Даешь $100/кг на LEO!

Да, действительно метан-кислород -первый шаг Я тут об этом талдычу,талдычу...
Но есть и второй. Это мои любимые ГРД. Нам надо:
1. Удешевить
2. Сделать производство поточным
3. Экологичным
Удешевить -понятно. Поточное производство -только оно дает настоящее удешевление, и , главное, надежность. Экология - тоже понятно -массовость пусков.
ПЕПЕЛАЦ состоит из конструктивно практически одинаковых блоков, например Птуц Короткий и Птуц Длинный(отличаются друг от друга длинной на 25-35% и может быть давлением в баке). Это пластиковые болванки с каналом , в намотанном прямо на них стеклопластиковом корпусе с "примотанным" УУК или УКК соплом. Сверху - бак LOX из "вафли" нержавеющей стали. Самонадув -при этом конструкция бака расчитанна на относительно высокое давление, которое и поддерживает конструктив бака . Пластик - например полиэтилен с 20-30% карборана, введеного в ввиде ненаправленных армирующих нитей, и 15-20% Al. Импульс у такой топливной пары выше, чем у керосин-кислород при большей плотности(для смеха - болванка ЦЕЛИКОМ из карборана может не иметь корпуса вообще, а с добавкой бериллия - имеет импульс почти как кислород-водород ). Практически, постановка в СЕРИЮ такой системы означает изготовление экструдера и намоточного стана соответсвующих размеров. Сварка баков из "вафельного" сталепроката - давно и хорошо отработанна, термоизоляция либо вообще отсутствует, либо внешняя(например. напылением полиуретана).Система управления вектором тяги - инжекция окислителя в закритическую часть сопла. Соотношение масс топливо-конструкция - лучше чем 110.
НИКАКИХ - ТНА,внешних конструкций и ненесущих емкостей, камер сгорания с охлаждением, систем трубопроводов с разными температурами и веществами в разных фазах!
Схема - пакетная, напоминающая Зенит-Энергия-Вулкан.
первая ступень - от двух до восьми Птуцев Короких, вторая ступень -Птуц Длинный.

Ник

P.S. В принципе именно это, в нано-варианте я хочу попробовать этим летом(см. Модельный)

Вот, собственно, сабж!
Как можно удешевить вывод (ну, не 100 кг, ессно на LEO до помянутой степени. Напомню - Союз дает $500/кг, порядка того же должно было быть у Энергии, у Протона - 1.5-2k$/кг, Шаттл и прочие - отдыхают - у них на порядок больше. Да, еще Ариан. В самом тяжелом варианте он опять же на уровне Протона - 1.5-2k$/кг.

Внимание, вопрос - как можно сделать меньше, при этом не повысив (существенно) процент отказов и нагрузки на выводимую ПН. Принимаются только химические и физико-химические методы, хотя, конечно, лучше сосредоточиться на химических. Никаких ядерно-импульсных ракет, никакой антигравитации.

К примеру, вариант трехступенчатой ракеты на базе УРМ-подобного модуля, топливо - метан-кислород, двигатель - модифицированный РД-191. Тяжелая ракета - 6 УРМ работают как первая ступень, 1 - как вторая, и что-нибудь дешевое - как третья. Например, КВРБ, или третья ступень Союза. По моему HO, если отталкиваться от размера УРМ, стартовый вес будет порядка 900 тонн, и на LEO выйдет тонн 35-40. Интересно, сколько это будет стоить? Да, для упрощения задачи не считаем наземный контроль полета - все равно ракета действует автоматически, роль контроля сводится к определению параметров орбиты, на которую вышел груз.

1. Нет нужды делать бак для кислорода отдельной деталью: можно отлить его из того же пластика (горючего), и упрочнить той же намоткой. В случае необходимости уменьшения пожароопасности можно разделить бак на несколько цилиндрических и/или тороидальных баков.
2. Толщину и теплопроводность материала между баком кислорода и собственно камерой сгорания можно рассчитать так, чтобы теплопоток был достаточен для кипения некоторого количества кислорода и поддержания давления в баке с кислородом на необходимом уровне. В пределе можно создать такую конструкцию, чтобы целиком выгорали все внутренности двигателя, кроме стеклопластиковой оболочки. Это даст ну просто-таки заоблачный коэффициент массового совершенства
3. В выборе горючего лучше обойтись без экзотики... главное - чтоб оно было дёшево и не сильно проигрывало керосину по удельному импульсу (по плотности вряд ли проиграет). Если вообще не будет проигрывать - тогда ура, а если будет ещё и опережать - ну, тут уж просто праздник
4. Чуть не забыл - сопловые насадки! Метров сто можно только за счёт них прибавить...

