Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[alex_semenov]

Тут Аскек вел как бы отдельный терд про ТТРД. Действительно, неплохой вариант для первой ступени!
Одно "но" может всплыть (еще не факт):

Тут:

Стоит рассмотреть еще и такой момент, касаемый так же стоимости.
В интересном материале: "Сага о ракетных топливах" приводятся следующие оценочные данные по стоимости запуска:

Примерно так:
Конструкция ракеты — 60-80%
Стартовые операции — 20-40%
Топливо — 0.1-1%

В конструкции ракеты наибольшая составляющая стоимости - первая ступень. А в первой ступени - двигатели. Указанные примерные цифры даются совместно со стоимостью разработки. Без нее (как получилась ситуация с F-1 по завершению лунной программы) - стоимость конструкции ракеты снизится до 40-50%.
Кроме того, топливная составляющая указана для наиболее распространенных топлив - керосин плюс кислород. Нет информации о достаточно точном расчете стоимости топливной составляющей для различных видов, но по отрывочным данным, соотношение близкое к следующему:

1:10:100

где 1 - керосин плюс кислород
10 - высококипящие "вонючки"
100 - твердые топлива для РДТТ

А теперь вернемся в 70-е годы прошлого века. В США разрабатывается программа "космического челнока" с основной задачей - снизить стоимость выведения 1 кг груза на орбиту до 1000 долларов (в тех еще долларах).
После обширнейших исследовательских работ американские специалисты выбрали для первой ступени (или нулевой по иной системе обозначения) два твердотопливных бустера-ускорителя, которые работают совместно с двигателями второй (или первой в другой системе измерения) ступени.

Чуть дальше:

Вернемся к стоимости вывода 1 кг груза на орбиту. Изначально желаемой или хотя бы экономически оправданной - в 1000 долларов за 1 кг. В той конфигурации, какой он получился это невозможно принципиально. Простые цифры. Масса полезной нагрузки на НОО около 25 т. Масса твердого топлива в двух ускорителях - примерно 1000 т. То есть на каждый килограмм полезного груза приходится твердого топлива 40 кг. В предыдущей части я пытался сопоставить стоимости различных топлив, в соотношении 1:10:100. Для твердого ракетного топлива стоимость на уровне 100 долларов за кг (точных данных я не нашел, отдельные упоминания). В этом случае только топливная составляющая первой или нулевой ступени составит 4000 долларов - в два раза больше, нежели вся заявленная стоимость вывода у Сатурна - 5.

То есть топливо ТТРД может оказаться СЛИШКОМ дорогим для многоразовости.
Почему при разработке шаттла на это никто не обратил внимание? Был бы этот вопрос единственным!

[viesis]

То есть топливо ТТРД может оказаться СЛИШКОМ дорогим для многоразовости.
Почему при разработке шаттла на это никто не обратил внимание? Был бы этот вопрос единственным!

Не известно, насколько учитывается стоимость разработки и создания инфраструктуры, но разумным выглядит интервал 10-30$/кг.

[Инопланетянин]

Рабочим телом хоть что может быть, все что понравится))) Главное подобрать волну.

Мне надо беспрепятственно доставить СВЧ через атмосферу, причём в любую погоду, а потом поглотить его рабочим телом и чтобы оно поглощало вплоть до превращения в высокотемпературную плазму.

Зачем, обычный водородный ЖРД, также производит горячую воду.

Недостаточно горячую. Плазму надо. Чтоб только магнитным полем удерживалась.

[petrovich1964]

на каждый килограмм полезного груза приходится твердого топлива 40 кг. В предыдущей части я пытался сопоставить стоимости различных топлив, в соотношении 1:10:100. Для твердого ракетного топлива стоимость на уровне 100 долларов за кг Канал Еськова

Стал искать стоимость твердотопливного ускорителя Шаттла. Нашёл сайт со стоимостью всей программы How Much Did it Cost to Create the Space Shuttle?.
Стоимость всех затрат на все ускорители $582.3 миллионов в тех долларах, или $2,563 миллионов в ценах 2020 года. Делим на 135 запусков Шаттл. Делим на 24 400 кг полезной нагрузки на НОО. Получаем долю стоимости с ускорителя на килограмм полезной нагрузки: 177$ - 778$

Total

(кликните для показа/скрытия)

NASA spent $10.6 billion to develop the Space Shuttle and its related components, including the solid rocket boosters, external tank, and the RS-25 main engines. This also includes $444 million in construction costs to build out the shuttle's production, launch, and processing facilities.

$10,606 / $48,760 (в ценах 2020 года) 3 220$ / 14 803$ за килограмм полезной нагрузки

[Vavanzer]

Идея прекрасная. Но... а энергия для этого процесса ОТКУДА БЕРЁТСЯ?
Не уж то нашару?

