Гигантские ЖРД ракеты. Возможны или нет?

[Vavanzer]

Я считаю что ~100 тонная ракета - это минимум для высадки на Луну и Марс

Для Марса ее маловато будет. Несколько штук надо.

[Vavanzer]

Главное. Были списаны со сёта сверхтяжи. Хотя о них постоянно всплывал вопрос,

  Самое угарное, что благодаря им много интересных проектов прокатило. Вояджеры те же самые...
  Можно было бы орбитальные станции строить приличных размеров. В тч и на другие планеты отправлять. В общем, полноценные научные миссии делать. Не жаться в количестве, размерах и массе спутников и спускаемых зондов.

[alex_semenov]

Я считаю что ~100 тонная ракета - это минимум для высадки на Луну и Марс

Для Марса ее маловато будет. Несколько штук надо.

Зубрин посчитал - достаточно. Что совсем уж мне сорвало крышу.
Почитайте его план Марс Директ.



Да, нужен двухпуск по 100 тонн на НОО. При этом сильно разнесённый во времени. И вообще получается такая цепочка... То есть крайние экспедиции переплетаются, подстраховаывая друг друга. Идеальнй план. Почему мы до сих пор по нему не слетали? Это просто какой-то позор, товарищи!

[alex_semenov]

Ну у себя они его не останавливают.

Останавливают. Да, может они бы хотели у себя останавливать медленней чем у других. Но не получается медленней. Сыпется всё. Это как в институте. Если в хороший вуз начинать набирать дебилов, то быстро тупеет и преподавательский состав. Всё взаимосвязано как сообщающиеся сосуды. Мир не просто глобален. Он гиперглобален.
Так что... сядем усе!

Давайте ближе к ракетам.

До ЖРД эта технология пока не добралась, там оно пока некритично, да и двигателисты удавятся за потерю даже 1% УИ. Однако если такая задача возникнет, думаю можно без проблем снизить шум струи на порядок, а то и больше, ценой потери 1...10% тяги.

Да, интересно конечно. Но я думаю что тут нужны некие совсем радикальные меры. Я всё же хочу зацепиться за вот какую мысль. Воздух, который нам мешает (это по нему распространяется звук) хорошо бы было бы и использовать. И идея поднять на 30-40 км ракету (массой в 30 000 тонн!) опираясь на воздух... выглядит безумно. Но с другой стороны, а что, собственном мы теряем? Если мы это поднимаем БЕЗ такой опоры, то что нам мешает ДОБАВИТЬ СЕБЕ дополнительно и такую опору?
В чём идея? Чем сильней мы разбавим выхлоп ЖРД, отрывающих от стола ракету еще и забортным воздухом, тем меньшая скорость истечения (и больший расход рабочего тела) получается. Мы затратим на этих первых километрах меньше абсолютной мощности, у нас будет менее разрушительный звук. Всё что нам надо - уйти за звуковой барьер 0.33 км/с, а дальше - нас не догонит никакой звук!
Как не верти, но первая ступень, это всегда то, что работает пока что в атмосфере.
И Маск показал что это не обязано быть похожим на самолёт. От слова "совсем". Сравнивая с неудачным опытом шаттла и удачным опытом первых ступеней фалконов, напрашивается шаловливая мысль: чем меньше это похоже на самолёт, тем лучше!

[Vavanzer]

Останавливают. Да, может они бы хотели у себя останавливать медленней чем у других. Но не получается медленней. Сыпется всё

  Останавливали, и в итоге пришли к тому что нужны все более мощные штуковина для запусков большого количества спутников, которые тоже в свою очередь стали больше и толще, из-за всевозрастающих потребностей)))

[Vavanzer]

Чем сильней мы разбавим выхлоп ЖРД, отрывающих от стола ракету еще и забортным воздухом, тем меньшая скорость истечения (и больший расход рабочего тела) получается

   Зато массы выбрасывается больше.
А самый приеол, даже на воздухе можно развивать нагрев газов в те же 2500 градусов в сопле)))
Если даже на угле и поддуве примитивными мехами железо плавится только в путь!))
 
  Но самое главное. Самолёты неплохо работают и их движки гораздо экономичнее нетурбовых реактивных движков . И имеют большой ресурс. Полноценную многоразовость.
 
