Химические ракетные двигатели. Ракетные топлива. Перспективы.

[bob]

уже реализуется идея Ф.Цандера об использовании в качестве рабочего тела конструкций отбрасываемых ступеней РН!
Можно сделать все несущие конструкции носителя из топлива, и таким образом в два-три раза увеличить ПН. Вполне возможно довести ПН до 10% от массы носителя. И, благодаря тому, что несущие конструкции РН одновременно являются топливом, нет проблем с отбрасываемыми ступенями.

А это как?

[EvilShurik]

уже реализуется идея Ф.Цандера об использовании в качестве рабочего тела конструкций отбрасываемых ступеней РН!
Можно сделать все несущие конструкции носителя из топлива, и таким образом в два-три раза увеличить ПН. Вполне возможно довести ПН до 10% от массы носителя. И, благодаря тому, что несущие конструкции РН одновременно являются топливом, нет проблем с отбрасываемыми ступенями.

А это как?

Ну, я лично участвовал в разработке как раз подобного носителя. И даже дело дошло до натурных испытаний, правда, в свободный полёт конструкцию так и не отправили - закончилось финансирование.
Собственно, идея проста "как огурец" - из топлива, в данном случае керосина, замораживанием получается труба. Есть ещё и "особые пластификаторы" для того, чтобы замороженный керосин не был хрупким. К этой трубе пристыковываются два "стакана" - верхний для крепления ПН, нижний - двигательный отсек.
В трубу заливается жидкий кислород. Его холод поддерживает трубу из замороженного топлива в твёрдом состоянии.
Далее пускают двигатели. В которые непосредственно перед стартом заливают жидкий керосин. И подают его пока двигатели не "выйдут на режим самообеспечения". При пуске, керосин отбирает часть тепла от стенок сопла двигателя, и этот горячий керосин растапливает нижнюю кромку топливной трубы. Холодный растаявший керосин поступает в двигатель, часть его нагревается и поступает обратно для растапливания твёрдого керосина, а другая часть - сгорает. "Стакан" двигательного отсека постепенно наддвигается на топливную трубу, и длина РН постепенно укорачивается. В результате, получаем реализацию концепции "безконечноступенчатой" РН! Хотя на самом деле ступень только одна. Двигателей желательно устанавливать несколько, и по мере уменьшения массы РН часть выключать, чтобы не росло ускорение.
В результате, имеем безступенчатый РН, с предельно возможной ПН! В наших опытах для чисто кислород-керосинового РН общей массой 10 тонн, ПН могла составлять 8% от общей массы!
Но проект заморозили, и похоже, сейчас продали.

[sharp]

Собственно, идея проста "как огурец" - из топлива, в данном случае керосина, замораживанием получается труба.

И получаете ровно то, что раскритиковали в посте №37: при незначительном улучшении характеристик резко повышается сложность производства и эксплуатации.

[EvilShurik]

Собственно, идея проста "как огурец" - из топлива, в данном случае керосина, замораживанием получается труба.

И получаете ровно то, что раскритиковали в посте №37: при незначительном улучшении характеристик резко повышается сложность производства и эксплуатации.

Наоборот, резкое упрощение. Чисто опытовый факт. Меньше силовых элементов, меньше редких материалов, проще конструкция РН. Двигательный блок имеет меньше элементов.
Наконец, данная концепция РН легко позволяет реализовать полную многоразовость - после выхода на НОО можно загрузить двигательный блок в грузовой отсек шаттла, и вернуть на Землю! А можно и оставить на орбите, добиваясь таким образом максимальной массы выводимой полезной нагрузки.

[sharp]

Ага, труба из заморoженного керосина - это конечно дофига легко в обращении

[noxx77]

! А можно и оставить на орбите, добиваясь таким образом максимальной массы выводимой полезной нагрузки.

А в чём полезность этого двигателя на орбите?
Кстати, немного в сторону, но где-нибудь рассматривался вариант использование верхних ступеней РН в качестве сырья для орбитальных заводов/строительства большой станции? Просто объём, который заполняется подвозом необходимого.

