Две многоразовые ступени

Можно ли сделать двухступенчатую систему вывода ПН на орбиту ИСЗ - чтобы обе ступени были повторно используемыми? На сегодняшней технологии?

Для первой, наверное, подойдёт ступень с крылом - а-ля Байкал. Даст эта ступень примерно 1,5 км/с ... наверное... плюс высота...

А вот что со второй?.. У неё же должна быть теплозащита для успешного спуска. Хочется массу поменьше - то есть, не шаттл не 70+ тонн, а тонн 10... скажем. И "кирпичная" теплозащита тут плохо подойдёт...

Есть идеи?

Все уже придумали. DC Clipper. Он собственно вообще как SSTO проектировался. Вкратце - торможение производится днищем, сама РН имеет форму конуса, днище самая широкая часть. Дополнить этот конус пилонами для прицепляния Байкалов за бак керосина (точнее - за межбаковую проставку и узел кремления двигателя) - и РН готова.

Ага, замечательно. Предлагается "капсульная" вторая ступень, торможение (круглым) днищем.

Вопрос - какой материал на днище? Как обеспечить ногоразовость? Вариант ВА ТКС может не пройти - там капсула экипажа только, 4 тонны, а тут - целая ступень...

Да такой же как на носу Шуттла/Бурана - композит углерод-углерод. Там основная проблема с соплами маршевых двигателей. Они хоть и заглублены под щит, но все равно у них тепловая прочность не та. Надо при спуске их активно охлаждать. Кстати УВТ там нету, там есть баланс тяги между двигателями. А по крену управление отдельными соплами.

Собственно пилоны для подвески Байкалов можно совместить с обтекателями трубопроводов окислителя, и туда же запихать посадочные опоры и перекисные ДМП. А основное торможение проводить на парашуте. Минимум пилонов надо 3 штуки, а лучше - 6 штук. Тогда можно будет повесить 2,3,4 или 6 Байкалов. И будет некая избыточность как по опорам, так и по ДМП. Единственная одноразовая часть - обтекатель ПН. Боковую скорость гасить опять же перекисными движками. Ну, или параплан использовать.

В общем, получится этот... пепелац.

Мдяяяя.... интересно,а почему на медфорумах нет ни сожалений, ни мыслей о, например, многоразовых шприцах?

Ник

Шаттлобурановская теплозащита выглядит тяжёлой. Не пойдёт... Союзовская - лучше, ВА-шная - ещё лучше, но как посчитать массу теплозащиты для целой ступени?

Байкалы не "подвешиваются" - это как говорить, что "ноги подвешены к поясу". На Байкалы опираются... усилия в противоположную сторону. Хкуб, можно поподробнее? Как уберечь сопла - тоже неясно.

Ник, шприцы всё же - не автомобили, которые для одной поездки не делают...

Магомет

Ну, все днище вместе с концами сопл представляет собой единую конструкцию из материала углерод-углерод. По краю днища происходит срыв ударной волны, поэтому собственно сам бак водорода который ЗА днизем можно не теплоизолировать. В днище (точнее в промежутке между баком водорода и днищем) смонтировано 12 двигателей - 6 мощных, водорож-кислородных, и 6 слабых перекисных. Перекисные наклонены таким образом чтобы ими можно было создать как вертикальную тягу, так и боковую. Ну, или их на гидразине сделать, что ли... УВТ основных двигателей получается на управлении уровнем тяги (ну, и основные двигатели тоже 'завалены' навстречу друг другу, чтобы обеспечить управление по крену).

Щит опирается на двигатели, и по краям - на 6 тоннелей опор.

Баки топлива для ДМП и всякие расходные материалы смонтированы либо в расширении тоннелей опор, либо в междвигательном пространстве.

