Спутник minimorum

Вот возник у меня такой смешной вопрос - есть ли способ запустить любительский ИСЗ по-настоящему любительской ракетой, то есть, без инерциальной системы наведения, и, соответственно, без управления вектором тяги?

Очевидно, что, по крайней мере, теоретически, благодаря наличию Луны, такой способ есть - нужно обеспечить такое огибание Луны, чтобы после этого спутник оказался на стабильной орбите с апогеем в районе 290 000 - 350 000 и перигеем не ниже 250 км. Но это требует, во-первых, очень точной стрельбы, а во-вторых, характеристической скорости в районе 13 км/с.

Есть ли более простой способ? Есть ли вообще способ развернуть ракету без применения сколько-нибудь серьезной СУ и УВТ, желательно, стабилизированную вращением.

имхо, проще будет разобраться, если взять за основу запуск, пардон выстрел спутника из пушки.
При соответсвующей точности выстрела в расчет могут браться только воздушые потоки в нижней части траектории, а так вполне реально вывести.
Ежели на ракете запускать, то там проблем намного больше, полюбому коррекция траектории нужна будет. Не обойтись без СУ и т.п.

 Из пушки не выйдет. Сделав круг спутник ударит артиллеристов по затылку. Если конечно вращением земли пренебречь. Если не пренебрегать то ударит совершенно невинных людей.

Старый, с Новым годом!

Ага, блин, давайте мы еще поспорим...

Скажите, нет такой траектории выстрела, чтоб снаряд вышел на орбиту?

Старый, 04.01.2004 00:54:33:

Сделав круг спутник ударит артиллеристов по затылку.

 

А ты выстрели и отойди (с)

Ладно, согласен, не упадет только если стрелять строго параллельно поверхности с самой высокой горы, скажем на Луне (чтоб без воздуха)
Тогда берем активно-реактивный снаряд и в апогее даем импульс для перехода на орбиту, не пересекующую поверхность Земли.

Какие-то безмазовые рецепты предлагаются. Максимальная скорость снаряда у пушки - 3-4 км/с при любых ухищрениях. И, потом, тут же возникает мой вопрос - предположим, что снаряд у нас имеет ракетный двигатель - как определить подходящий момент для его включения? Таймер не предлагать, т.к. снаряд представляет собой типичный неустойчивый гироскоп и его колебания продольной оси в вакууме будут в районе 45 градусов.

И, потом, по крайней мере одна ракета с энергетикой, достаточной для вывода спутника на орбиту и при этом совсем без УВТ существовала - это Blue Scout Jr, со стартовой массой где-то 6300 кг и апогеем 25 000 км. Но запустить ею спутник было невозможно, не так ли?

А в чем собственно говоря вопрос - ведь полноценные инерциальные системы наведения, лучше чем у многих "больших" ракет (разработанных 50 лет назад), строятся из купленных в магазине компонентов - КПК+GPS+лазерный гироскоп.

В ракете вся сложность баками, двигателем и прочностными расчетами определяется, а не СУ. Посмотрите на Armadillo Aerospace - уж на что маргинальный проект, делают все на коленке и практически без денег - а с СУ у них проблем нет, проблемы с двигателем - толковый уже год как сделать не могут.

Да нет, не строится СУ на коленке. И УВТ на коленке не строится. Я тут анализировал даташит твердотельного гироскопа от Analog Devices - ADXRS150. Во-первых, его выходной сигнал пропорционален не углу, а угловой скорости. Значит, для получения положения надо интегрировать. Во-вторых, у него низка чувствительность. 12,5 милливольт на градус в секунду, притом, что градус в секунду - это типовой для ракеты диапазон изменения угла. А шумы - 0.05 градуса в секунду на корень из герц. И у других пьезодатчиков угловых скоростей та же беда.
Что касается лазерного гироскопа, то не так-то просто его купить.
УВТ - та еще задачка для любителя. Газовые рули? Из графита от троллейбусных токосъемников? Рулевые двигатели на перекиси водорода? Пожалуй, это наиболее реально. Но тут встает вопрос матмодели ракеты и т.д.
GPS тут вообще ни при чем, так как про ориентацию он все равно ничего нам не скажет.

