"Полувоздушный" старт

Представим себе такую конструкцию:

Двуступенчатая "классическая" ракета метан-кислород вертикально стоит на старте. К ней присобачена в полуохвате "полуступень" с двумя ОЧЕНЬ мощными ТРД и небольшими крылышками. "Полуступень" получает топливо через клапаны из первой ступени.

Ракета запускает ТРД, запускает ЖРД первой ступени, отрывается от старта, набирает некоторую скорость и частично ложится на рудиментарное (для её текущей массы) крыло, что несколько снижает гравитационные потери. По мере увеличения скорости и несущей способности крыла, ракета всё больше ложится на него.
Разгоняется/набирает высоту на ТРД вплоть до 30км/5-7М, отключает ТРД от топливного бака. "Полуступень" с ТРД отделяется.
"Полуступень" используя своё отличное от нуля аэродинамическое качество летит на старт/подходящую ВПП для посадки.
Ракета продолжает разгоняться по традиционной схеме.

В чём смысл такого извращения по сравнению с "воздушным стартом"?
а) крылья у "полуступени" по сравнению с "классическим" воздушным стартом нужны маленькие. Всё, что от них требуется - это посадить два ТРД на ВПП. Масса невелика, а сажают даже утюги навроде бураношаттлов. Так что крылья маленькие, мало весят и не добавляют аэросопротивления. Взлетать горизонтально - не нужно, а значит, силовая схема значительно упрощается.
б) Ракета на момент отделения ТРД летит аккуратно вверх и отделение не представляет проблемы: масса ступени с ТРД минимальна.

По сравнению с классической ракетой имеем частичную многоразовость и высокий удельный импульс при начальном разгоне.

Что мешает реализовать такую схему?

Нарисовать пробовал?

1.Связывать топливопроводами ступени? а может, ну его нафиг? Пусть у движков все свое будет с собой. И крылья, и бак.

2.Зачем разгонять так высоко и быстро? Может, ограничиться 15 км высоты и 2М максимум, разделение, ~20 км на баллистике (с А/д тормозами), и домой...

3. "Во всем виноват А.С.Яковлев".© просто схема скорее для гражданских, а ракеты у нас делают военные. А им многоразовость не особо нужна.

Naturalist> Нарисовать пробовал?
На бумажке - да, вроде, всё красиво получается. Можно убрать до трети гравитационных потерь и таки значительно выиграть в УИ первой ступени. Скажем, для ракеты класса 1-5 тонн на НЗО - просто очень красиво выходит, даже ТРД есть.

А что именно ты хочешь увидеть?

Можно бумажку отсканить сюда?
"Хорошо летают только красивые конструкции" (с) не помню кто.

Vale> 1.Связывать топливопроводами ступени? а может, ну его нафиг? Пусть у движков все свое будет с собой. И крылья, и бак.
Да, я думал над этим. Наверное, так действительно лучше.

Vale> 2.Зачем разгонять так высоко и быстро? Может, ограничиться 15 км высоты и 2М максимум, разделение, ~20 км на баллистике (с А/д тормозами), и домой...
Чтобы по максимуму использовать высокий УИ ТРД и обойтись двумя (+"половина") ступенями. Видишь ли, нас не должна смущать малая эффективность ТРД на больших скоростях и высотах - она все равно больше, чем у ракетного двигателя. Сбрасывать ТРД нужно не тогда, когда они вышли из своей оптимальной зоны, а когда они становятся обузой - больше тормозят, чем разгоняют.

Vale> 3. "Во всем виноват А.С.Яковлев".© просто схема скорее для гражданских, а ракеты у нас делают военные. А им многоразовость не особо нужна.
Не вижу связи "гражданскости" с многоразовостью. Военные тоже хотят выводить ПН на орбиту. По возможности - дёшево.
И вообще, я могу и про "Буран" вспомнить.

Татарин> И вообще, я могу и про "Буран" вспомнить.

А не получится как с Шаттлом - окупаемость только при (условно говоря) двух запусках в день?

Naturalist> Можно бумажку отсканить сюда?
Ну... можно нарисовать в каком-нить пайнте. Фотоаппарат у меня... того... А сканера я отроду не держал.

Naturalist> "Хорошо летают только красивые конструкции" (с) не помню кто.
Туполев, про самолёты.

П.С. Хотя можно вспомнить и никак не менее авторитетного в контексте Глушко: "...с хорошим движком - и табуретка полетит!"