  Еще,.  Так, к сведению, на 1 баллон пропана в газорезке, надо несколько баллонов кислорода  ... Та же тема и в пакете. Окислителя больше и есэикости под него весят прилично. До высоты 10-12 км получается, что кислород - бесполезная нагрузка, по большей части. Когда вокруг полно забортного воздуха с 21% кислорода))) До высоты несколько км и высокой стартовой массе тяга гораздо важнее удельного импульса. И тут за счёт массы выбрасываемых газов можно выиграть.

[Инопланетянин]

Воздух, который нам мешает (это по нему распространяется звук) хорошо бы было бы и использовать. И идея поднять на 30-40 км ракету (массой в 30 000 тонн!) опираясь на воздух... выглядит безумно. Но с другой стороны, а что, собственном мы теряем? Если мы это поднимаем БЕЗ такой опоры, то что нам мешает ДОБАВИТЬ СЕБЕ дополнительно и такую опору?

Ну тут даже несколько вариантов.

• Первый - гигантская летающая тарелка с двигателями сверху. Известный эффект - в струе воздуха пониженное давление и поэтому, обдувая тарелку сверху, можно будет взлететь.
  
  • Преимущества: космодром не нужен. Даже аэродром не нужен, стартовать можно с любой поверхности как в фантастике.
  • Также убрать двигатели подальше от земли дело необходимое. Как показал тот же Маск, выбитые камни их портят.
  • Старт будет выглядеть как в старой доброй фантастике
  • Вместо роста ввысь ракета будет расти в толщину, что упростит нагрузку на материалы. Кроме того, работа на растяжение, насколько я понял из ваших рассуждений - дело полезное в плане снижения веса конструкции при той же грузоподъёмности
  • Недостатки: очень дорого, как и любое висение в воздухе.
• Второй - всё же зря вы на самолёты окрысились. Выполнить первую ступень как грузовой самолёт - дело хорошее.
  
  
  • Преимущества: опять не нужен космодром. Аэродром, причём хороший нужен, но это дело наживное.
  • Гигантский грузовой самолёт пригодится не только в космонавтике, можно и другие задачи ему найти.
  • Экономия топлива.
  • Многоразовость самой дорогой первой ступени.
  • Недостатки: ну вы сами их выскажете.

[Фантазер]

Преимущества: опять не нужен космодром. Аэродром, причём хороший нужен, но это дело наживное.
Гигантский грузовой самолёт пригодится не только в космонавтике, можно и другие задачи ему найти.
Экономия топлива.
Многоразовость самой дорогой первой ступени.
Недостатки: ну вы сами их выскажете.

Дополню о преимуществах.
С форума НК:Это о КОРОНЕ с ВС.
17.10.2023 09:53:56
Но есть, по крайней мере, ещё один вариант.Тот самый,которым я всем все уши прожужжал. Напомню все фишки:
1.На подьём до 10 км и разгон до звука РН тратит треть топлива.Плюсуем к стартовой массе 90т.
2.На высоте 10км тяга увеличивается на8-10%
3.начальный УИ увеличивается более чем на 50 ед и это для трёхкомпонентного ЖРД.
4.Согласно уравнению реактивного движения начальный КПД РН весьма мал,тк основной импульс и энергия уносится реактивной струёй ЖРД. Для Рн Союз на этом этапе, это по моим подсчётам 2%. Для водородника он будет ещё меньше.
5.Но с увеличением скорости он возрастает квадратично ей,достигая 100% при росте до УИ.То есть начальный КПД при ВС существенно увеличивается,этому способствует и гравиманевр;снижение с 12км до 10 увеличивает скорость на  200м\сек плюс уменьшаются и гравипотери.
6.Горизонтальный старт ускоряет набор скорости;при величине тяги 1,3 это 13м\сек вместо 3м\сек при вертикальном.
Это основные плюшки ВС для РН  не считая принадлежащих ему самому.
Понимаю,что это флуд,но тема:Крылья для КОРОНЫ почила в бозе вместе с ЧД. Немного погодя уберу.
НАВЕРНОЕ СПЕЦИАЛИСТАМ НЕ СОСТАВИТ ОСОБОГО ТРУДА ПОДСЧИТАТЬ ОБЩИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВСЕХ ЭТИХ ПЛЮШЕК.
БЫЛ БЫ ВЕСЬМА БЛАГОДАРЕН.Сам к сожалению не могу-гуманитарий.
Пока никакой реакции.Видимо спецы там вымерли.