Конечно, ГСП в 40 килограмм, бывшую значительным достижением в шестидесятые годы, можно превзойти. Но отнюдь не просто это. А что касается их проблем с движком, они лично мне непонятны. Вопрос в целевых удельных параметрах. Помните БИ-1? Его движок Д-1-1100 был весьма туп и примитивен, но тягу в 1100 кГ обеспечивал. И при стреловидном крыле мог бы обеспечить тому самолетику скорость в 900 км/ч.

Конечно, нужно применять лазерные гироскопы. Armadillo Aerospace на ранних этапах пробовало пользоваться механическими (т.е. тем, что мы всегда понимали под гироскопами ), но забили почти сразу же из-за проблем с их неустойчивостью к ударам - при резких толчках показания сбивались и они какой-то из вариантов своего Lander-а разбили из-за этого.

Для управления вектором тяги нужно применять рулевые двигатели на перекиси, видимо. Это не кажется особенно страшным, т.к. в любом случае любительский носитель, при доступном любителю УИ и массовом совершенстве, должен иметь не менее 3, а скорее всего 4 ступеней, и первая ступень все равно получится тяжелой (несколько тонн), так что рулевые движки и тяжелая СУ на нем поместятся. А верхние ступени можно действительно сделать либо гибридными, либо твердотопливными, запускаемыми после раскрутки всей сборки до хороших оборотов теми самыми рулевыми движками и принятия горизонтальной ориентации (при достаточнм положительном вертикальном компоненте скорости) на высоте километров 60-80, так чтобы аэродинамика не мешала особенно поворачивать сборку "на бок".

Я понимаю, что это чистой воды теория, но выглядит реализуемо при затратах от нескольких сот килобаксов примерно.

Недаром ни один любитель еще спутника не запустил, и даже страны далеко не все это сделали, кто пытался - вон посмотрите на Брализию, сколько у них уже ракет за бугор ушло?

GPS про ориентацию кое-что скажет, вернее не GPS, а электронный компас. По крайней мере одну ось, и без накопления ошибки.

А высокоскоростной (10Hz хотя бы) GPS - все координаты даст, ведь из разности координат за данные и предыдущие 0.1 секунды понятно, в какую сторону летим, а из нескольких показаний, учитывая большую абсолютную величину скорости, можно посчитать вектор ускорения. Правда roll из этого будет совершенно непонятен, согласен.

В конце концов, можно использовать солнечный датчик - если знаем, как к местной верткали и направлению на север ориентировано солнце (а мы это знаем, т.к. есть GPS и координаты места известны, и эфемериду посчитать не проблема), имеем ориентацию. Опять же ошибка не накапливается. А до пожъема на высоту, на которой облаков не бывает (секунд 30-40), хватит любого поганого твердотельного гироскопа.

Из сочетания этих способов можно получить что-то уверенное, имхо.

Да, вариант, в котором весь разворот по тангажу приходится на первую ступень, я тоже рассматривал. Потери ХС при этом, конечно, меньше, чем при огибании Луны, но все же весьма значительны - под 1 км/с.

В общем, наиболее реализуемым, IMHO, выглядит такой проект:
1. Первая и вторая ступени - ЖРД с вытеснительной подачей керосин/АК-27. Баки композитные, окислительный с алюминиевым лейнером, наддув парогазом от разложения перекиси, УВТ - рулевой двигатель на перекиси + воздушные рули.
2. Третья, четвертая и, возможно, пятая ступени - твердотопливные, возможно, на "карамельном" топливе, без УВТ, стабилизированы вращением.
3. Ракета стабилизирована вращением, в том числе, и во время работы первых двух ступеней. Соответственно, рулевой двигатель попеременно работает по тангажу и рысканию. Для исчисления вращения используется твердотельный гироскоп с коррекцией по солнечному датчику (замечательная идея!). Так можно использовать самый дешевый мюратовский гироскоп. Возможно, без коррекции удастся обойтись, заменив ее калибровкой гироскопа перед запуском двигателя.
4. Разворот по тангажу осуществляется по барометрическому датчику и таймеру. Без гироскопов и без знания точного угла тангажа. Конечный угол тангажа должен лежать в пределах 5-20 градусов.
5. Старт наклонный с углом тангажа около 65 градусов.
6. Стартовая тяговооруженность - не меньше трех.

