Будущее частных ракет

Старый> Чтото тут у вас немножко не так. Откуда полторы тонны перекиси? Вы на порядок не ошиблись?
В ракету "Союз" стартовой массой 300 тонн заправляется без малого 8 тонн перекиси. К.П.Д. маленькой турбины меньше, чем большой. Конечно, если просто поделить 7,5 тонн на 15 раз, получится 500 кг. Ну, признаю, перезаложился - обсчитался в уме в три раза - но на разнице к.п.д. большой и маленькой турбин полтора-два раза набежать могут.

Старый> Какие две тонны на аккумулятор? При 20 тоннах стартовой тяги сухая масса ВСЕЙ ракеты будет максимум тонны полторы а то и тонна. Где взять две тонны на аккумулятор?

ЭЭЭ, раньше это была перекись, которая снижала УИ, но шла в зачёт топлива. Теперь это будет батарея, которая УИ не снижает, но идёт в зачёт сухой массы. Понятно, что килограмм того и килограмм другого дают разные эффекты на выводимую ПН, но для первой ступени это не так существенно. И, потом, я ж начал с того, что сказал, что ЭНА лучше вытесниловки, как небо и земля, и в определённых ситуациях сравнивается с ТНА, а в совсем маленьких ракетах, типа возвратной ракеты с Луны, может и выиграть у ТНА. 20 тонн стартовой массы - это, конечно, маленькая ракета, типа Скаута, но не экстремально маленькая.

Старый> Даже если аккумулятор будет выдавать на двигатель напряжение в 1000 Вольт и кпд двигателя будет 100%, то для получения 1000 кВт потребуется ток в 1000А. Вы представляете себе провод на 1000 ампер?

Представляю. Электрички потребляют 1500-2000 ампер при трогании, а ЭР-200 - 10000 ампер (из-за этого приходилось менять автоматы на Октябрьской дороге, они были рассчитаны на 6000 ампер). Так вот провод там - тоньше моего указательного пальца. А напряжение зато - не 1000 вольт, а 3000 вольт. И ни для чего это не проблема.

А.С.> В ракету "Союз" стартовой массой 300 тонн заправляется без малого 8 тонн перекиси. К.П.Д. маленькой турбины меньше, чем большой. Конечно, если просто поделить 7,5 тонн на 15 раз, получится 500 кг. Ну, признаю, перезаложился - обсчитался в уме в три раза - но на разнице к.п.д. большой и маленькой турбин полтора-два раза набежать могут.

Стартовая масса Союза - 300 тонн, стартовая масса данной ракеты - 15 тонн. Разница в 20 раз. Давление в двигателях у Союза больше.
Итого масса перекиси будет меньше в 20 раз. 350, ну 400 кг. Это никак не 2 тонны.


Старый>> Какие две тонны на аккумулятор? При 20 тоннах стартовой тяги сухая масса ВСЕЙ ракеты будет максимум тонны полторы а то и тонна. Где взять две тонны на аккумулятор?
А.С.> ЭЭЭ, раньше это была перекись, которая снижала УИ, но шла в зачёт топлива. Теперь это будет батарея, которая УИ не снижает, но идёт в зачёт сухой массы. Понятно, что килограмм того и килограмм другого дают разные эффекты на выводимую ПН, но для первой ступени это не так существенно. И, потом, я ж начал с того, что сказал, что ЭНА лучше вытесниловки, как небо и земля, и в определённых ситуациях сравнивается с ТНА, а в совсем маленьких ракетах, типа возвратной ракеты с Луны, может и выиграть у ТНА. 20 тонн стартовой массы - это, конечно, маленькая ракета, типа Скаута, но не экстремально маленькая.

Погодите, вы не поняли. Речь не об относительных, речь об абсолютных цифрах. У ракеты стартовой массой 15 тонн сухая масса будет 1-1.5 тонны. Как в эту массу может войти аккумулятор массой 2 тонны? Понимаете? Аккумулятор получается вдвое тяжелее чем вся ракета!
Что касается относительных цифр, то у Союза перекись составляет менее 3% стартовой массы, а у вас аккумулятор - более 13% стартовой массы!

