Ангара

[Erinnerung]

Ну а почему эта керосиновая РН - единственная? Во всем западном мире больше нет ни одной.

Эм...   
Заговор производителей жидкого водорода? 

[evil gryphon]

Причем как говорят, проблемы с жидким водородом - чисто в эксплуатации. Особых проблем в конструировании и даже постройки двигателей и ступеней на этой топливной паре нет, ну т.е. были но решены еще в 70-е-80-е годы.

С жидким водородом есть такие проблемы.
1. Он имеет малую плотность из-за чего под него приходится делать баки больших размеров (более тяжёлые, и с большим аэродинамическим сопротивлением).
2. Баки с жидким кислородом или керосином можно наддувать дешёвым азотом (и им же продувать двигатели).
Бак с жидким водородом можно наддувать только гелием, который единственное вещество не замерзающее при температуре жидкого водорода  (и он же нужен для двигателей).
Поэтому, например, для Дельты-4 и Шаттла (и вероятно для всех прочих ракет на водороде) стоимость гелия, расходуемого при каждом старте, примерно такая же как и стоимость заправки водорода (причём цена гелия постепенно растёт и его запасы на Земле ограничены).

[anovikov]

Ну, пример S-II показывает, что проблема массы баков надумана.

[Александр Хороших]

Ну, пример S-II показывает, что проблема массы баков надумана.

знать бы ещё что такое S-II
Сатурн? Но тот был 1b...

[Алексей Шевченко]

         Наверное, т. anovikov имел в виду вторую, кислородно - водородную ступень РН "Saturn -V"...

[Александр Хороших]

        Наверное, т. anovikov имел в виду вторую, кислородно - водородную ступень РН "Saturn -V"...

Точно. Вот что значит четвёртый час ночи.

С жидким водородом есть такие проблемы.

Вы ещё не упомянули его крайнюю летучесть, криогенную температуру кипения (меньше -250 ⁰С), водородную коррозию некоторых материалов (с другой стороны нужно помнить и про криоупрочнение).
В целом водорода на наших ракетах нет потому, что все они (кроме 11К77) созданы на основе БРСД и МБР, на которых водород неприменим. За рубежом - ситуация обратная: "Дельта-4", "Ариан-5", "Спейс Шаттл" - ракеты невоенные.
В любом случае высокий удельный импульс водородных двигателей с лихвой покрывает все проблемы, возникающие при его эксплуатации.

[Erinnerung]

Ну, пример S-II показывает, что проблема массы баков надумана.

"Теплоизоляция утяжеляет конструкцию кислородно-водородных ступеней. Поскольку кислородно-водородное топливо втрое легче кислородно-керосинового, то оно требует при той же массе втрое большего объема для своего размещения. В итоге вес конструкции ракетной ступени, приходящийся на 1 кг топлива, оказывается для кислородно-водородного топлива на 40% большим, чем для кислородно-керосинового. Этот недостаток с избытком компенсируется высоким удельным импульсом кислородно-водородных ЖРД."
http://colonization.narod.ru/practica/rocket/GRD/O-H.htm

Не сказал бы что надумана.

[evil gryphon]

Ну, пример S-II показывает, что проблема массы баков надумана.

Вот массы первых ступеней ракет Атлас-5 и Дельта-4
Ракеты выводят на низкую орбиту примерно одинаковую полезную нагрузку, Атлас на керосине а Дельта на водороде.
У Дельты:
Ступень1: 1 x Delta RS-68. Масса заправленной: 226,400 кг. Масса пустой: 26,760 кг.
У Атласа:
Ступень1: 1 x Atlas CCB. Масса заправленной: 306,914 кг. Масса пустой: 22,461 кг.

Т.е. пустая ступень Дельты на 4 тонны тяжелее (на 19%), хотя заправленная на 80 тонн легче.

[anovikov]

Внешний бак шаттла демонстрирует завидные весовые качества, однако. И та же S-II, что ж вы по ней не сравниваете, будет легче в относительном весе чем скажем, первая ступень "Протона" той же размерности, на высококипящих компонентах.

[evil gryphon]

Внешний бак шаттла демонстрирует завидные весовые качества, однако. И та же S-II, что ж вы по ней не сравниваете, будет легче в относительном весе чем скажем, первая ступень "Протона" той же размерности, на высококипящих компонентах.