[MenFrame]

Например...

Да, например ваши нелепые фантазии. Они уж точно задачами не являются.

Не ровнять коробки на поверхности, а реально достать до самого "муравейника".

Семенов посмотрите какую форму имеют кратеры Луны. Они все круглые, вне зависимости от угла падения. Это ли не доказательство того что кинетическое снаряд, это просто кусок энергии, не обладающий пробивной способностью?
Что бы снаряд что то пробивал, его кинетическая энергия должна быть заметно меньше, энергии способной разрушить этот снаряд.

Какие задачи решает Уэбб, или Адронный колайдр? Тоже можно сказать , никаких.

Ну вы можете сказать ни каких, но это ваше личное невежество. За этими проектами как раз стоят вполне реальные научные задачи. В отличии время от времени предлагаемых лунных баз, которые должны быть, а зачем так не кто четком и не может сказать.

[Инопланетянин]

Сравнивая с неудачным опытом шаттла и удачным опытом первых ступеней фалконов, напрашивается шаловливая мысль: чем меньше это похоже на самолёт, тем лучше!

А может, их местами переставить? Шаттл - последняя ступень и у него зачем-то были крылья. Если же крылья будут у первой ступени, то получится свежо, оригинально и к тому же физически осмысленно. Где же они ещё нужны, если не в атмосфере?
Да и вообще, можно всю первую ступень выполнить в виде одного большого крыла. Вроде, давно пора такие самолёты делать.

[Rattus]

Да и вообще, можно всю первую ступень выполнить в виде одного большого крыла. Вроде, давно пора такие самолёты делать.

Покажу по большому секрету, только тсс - ладно? 
Вот:

[Инопланетянин]

покажу по большому секрету, только тсс - ладно? 
Вот:

Судя по кабине, самолётик маленький, да и ракету он выпустил боевую, класса воздух-воздух. Но мысль в целом правильная. В этом направлении и надо развивать.

[Rattus]

Судя по кабине, самолётик маленький

Ага - совсем маааленький: размах крыла почти 52,5 метра, максимальная взлетная масса - чуть более 152,6 тонн...

да и ракету он выпустил боевую, класса воздух-воздух.

Вообще-то, если нажать на картинку и почитать по открывшейся ссылке, там будет написано, что воздух-земля, но радиус у неё - до тысячи км. Впрочем, давно уже есть варианты...

В этом направлении и надо развивать.

Где-то в соответствующей теме форума год или два тому назад кто-то наглядно доказал, что ничего серьезного в космос вывести с самолета ("аэродинамической первой ступени") выгоднее чем ракетой с земли нельзя.

[alex_semenov]

Да и вообще, можно всю первую ступень выполнить в виде одного большого крыла. Вроде, давно пора такие самолёты делать.

Покажу по большому секрету, только тсс - ладно? 
Вот:

Знаете что в вашем примере самое интересное? Нет. Не ЛЕТАЮЩЕЕ КРЫЛО. Крыло - бог с ним (можно вспомнить еще более древние примеры)
А запускаемая с этого примера-бомбера-крыла тут   КРЫЛАТАЯ ракета.
Кто-нибудь задумывался почему у крылатой ракеты такие НЕМОЩНО маленькие-тонкие крылышки? Я бы сказал даже рахитические?



Суть в том что подъёмная сила крыла пропорциональна КВАДРАТУ скорости полёта. То есть, если самолёт взлетает со скоростью 200 км/ч, а летит со скоростью 800 км/ч, то есть в 4 раза быстрей чем взлетает и садится, то ему для полёта нужно крыло в 4² =16 раз меньшей площади чем при взлёте и посадке.
Представили себе?
То есть в норме самолёту нужно крыло как у КРЫЛАТОЙ РАКЕТЫ. Именно "рахитическое". Крылатая же ракета не взлетает и не садится. Её поднимают в воздух и разгоняет бомбер или стартовый ускоритель. А садится она... ну сами знаете как (многие слышали уже)...