  В океанском варианте, давит весь океан, так сказать)) Высота столба. Предварительно придется выкачать из пушки воду. Т е энергию затрачиваем.
  В варианте с горным озером (в кратере вулкана к примеру) давит высота столба от уровня озера до подножия горы (где и заряжаем пушку и направляем вверх по пустой трубе, параллельной той которая питающая . Тут энергия бесплатная. Воду наверх природа затащила.
В варианте с газами - там в мега-баллоны закачиваем как получится, хоть откуда придется брать энергию.  Хоть водопад, хоть солнечную, хоть атомную. Чем халявнее, тем лучше)

[Vavanzer]

То есть топливо ТТРД может оказаться СЛИШКОМ дорогим для многоразовости.
Почему при разработке шаттла на это никто не обратил внимание? Был бы этот вопрос единственным!

  Занимались самообманом скорее всего. Боялись СССР, вот и делали космоплан быстрого реагирования.  А чтоб люди не взбесились, лапшу на уши понавешали. Запутали.
 
   

Получаем долю стоимости с ускорителя на килограмм полезной нагрузки: 177$ - 778$

  Откуда тогда страшные миллиарды взялись, за каждый запуск?

[petrovich1964]

страшные миллиарды взялись, за каждый запуск?

Cost per launch US$450 million (2011)[1] ([1]Bray, Nancy (August 3, 2017). "Kennedy Space Center FAQ". NASA. Archived from the original on November 2, 2019. Retrieved July 13, 2022.)https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle
18 443$ за один килограмм полезной нагрузки если брать 24,4 тонны на НОО
или согласно Википедии Payload to low Earth orbit (LEO) 27,500 kg  - 16 363$ за кило

[Vavanzer]

Недостаточно горячую. Плазму надо. Чтоб только магнитным полем удерживалась.

  Мне эта идея с удержанием не нравится, тк ее не могут до сих пор реализовать в простой и экономичной форме. Удерживатели слишком громоздкие, тяжелые, энергии требуют столько, сколько хватит, наверное до соседней звезды сгонять и обратно (шучу, не считал))).
   Гораздо интереснее не удерживать, а избавляться от плазмы как можно быстрее.  И в этом плане, возможно оч перспективны варианты с испаряющейся поверхностью "удержателей". (Какой нибудь гидрид или гидрат чего либо). Особенно во вспышечном импульсном варианте, или же в разреженной плазме.  Чтоб скорость эрозии и нагрева была адекватной.

[petrovich1964]

Если Шаттл выводил на орбиту килограмм груза за 14800-18400$ (в современных ценах).
То Фалькон9 выводит килограмм груза ...
https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9 Payload to Low Earth orbit (LEO) 22.8 t при стоимости за запуск 67 млн$ - по цене 2 938$

[BlackMokona]

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9 Payload to Low Earth orbit (LEO) 22.8 t при стоимости за запуск 67 млн$ - по цене 2 938$

А Старшип будет по 333$ примерно, по словам Шотвел

[Инопланетянин]

Мне эта идея с удержанием не нравится, тк ее не могут до сих пор реализовать в простой и экономичной форме.

Я ж не предлагаю до термоядерных реакций греть. Что-то вроде сопла из магнитного поля сделать и именно что отбрасывать. А разогревать внешним источником энергии.

[Vavanzer]

Я ж не предлагаю до термоядерных реакций греть. Что-то вроде сопла из магнитного поля сделать и именно что отбрасывать. А разогревать внешним источником энергии.

Там надо греть оч хорошо. Состояние высокоионизированной плазмы неизбежно, на температурах с хорошим УИ.

Вот интересно еще. Все время рассматривали межзвездные варианты всяких там лазеров и пр подогревов и пинков вдогонку.
А почему не рассматривают всерьез для обычных несильно быстрых, но приемлемых межпланетных перелетов?
Вот к примеру, светим или греем микроволновкой вдогонку какой нибудь разгонный модуль отЗемли к Марсу. Или с Луны поднимаем. Многоразовая система длительного пользования. Не на химическом топливе, а на любом простом веществе, коих можно насобирать хоть на Луне, хоть на Марсе, хоть на спутниках остальных планет...
 

А Старшип будет по 333$ примерно, по словам Шотвел

  Мож и прокатит, но пока как то слабо в это верится. Тк они дожимают устаревшую технологию, которая итак в тупик загнала всю космонавтику! Ну мож с помошью свежих решений на порядок улучшат. Но так чтоб стоимость запусков стала зависима от стоимости топлива, как стоимость рейсов на Конкорды в свое время, эт вряд ли...

[petrovich1964]

А Старшип будет по 333$ примерно, по словам Шотвел

Маск хвастал, что стоимость запуска будет 2 миллиона$. 2 млн. поделить на 100 тонн, это же ... продайте мне один билет на орбиту и обратно!