Proton-M/DM-2
Stage1: 1 x Proton KM-1. Gross Mass: 450,400 kg (992,900 lb). Empty Mass: 31,000 kg (68,000 lb). Motor: 6 x RD-253-14D14. Thrust (vac): 10,532.000 kN (2,367,687 lbf). Isp: 317 sec. Burn time: 108 sec. Length: 21.00 m (68.00 ft). Diameter: 7.40 m (24.20 ft). Propellants: N2O4/UDMH.

Model: Saturn II. Gross Mass: 490,778 kg (1,081,980 lb). Empty Mass: 39,048 kg (86,086 lb). Thrust (vac): 5,165.790 kN (1,161,316 lbf). Isp: 421 sec. Burn time: 390 sec. Propellants: Lox/LH2. Isp(sl): 200 sec. Diameter: 10.06 m (33.00 ft). Span: 10.06 m (33.00 ft). Length: 24.84 m (81.49 ft). Country: USA. No Engines: 5. Motor: J-2. Status: Study 1968. Cost $ : 290.000 million. First Flight: 1967. Last Flight: 1973. No Launched: 24.
Configuration as flown.
взято с  http://www.astronautix.com/stages/saturnii.htm и http://www.astronautix.com/lvs/proton.htm

т.е. первая ступень Протона - 450 тонн и 31 тонна пустая (вес относительно топлива 31/450*100=6.89)
вторая ступень Сатурна-5 - 490 тонн и 39 тонн пустая (39/490*100=7.96)
разница не очень большая
но там ещё есть вторая ступень Сатурна-5 переделанная в первую ступень для Сатурна-2 и она весит уже 44 тонны - в полтора раза тяжелее чем у Протона

Model: Saturn II-SL. Gross Mass: 490,952 kg (1,082,363 lb). Empty Mass: 44,240 kg (97,530 lb). Thrust (vac): 5,500.765 kN (1,236,621 lbf). Isp: 390 sec. Burn time: 310 sec. Propellants: Lox/LH2. Isp(sl): 275 sec. Diameter: 10.06 m (33.00 ft). Span: 10.06 m (33.00 ft). Length: 24.84 m (81.49 ft). Country: USA. No Engines: 5. Motor: J-2-SL. Status: Study 1966.

добавлено

Почему вторая ступень Сатурна-5, такая хорошая по массовому совершенству, потяжелела на 5 тонн когда её переделали для старта с земли ?

- у Протона тяга двигателей вдвое больше.
- Сатурн-2 не может взлететь самостоятельно.
- Сатурн-2 пришлось усилить для добавления твёрдотопливных ускорителей (и на это усиление и ушло 5+ тонн)

добавлено

- возможно, для более корректного сравнения Сатурн-2 и Протона к Сатурну-2 надо добавить ещё 5 двигателей (чтобы уравнять тягу) каждый по 1360 кг.

[Belll]

Ну а почему эта керосиновая РН - единственная? Во всем западном мире больше нет ни одной.

РД-180 и Леонид Ильич тут непричем.

[anovikov]

Ну хорошо, из очевидных общефизических соображений понятно, что при одном и том же технологическом уровне производства удельных вес водородных баков будет больше, чем керосиновых - из-за меньшей плотности топлива и его криогенных качеств, которые по большей части играют в минус.

Просто, это действительно неважно - разница в удельном импульсе с лихвой компенсирует. Кроме того, разница в весе двигателей на единицу тяги - больше, чем баков. Поэтому, верхние ступени где тяговооруженность нужна меньше, страдают меньше. А верхние ступени небольшой размерности - вообще не страдают, Центавр не хуже любой современной верхней ступени на высококипящих компонентах по удельному весу, а по удельному импульсу на 30+% лучше. Количества потребляемого водорода, гелия и т.п. для них тем более не важны.

Тенденция к переходу на водород проявляется все ярче - уже есть и первые полностью водородные ракеты, Delta IV Medium.

[Erinnerung]

Тенденция к переходу на водород проявляется все ярче - уже есть и первые полностью водородные ракеты, Delta IV Medium.