[noxx77]

Ага, труба из заморoженного керосина - это конечно дофига легко в обращении

Так там же с армирующими добавками.

[Изобретатель]

Кстати, немного в сторону, но где-нибудь рассматривался вариант использование верхних ступеней РН в качестве сырья для орбитальных заводов/строительства большой станции? Просто объём, который заполняется подвозом необходимого.

Рабочий вариант:Скайлэб.Ближайшая идея:Крылья для КОРОНы.

[noxx77]

Кстати, немного в сторону, но где-нибудь рассматривался вариант использование верхних ступеней РН в качестве сырья для орбитальных заводов/строительства большой станции? Просто объём, который заполняется подвозом необходимого.

Рабочий вариант:Скайлэб.Ближайшая идея:Крылья для КОРОНы.

Нее - Скайлэб изначально была станцией, пусть и из Сатурна сделанной. Но смысл тот же.

[-Юрий-]

я лично участвовал в разработке как раз подобного носителя.

Во бабла-то распилили на халяву! И ведь кто-то даёт добро на такие, с позволения сказать, разработки.

[ivanij]

я лично участвовал в разработке как раз подобного носителя.

Во бабла-то распилили на халяву! И ведь кто-то даёт добро на такие, с позволения сказать, разработки.

  А если конкретно чем это плохо?

[EvilShurik]

я лично участвовал в разработке как раз подобного носителя.

Во бабла-то распилили на халяву! И ведь кто-то даёт добро на такие, с позволения сказать, разработки.

Бабла распилили как раз немного. На порядок меньше, чем обычно при таких разработках. Потому что "главный начальник" как раз хотел новья именно в концепциях РН, а не тупо украсть бабосов!
И, получилась вполне рабочая конструкция. Во всяком случае, при прожигах, установка ни разу не взорвалась.
Потенциал у разработки есть, и немалый. И, однозначно, подобный путь развития РН гораздо лучше, чем экспериментировать с высокотоксичными фторовыми топливами.
Насчёт потенциала, - увеличение ПН в два-три раза при той же стартовой массе. Упрощение и удешевление конструкции РН. Отсутствие "падающих на голову" отработанных ступеней. Потенциальная полная многоразовость, при использовании в качестве ПН шаттла. Движки, если кто не понял, - одна из самых дорогих деталей РН.

[sharp]

Насчёт потенциала, - увеличение ПН в два-три раза при той же стартовой массе.

Вас, конечно, не затруднит проиллюстрировать это конкретными расчетами?

Движки, если кто не понял, - одна из самых дорогих деталей РН.

А еще одна из наиболее тяжелых.

[crazy_terraformer]

так как всё же небольшая утечка иттрия для индустрии небесных тел, где нет гранитоидов будет проблемой.

И я о том. А прямо из плазмы при разделении в нано-капли не получится?

Вы про иттрий?

Нет, про получение
 алюминия из реголита.

Я тут надыбал информацию.Космические аппараты исследуют Луну
 Установка для комплексной переработки лунного грунта

(кликните для показа/скрытия)

Наши и американцы предлагали выделять изначально самородное железо из размолотого реголита посредством слабых магнитных полей, а затем часть этого железа использовать в начальной фазе с привезённым кремнием  в виде порошка сплава(ферросилиция) для металлотермии. На одной из стадий добавляется привезённый углерод для восстановления кремния, магния, кальция и алюминия. Водородом восстанавливают оксиды углерода.
C железом кремний образует эвтектическую смесь, что позволяет спекать (сплавлять) эти материалы для образования ферросилициевой керамики при температурах, заметно меньших, чем температуры плавления железа и кремния. Таким образом в виде ферросилиция вводят кремний в силикатный расплав для восстановления окислов железа.
В цитате американская схема, а в советской науч.поп.книжки аналог(или ребятки взяли идейку американцев).