Да, и обязательный компонент коктейля - чемодан фекалий Опередить "Союз-У" по стоимости будет очень тяжело: нужна ракета со сравнимой массовостью изготовления (а РН семейства Р-7 стартовали в космос больше раз, чем все остальные носители всех остальных стран мира, вместе взятые) и сравнимой статистикой полётов (чтоб страховой взнос был небольшим). Как этого достичь, не повторяя сорокалетней истории пусков - я себе не очень представляю...

>Карборан(ны) - полимеры, иногда их относят к неорганическим, в структуру цепочки которых входит БОР.

Боюсь что с экологией будут большие проблемы...

Думаю что оптимальный вариант - метан-кислород. Импульс, дешевый, не требует особо низких температур и крутой термоизоляции, плотность, экологичность. С любого боку хорош.

Извините моё невежество, что такое карборан?

Старый>Извините моё невежество, что такое карборан?

Какое такое невежество! Я сам о нем полгода как узнал Когда товарищ стиральную машину купил-а там бак из карборана А до этого - только в теории.
Карборан(ны) - полимеры, иногда их относят к неорганическим, в структуру цепочки которых входит БОР. Они прочны, относительно термо и хим стойки, легки и проч.
А БОР как известно -одно из лучших топлив

Ник

Ребята! Вы конечно извините, что не удержался и опять как патефон со старой заезженной пластинкой буду повторять в десятый раз, но современная экономика знает только два способа уменьшения себестоимости:
1. кардинальное технологическое усовершенствование
2. увеличение потока производства

1й вариант (вполне обоснованно, кстати) условиями задачи отвергнут.

Лучшего кандидата на роль 2го варианта, чем РН "Союз", как правильно заметил Олег Лазутченко, не сыскать. Однако для того, чтобы такая схема стала окупаемой необходимо действительно создание поточной транспортной системы "Земля-Космос(-Земля). Сколько запусков РН "Союз" в год надо производить, чтобы достичь заветной цифры по себестоимости я не знаю, но наверное не меньше 100. Возникают три вопроса:
1. Где делать?
2. Откуда пускать?
3. Что пускать или кто все это оплатит?

Наметки к ответам:
1. ЦСКБ Прогресс одна наверное не вытянет, омичей, да подлипкинцев придется подключать --- с другой стороны это решит проблему недозагруженности мощностей отрасли

2. логичнее с Плесецка --- хватит уж казахов из-за Байкодрома кормить --- там кажется есть 4 пусковые установки теоретически способные пускать Союз, по 25 пусков на год, млм раз в две недели --- частота, как я понимаю, вполне приемлемая.

3. Делаем тривиальный подсчет:
100 пусков * 6500 кг * 100$/кг = $65 000 000 --- что-то очень оптимистично: по сути окупается двумя пусками на геостационар...

Нет, боюсь с Союзом не получится. Не станет он дешевле $3.5M, как ни старайся. И больше 10 тонн не поднимет, хоть фтор-боровую третью ступень на него ставь. Тут нужно что-то другое, более дешевое. Либо с лучшим УИ, чтобы мЕньшая ракета вытащила на орбиту бОльший груз. Либо с мЕньшей стоимостью, чтобы груз вытащила дешевая ракета. Мне Нивен понравился - у него РДДТ росли на грядке . Ну, в смысле - методами генной инженерии создали дерево, которое достигнув зрелости представляет собой ТТРД. Корпус, заряд, систему зажигания и т.д.

>>Карборан(ны) - полимеры, иногда их относят к неорганическим, в структуру цепочки которых входит БОР.

TEvg>Боюсь что с экологией будут большие проблемы...

Ага. А Вы не заметили , что я одновременно еще и бериллий туда приплел Там уже не ЭКОЛОГИЯ, а ТОКСИКОЛОГИЯ
Но, как ни странно, именно в ГРД и МОЖНО использоватьт такую пару -на второй ЗААТМОСФЕРНОЙ ступени.

