Воздушный старт

Материал для дополнительного чтения

Ростопчин В.В.
Авиационные ракетно-космические системы


[html_a href='http://www.avia.ru/author/18.shtml' target='_blank']http://www.avia.ru/author/18.shtml
http://www.avia.ru/author/22.shtml

 Спасибо, muxel.

 Везде в приведённом материале подчёркиваются проблемы при разделении самолёта-носителя и РН, из чего можно заключить, что остальное не так важно.
 Что я и говорил.

Все проекты "воздушных стартов" выводят на ЛЕО лишь не более 1 - 1.2 тонна полезной нагрузки. Это слишком мало - в этом диапазоне путь к рынку полностью закрывают МБР, выводимые из эксплуатации. Кроме того существует практика запускать малых спутников как сопутствующий груз больших. Лишь у "Руслана" возможность вывести до 4 т на ЛЕО. Но тоже мало. Да и ожидаемая стоимость вывода не так уж мала - 5 000 - 7 000 долл./кг. Так, что строить таких систем мне кажется бессмысленно.

Другое дело триплан «Геракл» НПО «Молния». Если 100 - тонная ракета на керосине для "Руслана" выводит 4 т ПН, то 450 - тонная ракета для "Геракла" должна выводить 4 х 4.5 = 18 тонн на ЛЕО. А если использовать водород хотя бы на второй ступени, ПН будет значительно больше. Это уже серьезно. И самолет специально конструирован для таких задач. Конечно, создание системы "Геракл" + РН + разгонный блок будет дороже. Но эти расходы уже могут окупиться, так как система уже охватывает все возможные ПН и может конкурировать с тяжелыми РН. Да и расходы на килограмм ПН будут меньше, даже только из-за масштабного фактора.

Кстати, про "Мрию": Самолет этот создан только в одном экземпляре. ЕДИНСТВЕННЫЙ самолет всегда можно потерять из-за какой то случайности. Пока не будет создан хотя бы еще один самолет, на "Мрию" нельзя расчитывать! Да и конструкцию скорее всего надо изменить. А такая система могла бы выводить 8 тонн и больше - как РН "Союз", и для нее нашлась бы работа. Но все-таки "Геракл" лучше.

Димитър, 23.10.2003 00:14:28:

Другое дело триплан "Геракл"...

 

Но проблему разделения ракеты от самолета-носителя даже "Геракл" не снимет...

igor_suslov, 23.10.2003 12:26:20:

Но проблему разделения ракеты от самолета-носителя даже "Геракл" не снимет...

 

Но разделение-то будет "вниз", что гораздо проще

Sergib, 23.10.2003 10:57:03:

Но разделение-то будет "вниз", что гораздо проще

 

Отделить-то будет проще... А дальше что? Вся эта "колбаска", которая находилась промеж этого катамарана от авиации, с громким воем рухнет вниз. Крыльев, насколько я вижу, у Геракла нет (вообще-то, они и не нужны) - как разворачиваться будем в плоскости тангажа? Движками? Дык, сколько же времени пройдет... эдак с высоты 10-12 км рухнем до 3-5 (правда, я не считал), а то и до нуля. Streamflow как-то приводил результаты моделирования разделения МАКСа - все именно так и получается...

igor_suslov, 23.10.2003 11:27:17:

Дык, сколько же времени пройдет... (правда, я не считал)

 

Кстати, могу и посчитать... Ограничьте мне угловую скорость разворота по тангажу, только не от балды. Или задайте максимальную перерезывающую силу или т.н. "Q*Alfa" - произведение скоростного напора на угол атаки...

 О, ёлы, "вниз рухнет".
 Как быстро оно вниз рухнет? - После разделения РН может выходить на некий большой угол атаки, где сопротивление будет создавать подъёмную силу, достаточную для того, чтобы РН включила двигательную установку. У РН есть запас скорости 200 м/с, ну потеряем мы половину на эту операцию, зато секунд 10 ракета будет лететь горизонтально.