В 1977 г. группа американских ученых ( Phinney W.C., Criswell D., Drexler E., Carmirian J.) разработала установку для комплексной переработки лунного грунта на основе ферросиликатного восстановления железа при 1300⁰ С ( 2 FeO +Si -> 2Fe +SiO2) и карботермического способа получения Al, Ca, Si, Mg при 2300⁰ С ( по реакции MeO +C -> Me +CO).

Кремний и углерод циркулируют как промежуточные агенты, последний восстанавливается каталитическим гидрированием. По технологической схеме сначала лунный грунт сплавляется при 1300⁰ С в печи с оборотным железокремниевым сплавом, где частично восстанавливается. Затем металлостеклянная композиция охлаждается, размалывается и частички металлического железа ( диаметром 50мкм) отделяются от силикатного шлама ( окислов) магнитной сепарацией. Для очистки от кремния железо вновь расплавляют до 1600⁰ С разделяют во вращающейся печи на 3 фракции: 1) чистое железо ( готовый продукт), 2) железокремниевый сплав ( идет на сплавление с новой партией грунта), 3) силикатный шлам ( SiO2, Al2O3,CaO,MgO и т.д.). К силикатному шламу добавляется углерод ( сажа). Смесь нагревается до 2300⁰ С и разделяется в центробежной вращающейся печи. Пары восстанавливающихся металлов ( Ca, Mg ) и окись углерода собираются в газовой фракции и разделяются затем при конденсировании и фильтрации. Остальная смесь расслаивается на сплав восстановившихся Si-Al и стекло. На последующих 2-х центробежных печах при 2300⁰ С из стекла отделяют в виде газовой фракции остатки Ca, Mg, Al, Si, CО, а сплав Al-Si разделяют на газообразный алюминий и жидкий кремний. Последний возвращается на первую операцию восстановления грунта. Шлам ( стекло) с непрореагировавшими остатками углерода ( оборотного и природного, содержащегося в небольшом количестве в грунте) поступает в окислитель, где при 1000⁰ С кислородом остатки углерода превращаются в газовую смесь СО, СО2 и отделяются. Затем путем добавки к шламу кремния при 1200⁰ С восстанавливается непрореагировавшая ранее часть MgO и отделяется от шлама дистилляцией. Образующиеся при переработке грунта СО и СО2 , по предлагаемой схеме, подвергаются каталитическому гидрированию в присутствии Н2 с образованием Н2О , СН4 и других углеводородов, с последующим крекингом до сажи и водорода. Согласно расчетам для переработки 300 тыс. т сырья в год потребуется установка занимающая объем 1550 м3, потребляющая 450 тыс. квт ( 13 тыс. квт-час/т грунта) и имеющая массу 1500 т, в т.ч. оборудования восстановления железа — 196т, получения магния — 268 т, отделения металлов—104 т, восстановления углерода — 613т, вспомогательного оборудования-181 т, радиаторов — 107 т. 28).

Похоже ильменит они отделяют центрифугированием измельченного реголита перед сим процессом, это 
Шлам - это стекло, в основном метасиликаты щелочных металлов калия и натрия.
Эту смесь можно гидролизовать горячей водой:
        Me2SiO3 + (n+1)H2O → T→2MeOH + SiO2↓⋅nH2O
Водный раствор щелочей фильтруем от осадка кремниевых кислот, осадок промываем горячей водой пока не исчезнет щелочная реакция. Водный раствор щёлочи выпариваем, используя лунный вакуум. Твёрдый осадок от выпаривания - щёлочь, её разлагаем электролизом расплава. Электролиз расплавленных щелочей проводят с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %).
В нашем случаем из щёлочи (12%) и углекислого газа получаем карбонат и смешиваем его с остальной твёрдой щёлочью. И проводим электролиз расплава.
Получаем кислород, щелочные Ме и пары воды.
Me⁺+e^-→Me
4OH^--4e^-→2H2O+O2
Похоже порода не содержит ильменит, т.к. они не удосужились предложить способ его выделения. Если он будет присутствовать в породе, то кроме железа одним из продуктов будет дисилицид титана, как отделять его я без понятия, продукт интересный.