TEvg>Думаю что оптимальный вариант - метан-кислород. Импульс, дешевый, не требует особо низких температур и крутой термоизоляции, плотность, экологичность. С любого боку хорош.

Метан-кислород - это действительно ОЧЕНЬ перспективно. Особенно при МОДЕРНИЗАЦИИ уже существующих РД. И "вонючие" и керосиновые на метан можно переделать. НО. ЖРД -это обязательно ТНА - а это всегда СЛОЖНО. И не ТЕХНОЛОГИЧНО. Именно поэтому - ГРД. А ПЭ+LOX =керосин+LOX и по плотности и по импульсу. Так, что МЕТАН- перспектива ближайшая, а ГРД -дальняя. Я так думаю

Ник

Не знаю получится ли с Союзом, но про что-то более дешевое и лучшее Олег Лазутченко уже обстоятельно написал --- не вижу смысла повторяться...

Asteroid>Не знаю получится ли с Союзом, но про что-то более дешевое и лучшее Олег Лазутченко уже обстоятельно написал --- не вижу смысла повторяться...

Описал то описал. Только вот баки LOX(криогенные!) все же стальные лучше - дешевле! А композитные -намного дороже. Композитная же оболочка заряда работает ВМЕСТЕ с материалом самого заряда(и карборановая нить не только Уи увеличивает, но и ПРОЧНОСТЬ повышает),давление там НИЖЕ , чем в баках(на 30-50%) и, кроме того,она НЕСЪЕМНАЯ. А значит тоньше, легче, проще и дешевле.

Ник

Кстати, а можно дебильный вопрос?

Что за тяга такая к маниакальным цифирям типа 100 баксов, а то и вовсе 10?

я знаю только одну РН преодолевшую рубеж по себестоимости в 1000! и то на это лет 30 ушло...

а вы хотите на порядок лучшего показателя сразу...

Все в мире распределяется по гауссиане (с) Корнеев. Потребность в запуске тоже распределяется по гауссиане. Есть снизить стоимость в 10 раз, объем рынка в штуках запусков вырастет в 100 раз, а его стоимость - в 10 раз. Иридиумы всяческие, опять же... метеоспутники, солнечные электростанции... контроль климата... много чего хорошего можно сделать с дешевым выводом.

Самолеты и воздушно-реактивные двигатели нужно использовать на атмосферном участке, разгон до 6-10 Махов, а сверху маленькую ракетку - вот и будет 100$/kg на LEO.

А причем тут риск? Я говорил о стоимости вывода.

hcube>А причем тут риск? Я говорил о стоимости вывода.
Весомую часть стоимости вывода КОММЕРЧЕСКОЙ нагрузки составляет СТАХОВКА. И Вы, понимаете, от чего зависит ее размер?