Ну, кто будет спонсором?

Ну, кто будет спонсором?

 

Стоит поискать на ближнем востоке


А в Новой Зеландии уже сделана любительская крылатая ракета...

>5. Старт наклонный с углом тангажа около 65 градусов.
Нахрена?

>6. Стартовая тяговооруженность - не меньше трех.
Слишком много - очень большие потери на начальном этапе полета из-за сопротивления атмосферы. Слишком быстро разгоняться будем, и разгонимся до слишком большой скорости на слишком малой высоте, тем более учтите что аппарат гораздо меньше, чем "большая" ракета, и сопротивление воздуха сказывается на нем больше. Мне кажется, 1.3..1.5 будет вполне достаточно - как у нормальных ракет. И весить и стоить движки будут меньше.

Мне кажется, что вполне должно хватать 3 ступеней, по крайней мере если не собираемся выводить какую-либо нагрузку, чтобы просто верхнюю ступень запулить на LEO.

Движок на керосине+АК: а не сильно ли для сделанной на коленке ракеты крутая энергетика получается? Охлаждение движка какое? radiative точно не покатит, ablative на коленке сложно сделать, что еще?

Вторая ступень, аналогичная первой: а не сильно ли в жесткие ограничения по массе СУ, движков ориентации и т.п. мы себя загоним? Ведь весить-то она должна будет уже мало, не больше тонны вместе с верхними ступенями, и сухой вес не более 100 кг примерно. ИМХО, вторая ступень уже чем-то дубовым должна быть.

Isp твердотопливных движков ведь не так мал. 240 секунд в вакууме, с вакуумным соплом легко можно получить. Даже коммерческие O-size моторы 200 дают у земли, с соплом с коэффициентом расширения 5..10. Может не стоит заморачиваться?

Насчет вытеснительной подачи - согласен.

А как такой вариант: первая ступень - керосин + 98% перекись, остальные 2 - ТТ? Isp у тех и других в вакууме около 240... Реально?

Хотя если прикинуть, по охлаждению движков ситуация практически один черт будет и с АК, и с 98% перекисью. Но перекись хоть тяжелее и менее агрессивная.

О, как делать камеру, я думал довольно много. Что касается топлива и размерности движков, то размерность первой ступени получается очень порядочной в любом раскладе.

Значитца, так. Охлаждение, безусловно, регенеративное. КС набирается из медных трубок. Конечно, это хуже, чем фрезерованная камера, но лучше, чем КС с редкими связями. Трубки гнутся на простейшем трубогибном станке, затем ручной выколоткой по текстолитовому шаблону им придается нужный профиль и сечение, затем сборка и пайка газовым паяльником серебряно-медным припоем в струе CO2 или аргона. Собирается с помощью гипсового центрального тела на деревянном каркасе. Высотная часть сопла на второй ступени - неохлаждаемая из жаропрочной стали.

Форсуночная головка состоит из трех деталей, изготавливаемых с помощью фрезерного и сверлильного станков, собирается на болтах, нижняя плита - медная, паяется тем же припоем к трубчатой камере. Дополнительное крепление - восемь-двенадцать шпилек вдоль КС до сужения.

Размерность двигателя второй ступени можно скопировать с ОРМ-52, можно даже вообще не пересчитывать, только сделать высотное сопло.

Энергетика АК-27 чуть лучше, чем у перекиси водорода.

У меня вопрос, так чисто делетантский. Какова минимальная масса ракеты выводящей что-либо на LEO, ну хотя бы 10г? И вообще есть разница 10г, 100г или 1кг?