А.С.> Представляю. Электрички потребляют 1500-2000 ампер при трогании, а ЭР-200 - 10000 ампер (из-за этого приходилось менять автоматы на Октябрьской дороге, они были рассчитаны на 6000 ампер). Так вот провод там - тоньше моего указательного пальца. А напряжение зато - не 1000 вольт, а 3000 вольт. И ни для чего это не проблема.

Да, с палец. Ну пусть с мизинец, пусть диаметр сантиметр. И как будет выглядеть навитая таким проводом обмотка двигателя? Сколько там будет витков? Каков будет размер и масса двигателя? Какова суммарная масса двигателей на электричке?
А как будет решаться проблема изоляции? Будут такие же изоляторы как на электричках?

Старый> Стартовая масса Союза - 300 тонн, стартовая масса данной ракеты - 15 тонн. Разница в 20 раз. Давление в двигателях у Союза больше.
Старый> Итого масса перекиси будет меньше в 20 раз. 350, ну 400 кг. Это никак не 2 тонны.
Не две, не спорю. Но к перекиси полагается пневмогидроавтоматика и т.д.

Старый> Погодите, вы не поняли. Речь не об относительных, речь об абсолютных цифрах. У ракеты стартовой массой 15 тонн сухая масса будет 1-1.5 тонны. Как в эту массу может войти аккумулятор массой 2 тонны? Понимаете? Аккумулятор получается вдвое тяжелее чем вся ракета!

Да и фиг бы с этим! Отношение начальной и конечной масс стоит под логарифмом, а вот УИ, который с электронасосной подачей будет больше, так как перекись в зачёт топлива идёт, но тяги не создаёт, так вот, УИ входит в формулу напрямую. К тому же, конечная масса - это не сухая. Для первой ступени конечная масса - это масса заправленной второй ступени, плюс масса ПН, плюс масса конструкции первой ступени, плюс масса невырабатываемых остатков. И равно оно всё где-то от 1/е до 1/3 стартовой, то есть, около 5,5 тонн. Надо конкретно считать, что мы теряем, а что приобретаем. Предположим, движок имеет УИ у земли 264 секунды, т.е. расходует 75,76 кг/с топлива, включая перекись. Предположим, в баки первой ступени заправлено 9500 кг топлива, включая 400 кг перекиси. При этом первая ступень работает 125 секунд, стартовый 15000, конечный 5500 кг, ХС первой ступени получается 2590 м/с. Теперь, добавляем 2 тонны батареи, выкидываем 400 кг перекиси, получается конечная масса 7,1 тонны, начальная 16,5 тонны, тяга та же (камеру мы не меняли), но УИ увеличился с 264 до 275,6 секунд, ХС 2280 м/с. Потеряли 310 м/с, т.е. 12%. Ну, дофига, конечно, но не настолько дофига, как могло бы быть. И эти расчёты грубые. И часть потерь ХС можно отыграть выбором более оптимальной траектории. Для разных конечных масс оптимальные траектории будут, очевидно, разными.

Старый> Что касается относительных цифр, то у Союза перекись составляет менее 3% стартовой массы, а у вас аккумулятор - более 13% стартовой массы!

А какую бы долю стартовой массы составили баки, выдерживающие 60-80 атмосфер? Да плюс баллоны для гелия - сам гелий на их фоне можно и не считать... А ведь ракеты на вытесниловке долетали до орбиты... Диамант, например. Правда, там давление, как в баках, так и в КС было сильно меньше.

Старый> Да, с палец. Ну пусть с мизинец, пусть диаметр сантиметр. И как будет выглядеть навитая таким проводом обмотка двигателя? Сколько там будет витков? Каков будет размер и масса двигателя?

Я уже писал - двигатель на мегаватт на современных технологиях помещается в 180 кг и имеет при этом к.п.д. 96%. Размеры - хоть и больше турбины на мегаватт, но удобоваримые. И проблемы изоляции давно решены.

Больше того, 180 кг на мегаватт рассчитано, исходя из сплошных проводов. Если сделать провода трубчатыми, охлаждать их изнутри и пожертвовать парой процентов к.п.д., движок можно облегчить почти вдвое. Правда, габариты при этом несколько возрастут. Но вес движка тут невелик, по сравнению с весом батареи.

Старый> А как будет решаться проблема изоляции? Будут такие же изоляторы как на электричках?