Водород это конечно хорошо. И УИ и тяга высоки.
Но всё-таки стремятся избавиться от этой головной боли.

[Александр Хороших]

Тенденция к переходу на водород проявляется все ярче - уже есть и первые полностью водородные ракеты, Delta IV Medium.

Водород это конечно хорошо. И УИ и тяга высоки.
Но всё-таки стремятся избавиться от этой головной боли.

...которую представляют собой НДМГ и АТ
Никто от него не стремится избавиться - его применяет весь мир уже лет тридцать, а кто не применяет, носом роет землю чтобы только самим научиться делать водородные двигатели и ступени. Индийцы, например. Ну и мы тоже

[anovikov]

Вообще объяснение состоящее в том что все РН в России/СССР - есть конверсионные МБР, а МБР твердотопливные СССР только на самом излете успел научиться делать, и поэтому РН тоже стали керосиновыми - мне кажется очень достоверным. Единственные РН которые не были "в девичестве" МБР - это "Зенит" и "Энергия" - и "Энергия" на верхней ступени, где это разумно, использовала водород (а подходящих по размерности РДТТ СССР делать не умел и поэтому на боковухах керосин за неимением лучшего), "Зенит" же это в первую очередь летающий стенд для отработки боковухи для "Энергии".

Американские РН которые были переделаны из МБР тоже использовали керосин или ММГ/НДМГ+АТ.

[Александр Хороших]

Вообще объяснение состоящее в том что все РН в России/СССР - есть конверсионные МБР, а МБР твердотопливные СССР только на самом излете успел научиться делать, и поэтому РН тоже стали керосиновыми - мне кажется очень достоверным. Единственные РН которые не были "в девичестве" МБР - это "Зенит" и "Энергия" - и "Энергия" на верхней ступени, где это разумно, использовала водород (а подходящих по размерности РДТТ СССР делать не умел и поэтому на боковухах керосин за неимением лучшего), "Зенит" же это в первую очередь летающий стенд для отработки боковухи для "Энергии".

Американские РН которые были переделаны из МБР тоже использовали керосин или ММГ/НДМГ+АТ.

В общем, я это и сказал в ответе №25
Но на амерских ракетах, даже переделанных из МБР, второй-третьей ступенью ставился блок "Центавр": на "Атлас" и на "Титан-3".
Я вот чего не пойму: почему на 11К77 вторая ступень - не водородная? Ведь были даже готовые 11Д57 на 35 тонн тяги.

[Erinnerung]

Водород это конечно хорошо. И УИ и тяга высоки.
Но всё-таки стремятся избавиться от этой головной боли.

...которую представляют собой НДМГ и АТ

я о другом. Не о НДМГ и АТ.
А о синтетическом горючем.

Никто от него не стремится избавиться - его применяет весь мир уже лет тридцать, а кто не применяет, носом роет землю чтобы только самим научиться делать водородные двигатели и ступени. Индийцы, например. Ну и мы тоже

А нам-то что рыть?

[Александр Хороших]

я о другом. Не о НДМГ и АТ.
А о синтетическом горючем.

А, ну, тогда я согласный.

А нам-то что рыть?

А что, не надо? У нас же ни одного ракетного блока в эксплуатации нет, водородной инфраструктуры - тоже.

[anovikov]

Не водородная вторая ступень на "Зените" потому, что "Зенит" создавался как летающий стенд для боковухи "Энергии", не более. Серьезным носителем его не считали вообще, планы ведь тогда были наполеоновские, вплоть до лунной базы.

Водород тогда был вещью архиновой для СССР, лишний раз заморачиваться из-за "Зенита" никто не хотел. А 11Д57 разве не чисто стендовый двигатель?

[Александр Хороших]

Не водородная вторая ступень на "Зените" потому, что "Зенит" создавался как летающий стенд для боковухи "Энергии", не более. Серьезным носителем его не считали вообще, планы ведь тогда были наполеоновские, вплоть до лунной базы.

А как носитель для "Целины-Д"?

А 11Д57 разве не чисто стендовый двигатель?

Всего было произведено и испытано на стендах более 100 двигателей, которые прошли весь цикл испытаний. Так что можно сказать, что двигатель находился в массовом производстве и годен для установки на ракету.