РН сверхлегкого класса - есть ли у них будущее

Татарин>> Ракетные двигатели - очень недешёвые.

s.t.> А что дороже РДТТ или ЖРД?

Есть значительный перехлест и много всяких факторов. Например, европейцы выиграли приличную сумму закрывая завод по производству сегментированных ТТУ для Ариан 5, и используя монолитные от Веги для Ариан 6. То есть выгоднее их везти из Италии, несмотря на расстояние. То есть если, скажем, удалось использовать РДТТ от "Тополя" или иной серийной ракеты с минимальными переделками - профит! Если нухно мотать свой - пропало дело, даже Сколково не спасет.

В целом, и очень приблизительно, ЖРД дороже. Но если ракета многоразовая, то это все меняется. Ну и потом, если брать прицел на рост, то самая маленькая ракета должна быть совместима с последующими, иначе будет как у Орбитала (при переходе на Антарес).

Отличный пример того, как можно делать сравнительно дешевую твердотопливную ракету - это японский "Эпсилон". Многоразовость побоку, рост ПН побоку, используем на нижней ступени готовый РДТТ от SRB-A, на верхней ступени старый задел по M-V, добавляем современные компьютерные технологии - лепота. Дешевле Веги. Но Лину нужно не это.

zaitcev> В целом, и очень приблизительно, ЖРД дороже.
Это заблуждение. РДТТ дешевле, если использовать самое простое топливо, никакой экзотики, типа октогена или динитрамида аммония вкупе с гидридом алюминия, простые стальные корпуса, простые графитово-фенольные сопла, и выпускать их тысячами.
Если любое из трёх условий нарушено, РДТТ выходят дороже ЖРД.
Впрочем, накрутка фирмы-изготовителя или посредника всё равно может убить разницу.

Б.г.> ... и выпускать их тысячами.
Внезапно все стало ясно.

zaitcev> Отличный пример того, как можно делать сравнительно дешевую твердотопливную ракету

Это только если есть задел по теме, понаделали в ходе выполнения других военных и космических программ. Если нет, то на выходе получится какой нибудь Тополь-М с соответствующей стоимостью.

zaitcev>> В целом, и очень приблизительно, ЖРД дороже.
Б.г.> Это заблуждение.
Предлагаю вернуться к обсуждению "Минимум миниморум". ПН - 10 кг.
Топливная пара керосин-жидкий кислород. Вытеснительная схема подачи. Одинаковые блоки. Одинаковые движки, на верхней ступени с высотным соплом. Апогейный импульс РДТТ вроде РДМ-60 СашиМакс, примерно 170 м. Стабилизация до апогейного импульса - закруткой.

Полл> Топливная пара керосин-жидкий кислород. Вытеснительная схема подачи. Одинаковые блоки. Одинаковые движки, на верхней ступени с высотным соплом. Апогейный импульс РДТТ вроде РДМ-60 СашиМакс, примерно 170 м. Стабилизация до апогейного импульса - закруткой.

Если ракета кустарная, то надо брать во-первых - некриогенные компоненты, а во-вторых - дающие воспроизводимые параметры.

То есть в качестве топлива - толуол, ксилол (доступно по цене и стабильно по характеристикам, так как чистые компоненты, а не смеси). В качестве окислителя - перекись, азотная кислота, закись азота.

Если делать шаг в сторону более изощрённых топлив, то я бы рассматривал производные пропаргилового спирта или пропаргиламина. Ацетиленовая связь в составе топлива должна хорошо себя проявить, на уровне ацетама. Гидразин, в конце концов.

Чуть не написал Анилин. Но это самин в его новом проявлении получится.

Вытеснительная подача для криогеники мне вообще не нравится, так как за счёт охлаждения газа наддува - его потребуется слишком много по массе. Ну или балластные потери невыработки окислителя вырастут.

Naib> Если ракета кустарная, то надо брать во-первых - некриогенные компоненты, а во-вторых - дающие воспроизводимые параметры.
А если хочешь получить нормальный рез в кустарных условиях - бери кислородную горелку, причем именно криогенную!
Ты не находишь, что страх перед криогеникой стал настолько общим местом, что,возможно, уже не соответствует действительности?