Нет. Более дорогие, существенно менее долговечные (электричка ездит 30 лет, а нам достаточно 2, ну, пусть 5 минут работы), зато лёгкие, компактные и эффективные.

Вообще, цена - вот что стоит на пути такого девайса. Именно цена такой батареи и не даёт её применить в устройстве масштаба "20 тонн".

А.С.> Не две, не спорю. Но к перекиси полагается пневмогидроавтоматика и т.д.

А к аккумулятору прилагается бортовая кабельная сеть и электроавтоматика. Сколько будут весить провода которые позволяют набрать из литиевых элементов батарею на 1000В и 1000А?

А.С.> Да и фиг бы с этим! Отношение начальной и конечной масс стоит под логарифмом, а вот УИ, который с электронасосной подачей будет больше, так как перекись в зачёт топлива идёт, но тяги не создаёт, так вот, УИ входит в формулу напрямую.

Ну вот и посчитайте. Я считаю так что если сухую массу второй ступени увеличить вдвое-втрое то для ПН веса не останется.
Прирост УИ можно прикинуть так: у РД-107/108 суммарный расход всех компоннентов составляет 330 кг/с. В т.ч. перекись - 10 кг/с. То есть расход перекиси составляет 3% общего расхода. Если его убрать то УИ возрастёт на те же 3%. То есть на 7 сек у земли и на 10 в вакууме. Негусто... Вы уверены что трёхкратное увеличение сухой массы окупится?

А.С.> Надо конкретно считать, что мы теряем, а что приобретаем.

Посчитайте.

А.С.> Предположим, движок имеет УИ у земли 264 секунды, т.е. расходует 75,76 кг/с топлива, включая перекись. Предположим, в баки первой ступени заправлено 9500 кг топлива, включая 400 кг перекиси. При этом первая ступень работает 125 секунд, стартовый 15000, конечный 5500 кг, ХС первой ступени получается 2590 м/с. Теперь, добавляем 2 тонны батареи, выкидываем 400 кг перекиси, получается конечная масса 7,1 тонны, начальная 16,5 тонны,

Абалдеть! А чего это у вас стартовая масса увеличилась на полторы тонны??? Нет уж, вы стартовую массу оставьте как было, а полторы тонны топлива слейте.

А.С.> А какую бы долю стартовой массы составили баки, выдерживающие 60-80 атмосфер? Да плюс баллоны для гелия - сам гелий на их фоне можно и не считать...

Какие баки??? Какие баллоны? Мы сравниваем турбонасосную подачу с электронасосной или уже чтото другое?
Если мы переходим на вытеснительную то естественно там ни о каких 80 атмосферах не может быть и речи.

А.С.> А ведь ракеты на вытесниловке долетали до орбиты... Диамант, например.

Вот! А с электронасосной - не долетали. И не долетят. Нигде и никогда. И никаких шансов.

А.С.> Я уже писал - двигатель на мегаватт на современных технологиях помещается в 180 кг и имеет при этом к.п.д. 96%.

"Вы писали" это конечно хорошо. Но нельзя ли где глянуть чтоб ещё кто-нибудь такое же писал? Одним словом есть ли где ссылочка на действующий образец и его параметры?
Опять же насчёт двигателей электрички вы не ответили...

А.С.> Размеры - хоть и больше турбины на мегаватт, но удобоваримые.

Да, с размером вопрос тоже интересный. Каков будет размер мегаватного электромоторчика? И диаметр ракеты стартовой массой в 15 тонн?

А.С.> Больше того, 180 кг на мегаватт рассчитано, исходя из сплошных проводов.

Нет, стоп. "Рассчитано" или "получено на действующем образце"?

А.С.> Если сделать провода трубчатыми, охлаждать их изнутри...

На весе и габаритах это конечно никак не скажется?

А.С.> Но вес движка тут невелик, по сравнению с весом батареи.

Это уж точно... Моторчик для привода ТНА окажется тяжелее и больше чем весь остальной ЖРД вместе взятый, но по сравнению с батарейкой это действительно слёзы...

А.С.> Вообще, цена - вот что стоит на пути такого девайса. Именно цена такой батареи и не даёт её применить в устройстве масштаба "20 тонн".

