не на подъем на высоту, а на тупо "висение" ракеты на них... За счет того что ракета м-е-е-е-е-дленно поднимается над столом....

Вспоминается почти анекдотичная история. Солдаты служившие на Байканури, как самые приближенные к процессу "эксперДы" рассказывают с восхищением о старте "Энергии". Мол, они поднялась над столом и... якобы, зависла на время. И кто-то очень умный говорил: это она лишнее топливо выжигает чтобы начать подниматься дальше. Облегчается, мол...Мол, мощА и красота то какая!!!! А хитрый прием же!! Только советские инженеры такое могли придумать!!!!
Господи! Какими маразматическими "теориями" не страдает солдат, когда плац ломом не подметает!


Действительно суммарный КПД "Сатурна-5" в 11% удивляет своей мизерностью (Даже Р-7 давала 13-15%!).
Но подумайте.
Масса Сатурна на старте 2900 тонн. Тяга одного F-1  790 тонн, пяти - 3950 тонн. Делим  тягу на массу и получаем 1.362. Тут единица  - это "висение" на двигателях и только 0.362g - то медленное ускорение, которое и разгоняет ракету над столом. То есть 26,5% тяги совершают полезную работу в момент отрыва, а оставшиеся  73,5 - "выжигают топливо что бы начать ускорение"
И таки да. Доля правды в маразме есть. По мере облегчения ракеты соотношение веса к тяге меняется и большая часть тяги идет на полезную работу...
Так примерно и набегает те выше полученные (очень грубо) 75% на гравитационные потери в общей сложности или 88% на все потери движителя "ракета Сатурн-5".
На "висении" ракеты над стартом.
В связи с этим давайте оценим наш эталон. "Корону". Тяга ее двигателей 488 000 кгс, а масса 290 000 кг. То есть ускорение в пустоте вне гравитации было бы
1,683g, Но над  стартом она разгоняется вверх лишь с 0.683g. То есть 40,5% тяги расходуется полезно и почти 60% - бесполезно расходуется на висение в момент отрыва.
Мы выше считали что общий КПД "Короны" должен быть... 31.4% (легко запомнить. число пи )
Сопротивление воздуха - и процента нет (пренебрежем).
Работу подъема на высоту (~ 10% ) мы посчитали в полезную работу (так и есть. Эта работа накапливается как и кинетическая).
Тогда что остается?
КПД разгона ракеты с постоянной скоростью истечения (мы смотрели график) при 4500/8000 близкий к идеалу (~0.71). Это А. И Б: КПД водородного двигателя тоже высок ~ 0.75
Итого, итоговая эффективность A*Б (без гравпотерь "И") должна быть 0.75*0.71 =0,53.
То есть суммарные теоретические потери 1-0,53=0.47
Но на практике 1-0.314 =0,686. То есть учтенные нами потери (двигатель и движитель) 0,686 от всех потерь. Значит остальные 31.4%  - это потеряное "И",  гравитационные потери.
Почему у Сатурна они 88%, а у Короны лишь ~32%?
"Сатурн" поднимается над столом с ускорением в чуть больше чем треть от земного (0.36g), а "Корона" более чем в половину земного (0,68g).
Чем быстрей ракета поднимается над столом, тем ниже у нее гравитационные потери.
Если бы она мгновенно сжигала свое топливо (скажем как пушка Жюль Верна) и уже сразу летела над столом по инерции с нужной скоростью (сопротивление воздуха забудем), гравитационные потери равнялись бы нулю. Интуитивно верно?