Naib> Вытеснительная подача для криогеники мне вообще не нравится, так как за счёт охлаждения газа наддува - его потребуется слишком много по массе. Ну или балластные потери невыработки окислителя вырастут.
Слишком много при использовании гелия и азота это сколько?

evgenaleks> в сесеэре
Пиши правильно, уважай себя.

evgenaleks> было пално ракет геодезических
В России до недавнего времени, пока не конвертировали ЗУРку "Панциря", была нехватка геодезических ракет.

evgenaleks> вазможна использовать зенитные ракеты али ракеты воздух- воздух , как 2 ступень
Если ты про старые, советские, то они стухли. Все же Советский Союз кончился 30 лет назад, шашки твердотопливных движков столько не живут.
Если ты про новые, то они очень дорогие, в массе своей. Можно подумать об КБПшной "Мере", той самой ЗУРке "Панциря" в штатском. Но у нее активный участок всего две секунды, соответственно перегрузки за полсотни g. Что для коммерческой или любительской нагрузки не приемлемо.

Полл> А если хочешь получить нормальный рез в кустарных условиях - бери кислородную горелку, причем именно криогенную!

Да вроде всегда хватало баллонов.

Полл> Ты не находишь, что страх перед криогеникой стал настолько общим местом, что,возможно, уже не соответствует действительности?

Просто криогеника - ещё куда ни шло. Но криогеника под давлением в пару десятков атмосфер - это уже другое дело. Металлы охрупчиваются, пластики тоже. ЛКТР нужно учитывать очень тщательно (так как клапана начинают течь, если не имеют специального исполнения)

Кроме того - потери кислорода при задержке старта и обмерзание корпуса ракеты. Всё это не столь существенно для больших ракет, но для малых - уже весьма.

Naib>> Вытеснительная подача для криогеники мне вообще не нравится, так как за счёт охлаждения газа наддува - его потребуется слишком много по массе. Ну или балластные потери невыработки окислителя вырастут.
Полл> Слишком много при использовании гелия и азота это сколько?

PV=nRT
P - давление (Па)
V - объём (м3)
n - количество вещества (моль)
R = 8,314
T - температура (К)

Пусть давление 50 атм, температура 200 К (-73 градуса), тогда 1 моль азота (28 г) займёт 0,33 л. Литр будет весить 85 г. Для гелия - 12,2 г. Для кислорода - 97 г

Полл>> А если хочешь получить нормальный рез в кустарных условиях - бери кислородную горелку, причем именно криогенную!
Naib> Да вроде всегда хватало баллонов.
На северах возле любого объекта покрупнее геологоразведывательной буровой ставится кислородная станция.
Как минимум достаточно часто.

Naib> Просто криогеника - ещё куда ни шло. Но криогеника под давлением в пару десятков атмосфер - это уже другое дело. Металлы охрупчиваются, пластики тоже. ЛКТР нужно учитывать очень тщательно (так как клапана начинают течь, если не имеют специального исполнения)
Погоди.
Нам "под давлением" нужно уже в работе. Которая длится от силы пару сотен секунд в самом лучшем для нас случае. До этого у нас баллон с жидким кислородом при атмосферном давлении. В принципе, можно извернуться и вообще без клапанов систему подачи сделать (сифон).

Naib> Кроме того - потери кислорода при задержке старта и обмерзание корпуса ракеты. Всё это не столь существенно для больших ракет, но для малых - уже весьма.
Ну так для малой ракеты и заправку жидким кислородом можно вести после принятия решения на старт, надо не сотни тонн залить.

Naib> Naib>> Вытеснительная подача для криогеники мне вообще не нравится, так как за счёт охлаждения газа наддува - его потребуется слишком много по массе. Ну или балластные потери невыработки окислителя вырастут.

Naib> Пусть давление 50 атм,
50 атмосфер - это слишком много. От силы будет 25. (Позже) А может будет и 50 атм. Посмотрел снова характеристики коммерческих метановых композитных баков - у них с 20 МПа давление только начинается.

Naib> температура 200 К (-73 градуса),
Над жидким кислородом? Даже при 50 атм температура кипения кислорода - -118,5 Цельсия, ~160 K.

Naib> тогда 1 моль азота (28 г) займёт 0,33 л. Литр будет весить 85 г. Для гелия - 12,2 г. Для кислорода - 97 г
Литр жидкого кислорода весит 1,14 кг. То есть потери окислителя на наддув бака менее 10%. При использовании гелия - масса газа наддува в первые проценты от массы окислителя.