Не переводите стрелки. Цена тут не при чём. Газотурбинный двигатель имеет на пару порядков бОльшую удельную мощность чем аккумуляторно-электромоторный. Чем и определяется его широкое применение на летающей технике и даже на танках. А у аккумуляторов никаких шансов.

Да, уж.
Киса Воробьянинов

Старый> "Вы писали" это конечно хорошо. Но нельзя ли где глянуть чтоб ещё кто-нибудь такое же писал? Одним словом есть ли где ссылочка на действующий образец и его параметры?

Вот моторчик с удельной мощностью 4 киловатта на килограмм:

При его увеличении удельная мощность только улучшится. КПД у него 94%
И это - ширпотреб!

Старый> Да, с размером вопрос тоже интересный. Каков будет размер мегаватного электромоторчика? И диаметр ракеты стартовой массой в 15 тонн?

Оптимум диаметра ракеты по конструкции - около 125 см, по аэродинамике - 90 см. Размеры мотора на 800 кВт будут где-то в районе 0,5 метра в длину и 0,3 метра в диаметре.

А.С.>> Больше того, 180 кг на мегаватт рассчитано, исходя из сплошных проводов.
Старый> Нет, стоп. "Рассчитано" или "получено на действующем образце"?

Есть движки такого типа на 125 кВт. Более мощные не востребованы. Поэтому данных по ним у меня нет. Но они, безусловно, возможны. Но, даже если предположить, что 125 кВт - предел, можно поставить четыре мотора на один вал.

А.С.>> Если сделать провода трубчатыми, охлаждать их изнутри...
Старый> На весе и габаритах это конечно никак не скажется?

Вес трубчатых проводов, безусловно, меньше. Так что, скажется, и в лучшую сторону.

А.С.>> Но вес движка тут невелик, по сравнению с весом батареи.
Старый> Это уж точно... Моторчик для привода ТНА окажется тяжелее и больше чем весь остальной ЖРД вместе взятый, но по сравнению с батарейкой это действительно слёзы...

Да, но ТНА потребляет топливо, и оно тоже весит больше, чем двигатель. И что с того?

А.С.>> Вообще, цена - вот что стоит на пути такого девайса. Именно цена такой батареи и не даёт её применить в устройстве масштаба "20 тонн".
Старый> Не переводите стрелки. Цена тут не при чём. Газотурбинный двигатель имеет на пару порядков бОльшую удельную мощность чем аккумуляторно-электромоторный.

У вас устаревшие понятия. Вы сравниваете газотурбинный двигатель с каким-нибудь асинхронным электромотором середины прошлого века. Если, конечно, порядки не двоичные...

Старый> Чем и определяется его широкое применение на летающей технике и даже на танках. А у аккумуляторов никаких шансов.

У аккумуляторов энергоёмкость меньше, чем у топлива кислород-керосин, это правда, но кпд у электродвигателей выше, чем у турбины. Кроме того, если схема открытая, всю энергию кислород-керосинового топлива использовать для ТНА не удаётся, компонентов потребляется больше - или городится огород с перекисью водорода и т.д. На двух этих моментах порядок (десятичный) отыгрывается легко. Остающаяся разница - два-три раза, то есть, полпорядка (десятичного).

А.С.> Вот моторчик с удельной мощностью 4 киловатта на килограмм:
А.С.> Бесколлекторный двигатель AXI 5345/16

Я не заметил где там указана мощность...
И что там за регулятор к моторчику советуют купить?

А.С.> При его увеличении удельная мощность только улучшится. КПД у него 94%

А как у него с оборотами? При увеличении оборотов характеристики сохранятся?

А.С.> Есть движки такого типа на 125 кВт.

А можно ссылку на этот, самый мощный? Подозреваю что увеличение его линейных размеров вдвое какраз даст нам 1000 кВт.

А.С.> можно поставить четыре мотора на один вал.

Перебор...

А.С.> Да, но ТНА потребляет топливо, и оно тоже весит больше, чем двигатель. И что с того?

Я уже говорил: удельная энергоёмкость топлива как минимум на порядок выше чем аккумулятора, и в отличие от аккумулятора оно расходуется в полёте. В смысле его вес уменьшается.