Татарин>> И вообще, я могу и про "Буран" вспомнить.
Naturalist> А не получится как с Шаттлом - окупаемость только при (условно говоря) двух запусках в день?
Самый сложный вопрос.
Если при прочих равных (с нуля разработаная "обычная" ракета и "мой вариант") - то никак не должно. Для малой ракеты ТРД можно взять уже готовые. Обслуживание "полуступени" минимально, нет ни навороченой теплозащиты, ни больших перегрузок/механических проблем. А в остальном - ракета как ракета.
Пакетные схемы и без того применяют. Да, чуть дороже, но на фоне остальных факторов это удорожение теряется.

Интереснее вопрос такого плана: если разрабатывать с нуля, то будет ли оно дешевле существующего?
Вот тут надо брать сразу существующие или разрабатывающиеся РН пакетной схемы и пытаться приладить подобный дивайс к ним. Думаю, должно окупаться быстро. Прикидочно - на втором же пуске. Хотя честно не считал, да.

А как скажется перепад давления воздуха на воздухозаборнике при подъеме?

Татарин> Чтобы по максимуму использовать высокий УИ ТРД и обойтись двумя (+"половина") ступенями. Видишь ли, нас не должна смущать малая эффективность ТРД на больших скоростях и высотах - она все равно больше, чем у ракетного двигателя. Сбрасывать ТРД нужно не тогда, когда они вышли из своей оптимальной зоны, а когда они становятся обузой - больше тормозят, чем разгоняют.

Не согласен. До высоты в 15 км П-15 обгонял ракету, вот приблизительно ло этой высоты и надо тянуть. Если разгонники будут лететь слишком быстро - выигрыш начнет съедаться усложнением системы возвращения- ты об этом не подумал?

Подумай сам, насколько проще сделать двухмаховые разгонщики, чем трехмаховые, я уж не говорю о 5М.
5М - это принципиально иной движок, принципиально иное охлаждение, принципиально иной возврат в атмосферу. Разделение на 30 км - потолок как бы не 70.

Так что - ищем точку перегиба.

(согласен на 2.5 М и 20 км - грубо говоря, на чуть-недо-МиГ-25)

Naturalist> А как скажется перепад давления воздуха на воздухозаборнике при подъеме?
Если честно - не понял вопроса. :\
Какой перепад давления?
Имеется в виду разница работы ТРД на разных высотах?

Да. Сорри за дилетантские вопросы.

Vale> Не согласен. До высоты в 15 км П-15 обгонял ракету, вот приблизительно ло этой высоты и надо тянуть. Если разгонники будут лететь слишком быстро - выигрыш начнет съедаться усложнением системы возвращения- ты об этом не подумал?
5М? Не вижу проблем. В чём сложности?

А вот критерий мне кажется странным. У меня не стоит задача "обогнать ракету", у меня стоит задача выжать всё из преимущества ТРД в УИ.

Vale> Подумай сам, насколько проще сделать двухмаховые разгонщики, чем трехмаховые, я уж не говорю о 5М.
А насколько?
Ведь мне не нужно огромной эффективности на 5М, нафиг не нужно. Мне достаточно того, повторюсь, чтобы ступень "давала пользу".

Vale> 5М - это принципиально иной движок, принципиально иное охлаждение, принципиально иной возврат в атмосферу. Разделение на 30 км - потолок как бы не 70.
Про эффективность - см. выше.
А охлаждение - топливом... И он же очень недолго будет лететь на этой скорости. Не часы, как SR-71, а десятки секунд. А потом просто по инерции тормозиться-охлаждаться.

Потолок? Да и пусть себе потолок - больше выбор в месте приземления.
При входе обратно у меня будет крылья - достаточно большие, по отношению к массе ступени. Я смогу эффективно и без особого нагрева затормозиться когда угодно.

Vale> Так что - ищем точку перегиба.
Vale> (согласен на 2.5 М и 20 км - грубо говоря, на чуть-недо-МиГ-25)
Зачем упускать выгоду?

П.С. Но я не особо спорю - тут надо смотреть характеристики двигателей и искать оптимум.

Naturalist> Да. Сорри за дилетантские вопросы.
Да я сам-то даже не дилетант тут.

Конечно, эффективность ТРД с ростом высоты падает. Но до 20км существующие ТРД вполне ещё эффективны.

А стоит-ли все это небольшого уменьшения кислородного бака?

Vale>> Не согласен. До высоты в 15 км П-15 обгонял ракету, вот приблизительно ло этой высоты и надо тянуть. Если разгонники будут лететь слишком быстро - выигрыш начнет съедаться усложнением системы возвращения- ты об этом не подумал?
Татарин> 5М? Не вижу проблем. В чём сложности?