Naib>> Просто криогеника - ещё куда ни шло. Но криогеника под давлением в пару десятков атмосфер - это уже другое дело. Металлы охрупчиваются,

Алюминий - нет. Обычный АМг-6 даже набирает 10-15% прочности и ударной вязкости при кислородной температуре.

Naib>> пластики тоже.

Как показывает опыт Garvey Space, стеклопластиковые баки для ЖК с вытеснительной подачей - вполне осуществимая штука.

Naib>> ЛКТР нужно учитывать очень тщательно (так как клапана начинают течь, если не имеют специального исполнения)

Ну, эт в любом случае источник геморроя. На сколько там сантиметров укорачивался ЦБ "Энергии" после заправки? Ведь основную часть длины занимал водородный бак, работавший при т-ре -253. А боковушки укорачивались куда слабее, ведь у них керосин вообще был "слегка охлаждённый", а кислород имел т-ру -185 примерно.

Полл> Погоди.
Полл> Нам "под давлением" нужно уже в работе. Которая длится от силы пару сотен секунд в самом лучшем для нас случае. До этого у нас баллон с жидким кислородом при атмосферном давлении. В принципе, можно извернуться и вообще без клапанов систему подачи сделать (сифон).
Naib>> Кроме того - потери кислорода при задержке старта и обмерзание корпуса ракеты. Всё это не столь существенно для больших ракет, но для малых - уже весьма.

Для малых, особенно, с вытеснительной подачей, есть ещё одна засада, о которой все дружно забывают. Кислород под атмосферным давлением кипит, чем поддерживает свою температуру на уровне -183 градуса, но, с подачи команды "ключ на дренаж" кипение прекращается, температура кислорода начинает расти, а плотность - падать.
И, при вытеснительной подаче, за время активного участка плотность успевает упасть настолько заметно, что нарушается режим работы движка, ведь автоматика обычно настраивается на объёмный расход!
Когда адаптировали РД-180 для Атлас-3, пришлось переделывать автоматику, т.к. у Атласа бак всё время под наддувом, и т-ра кислорода -175.

Полл> Ну так для малой ракеты и заправку жидким кислородом можно вести после принятия решения на старт, надо не сотни тонн залить.

Сотни тонн заливать, действительно, не надо, а, вот, заправлять заранее всё-таки надо, ибо заправка кислородом - процесс итерационный, нужно захолодить баки и заправочные магистрали.

Жалко, материалы Кармака и вообще Армадилло Аэроспейс более не доступны в ынтернете, там это было всё очень хорошо видно.

Б.г.> Для малых, особенно, с вытеснительной подачей, есть ещё одна засада, о которой все дружно забывают. Кислород под атмосферным давлением кипит, чем поддерживает свою температуру на уровне -183 градуса, но, с подачи команды "ключ на дренаж" кипение прекращается, температура кислорода начинает расти, а плотность - падать.
Интересно.
А если использовать переохлажденный кислород, с шугой?

Б.г.> Сотни тонн заливать, действительно, не надо, а, вот, заправлять заранее всё-таки надо, ибо заправка кислородом - процесс итерационный, нужно захолодить баки и заправочные магистрали.
Так может их и захолодить... и держать в холодильнике?

Посчитал РН из "кубиков".
Кубик - комплект из баков с автоматикой и трубопроводами на 250 кг топлива, движок тягой 300 кгс, весом 10 кг. Весовое совершенство бака вместе с системой вытеснения - 0,15.
На первой ступени УИ взят 240 с, по три двигателя на кубик.
Всего в ступени 14 кубиков.
На второй ступени УИ взят 250 с (чуть ниже, чем у РД-107), по 1 двигателю на кубик.
В ступени 10 кубиков.
На третьей ступени УИ взят 300 с, масса двигателя - 15 кг, 1 двигатель.
В ступени 1 кубик.
Апогейная ДУ - твердотопливный двигатель с УИ 120 с и массой топлива 2 кг.

Взлетная масса - 7770 кг.
ХС - 9150 м/с.
ПН на НОО - 10 кг.