А.С.> У вас устаревшие понятия. Вы сравниваете газотурбинный двигатель с каким-нибудь асинхронным электромотором середины прошлого века. Если, конечно, порядки не двоичные...

А с тех пор законы электротехники сильно изменились? Или сделаны какието революционные изобретения?

А.С.> У аккумуляторов энергоёмкость меньше, чем у топлива кислород-керосин, это правда, но кпд у электродвигателей выше, чем у турбины.

Приведённые в расчёте расходы перекиси у РД-107/108 фактические, т.е. с учётом кпд и всего. Выхлоп ТНА можно использовать для управления.

А.С.> Кроме того, если схема открытая, всю энергию кислород-керосинового топлива использовать для ТНА не удаётся, компонентов потребляется больше

Я вам привёл величину сколько перекиси используется реально на двигателе который летает с 1957 года. На современных двигателях наверно меньше.


А.С.> - или городится огород с перекисью водорода и т.д. На двух этих моментах порядок (десятичный) отыгрывается легко. Остающаяся разница - два-три раза, то есть, полпорядка (десятичного).

Можно конечно сделать и двигатель замкнутой схемы. Но реально для небольшой ракеты в 15 тонн делается вытеснительная подача.

А.С.>> Вот моторчик с удельной мощностью 4 киловатта на килограмм:
А.С.>> Бесколлекторный двигатель AXI 5345/16
Старый> Я не заметил где там указана мощность...

Там указан к.п.д. - 94%, количество литиевых батарей - 9-12 (ориентировочно 33-36 вольт), и ток - 90 ампер.

Старый> И что там за регулятор к моторчику советуют купить?

Моторчик бесколлекторный - все бесколлекторные моторы нуждаются в специальной схеме, коммутирующей фазы.

А.С.>> При его увеличении удельная мощность только улучшится. КПД у него 94%
Старый> А как у него с оборотами? При увеличении оборотов характеристики сохранятся?

При увеличении оборотов удельный вес падает, т.е. мотор на 1 кВт 10000 об/мин легче, чем на 5000 об/мин - и это верно для всех типов моторов (включая асинхронные). Потому что вес связан с величиной крутящего момента, и для высокооборотного крутящий момент меньше.

А.С.>> Есть движки такого типа на 125 кВт.
Старый> А можно ссылку на этот, самый мощный? Подозреваю что увеличение его линейных размеров вдвое какраз даст нам 1000 кВт.

В инете - не нашёл.

А.С.>> можно поставить четыре мотора на один вал.
Старый> Перебор...

Копиисты ставят - они тоже ограничены поперечным габаритом.

Старый> А с тех пор законы электротехники сильно изменились? Или сделаны какието революционные изобретения?

Законы не изменились, а вот революционные изобретения, действительно, появились. Это:
1. жидкостные подшипники для высокооборотных электродвигателей
2. бесколлекторные двигатели с электронными регуляторами
3. редкоземельные магнитные материалы со свойствами, невообразимыми даже в 50-е годы прошлого века
4. литиевые батареи и аккумуляторы с разрядными токами до 30С

А.С.>> У аккумуляторов энергоёмкость меньше, чем у топлива кислород-керосин, это правда, но кпд у электродвигателей выше, чем у турбины.
Старый> Приведённые в расчёте расходы перекиси у РД-107/108 фактические, т.е. с учётом кпд и всего. Выхлоп ТНА можно использовать для управления.
Только по крену - по тангажу и рысканию энергетики не хватает. У РД-119 выхлоп ТНА управлял по трём осям, но там он портил УИ аж на 5%

А.С.>> Кроме того, если схема открытая, всю энергию кислород-керосинового топлива использовать для ТНА не удаётся, компонентов потребляется больше
Старый> Я вам привёл величину сколько перекиси используется реально на двигателе который летает с 1957 года. На современных двигателях наверно меньше.

Одна из причин использования перекиси - при открытой схеме и сладком газе потребление топлива на ТНА больше, чем перекиси. Ну, и сажа, опять же...

Старый> Можно конечно сделать и двигатель замкнутой схемы. Но реально для небольшой ракеты в 15 тонн делается вытеснительная подача.