[petrovich1964]

Вот к примеру, светим или греем микроволновкой вдогонку какой нибудь разгонный модуль отЗемли к Марсу. Или с Луны поднимаем.

Какого диаметра получается пятно от лазера на Луне, если светить с Земли? Вспоминайте!

[BlackMokona]

Маск хвастал, что стоимость запуска будет 2 миллиона$. 2 млн. поделить на 100 тонн, это же ... продайте мне один билет на орбиту и обратно!

Стоймость и цена разные вещи

[petrovich1964]

Поверим что Старшип сделать стоит 100 млн., что запуск будет 2 млн., и ракета выдержит десять полётов. Всё равно получаются сказочные цифры.
Но! Как говорится "надо потрогать, а то может быть это оптический обман". Пока что известно что Фалькон запускают за 67 млн. так что реальная цифра на сегодня около трёх тысяч за килограмм на НОО.
И мне не известно насчёт реальной стоимости. Цену можем "пощупать". А реальную стоимость где узнать? Например, есть такое явление как демпинг. 

[BlackMokona]

ракета выдержит десять полётов.

Расчёт на тысячу полётов

[BlackMokona]

Пока что известно что Фалькон запускают за 67 млн.

50 миллионов для внешнего заказчика, внутренняя где то 20 миллионов

[alex_semenov]

В океанском варианте, давит весь океан, так сказать)) Высота столба. Предварительно придется выкачать из пушки воду. Т е энергию затрачиваем.

Вот и  я об этом. А выигрыш в чём?
Нет, при старте из воды сверхтяжа, можно попробовать воспользоваться силой Архимеда для некоторого начального толчка. Но пытаться что-то массивное и толстое разогнать с километрового дна и выстрелить... а зачем? Сопротивление воздуха - огромное. Ускорение (как при разгоне так и при встрече с атмосферой) - тоже будет недетское.
В чём преимущество обычной ракеты, которая медленно разгоняется с высотой? Что самые плотные слои атмосферы она проходит медленно (относительно), а по мере разгона атмосфера перед ней "расступается". Поэтому аэродинамические потери ракеты с гулькин нос. И поэтому ракеты могут быть короткими тупыми бочками с хреновой аэродинамикой.
Пик аэродинамической нагрузки (максимальный напор) она проходит на высоте 10-20 км, где воздух уже 1/5 - 1/10 от атмосферы. Вот если бы вы ствол пушки туда вывели (были такие проекты на аэростатах, в духе башни Покровского), тогда может быть.
Знаменитые эстакады на Казбек тоже городили почему? На высоте 5 км уже 1/2 атмосферы пройдена.

Но в любом случае это чудовищные сооружения. И я не понимаю, а  зачем? Ракеты на 10 000 тонн (где железа только 1000 тонн - остальное топливо) для нас - немыслимо (и инженерно уродливо). А вот гигантский "мосты через океан" - это мы себе представить можем. Ну посторили. Оно что, к себе внимания не требует? Обслуживания? Обновления? Содержания?



Мост "Золотые ворота" (массой всего в миллион тонн железа, кстати) красят непрерывно. Скажем (я точно не знаю) слева направо. Только закончили справа, уже надо начинать по-новой красить слева. Слышал такую правдоподобную байку.

[alex_semenov]

Стоимость всех затрат на все ускорители $582.3 миллионов в тех долларах, или $2,563 миллионов в ценах 2020 года. Делим на 135 запусков Шаттл. Делим на 24 400 кг полезной нагрузки на НОО. Получаем долю стоимости с ускорителя на килограмм полезной нагрузки: 177$ - 778$

Ну да, выглядит на самом деле не так страшно как насчитал тот автор, что я цитировал. Но всё равно даже в минимальных ценах 177 долларов за кг это половина заявленной стоимости в идеале 300 долларов за кг. Тех долларов, разумеется. То есть всё-таки твёрдое топливо - наиболее дорогое топливо.  Не так что бы в сто раз, 1:10:100, но всё же наиболее дорогое во всём ряду. Керосин, кислород, метан (может быть ископаемый водород?) - будут самой дешёвой энергией для запуска ракет с Земли. Кислород - очень дёшев. Метана (на морском дне) -  тоже море в виде гидридов, если обычный газ кончился. Плюс вся энергетика Земли на этом уже сидит и видимо как топливо метан будет использоваться теперь всегда (будет ли водород? вопрос).
Да, синтетическое топливо (тот же метан, водород, кислород) на других планетах, разумеется будет на порядок дороже - минимум. Ну это уже неизбежность.
Важно другое. Что здесь, на Земле, в гравитационной яме этого добра как гуталина на гуталиновой фабрике. И грех этим не пользоваться. Искать какие-то обходные пути. То есть жидкостные ракеты, огромные летающие бочки - самый магистральный путь для нас из колыбели как не верти.