Спасибо Солонину. Он это очень ярко разъяснил в одном из своих "техникумов" за что люблю его слушать хотя часто он рассказывает мне известное и изредка несёт полную пургу (но куда чаще он откапывает нечто действительно интересное, с совершенно неожиданного ракурса, один из лучших технических сказочников нашего времени!) Но не суть.

То есть ОГРОМНОЕ ("нормальное") самолётное крыло, которое мы привыкли видеть на типичных самолётах нужно для взлёта и посадки, а во время полёта (особенно сврехзвукового) оно - ТОРМОЗ. Огромный тормоз. Обуза. Вот, собственно, почему я и считаю самолётные формы - ненужными при решении нашей сверхтяжёлой ракеты. От слова "совсем"

Второй - всё же зря вы на самолёты окрысились. Выполнить первую ступень как грузовой самолёт - дело хорошее.

Плохое. И я объяснил почему.
Полёт ракеты, даже первой ступени (которая летает "всего" до 70 км, то есть почти всё время в атмосфере) это в сверх и гиперзвуковой полёт. И тягать за собой при этом крылья для взлёта и посадки - обременительно.
Другая тонкость - двойная нагрузка на НЕСУЩУЮ конструкцию. Когда такое сооружение стоит на взлёте заправленным всей массой топлива, то наша ракета фактически ЛЕЖИТ НА БОКУ. И она должна выдерживать 1g (вернее 2-2,5g) именно в этом направлении.
Но когда она будет разгоняться уже в полёте по направлению нос-хвост растущие перегрузки (до 10g... ладно пусть 5g) будут теперь в перпендикулярном направлении. Вам надо обеспечить жёсткость конструкции в двух направлениях. При том, в горизонтальном положении к вектору гравитации ракетоплан должен "висеть" на неком "центроплане", вокруг центра тяжести где-то в районе 1/3 хорды крыла (обычно у самолётов так). Не важно крыло-корпус у вас или просто бак с крылышками. Остальное - висит от этого центра подъемной силы как нагруженная балка. Как вёдра на коромысле... Представили? В общем. Вам нужен очень прочная конструкция как в поперечном так и в продольном смысле.
Бак в виде крыла - это во-первых ОЧЕНЬ ДРЯННОЙ бак (отношение объёма к поверхности - дрянь) и это ОЧЕНЬ ДРЯННОЕ крыло (избыточно большое). Тормоз. И нафик вам такая универсальность?

Да, если вы используете некий ВРД (скажем гиперзвуковой ГПВРД) и несёте немного топлива внутри себя (относительно своей массы, скажем в 3 или всего в 5 раз больше, ну 10...) то такую самолётную схему можно еще рассматривать... Но при Z=20-30 (типичная ракета-носитель)...
Например, тот же Скайлон (обратите внимание, что это всё-таки отдельно бак как и положено быть баку и отдельно   "рахитические" крылышки по-сути как у крылатой ракеты. Садится в взлетает эта дура явно не с обычного аэродрома).



Но Скайлон выводит (должен выводить) 12 тонн на орбиту. Это скорей 1 тонный чем  10 тонный класс ракеты. Никак не 100 тонной и тем более не 1000 тонной!
В случае сверхтяжа... я не вижу у крыльев ни малейших перспектив...

На что похожа правильная сверхтяжёлая ракета? На БАШНЮ!



У Шуховского гиперболоида с  Н-1  буквально полное сходство. Верно? Думаете случайно?
В худшем случае сверхракета должна быть похожа на водонопорную/силосную башню (как CилосСатурн-5)...



Ну американцы! Ну что с них взять?
Селом всегда было селом и умрут! (куда смотрел сумрачный германский гений при этом? И бур наш, Маск- туда же!)
 