Б.г.>> Для малых, особенно, с вытеснительной подачей, есть ещё одна засада, о которой все дружно забывают. Кислород под атмосферным давлением кипит, чем поддерживает свою температуру на уровне -183 градуса, но, с подачи команды "ключ на дренаж" кипение прекращается, температура кислорода начинает расти, а плотность - падать.
Полл> Интересно.
Полл> А если использовать переохлажденный кислород, с шугой?

С шугой его в форсунки не подашь. А переохлаждённый можно, но плотность всё равно за время активного участка успеет упасть.

Б.г.>> Сотни тонн заливать, действительно, не надо, а, вот, заправлять заранее всё-таки надо, ибо заправка кислородом - процесс итерационный, нужно захолодить баки и заправочные магистрали.
Полл> Так может их и захолодить... и держать в холодильнике?

А как? Захолаживают тем же кислородом, и дальше им же и держат, компенсируя испарение подпиткой.

Полл> Посчитал РН из "кубиков".
Полл> Кубик - комплект из баков с автоматикой и трубопроводами на 250 кг топлива, движок тягой 300 кгс, весом 10 кг. Весовое совершенство бака вместе с системой вытеснения - 0,15.

А синхронизация? На "семёрке" пришлось организовывать управление расходом, чтобы во всех боковушках топливо кончалось синхронно. Для этого в баках пришлось поставить датчики уровня топлива, чтобы разница была видна без задержки.

Без этого гарантийные запасы в кубиках получаются слишком большими. Ну, то есть, сколько-то всё равно нужно, но 0,15 с учётом гарантийных запасов в конце не получить.

Полл> На первой ступени УИ взят 240 с, по три двигателя на кубик.

У земли? с вытесниловкой? щедро.

Полл> Всего в ступени 14 кубиков.

Дмитрий Воронцов наглядно показал, что плохо работает такая система.

Б.г.> С шугой его в форсунки не подашь. А переохлаждённый можно, но плотность всё равно за время активного участка успеет упасть.
Значит нужен датчик температуры топлива в баке и расчет плотности по нему?

Б.г.> А как? Захолаживают тем же кислородом, и дальше им же и держат, компенсируя испарение подпиткой.
Ну так у нас ракета метров 6-7 в высоту. Сделать на нее термокожух и захолаживать его?
Конечно, при этом встает вопрос, как быть с горючим.

Б.г.> А синхронизация? На "семёрке" пришлось организовывать управление расходом, чтобы во всех боковушках топливо кончалось синхронно. Для этого в баках пришлось поставить датчики уровня топлива, чтобы разница была видна без задержки.
А у нас с одного бока ракеты минимум 3 кубика. Чтобы появился существенный пекрекос тяги нужно, чтобы все три кубика кончились ранее трех кубиков с другой стороны.
Большое количество кубиков тут должно играть на руку, что бы центровка по массе и тяге не уходила сильно.

Полл>> На первой ступени УИ взят 240 с, по три двигателя на кубик.
Б.г.> У земли? с вытесниловкой? щедро.
Это усредненный УИ, даже первая ступень работает до высоты более 20 км.

Полл>> Всего в ступени 14 кубиков.
Б.г.> Дмитрий Воронцов наглядно показал, что плохо работает такая система.
Когда, напомни?

Б.г.>> С шугой его в форсунки не подашь. А переохлаждённый можно, но плотность всё равно за время активного участка успеет упасть.
Полл> Значит нужен датчик температуры топлива в баке и расчет плотности по нему?

Да, и компьютер должен менять режим автоматики так, чтобы УИ был максимальным. Не очень это тривиально при вытеснительной подаче. А, главное, на таком регуляторе значительные потери давления, что обычно неприемлемо при вытеснительной подаче.

Б.г.>> А как? Захолаживают тем же кислородом, и дальше им же и держат, компенсируя испарение подпиткой.
Полл> Ну так у нас ракета метров 6-7 в высоту. Сделать на нее термокожух и захолаживать его?

Ну, вот, у Маска один из Фальконов-1 с этим термокожухом и улетел. В нём конденсируется водяной пар из атмосферы, и, через некоторое время образует прочную ледяную корку, благодаря негладкой структуре композитного бака, практически неотделяемую от него.