 Что касается расположения ракеты "сверху" - если есть специальный самолёт-носитель, можно заставить его сделать "бочку" и РН будет "снизу".
 Другой вариант - самолёт-носитель летит по параболе и ПН пребывает в этот момент в состоянии невесомости. В этот момент её можно "спихнуть назад".

>После разделения РН может выходить на некий большой угол атаки, где сопротивление будет создавать подъёмную силу, достаточную для того, чтобы РН включила двигательную установку.

Что-то я не пойму, если движки еще не включены, то каким образом Вы собираетесь задать "некий большой угол атаки"?
Далее - Вы представляете какая подъемная сила будет у ракеты, летящей даже с "неким большим углом атаки"? Боюсь ее не хватит, чтобы компенсировать гравитацию...


>зато секунд 10 ракета будет лететь горизонтально

А что - горизонтальный полет это круто?

igor_suslov, 23.10.2003 12:29:55:

>После разделения РН может выходить на некий большой угол атаки, где сопротивление будет создавать подъёмную силу, достаточную для того, чтобы РН включила двигательную установку.

Что-то я не пойму, если движки еще не включены, то каким образом Вы собираетесь задать "некий большой угол атаки"?
Далее - Вы представляете какая подъемная сила будет у ракеты, летящей даже с "неким большим углом атаки"? Боюсь ее не хватит, чтобы компенсировать гравитацию...

 

 Нужный угол атаки можно создать используя некий тормозной элемент, вроде парашюта.
 Что касается подъёмной силы - у этой штуковины не будет хорошего качества, но большая площадь создаст на некоторое время нужную подъёмную силу.
 Задача в том, чтобы носитель не стал падать сразу, а было время на запуск двигателей.

igor_suslov, 23.10.2003 11:27:17:

 Вся эта "колбаска", которая находилась промеж этого катамарана от авиации, с громким воем рухнет вниз. Крыльев, насколько я вижу, у Геракла нет (вообще-то, они и не нужны) - как разворачиваться будем в плоскости тангажа? Движками?

 

НЕ НАДО ВЫДУМЫВАТЬ ИССКУСТВЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ!

1. С чего Вы взяли, что ракета будет вообще ПАДАТЬ ??? Перед запуска самолет разгоняется, а потом летит ВВЕРХ. Вектор скорости ракеты при отделении тоже получается направленный вверх. Если вертикальная составляющая скорости 50 м/с, то ракета будет летать ВВЕРХ в течении 5 сек. только за счет инерции. За это время современные системы управления могут многое сделать - и двигатели запустить, и ракету развернуть куда нужно.

2.Крыльев у Геракла, конечно эсть. У ракеты тоже могут быть стабилизаторы, да и движки помогут. На картинке вы видите Геракл с контейнером для перевозки грузов, а не с ракеты!

Кто-нибудь объяснит мне как картинки и таблицы вставлять, а то у меня не получается!

 В любом случае, проблема разделения - решаемая. Она, кстати, непростая и для обычных ракет. Другое дело, что если уж делать самолёт-носитель, то хорошо бы сразу гиперзвуковой, эдак до пределов работы ТРДП - 4М.

1.Я согласен - чем выше скорость самолета, тем лучше, но денежки откуда?

2.Извините за вопрос, а что это - ТРДП?

 Денежки, конечно, никто не даст, это да.

 ТРДП - так у Курзинера в книге называется ТРД у котрого есть прямоточная часть. На больших скоростях контур турбокомпрессора перекрывается и двигатель работает как ПВРД.
 Собственно у него диапазон скоростей для такого двигателя до 5 М указан.

 Собственно, при достижении скоростей 1000-1200 м/с самолёт практически заменяет первую ступень РН, так что РН для аналогичной ПН нужен раза в 3 меньше.