Вертикально стартующая ракета почти все нагрузки от начала до конца имеет по оси. Как здание-сооружение. И когда стоит на старте заправленная и когда летит и даже если будет в виде пустого бака (или уже дирижабля?) - садится... Да, есть радиальные нагрузки, когда она ложится на траекторию. Колебания, изгибы... Но это уже "мелочи". Если вы хотите поднять на орбиту 1000 тонн ваша заправленная ракета должна иметь стартовую массу в примерно 30 000 тонн. Это линкор, типа Роял Оук (31 000 тонн водоизмещение)



При перегрузке 1.2-1.3 (отрыв) это еще больше. И это всё - бассейн жидкости, который вы ходите удержать и не расплескать.
Улавливаете сложность задачи?
Ну какие крылья тут вам в чём могут помочь?
Включите пространственное воображение, как "художники"!
 
Ошибка плохого художника  - плохая пространственная перспектива. Ошибка "художника"-инженера - ошибка при "естественном" линейном МАСШТАБИРОВАНИЯ задачи, которая как правило нелинейна.
Я уже рассказывал, что в детстве был потрясён загадкой. Сделанный из детского тетрадного листа самолётик, как мы знаем, отлично летает...



Но если вы сделаете его же из газетного листа или из большого листа ватмана (для сохранения жесткости) он у вас... не полетит как обычный "тетрдадный"... Он будет летать куда хуже. По-сути не полетит. Проверено экспериментом. И я помню, что рядом не было ни одного взрослого тогда что бы объяснить загадку (тогда я махнул рукой и побежал играться дальше, "но осадочек остался"). Пришлось (с годами) найти "ложечки"-разгадку самому. Она просто проступила уже сквозь ряды формул... (на самом деле мне рассказали как продуваются масштабные модели в аэродинамической трубе и тога я вспомнил свой детский загадочный эксперимент) И это был Урок! Это была Парадигма!
 
Люди обычно очень линейно масштабируют решения. Ну что стоит увеличить ракету в 10 раз? 10 на 10 на 10... То есть массу в 1000 раз... Верно? Всё то же самое но в 10 раз больше...

Почему я и предложил найти тут САМЫЕ ОБЩИЕ различия для ракет ряда полезной нагрузки:

1 тонна, 10 тонн, 100 тонн, 1000 тонн...

Принцип - один. ЖРД многоступенчатая ракета. Просто разный масштаб. Но это - иллюзия. Тут должны быть некие КАЧЕСТВЕННЫЕ скачки. Где? В чём?
Если вы хороший "художник" (мапер, картограф задач) - вы должны видеть "картину маслом" (многомерный ландшафт-пространство всех проблем и подходов к их решению).
Я пока чувствую (чутьём художника): картина должна быть просто прекрасна, как пресловутая улыбка Джоконды. Но пока для меня это всего выглядит как идиотская улыбка Чеширского кота.

[Инопланетянин]

Ага - совсем маааленький: размах крыла почти 52,5 метра, максимальная взлетная масса - чуть более 152,6 тонн...

Ну мы же тут о сверхгигантских ЖРД-ракетах гойворим. На их масштабах это действительно бумажный самолётик.

Где-то в соответствующей теме форума год или два тому назад кто-то наглядно доказал, что ничего серьезного в космос вывести с самолета ("аэродинамической первой ступени") выгоднее чем ракетой с земли нельзя.

Помню, Семёнов же и доказал. И сейчас тоже, вот. Я ж именно с ним спорить и попытался.

В случае сверхтяжа... я не вижу у крыльев ни малейших перспектив...

А утянуть ракету подальше от зловредного звука тоже не вариант? Даже для этого крылья никак? Даже в качестве четвёртой ступени?

[BlackMokona]

Ну мы же тут о сверхгигантских ЖРД-ракетах гойворим. На их масштабах это действительно бумажный самолётик.

С точки зрения самолётов это стратегический бомбер, большая штучка.

Могу напомнить что для замены первой ступени Фалькон-9, какой огромный и мощный самолёт потребуется. Радикально быстрее чем Чёрный Дрозд, намного более грузоподъёмный чем Мрия.
Это будет такая эпичная машина, что дешевле будет все пуски оплатить на Фалькон-9 на сто лет вперёд.