Ник

Если говорить серъёзно, то перспективы предлагаемых решений сомнительны.
ГРД имеют существенный недостаток. Трудно организовать процесс горения из за проблемы со смешиванием горючего и окислителя. Мелкое распыление в форсунках ЖРД или смешение мелкой пудры перхлората аммония с каучуком в РДТТ это ведь не спроста. Для того чтобы двигатель развивал значимую тягу, необходимо чтобы в единицу времени сгорало много топлива, причём сгорало полностью. Для этого и нужно смешивание.
А как смешивать в ГРД? Без тщательного смешения полное сгорание невозможно, а это потери УИ. Горение возможно только поверхностное, причём продукты сгорания будут оттеснять кислород от поверхности топливного заряда. Если кислород подавать с одного торца, то ясно, что вдоль поверхности канала его концентрация будет меняться и это так или иначе скажется на полноте сгорания. В конце канала, ближе к соплу в газе уже практически не будет кислорода, как же будет гореть топливный заряд?
Теперь с бором и беррилием. Вы разве не знаете, зачем к топливу доавляют металлы? Продукт сгорания металла - окись - представляет собой твердое вещество даже при высокой температуре. Поэтому невозможно организовать его расширение в сопле и следовательно заставить участвовать в создании тяги. Зачем же добавляют? Для температуры. Повышая температуру газов в КС повышают давление, тем самым степень расширения и тем самым УИ. То есть связь довольно косвенная и явно непропорциональна удельной теплотворности. Если не ошибаюсь, добавка алюминия повысила УИ РДТТ секунд на 20-30 (возможно ошибаюсь)и довела его до 300с в вакууме. Между тем УИ сильнее зависит от молекулярной массы продуктов сгорания, чем от температуры. В водородных ЖРД УИ самый высокий, а температура в камере - самая низкая. Вот что такое молекулярная масса. А в ГРД всё будет наоборот, мол. масса окислов металла очень велика, да и связующее тоже. То есть в итоге вряд ли следует рассчитывать на высокий УИ, по крайней мере существенно более высокий, чем у обычных РДТТ, и уж во всяком случае на сравнимый с водородным. Да, чуть не забыл. Вся эта затея с металлом и повышением давления целесообразна только тогда, когда давление действительно высокое, если оно низкое, то окислитель и горючее просто напрасно переводится в нагретый порошок окиси алюминия.
И ещё одно. Интересно посчитать, какое будет ОБЪЁМНОЕ соотношение компонентов. То есть во сколько раз бак кислорода будет больше камеры сгорания с зарядом топлива. Если раза в 2-3, то идея с намоткой корпуса и самонаддувом потеряет смысл. Потому что основная масса конструкции прийдётся на бак кислорода, а давление в нём больше, чем в КС. Причём давление в КС должно быть как минимум неск. дес. атмосфер. Таким образом вес большого бака с внутренним давлением в сотню атм может съесть (и съест) весь эффект от снижения веса камеры сгорания. Надо ещё учесть вес газа наддува, сжатого до десятков атм, причём газа холодного, полученного самоиспарением жидкого кислорода. Надо ещё как то испарить такое количество кислорода.
Вобщем экономии веса явно не получается, скорее наоборот. Большого УИ тоже не ожидается.
Но основная проблема со смесеобразованием. В основном из-за неё не удаётся создать работоспособного образца ГРД.

Вопрос о снижении стоимости выведения в целом весьма актуален, можно даже сказать, что это главный вопрос ракетостроения. Уже второй раз здесь упоминается стоимость Союза - 3.5 млн баксов. Честно говоря в это слабо верится, неужели она в неск. раз дешевле Пегаса? Но если это правда, то тогда Союз это самая ракета всех времён и народов и вряд ли её рекорд будет побит.
Пример Союза иллюстрирует основной принцип снижения стоимости ракет - простота и массовость. Именно на этих путях нужно искать решения, а не на пути создания экзотических проектов. Именно этим путём идут ведущие мировые производители, классический пример - Ариан.
В этой связи не могу понять, как можно предлагать в качестве горючего жидкий метан? Ради чего? Ради 20 сек УИ? Применять криогенное горючее низкой плотности, пары которого в смеси с воздухом взрывоопасны, это такой геморрой! Пока ещё как следует не подсчитано, на сколько увеличится объём баков и соответственно насколько его дополнительный вес съест эффект от роста УИ. Эффект съестся, а проблемы эксплуатации криогенной жидкости останутся. А проблемы с эксплуатацией - это рост стоимости. Вобщем можно сформулировать так: метан имеет все недостатки водорода, но не имеет его достоинств.
Переделать керосиновый двигатель на метан тоже не так просто. Изменение плотности (а какова, кстати, плотность жидкого метана?)приведёт к изменению объёмного расхода, а это приведёт не только к изменению сечений всех трубопроводов, но и рубащки охлаждения КС и сечения форсунок. То есть КС тоже прийдётся переделывать. Изменение плотности приведёт к увеличению оборотов ТНА, а уменьшение температуры кипения ухудшит кавитационные характеристики. Вобщем огромные проблемы во всём, и ради какихто 20 сек УИ.