Димитър, 23.10.2003 19:04:02:

За это время современные системы управления могут многое сделать - ...ракету развернуть куда нужно.

 

Ну, а я скажу, что не успеет. И кто прав? Я же предлагал посчитать...
Вы за пять секунд предлагаете развернуть ракету на 30-60 градусов - боюсь не успеете...

igor_suslov, 24.10.2003 11:24:16:

Вы за пять секунд предлагаете развернуть ракету на 30-60 градусов - боюсь не успеете...

 

А зачем разворачивать на 60 градусов? Вы хотите, чтобы ракета вертикально полетела? Но ведь 8 км/сек. нам нужны не по вертикали, а в ГОРИЗОНТАЛЬНОМ направлении! Подем вверх - только чтобы из атмосферы выйти.

1. На 10 км, поверьте, еще очень и очень плотная атмосфера. Из нее нужно выходить...
2. Вы видели дифференциальное уравнение угла тангажа по времени? Там есть МОЩНЫЙ член в правой части, который ОЧЕНЬ СИЛЬНО уменьшает этот самый тангаж - сила тяжести. Поэтому, если мы будем разгоняться горизонтально (с приемлимым ускорением, естественно), то ОЧЕНЬ быстро стукнемся о земь...
3. Из пункта 2, следует, что при начальной тяговооруженности 1,5 единицы, потребуется начальный угол тангажа ~ 45 градусов, для того, чтобы только СОХРАНЯТЬ горизонтальный полет.

PS: Вообще говоря, будет время - посчитаю оптимальную траекторию (с ограничениями на скорость разворота) отделившейся от самолета ракеты.
Так, что все, что сказано выше - так, рассуждение "на пальцах"...

 Да, надо направить вектор тяги где-то под углом 45 градусов, может несколько больше. Но это сравнительно со стартом с земли "очень здорово".

 Что касается "развернуть ракету" - тем же тормозным элементом создаётся нужная ориентация вектора тяги.

 У МАКСа сам бак может быть таким аэродинамическим элементом, который обеспечивает достаточное время горизонтального или почти горизонтального полёта.

Бродяга, 24.10.2003 14:52:27:

Что касается "развернуть ракету" - тем же тормозным элементом создаётся нужная ориентация вектора тяги.

 

Можно и так. Но просто разворачивая саму ракету в плоскости тангажа, мы получим большие углы атаки - эдак можно и сломать ракету. Нужно разворачивать вектор скорости...

Н-да. Хотел посчитать оптимальную траекторию для орбитального носителя, отделяемого от самолета с ограничениями на угловую скорость разворота в плоскости тангажа. Не так все просто оказалось.
Методы нахождения оптимального управления предполагают непрерывность и дифференцируемость управляемой системы, движение которой описывается системой дифференциальныx уравнений движения ракеты. В данной задаче оптимальное управление не обладает, похоже, этим свойством, т.е. оптимальное управление будет иметь разрывы (или один разрыв, по меньшей мере). А находить управление в классе кусочно-дифференцируемых функций я, к сожалению, не умею. К тому же, нам должны быть известны:
- число разрывов управления (похоже, одно);
- моменты времени этих (этого) разрывов;
- состояние системы в эти (этот) моменты.

Боюсь, без ratman'a не разобраться. А он тут не появляется, похоже, по идейным соображениям

 Оптимальную в смысле чего?

Бродяга, 27.10.2003 10:34:05:

Оптимальную в смысле чего?

 

В смысле минимизации потерь (гравитационных, аэродинамических, противодавления), а также использования атмосферы (в разумных пределах) для создания подъемной силы. Или, проще говоря, под «оптимальностью» управления понимается такое управление, которое выводит ракету на заданную высоту с максимальной горизонтальной скоростью и заданной вертикальной или же, в зависимости от постановки задачи, такое управление, которое доставляет максимум массе полезной нагрузки для заданной орбиты.