По бокам днища расположены 'лепестки' из все того же углерод-углерода, прикрывающие 6 штук телескопических посадочных опор. Тоннель опоры исполняет три функции :

1) несет на себе усилие от основного двигателя, от ДМП, и от собственно опоры при посадке. Усилие передается на кислородный бак и далее на ПН, которая расположена под обтекателем над кислородным баком. Точно так же на эти опоры оно установлено (или подвешено) при старте.

2) служит для крепления ускорителя типа Байкала. Опор 6, то есть ускорителей может быть 2, 3, 4, или 6 штук. Усилие передается точно так же, только в обратную сторону, то есть тоннель опоры работает на растяжение.

3) вдоль него проложены трубопроводы окислителя для основных двигателей.

В общем, получается вполне пристойная конструкция... один минус - у нее должно быть небольшое соотношение длины и ширины. В идеале - порядка 2-3. Если же добавить сюда Байкалы, получим ширину ракеты только в 1.5-2 раза меньше длины. То есть аэродинамические потери будут бОльшие чем у классической схемы.

L.V.> НЕТ!.
L.V.> лично знавал человека который занимался данной темой в НИИ органической химии .
L.V.> кстати это потверждает и единственный полет бурана . замены там потребовалось порядка десятка плиток в отличии от сотен у шатла.
L.V.> так что тут просто подход другой надежность-крепление .
L.V.> так как сделать по словам чела кремневую слойку которая выдержит всего несколько торможений было проще . а проэктировали на СОТНИ!!!.

А что, собственно, "НЕТ"?

Всё же непонятно , зачем спасать промежуточную ступень. Что в ней такого ценного ? Двигатель ? Ну тогда , спасать надо именно двигатель. Он маленький и поместится в теплозащитный кожух. Но и в двигателе- двигателях спасать надо самую дорогую часть (ТНА и КС) а , дешевую заменяемую и большеразмерную расширительную часть сопла Лаваля можно отстреливать. Тогда получается , что движки надо заранее поместить в абляционную теплозащиту и , когда ступень отделится надо отстрелить всё лишнее и перекрыть крышкой остаток сопла.
Движок разворачивается к земле своей тяжёлой головной частью и нормально тормозится стандартной системой спасения.
Потом к движку приделывается новая расширительная часть сопла и пусть летит во второй раз.
А баки спасать незачем , они все равно дешёвые. Если хочется можно так же спасти еще какие нибудь ценные детальки , если они маленькие.

Ну, весь интерес в многоразовой ступени, что ее не только изготавливать, ее и ТЕСТИРОВАТЬ надо значительно меньше. Думаете, Союз зря полтора года производится? Сравнимые с ним по сложности бизнес-джеты как пирожки клепают. А почему? Потому что их не тестируют в такой степени.

Если обратили внимание - то я в приведенном парианте ступени предложил вдвое больше двигателей, чем нужно для минимальной функциолнальности. Вдвое больше посадочных опор. Дублированную систему посадки. Все это позволит повысить надежность с тем чтобы после этого ее СНИЗИТЬ за счет меньшего техобслуживания.

RSR13 - практически согласен. Надо чётко определить, что имеет смысл спасать, а что нет. И не пытаться спасти то, что дешевле сделать новое.

hcube>Ну, весь интерес в многоразовой ступени, что ее не только изготавливать, ее и ТЕСТИРОВАТЬ надо значительно меньше.
вопрос спорный... Межполётное тестирование шатла обходидось чуть ли не в стоимость десятка пусков "Протона"....
Да и что там в баке такого тестировать?

hcube>Думаете, Союз зря полтора года производится? Сравнимые с ним по сложности бизнес-джеты как пирожки клепают. А почему? Потому что их не тестируют в такой степени.
Потому что джеты на конвейере производят - и "по полной программе" достаточно протестировать один образец, остальные будут с теми же характеристиками.
А для "Союзов" не в состоянии обеспечить нужное качество комплектующих при производстве - вот и приходится тестить каждое изделие отдельно по полному циклу.