Один из случаев, при которых ЭНА выигрывает не только у вытесниловки, но и у ТНА - взлёт возвратной ракеты с Луны. Другой - апогейная ЖРДУ большого телекоммуникационного спутника. У него УЖЕ ЕСТЬ большие аккумуляторы.

Андрей, а что можно сказать об удельной мощности (мощность, делённая на массу) электродвигателей/генераторов мегаватт на 50, исполненных из сверхпроводников, охлаждаемых криогенным водородом? Вам доступны какие-либо оценки на перспективу?

Streamflow> Андрей, а что можно сказать об удельной мощности (мощность, делённая на массу) электродвигателей/генераторов мегаватт на 50, исполненных из сверхпроводников, охлаждаемых криогенным водородом? Вам доступны какие-либо оценки на перспективу?

Апроксимативно можно оценить отсюда : Холодное сердце корвета будущего использует чудеса сверхпроводимости

Модель мощностью 36,5 мегаватт при 120 об/мин весит 69 тонн и имеет толщину в 3,4 метра, ширину 4,6 метра, а высоту 4,1 метра - необходимо пересчитать с 120об/мин на, например, 12000об/мин Кроме того, большую часть массы в этом моторчикЕ занимает система охлаждения и термостатирования - ненужная в составе ТНА.
В обмотке ротора здесь используются сверхпроводники BSCCO и Bi-2223 (оксид сложного состава на основе висмута), которые работают при температуре 35-40 градусов по Кельвину. Охлаждаются они газообразным гелием, подводимым через полый вал к ротору машины.
А вот промышленные высокотемпературные магнитостойкие сверхпроводящие кабели


Ник

Д.В.> Нет у частных ракет никакого будущего. Без государственной поддержки.
А у частных спутников?

В.М.> Изготовители Saturn-5 - частные или государственные?
Не, Владимир, это неверная логика. Сатурн делали условно-частные корпорации, сами в дикой степени зависимые от государства. Причем делали строго по госзаказу.

Тут дело в другом. Ракеты будут востребованы, если будет ПН. Пока львиную часть ПН дает государство оно и будет устанавливать правила игры, а изготовители РН - пользоваться особенностями госзаказа (в виде бабкопопила, в частности). Вот о чем Дмитрий.

В.М.>> Изготовители Saturn-5 - частные или государственные?
Bell> Не, Владимир, это неверная логика. Сатурн делали условно-частные корпорации, сами в дикой степени зависимые от государства. Причем делали строго по госзаказу.

Это я более чем осознаю. Но - даже будучи крпными корпорациями (что здорово ухудшает эффективность управления) только они смогли организовать и обеспечить техническое выполнение такого проекта. А не цликом госпредприятия. Что касается госзаказа - другого тогда не было.

Bell> Тут дело в другом. Ракеты будут востребованы, если будет ПН.

И снова- абсолютно согласен.

Bell>Пока львиную часть ПН дает государство оно и будет устанавливать правила игры, а изготовители РН - пользоваться особенностями госзаказа (в виде бабкопопила, в частности). Вот о чем Дмитрий.

Уже спрос на вывод сугубо коммерческих спутников - высок и растет дальше. Не удивлюсь, если лет через пять кто-то из "больших" наладит выпуск и целиком "коммерческой" РН размерности скажем Зенита. Тут бы владельцам конструкции - и шансы в руки, но, скорее увы - другие головы над креслами в дубовых кабинетах нужны...

Fakir> Давайте не будем забывать и о всяких режимах нераспространения и продукции двойного назначения...

Вполне возможно сегодня сконструировать РН класса Союза вообще не пользуясь специальными и двойного назначения материалами и технологиями. То, что в той же Р-7 или даже в Сатурне-Фау было сверхпередовым., нонче в любом приличном гараже можно найти. И при этом ЛТХ будут даже лучше, чем у той же Р-7

Ник

Fakir> Старичок Союз при желании запускающей стороны вполне долетит до середины Днепра до Вашингтона

Кого это интрсует при сроке готовности в несколько суток? С таким же успехом эту ПН может доставит рутановский вояджер..

Fakir> И то, что вероятность этого ничтожна, вы будете объяснять не мне, а совсем другим дядям

Я никик не могу пока, увы, повлиять на уровнь их нобразованности ( воббще-то БЕЗгармотности и идиотизма).