Полл> А у нас с одного бока ракеты минимум 3 кубика. Чтобы появился существенный пекрекос тяги нужно, чтобы все три кубика кончились ранее трех кубиков с другой стороны.

Не-не-не! не в перекосе тяги дело, а в массовом совершенстве! Выключать "по одному" эти "кубики" не выходит всё равно, а, если выключать синхронно, надо выключать, когда ещё во всех есть топливо. И, без синхронизации, его остаётся слишком много. А с синхронизацией - потери давления.

Полл> Большое количество кубиков тут должно играть на руку, что бы центровка по массе и тяге не уходила сильно.

Ну, если очень большое... Как в ОТРАГе - штук 49 на первой ступени, тогда можно и выключать.

Полл>>> На первой ступени УИ взят 240 с, по три двигателя на кубик.
Б.г.>> У земли? с вытесниловкой? щедро.
Полл> Это усредненный УИ, даже первая ступень работает до высоты более 20 км.
Полл>>> Всего в ступени 14 кубиков.
Б.г.>> Дмитрий Воронцов наглядно показал, что плохо работает такая система.
Полл> Когда, напомни?
Да не раз он здесь писал про свой отчёт для Лин Индастриал, и даже выкладывал ссылку на выдержку из него.

Б.г.> Да, и компьютер должен менять режим автоматики так, чтобы УИ был максимальным. Не очень это тривиально при вытеснительной подаче. А, главное, на таком регуляторе значительные потери давления, что обычно неприемлемо при вытеснительной подаче.
Подожди, я отстал.
Про какой режим автоматики ты говоришь?
Какие потери давления идут на регуляторе подачи компонентов топлива?

Б.г.> Ну, вот, у Маска один из Фальконов-1 с этим термокожухом и улетел. В нём конденсируется водяной пар из атмосферы, и, через некоторое время образует прочную ледяную корку, благодаря негладкой структуре композитного бака, практически неотделяемую от него.
Ну это уж типичная ошибка пионера. В смысле - первопроходца. Уж коли есть нормальный термокожух, сделать над ракетой гермокожух, под который подавать осушенный воздух - не сложное дело.

Б.г.> Выключать "по одному" эти "кубики" не выходит всё равно,
А почему?

Б.г.> Да не раз он здесь писал про свой отчёт для Лин Индастриал, и даже выкладывал ссылку на выдержку из него.
Предположу, речь опять идет где-то про промежуток 2013-2016г? Как бы его теперь найти. Пробежка по Гуглю с поисковым запросом "Дмитрий Воронцев, отчет, Лин Индастриз" - ничего не дала.

Полл> Подожди, я отстал.
Полл> Про какой режим автоматики ты говоришь?

Если у нас плотность ЖК 1,114 (нормальная плотность при -183), то объёмное соотношение компонентов должно быть, допустим 2,2. И автоматика двигателя должна его поддерживать. Для этого используется управляемый дроссель - такая штука, у которой, например, в двух цилиндрах прорезаны окна, и поворот одного цилиндра относительно другого вызывает изменение площади просвета и гидравлического сопротивления.
Без такой штуки любые изменения на входе неизбежно передаются и на выход.
К концу работы двигателей первой ступени плотность ЖК может упасть аж до 0,885 (реально было у Кармака в одном из опытов), почти до плотности керосина, и объёмное соотношение должно уже быть 2,8. Сделать это можно, фактически, лишь одним способом - введя дополнительное сопротивление в тракте подачи перед двигателем, и постепенно его уменьшая.

Полл> Какие потери давления идут на регуляторе подачи компонентов топлива?

Атмосфер 10, у РД-107, например.

Б.г.>> Ну, вот, у Маска один из Фальконов-1 с этим термокожухом и улетел. В нём конденсируется водяной пар из атмосферы, и, через некоторое время образует прочную ледяную корку, благодаря негладкой структуре композитного бака, практически неотделяемую от него.
Полл> Ну это уж типичная ошибка пионера. В смысле - первопроходца. Уж коли есть нормальный термокожух, сделать над ракетой гермокожух, под который подавать осушенный воздух - не сложное дело.

Цена, цена! не бывает осушенного воздуха, если речь идёт о температуре жидкого кислорода - что-нибудь обязательно сконденсируется. Точка росы обычного осушенного воздуха промышленных осушителей - это минус 60 градусов. А минус 190 никто не делает.