 Ну что, со спутником обломались, теперь погрезим о ракетах?
1. Без системы управления не обойтись, поэтому нужно стремиться обойтись минимумом. Что требуется от системы управления? Примерно в верхней точке траектории развернуть ракету (верхнюю ступень) примерно горизонтально и держать её так пока будет работать двигатель.
 Легче всего стабилизировать её вращением. Простейшая СУ представляется так. Единственный гироскоп с осью в нужном направлении. Устанавливается на 2-й ступени. Исполнительные органы - сопла на сжатом газе. После отрабатывания 2-й ступени сопла разворачивают ракету вдоль оси гироскопа и она в этом положении раскручивается. Для раскрутки можно твердотопливные микродвигатели. Включение 3-й ст от таймера, 4-й - сразу по выключении первой.
 Первая и 2-я ступени без СУ, аэродинамическая стабилизация.
Но если применить СУ и на них, то имея один гироскоп можно иметь на борту тангаж и курс. Это позволит выдерживать азимут и отрабатывать программу тангажа. Управление - аэродинамическими поверхностями, привод - на сжатом газе.
 Всё это если СУ требуется полностью самодельная. Если допустимы промышленные изделия то лучше всего взять авиационные агрегаты, например малогабаритную гировертикаль.

2. Охлаждаемый двигатель это афера. Паять камеру хоть даже и их трубок - это для профессионалов. Тем более судя по всему регенеративное охлаждение неприменимо при вытеснительной подаче.
 Двигатель нужно делать по образцу AJ-10 всех вариантов. Исключительно неохлаждаемая камера, абляционное и завесное охлаждение. Топливо обязательно должно быть самовоспламеняющимся, поэтому о перекиси лучше забыть. Азотная кислота с анилином или иным промышленно выпускаемым амином - самое то. Наддув можно сделать просто от баллона. Хотя возможна и перекись и даже пороховой аккумулятор давления.

3. И вот ещё по общей схеме. Если первая ступень на ЖРД, то можно применить навесные ускорители высокой тяги но малого времени действия. Это позволит получить высокую стартовую тяговооружённость, "быстрый" старт и разгон до скорости где эффективна аэродинамическая стабилизация, а потом уже обычный плавный разгон на основном ЖРД с "нормальной" тяговооружённостью.
   

KBOB, 05.01.2004 06:58:30:

У меня вопрос, так чисто делетантский. Какова минимальная масса ракеты выводящей что-либо на LEO, ну хотя бы 10г? И вообще есть разница 10г, 100г или 1кг?

 

Это зависит от технологической культуры. Чем она выше, тем меньше стартовая масса ракеты. Предельно минимальное значение для ракеты профессионального изготовления лежит в диапазоне 500 кг - 1 т. Для любительского - не знаю.

Из реально летавших - 9 тонн у Лямбды 4s. У Blue Scout Jr - около шести, но у нее не было СУ и УВТ.

Старый, 05.01.2004 10:29:46:

2. Охлаждаемый двигатель это афера. Паять камеру хоть даже и их трубок - это для профессионалов. Тем более судя по всему регенеративное охлаждение неприменимо при вытеснительной подаче.
 Двигатель нужно делать по образцу AJ-10 всех вариантов. Исключительно неохлаждаемая камера, абляционное и завесное охлаждение. Топливо обязательно должно быть самовоспламеняющимся, поэтому о перекиси лучше забыть. Азотная кислота с анилином или иным промышленно выпускаемым амином - самое то. Наддув можно сделать просто от баллона. Хотя возможна и перекись и даже пороховой аккумулятор давления.

3. И вот ещё по общей схеме. Если первая ступень на ЖРД, то можно применить навесные ускорители высокой тяги но малого времени действия. Это позволит получить высокую стартовую тяговооружённость, "быстрый" старт и разгон до скорости где эффективна аэродинамическая стабилизация, а потом уже обычный плавный разгон на основном ЖРД с "нормальной" тяговооружённостью.

 

По СУ не согласен. Предложенная схема неработоспособна. Если гироскоп раскручивается на земле, и на первых двух ступенях нет УВТ, то
1. Их ХС используется крайне неэффективно.
2. Они не могут стабилизироваться вращением, только аэродинамически, что для второй ступени уже плохо годится.

По двигателю - почему это нельзя делать регенеративное охлаждение при вытеснительной подаче? Весь мир делает, и ничего! Пример - маршевые двигатели Аполлона и Союза. Более ранние примеры - ОРМ-52 и ОРМ-65, Д-1-1100
По стартовым ускорителям - согласен.