RSR13

Но и в двигателе- двигателях спасать надо самую дорогую часть (ТНА и КС) а , дешевую заменяемую и большеразмерную расширительную часть сопла Лаваля можно отстреливать. Тогда получается , что движки надо заранее поместить в абляционную теплозащиту и , когда ступень отделится надо отстрелить всё лишнее и перекрыть крышкой остаток сопла.

 

Сдается мне, что спасти ступень целиком куда проще, чем сработать движок, который может без ущерба для себя (и дальнейшей многоразовости) отстрелить часть сопла, чем-то прикрыться, и сесть

Ну не, ребята, все-таки в 'заправил и полетел' есть своя сермяжная правда. Если уж реально такую штуку сделать, то надо делать именно ее, а не частично многоразовые решения.

Да, старт второй ступени - горячий, но не со старта, а непосредственно в воздухе, в конце работы первой ступени. Тяговооруженность подобрана так, чтобы парировать отказ любого движка выключением симметричного. Потому как если делать полутораступенчатую схему, то получится нехорошо - слишком большой и тяжелый ЦБ, примерно как у Энергии ). Либо со старта работают 1-3 двигателей, а остальные запускаются после отделений первой ступени, в зависимости от числа пристыкованных Байкалов.

Вообще, если использовать Байкалы, то приведенная схема должна быть довольно большой. Избыточный вес у Байкалов - порядка 50 тонн на один УРМ. То есть с 2 Байкалами эта ступень может весить порядка 100 тонн вместе с ПН, а с 6 - порядка 300 тонн. Ну, практически я так понимаю, можно заложиться на вес второй ступени в 100 тонн, а ПН будет 'плавать' в зависимости от скорости разделения - с двумя УРМ - 5 тонн, с 6 УРМ - 30 тонн...

Водородные движки в таком случае получаются примерно по 20 тонн тяги.

Fakir>Сдается мне, что спасти ступень целиком куда проще, чем сработать движок, который может без ущерба для себя (и дальнейшей многоразовости) отстрелить часть сопла, чем-то прикрыться, и сесть
Сопло можно и не отстреливать. Сгорит и фиг с ним. Хотя не факт - оно в "тени" всё-таки...
На земле новое прикрутить и всё. Или сделать "составное", чтобы при нагрузке "снаружи" само отваливалось...

Хотелось бы не вопроса "а зачем так странно делать?", а вариантов, как так можно сделать.

То есть, по условиям задачи - две ступени со 100% многоразовостью. Грубо говоря, залил топливо и полетел снова.

Вроде бы основные сложности по второй ступени... У движков традиционное отношение тяги к массе - примерно 100 и меньше, у ступени - примерно 12 и больше. С учётом того, что тяговооружённость не меньше 1 у второй ступени обычно - движки весят примерно 1/8 и больше от массы сухой ступени. А вторая ступень ещё и интерфейс к ПН имеет...

Читаю и думаю... Если правда что запуск Союза стоит 5-10млн баксов, и даже если правда что шаттл может слетать 100 раз (примем за мечту), то если "многоразовое" сделать на уровне стоимости запуска Союза, и чтобы оно по 100 раз слетало, то какой в этом смысл? Не лучше ли серийно производить надёжные Союзы, а гонять одно несчастное изделие сто раз через атмосферу? Ведь нет намёков что многоразовый носитель будет дешевле?

Неубедительно.

Слишком много вопросов... Во-первых, почему так не делают? Во-вторых, каков механизм торможения - ведь всё равно ступень идёт конструкцией вперёд, лента только дополнительную силу прикладывает - так что на передней кромке всё равно T торможения будет. В-третьих, насколько небольшая лента?.. и вообще, численные параметры способа нужны, чтобы оценить.

Если уж делать Две Ступени, то Первую Ступень делать до скорости 4-4,5 км/с.

Мы уже имеем примерно такую двухступенчатую схему - шаттл.
Он тащит Огромный бак, что уменьшает ПН.

А теплозащита на скорости 4-4,5 км/с ещё не нужна будет такая мощная как при сходе с орбиты.