Пользователь
215,1
рейтинг
3 марта 2014 в 19:05

Искушение воздушного старта


Идея старта космического аппарата с воздушного носителя регулярно предлагается как способ радикального облегчения доступа человечества в космос. Однако, только одна ракета-носитель использует этот принцип. О том, чем выгоден и какие сложности создает воздушный старт, этот пост.

Немного истории


Ракетные самолёты

Воздушный старт весьма успешно использовался в США после войны для исследования полёта на больших скоростях и высотах. Bell X-1, на котором впервые с мире была преодолена скорость звука, стартовал с подвеса на бомбардировщике B-29:

Решение было очень логичным — использование ракетных двигателей означало небольшой запас топлива, которого бы не хватило для полноценного старта с земли. Модель X-1 получила развитие — X-1A пересек границу в два Маха и исследовал поведение летательного аппарата на больших высотах (до 27 км). Модификации X-1B,C,D,E использовались для дальнейших исследований.
Следующим большим шагом вперед стал ракетный самолёт X-15. Он также стартовал с воздушного носителя — бомбардировщика B-52:

Мощный двигатель развивал тягу 250 килоньютонов (71% от тяги двигателя ракеты Redstone), мог достичь скорости в 7000 км/ч и высоты 80 км. Казалось бы, у США есть две дороги в космос — быстрая и «грязная» на капсулах «Mercury», ракетах «Redstone» и «Atlas» и более долгая, но гораздо более красивая на X-15, X-20 и последующих проектах. Однако, «самолётная» программа оказалась в тени космических полётов, и, несмотря на успешно достигнутые цели, не получила такого блестящего развития, как линейка «Mercury» — «Gemini» — «Apollo»

Нил Армстронг. Летал на X-15, но вовремя покинул проект.

Баллистические ракеты

Альтернативным подходом была разработка баллистических ракет воздушного старта. В конце пятидесятых годов, когда баллистические ракеты требовали несколько часов для подготовки к старту, они проигрывали стратегическим бомбардировщикам в гибкости и времени реакции на боевом дежурстве. Бомбардировщики могли часами барражировать у границ страны противника, и, после команды, могли нанести удар в течение десятков минут, или могли также быстро быть отозваны. А баллистические ракеты имели критически важное преимущество невозможности перехвата. Возникла идея совмещения достоинств двух систем — разработки баллистической ракеты для стратегического бомбардировщика. Так родился проект GAM-87 Skybolt:

Первые испытательные пуски начались в 1961 году, первый полностью успешный пуск состоялся 19 декабря 1962 года. Однако, к этому времени на вооружение ВМФ поступали баллистические ракеты для подводных лодок Polaris, которые могли «барражировать» под водой месяцами. ВВС США разрабатывали твердотопливную ракету Minuteman, показатели которой были сравнимы со Skybolt, но ракета стояла в шахте, готовая к пуску, что было гораздо удобнее. Проект был закрыт.
24 октября 1974 года ракета Minuteman III была в качестве эксперимента сброшена из грузового отсека транспортника C-5:

Испытание было успешно, однако военные не видели необходимости в такой системе, и проект был закрыт.

Советская «Спираль»

В СССР заметный проект был один, но крайне интересный:

Система из гиперзвукового самолёта-разгонника и орбитального самолёта должна была стартовать с взлетно-посадочной полосы, набирать высоту до 30 км и скорость до 6М (6700 км/ч). Затем орбитальный самолёт вместе с разгонной ступенью на топливной паре фтор/водород отсоединялся и разгонялся самостоятельно до выхода на орбиту. Проект был начат в 1964 году и официально закрыт в 1969 (хотя орбитальный самолёт «подпольно» испытывался как испытатель технологий будущего «Бурана»). Печальнее всего то (почему — об этом ниже), что самолёт-разгонник не был построен и испытан.
Рекомендую почитать подробнее на сайте Буран.ру.

Современность


В настоящее время существует одна ракета-носитель воздушного старта, два реализованных проекта суборбитальных самолётов воздушного старта и модели для испытания гиперзвуковых двигателей. Рассмотрим их более подробно:

РН Pegasus


Первый пуск — 1990 год, всего 42 пуска, 3 неудачи, 2 частичных успеха (орбита чуть ниже требуемой), 443 кг на низкую орбиту. В качестве воздушного носителя используется модифицированный пассажирский самолёт L-1011. Отделение от носителя производится на высоте 12 километров и скорости не выше 0,95М (1000 км/ч).

SpaceShipOne


Суборбитальный самолёт воздушного старта. Разрабатывался для участия в конкурсе Ansari X-Prize, совершил в 2003-2004 году 17 полётов, из них три последних — суборбитальные космические полёты до высоты примерно 100 км. Несмотря на оптимистические обещания «в следующие 5 лет в космос смогут слетать около 3 000 человек» проект был фактически остановлен после выигрыша X-Prize, и за уже десять лет никакие космические туристы по суборбитальным траекториям не летали.

SpaceShipTwo


Суборбитальный самолёт воздушного старта. Разрабатывается уже десять лет взамен SpaceShipOne. В настоящее время проходит испытательные полёты, максимальная достигнутая высота на февраль 2014 года — 23 км.