[-Asket-]

Небольшая популярная лекция подготовленная в Исследовательском центре Льюиса к инспекции в октябре 1966 года: Advanced Chemical Rockets at PSL (1966)
…Прогресс в космосе, как и в аэронавтике, сопровождается развитием двигательной техники. Это означает, что более крупные и совершенные двигатели станут ключевой частью нашей будущей аэрокосмической программы.
Размер жидкостной ракеты неуклонно увеличивался. Но также имеет значение стоимость разработки. Фактически, мы достигли критической точки, когда затраты на разработку более крупных ракет быстро становятся непомерно высокими. Одна из причин, по которой разработка этих больших двигателей обходится так дорого, заключается в том, что существующие технологии доведены до предела, что вынуждает использовать методы «проб и ошибок». Некоторые из крупных двигателей приходилось модифицировать и повторно испытывать от 50 до 100 раз, прежде чем была достигнута приемлемая конструкция.
Программа химических ракет в Исследовательском центре Льюиса направлена на улучшение нашего базового понимания химической ракетной технологии с целью улучшения характеристик, увеличения размера и сокращения времени и стоимости разработки ракетных двигателей завтрашнего дня. Мы проводим исследования во многих проблемных областях, таких как охлаждение ракет, материалы, системы подачи топлива, впрыск топлива и нестабильность горения. Сегодня я расскажу о некоторых наших работах по нестабильности горения.
Из всех проблем, встречающихся в ракетных двигателях, одной из наиболее стойких и сложных является проблема высокочастотной нестабильности горения, которую мы называем визгом. Почти все программы разработки двигателей были затруднены из-за этого…

…Твердотопливные ракеты могут быть построены для запуска очень больших полезных нагрузок. Например, можно использовать семь 260-дюймовых двигателей длиной 140 футов каждый в качестве разгонной ступени изделия доставляющего 1 миллион фунтов на земную орбиту.
Что касается стоимости, подобная система будет стоить в пять раз дешевле, чем система, «разработанная нашими традиционными методами». Основываясь на современном опыте затрат на 260-дюймовую программу и с учетом программ разработки систем управления и контроля, сегодня можно построить большую твердотопливную систему примерно за $1,50 за фунт веса.
При применении технологий снижения затрат этот показатель будет снижаться и дальше. Возможность предварительно снарядить двигатель, хранить его на стартовой площадке в течение длительного времени и запускать его без сложных процедур обратного отсчета обеспечивает готовность к запуску, необходимую для космических спасательных миссий. Четвертое требование – высокая надежность – вытекает из присущей твердотопливному двигателю простоты и небольшому количеству компонентов.
Подводя итог, мы показали, что твердотопливная ракета является серьезным претендентом на большие космические проекты, которые ждут нас впереди. В большом недорогом твердотопливном двигателе мы видим путь в наше будущее в космосе. Мы уже продемонстрировали, что можем строить твердотопливные ракеты таких размеров и с надежностью, которую мы желаем, и по цене, которую мы можем себе позволить.

[MenFrame]

Могу напомнить что для замены первой ступени Фалькон-9, какой огромный и мощный самолёт потребуется.

Не потребуется, напомню КПД первой ступени фэлкона 7% Поднимаете кпд в три раза, вес топлива уменьшается в три раза, а окислитель и вовсе не требуется поскольку у нас атмосферник. Крылья, о которых Семенов страдал, по сути плата за посадку(многоразовость) ее заплатить в любом случае придется. Благо в ГПВРД эти крылья маленькие, основа несущей подъемной поверхности сам двигатель.

[Алексей Николаевич.]

То есть ОГРОМНОЕ ("нормальное") самолётное крыло, которое мы привыкли видеть на типичных самолётах нужно для взлёта и посадки, а во время полёта (особенно сврехзвукового) оно - ТОРМОЗ. Огромный тормоз. Обуза. Вот, собственно, почему я и считаю самолётные формы - ненужными при решении нашей сверхтяжёлой ракеты. От слова "совсем"

Потому и были "с изменяемой стреловидностью", для полёта одно,для посадки совсем другое.

[Алексей Николаевич.]

Твердотопливные ракеты могут быть построены для запуска очень больших полезных нагрузок.

Всё по кругу.
В 19 веке пачки пороховых ракет собирали и полагали на этом выходить на орбиту.
Снова те же идеи - следствие вырождения конструкторской фантазии...
Вот и хватаются за всё что на глаза попало...
Видимо всё же тупик по технологиям наступил и это пугает...