Экзотические решения, тем более давно известные и отвергнутые не могут привести к снижению стоимости выведения.
Реальным остаётся простота и массовость. Насчёт массовости казалось бы всё просто, однако это не так. Частота запусков РН определяется отнюдь не желаниями её производителей, а потребностями грузопотока на определённые орбиты. Что мы счас имеем? Львиная доля запусков - более 3/4 - это две категории:
-"высокоэнергетические орбиты" и
-"пилотируемые орбиты"
к первым относятся естественно ГСО, всё что выше ГСО включая межпланетные, и полусуточные орбиты типа "навстар" и "молния".
ко вторым относятся с американской стороны Шаттл, а с нашей Союз, причём в тот же разряд, что и пилотируемые попадают и фоторазведывательные спутники.
Вот таковы основные грузопотоки, под них и надо предлагать носители, исходить из частоты именно их запусков. При рассмотрении "высокоэнергичного" носителя надо учитывать очень высокую эффективность жидкого водорода. Применение его на РБ увеличивает ПН (или снижает ст. массу) в два раза. Ещё полтора раза даёт его применеие на 2-й ступени. Тут надо определяться что дешевле: затевать геморрой с водородом или делать ракету в три раза тяжелее. Ответ вовсе не очевиден. Пока считается, что с водородом дешевле, но вопрос окончательно не закрыт. Окончательно не ясно пока, что лучше на первой ступени: РДТТ или керосин.
Это топлива. С конструкцией основные направления в основном определились: максимальная простота. По возможности никакой фрезеровки и вообще металлообработки. Только резка, штамповка и прессовка. Ну и естественно сварка. Вобщем технологии как в изготовлении на конвейере автомобильных кузовов, только сварка естественно аргоновая. Естественно если баки алюминиевые, ато какраз на самых массовых ракетах умудряются применять сталь.
Вот таковы основные пути. Но прежде всего пытаясь снизить стоимость ракеты надо решить: на какой грузопоток она рассчитывается.

Да, вот ещё что надо отметить. Не следует так уж обожествлять снижение удельной стоимости выведения. В большинстве случаев она вообще не рассматривается при принятии решений о развертывании космических программ, то есть рассматривается в смысле выбора более дешёвого носителя из списка имеющихся, но не более. Определяющими обычно являются политические, экономические или научные соображения. Трудно даже навскидку вспомнить случай, чтобы программу отвергли из-за неприемлемой стоимости выведения.
С другой стороны вряд ли стоит ожидать, что снижение стоимости выведения приведёт к буму запусков, разве что различные авантюристы кинутся создавать себе рукотворные памятники в космосе. Во всяком случае даже если выведение станет дармовым, никто не бросится строить солнечные электростанции или управлять климатом, как тут некоторые предполагали.

Старый>Если говорить серъёзно, то перспективы предлагаемых решений сомнительны.
Старый> ГРД имеют существенный недостаток....

ВСЕ недостатки ГРД присущи и РДТТ И горение только по ПОВЕРХНОСТИ, и т.д. и т.п -но все они решаемы, причем решения УЖЕ есть-почитайте о "изюминках" технологий РДТТ и получите ответы на вопрос с ГРД. НО. У РДТТ есть один ПРИНЦИПИАЛЬНЫЙ, НЕИСПРАВИМЫЙ недостаток, которого полностью лишен ГРД.
Кстати, тот недостаток на котором Вы "сфокусировались" -не самый страшный -у ГРД есть и похуже недостатки -но, повторяю, все они решаемы.

Ник

Ах да забыл! $100/кг -это , примерно, цена пересылки почтового груза , так сказать, межконтинентально Т.е. UPS, TNT там всякие - первейшие потребители

Ник

...
Старый> В этой связи не могу понять, как можно предлагать в качестве горючего жидкий метан? Ради чего?

Давайте разберемся
Плотность
Метан - 440 кгм³
керосин - 820кгм³
водород - 70 кгм³

Уи(+LOX)
Метан - 3700 м/c
керосин - 3400 мс
водород - 4170 мс

Св-ва охладителя
Метан +++
керосин ±
водород +++++

Относительная стоимость
Метан +
керосин ++
водород +++++

Проблема криогенности - метан, в отличии от водорода,имеет теплотехнические свойства очень близкие LOX. И если вы используете кислород, как окислитель -то практически нет разницы, захолаживать один или два бака - тем более, что метан, как и криокислород можно использовать БЕЗ специальной термоизоляции(как, кстати, и было сделанно на той же Р-7), что НЕВОЗМОЖНО при использовании Н2.Кроме того, метан гораздо менее агрессивен чем Н2, менее взрывоопасен и т.д.
Вообщем, давно уже ПОДСЧИТАЛИ и ПРОВЕРИЛИ - метан(а также пропан, бутан и природный газ)намного более выгодны, чем и Н2 и керосин.
Насчет БОРА - никакого отношения к МЕТАЛЛАМ он не имеет, и является ЛУЧШИМ по энергитическим свойствам(но не по технологическим) после водорода топливом(на третьем месте , как Вы догадались -метан )
Ник