[crazy_terraformer]

Насчёт потенциала, - увеличение ПН в два-три раза при той же стартовой массе. Упрощение и удешевление конструкции РН. Отсутствие "падающих на голову" отработанных ступеней. Потенциальная полная многоразовость, при использовании в качестве ПН шаттла. Движки, если кто не понял, - одна из самых дорогих деталей РН.

А Вы случаем нечто такое же из парафина не разрабатывали?

[EvilShurik]

Насчёт потенциала, - увеличение ПН в два-три раза при той же стартовой массе.

Вас, конечно, не затруднит проиллюстрировать это конкретными расчетами?

Движки, если кто не понял, - одна из самых дорогих деталей РН.

А еще одна из наиболее тяжелых.

Далеко не самая тяжёлая. Вес ДУ например, ступени Р7, около 7 тонн. А вес самой ступени, не заправленной окислителем и топливом - около 30-40 тонн!
Если сделать аналог Р7 по массе, "цельносгораемым", то ПН может достигнуть 10%, а это при стартовой массе 400 тонн, - 40 тонн на НОО. Вполне можно сделать ДУ возвращаемым. Тем более, что 10 тонн на двигатели - это с большим запасом. Можно вес двигателей уменьшить раза в полтора.

Насчёт потенциала, - увеличение ПН в два-три раза при той же стартовой массе. Упрощение и удешевление конструкции РН. Отсутствие "падающих на голову" отработанных ступеней. Потенциальная полная многоразовость, при использовании в качестве ПН шаттла. Движки, если кто не понял, - одна из самых дорогих деталей РН.

А Вы случаем нечто такое же из парафина не разрабатывали?

Из полипропилена первоначально. Вообще, были исследованы множество возможных композиций для топлива - несущей конструкции. Полипропиленовые заинтересовали военных, поскольку позволяли создать зенитные ракеты повышенной дальности. В бак из полипропилена, покрытого изнутри тонким слоем фторопласта, заливается жидкий тетраоксид диазота. Такая ЗР вполне может выходить в космос, при своём весе около тонны. Ценно здесь то, что ЗР может неограниченно долго храниться пустой. А перед пуском её можно заправить буквально за секунды окислителем. Что резко повышает безопасность и живучесть боевой единицы ПВО. И в то же время, за счёт того, что топливо - корпус самой ЗР, снижается сложность подготовки к пуску, по сравнению с обычными жидкостными ракетами. Плюс повышается ПН либо дальность.

[crazy_terraformer]

А что из органики можно использовать в качестве ракетного топлива и трубы(бака) совместимо с жидким кислородом кроме керосина?

[библиограф]

 Синтетических углеводородных топлив, превосходящих по параметрам керосин, придумано множество,
Циклин, Омар, Ацетам, Боктан, они предназначались, главным образом, для разгонных блоков и
верхних ступеней; некоторые даже, например, циклин, производились в промышленных масштабах.
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic8417/?PAGEN_1=14
http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/3847/2005_13_44-052.pdf?sequence=1
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%BD

[mbrane]

Синтетических углеводородных топлив, превосходящих по параметрам керосин, придумано множество,
Циклин, Омар, Ацетам, Боктан, они предназначались, главным образом, для разгонных блоков и
верхних ступеней; некоторые даже, например, циклин, производились в промышленных масштабах.
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic8417/?PAGEN_1=14
http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/123456789/3847/2005_13_44-052.pdf?sequence=1
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B8%D0%BD%D1%82%D0%B8%D0%BD

на хромой кобыле далеко не уедешь - не смотря на уникальность характеристик, синтез тиееь кучу стадий и дает низкий выход... никаких перспектив как автономного источника энергии и рабочего тела в полетах дальше луны не имеет

[библиограф]

 И на закуску - Гибридный двигатель из колбасы салями
http://truba.com/filmy-peredachi/video/razrushiteli_mifov-3_sezon_51_seriya-444339