Новая ракета для большого космоса

Тема созрела после прочтения ветки про Сункар.
Для начала – вариант компоновки ракеты. Стартовая масса – 1000 тонн.
Первая ступень – баллиститные РДТТ (скажем, 30 штук, каждый тягой по 45-50 тонн), общая масса 500 тонн, топлива – 400 тонн. УИ, положим, 200 с.
Вторая ступень – 300 тонн, сухая масса 20-25 тонн, один двигатель РД-180. УИ – 337 с, так как он начнёт работать уже на границе атмосферы и большую часть топлива отработает в вакууме.
Третья ступень – 150 тонн, сухая масса 10-15 тонн, один двигатель РД-191 + вакуумный насадок. УИ – 350 с. Как супервариант – третья ступень вообще метановая.
Остальное – гептильный РБ + ПН. Что-нибудь под 40 тонн на НОО должно получиться.
Поясню этот вариант. По РДТТ, конечно, полетят заслуженные тапки, так как УИ баллиститов мал в сравнении со смесевыми на основе ПХА и уж тем более АДНА. Но у них есть несколько важных преимуществ. Они: всепогодные, надёжные, дешёвые, технологичные и могут выпускаться тысячами штук на существующих пороховых заводах. Кроме того, при массовых запусках их можно считать экологически чистыми. Ещё одна деталь – часть РДТТ можно менять на смесевые, увеличивая общую эффективность ступени и итоговую ПН. То есть ракета получает потенциал модернизации.
Далее – ракете требуются только два маршевых двигателя. Это снижает её итоговую стоимость, так как двигатели, в общем-то, стоят дорого. Второй момент – существующие мощности вряд ли позволят строить даже 200 двигателей в год. А ракет нужно будет запускать много (скажем, 100 запусков в год) и за достаточно короткий период времени (3-5 лет).
То есть ракета строится из расчёта максимума типовых запусков и минимума собственной стоимости. В этом случае узким местом будут именно двигатели 2 и 3 ступени, так как их потребуется существенно больше возможности нынешнего производства.
Собирать её нужно из готовых на сегодняшний день элементов, без разработки новых. Пусть она будет не рекордной с точки зрения ПН, но она должна полететь не позднее 2019. И да, гораздо дешевле будет запустить лишнюю ракету, чем выцарапывать крохи добавки к ПН за счёт новых разработок. Дешевле в первую очередь по фактору времени, так как все остальные (деньги, материалы) в принципе можно добыть. А время – никак. И затягивание первого полёта на лишний год уже резко удорожает его и по фактору денег и всего остального.

Ещё пара моментов для концепции ракеты.
1 “Ракета дороже груза”. То есть, в общем-то, плевать на аварийность и потерю ПН. Если взрывается даже каждая десятая ракета, то это всего лишь увеличивает стоимость груза на орбите на 10%. Ракета выводит сырьевые материалы: разобранные СБ, листовой металл, проводку и топливо. Их потеря – абсолютно не критична и всего лишь немного увеличивает время сборки орбитальной конструкции.
2 “Ступени работают на максимум, но выводят ПН лишь в диапазон высот и скоростей”. Меньшая точность при расчёте запуска, которая компенсируется РБ активного управления. То есть РБ заранее имеет избыточный запас топлива и ресурс двигателя и способен компенсировать “недолёт” на пару сотен м/с ХС. При этом расчёт орбиты и циклограммы работы двигателя РБ осуществляется уже после отработки 3 ступеней, по параметрам полученной орбиты. Ситуации, подобно той аварии Протона, где РБ был перезаправлен в этом случае исключаются.
3 ВЕСЬ комплекс, пристыкованный к орбитальной конструкции подлежит переработке. То есть материалы РБ (кроме двигателя) переплавляются и включаются в элементы орбитальной станции. Это весьма существенно увеличивает итоговую ПН, поскольку в этом случае в неё включается и материалы РБ. Двигатели при желании можно отправлять обратно на землю, упаковав их в спускаемую капсулу и залив пенополиуретаном. Так как гептиловые двигатели обычно относительно лёгкие, то капсула может их спускать до десятка-двух за раз.
Наконец – НОСИТЕЛЬ разрабатывается под ЦЕЛЬ, а не наоборот, цели под него. Тогда его можно оптимизировать по технологии и по стоимости. Что касается стоимости – первая ступень будет стоить около 2 млн, далее два двигателя по 1 млн, баки и РБ – ещё на 1 млн. Пусковой комплекс, топливо и прочие расходы – ещё на 2 млн. Итого – около 7 млн долларов за, скажем, 35 тонн ПН на НОО. 200 уе за кг.

Можно пофантазировать и ещё смелее. После отработки топлива 3 ступень не отстыковывается, а остаётся в виде ПН. Ракета делает в полёте разворот на 180 градусов и включает РБ, который дотягивает конструкцию до точки сборки. В этом случае 3 ступень нужна метановая, так как в ней достаточно всего лишь “продуть” баки, сделать шлюз, и можно заселяться, получая около 150 кубометров жилого объёма. Или порезать баки на листовой металл. Двигатель, (РД-191) опять же, при желании можно упаковать и отправить на поверхность. Если стоимость этой отправки не превысит его собственную стоимость, так как двигатель тяжёлый и имеет полную орбитальную скорость. Впрочем, можно его облегчать, снимая сопловый насадок, раму крепления к ракете, возможно, снимая ТНА и второстепенные механизмы.
Наддув баков делать азотом, так как переработать его в амил или селитру даже на орбите и в невесомости не так уж сложно. А ингазы придётся выбрасывать. Топливный бак можно надувать водородом, который утилизировать в энергетике комплекса через топливные элементы.

Что это даст в несколько отдалённом итоге.
1 Имея орбитальный модуль с широким набором возможностей по сборке и запасом топлива можно очень быстро и дёшево вывести большое количество ГСО спутников. Ведь можно будет выводить их на комплекс в частично разобранном виде: без СБ, аккумуляторов, незаправленными и так далее, что уменьшит стартовую массу спутника ГСО класса до тонны. И как следствие позволит выводить его ракетами совсем другого класса, нежели сейчас. Скажем, Союз до ГСО спутник не дотянет. А до НОО – вполне. Более того, в незаправленном и облегчённом виде, он выведет даже два-три спутника за запуск. Стоимость запуска Союза вытесняет в рынка всех конкурентов.
2 С орбиты можно запускать дальние экспедиции. Устранив фактор аварийности при взлёте, облегчив всю конструкцию в целом (ведь нет необходимости выдерживать перегрузки при запуске) можно весьма увеличить как их надёжность, так и количество. Та же проблема “окна запуска” существенно уменьшается, так как в космосе нет проблем погоды, меньше играет роль проблема вращения Земли. Наконец, аппараты можно сделать гораздо тяжелее и функциональнее, чем сейчас.
3 Лунная база. Имея источник материалов по 200-250 уе за кг на орбите Земли – можно переправлять их на лунную орбиту за гораздо более приемлемую цену, чем прямым запуском.