Б.г.>> Выключать "по одному" эти "кубики" не выходит всё равно,
Полл> А почему?

Потому что возмущающий момент может быть очень большим, а, значит, большие потери на управление.

Б.г.>> Да не раз он здесь писал про свой отчёт для Лин Индастриал, и даже выкладывал ссылку на выдержку из него.
Полл> Предположу, речь опять идет где-то про промежуток 2013-2016г? Как бы его теперь найти. Пробежка по Гуглю с поисковым запросом "Дмитрий Воронцев, отчет, Лин Индастриз" - ничего не дала.

Целиком он его и не выкладывал, только выдержки про анализ конструктивных решений семиблока и моноблока. Это, всё же, внутренний документ "Лин Индастриал". Можно сказать, ДСП

Б.г.> Сделать это можно, фактически, лишь одним способом - введя дополнительное сопротивление в тракте подачи перед двигателем, и постепенно его уменьшая.
Полл>> Какие потери давления идут на регуляторе подачи компонентов топлива?
Б.г.> Атмосфер 10, у РД-107, например.
Понятно, спасибо.
И атмосфер 20 будет терять керосин при прохождении через систему охлаждения движка. В общем, требуется рассчитывать минимум 50 атм в баке.

Б.г.> Цена, цена! не бывает осушенного воздуха, если речь идёт о температуре жидкого кислорода - что-нибудь обязательно сконденсируется. Точка росы обычного осушенного воздуха промышленных осушителей - это минус 60 градусов. А минус 190 никто не делает.
"Что-нибудь" - конечно. Но хватит ли этого "чего-нибудь", чтобы создать ледяную корку?

Б.г.> Потому что возмущающий момент может быть очень большим, а, значит, большие потери на управление.
Это в любом случае последние единицы секунд работы ступени.
В конечном итоге, это вопрос оптимизации, что выгоднее: больший невырабатываемый остаток, система уравнивания расхода, больший расход на управление.

Б.г.> Целиком он его и не выкладывал, только выдержки про анализ конструктивных решений семиблока и моноблока. Это, всё же, внутренний документ "Лин Индастриал". Можно сказать, ДСП
Но он же все же выкладывал кусок из него?
Идея построения ракеты из унифицированных модулей близка к "кубикам", и все же это разные концепции.

Полл> 50 атмосфер - это слишком много. От силы будет 25. (Позже) А может будет и 50 атм. Посмотрел снова характеристики коммерческих метановых композитных баков - у них с 20 МПа давление только начинается.

При температурах, близких к комнатной. При криогенике - опять учитывать отклеивание лейнера, течи возле вентиля. Да и волокно хрупким может стать. Хотя их часто мотают из лавсана, а этот полимер криостоек.

Полл> Литр жидкого кислорода весит 1,14 кг. То есть потери окислителя на наддув бака менее 10%. При использовании гелия - масса газа наддува в первые проценты от массы окислителя.

Где-то так. Порядка 10-12%. В случае гелия особого выигрыша не будет, так как надо будет возить ещё баллоны с ним

s.t.> А ракеты воздушного старта в этом классе не "заиграют"?
Вряд ли.
Один полет бизнес-джета может стоить больше, чем вся прибыль с пуска такого носителя.

s.t.>> А ракеты воздушного старта в этом классе не "заиграют"?
Полл> Вряд ли.
Полл> Один полет бизнес-джета может стоить больше, чем вся прибыль с пуска такого носителя.

Угу.
Проще твёрдотопливник привязать. Или несколько, в зависимости от нагрузки.

Выигрыш от пуска "с высоты" очень небольшой, даже для маленьких ракет, которым атмосфера мешает сильно.
А неудобства от старта с чего-то подвижного, вместо твёрдой земли, они очень неудобные.

s.t.>> А ракеты воздушного старта в этом классе не "заиграют"?

Полл> Вряд ли.
Полл> Один полет бизнес-джета может стоить больше, чем вся прибыль с пуска такого носителя.

Согласен с предыдущим оратором. И Пегас тому пример, хотя он значительно больше. Между прочим, вот эти архаровцы уже подумывают о том, чтобы добавить маааааленькое крылышко. То есть Антонио Элиас знал, что делал (и у него всё равно ракета получилась неконкурентноспособной).