Списочек пепелацев и движков, летающих на 5М - в студию. Раз "сложностей нет".
На 0.3 М летают почти все, на 0.9 дофига, на 1.5 некоторые, на 2 редкие, на 2.5 - МиГ-25|31 ... и ВСЕ. SR-71, Concord, Ту-144 - списали. На 4+ М летают полтора дрона с ГПВРД.


Татарин> Зачем упускать выгоду?

А давай, в качестве минус первой ступени, используем миллион китайцев и рогатку. Это ж какая выгода будет!!!

Татарин> П.С. Но я не особо спорю - тут надо смотреть характеристики двигателей и искать оптимум.

Принципиальная ошибка - следует смотреть эффективность всей системы. Иначе тебя понесет неверной тропой ... некоторых других форумчан.

Naturalist> А стоит-ли все это небольшого уменьшения кислородного бака?
Нуу... я бы сказал - большого уменьшения кислородного бака, +большого уменьшения метанового, +исчезновения полей падения для первой ступени, +многоразового её использования.

Думаю - стОит.

УИ керосин-кислородного ЖРД - 320-350 секунд (столько один килограмм топлива будет создавать тягу в один килограмм), а УИ ТРД - 1000-20000 (ну, тут от ТРД, режима, скорости и высоты зависит). Выигрыш слишком велик, чтобы его игнорировать.
Плюс - снижение гравитационных потерь с помощью крыльев.

Татарин>> 5М? Не вижу проблем. В чём сложности?
Vale> Списочек пепелацев и движков, летающих на 5М - в студию. Раз "сложностей нет".
Зачем? ни у кого не стояло подобной задачи - разгоняться до 5М на ТРД для нескольких десятков секунд на такой скорости. Таких пепелацев просто нет и никогда не было: незачем было.

Татарин>> П.С. Но я не особо спорю - тут надо смотреть характеристики двигателей и искать оптимум.
Vale> Принципиальная ошибка - следует смотреть эффективность всей системы. Иначе тебя понесет неверной тропой ... некоторых других форумчан.
Ну так я и смотрю.

Лично мне на этой картинке не хватает третей оси по высоте полета:

не факт что это будет выгоднее чем возвращаемая "полуступень" на ЖРД
ключевой вопрос в цене\ресурсе таких 5М ТРД\ПВРД
сколько выводов они выдержат до отправки на завод для капитального ремонта, можно ли на нашем технологическом уровне создать с ресурсом хотя бы на сотню часов и работающий в таком диапазоне высот и скоростей

Татарин, основная проблема в том что для кратковременного достижения высоких скоростей в атмосфере ракетные двигатели существенно выгоднее воздушно-реактивных. Именно поэтому у вашей идеи никаких шансов.
Если бы действительно оказалась нужна такая "полуступень" то её целесообразно было бы делать на ракетных двигателях. Чтото байкалоподобное.

И именно поэтому абсолютно никаких шансов у АКС - потому что вертикальный старт и разгон на ракетных двигателях во всех отношениях выгоднее чем взлёт на крыльях и разгон на ВРД. Прежде всего по критерию стоимость/эффективность.
Я уже столько раз это в деталях разжёвывал на Нк... И опять всё забыто и очередное поколение космоламеров рвут на себе волосы и размазывают слёзы по лицу в горестных стенаниях по АКС...

Еще из общих соображений, новое будет дороже старого, в любом случае.
Поскольку для старого все затраты, типа на НИОКР и им подобные, давно "отбились", и плюс серийность.

Вопрос дилетанта, по ТРД. Сейчас тяга ТРД до 25тонн. Это для ракет нормально?

На неспециалистов в области авиации и ракетостроения магически действует "высокий УИ" ВРД. Настолько магически что они забывают о физическом смысле. А смысл состоит вовсе не в высокой скорости истечения газов а в том что это получается за счёт забора окислителя и рабочего тела из окружающей среды на лету внутрь двигателя. И необходимость этого настолько усложняет и удорожает всю затею, что по критерию стоимость/эффективность она даже близко не может сравниться с ЖРД.
Надо просто понять, что окислитель и рабочее тело ПРОЩЕ И ДЕШЕВЛЕ взять с собой нежели чем черпать его на лету из окружающей среды.

Можно также напомнить, что за счёт взаимодействия с окружающей средой самый высокий УИ у механических тыкал, типа шеста для отталкивания от дна при движении плота по озеру. Надо бы любителям "реализовать высокий УИ" попробовать разработать эту идею.