...Без системы управления не обойтись, поэтому нужно стремиться обойтись минимумом. Что требуется от системы управления? Примерно в верхней точке траектории развернуть ракету (верхнюю ступень) примерно горизонтально и держать её так пока будет работать двигатель...

 

Мы же теоретически вопрос рассматриваем?

Дык, вот. Тогда можно обойтись без системы управления ВООБЩЕ. Старт ракеты ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ (что, вообще говоря, сделать не сложно с предполагаемыми массогабаритными характеристиками НАШЕЙ ракеты), даст возможность выйти спутнику на околоземную орбиту. Угол наклона зависит от ТТХ ракеты. Берусь расчитать траекторию такой ракеты.

Какова минимальная масса ракеты выводящей что-либо на LEO, ну хотя бы 10г? И вообще есть разница 10г, 100г или 1кг?

 

Разница есть. Все дело в получаемом коэффициенте ПН/стартовая масса ракеты. Чем меньше масса ПН (именно при таких размерностях ПН - граммы, килограммы), тем большую (относительно) массу должна иметь РН.
А вообще, можно ориентироваться на отношение массы ПН к массе РН для любительского ракетостроения порядка 1:100. Таково МОЕ МНЕНИЕ.

igor_suslov, 05.01.2004 11:47:55:

...можно обойтись без системы управления ВООБЩЕ. Старт ракеты ПОД УГЛОМ К ГОРИЗОНТУ ... даст возможность выйти спутнику на околоземную орбиту....

 

Предупреждая возможные вопросы...
См. второе уравнение в системе плоского движения ракеты. Понятно, почему ракета без СУ будет поворачивать в плоскости тангажа?

>По СУ не согласен. Предложенная схема неработоспособна. Если гироскоп
>раскручивается на земле, и на первых двух ступенях нет УВТ, то
>1. Их ХС используется крайне неэффективно.
>2. Они не могут стабилизироваться вращением, только аэродинамически, что
>для второй ступени уже плохо годится.

Согласен, это откровенная хрень. Полноценная система ориентации делается на коленке, это наименьшая из проблем.
Даже если она будет очень тяжелой и дубовой, мы гораздо меньше потеряем на ней, чем на неэффективном использовании ХС первой ступени, если бы ее не было.

>По двигателю - почему это нельзя делать регенеративное охлаждение при >вытеснительной подаче? Весь мир делает, и ничего! Пример - маршевые >двигатели Аполлона и Союза. Более ранние примеры - ОРМ-52 и ОРМ-65, Д-1->1100

Да, такие существуют и принципиально проблем не видно.
Другое дело, что я слабо представляю реализуемость этой штуки в любительских условиях. Хотя у Armadillo Aerospace regen biprop был, хотя никуда и не летал.

По СУ не согласен. Предложенная схема неработоспособна. Если гироскоп раскручивается на земле, и на первых двух ступенях нет УВТ, то
1. Их ХС используется крайне неэффективно.
2. Они не могут стабилизироваться вращением, только аэродинамически, что для второй ступени уже плохо годится.

 

 Пааагадите! Гироскоп трёхстепенной и свободный. Он сохраняет направление своей оси в пространстве и никак не мешает ракете крутиться как угодно. Он служит лишь для индикации углового положения ракеты по двум осям. На верхних ступенях для совмещения оси ракеты с осью гироскопа. С помощью реактивной системы. Чего неработоспособного то?

По двигателю - почему это нельзя делать регенеративное охлаждение при вытеснительной подаче? Весь мир делает, и ничего! Пример - маршевые двигатели Аполлона и Союза. Более ранние примеры - ОРМ-52 и ОРМ-65, Д-1-1100

 

 По моему скромному имхо у Аполлона не было регенеративного охлаждения, у Союза (7К-Т) турбонасосная подача. У Союза-ТМ не знаю есть ли регенеративное охлаждение. Двигатели ОРМ и Д-1-1000 не имели конструкции со связанными стенками. (То есть с тонкой огневой стенкой.)
 Насколько я понимаю при вытеснительной подаче мало давление топлива зато велик относительный размер КС, это не позволяет организовать достаточный поток охладителя и приводит к перегреву охладителя и огневой стенки. К тому же при малом давлении компонент легко вскипает.