X-43, X-51

Беспилотные аппараты для проверки гиперзвуковых двигателей.

X-43 изначально разрабатывался как масштабная модель будущего космоплана X-30. Совершил три полёта. Первый в июне 2001 закончился неудачей из-за ошибок в расчетах, которые привели к потере стабилизации разгонной ступени. Второй, в марте 2004 года, прошёл успешно, была достигнута скорость 6,83М. Третий полёт состоялся в ноябре 2004 года, была на 12 секунд достигнута скорость 9,6М.

X-51 разрабатывался для более медленных (~5М), но более длительных полётов. Совершил четыре полёта — относительно успешный первый в мае 2010 года (200 из запланированных 300 секунд на 5М), два неудачных, и полностью успешный (210 секунд на 5М, сколько и планировалось) в мае 2013 года.

Нереализованные проекты

Также существуют нереализованные проекты: МАКС, HOTOL, Бурлак, Vehra, АКС Туполева-Антонова, «Полёт», Stratolaunch, S3.

Расчеты выгодности воздушного старта


РН Pegasus дает нам очень удобную возможность определить степень выгодности воздушного старта. Дело в том, что РН Minotaur I имеет в качестве третьей и четвертой ступеней вторую и третью ступень «Пегаса», выводит такую же полезную нагрузку, но стартует с земли. Сравнение масс вроде бы заметно в пользу «Пегаса» — ракета воздушного старта весит 23 тонны, а наземного — 36 тонн. Однако, чтобы полноценно сравнить эти ракеты-носители, надо посчитать запас характеристической скорости, которую дают ступени ракет. На материале Encyclopedia Astronautica (данные для Pegasus-XL, данные для Minotaur I) были рассчитаны запасы характеристической скорости ступеней для одинаковой полезной нагрузки:

Документ с расчетами в Google Docs
Результат получился очень любопытный — за счет воздушного старта экономится 12,6 процента характеристической скорости. С одной стороны, это достаточно заметная выгода. С другой стороны, это не так уж много, чтобы вызвать взрывной рост систем воздушного старта.
Обратите внимание на гипотетическое сравнение со «Спиралью». Если бы «Пегас» стоял на самолёте-разгоннике «Спирали», то разделение бы происходило на скорости ~1800 м/с и высоте 30 км, что экономило бы не менее 2000 м/с характеристической скорости. По такому же принципу идёт сравнение с «Минотавром». Обратите внимание, насколько возросла выгода. Отсюда следует вывод, что выгода воздушного старта в наибольшей степени определяется носителем — чем больше скорость и высота разделения, тем выше выгода.

Общие рассуждения о достоинствах и недостатках воздушного старта


Достоинства

Снижение гравитационных потерь. Чем больше начальная скорость, тем меньше начальный угол тангажа ракеты. Гравитационные потери считаются как интеграл от функции угла тангажа, поэтому, чем меньше тангаж к горизонту, тем меньше потери.

Модельный график угла тангажа. Площадь криволинейной трапеции (закрашена красным) — гравитационные потери.

Снижение потерь на аэродинамическое сопротивление. Давление убывает с высотой экспоненциально:

На высоте 12 км, где стартует «Пегас», давление примерно в 5 раз меньше, чем на уровне моря (~200 миллибар). На высоте 30 км — уже в сто раз меньше (~10 миллибар).

Снижение потерь на противодавление. Ракетный двигатель эффективнее работает в вакууме, где нет внешнего давления, препятствующего расширению и отбрасыванию топлива. УИ одного двигателя на поверхности меньше, чем в вакууме, поэтому старт в разряженной атмосфере снизит потери на противодавление.

Воздушно-реактивный двигатель имеет более высокий удельный импульс. Поскольку окислитель берется «бесплатно» из окружающего воздуха, его не нужно везти с собой, что повышает удельный импульс системы за счет самолёта-носителя.

Возможность использования существующей инфраструктуры. Система воздушного старта может использовать существующие аэродромы, не нуждаясь в стартовых сооружениях. Но системы подготовки к старту (монтажно-испытательный комплекс, склады компонентов топлива, здания управления полётом) строить всё равно нужно.

Возможность старта с нужной широты. Если самолёт-носитель имеет значительную дальность, можно стартовать с меньшей широты для увеличения грузоподъемности или сместиться на нужную широту для создания нужного наклонения орбиты.

Недостатки


Очень плохая масштабируемость. Ракета, которая выводит на НОО 443 кг весит комфортные 23 тонны, которые без особых проблем можно прицепить/подвесить/поставить на самолёт. Однако ракеты, которые выводят хотя бы 2 тонны на орбиту, начинают весить уже 100-200 тонн, что близко к пределу грузоподъемности существующих самолётов: Ан-124 поднимает 120 тонн, Ан-225 — 247 тонн, но он в единственном экземпляре, и новые самолёты фактически уже невозможно построить. Boeing 747-8F — 140 т, Lockheed C-5 — 122 т, Airbus A380F — 148 т. Для более тяжелых ракет нужно разрабатывать новые самолёты, которые будут дорогими, сложными и монструозными (как на КДПВ).

Жидкое топливо потребует доработки носителя. Криогенные компоненты будут испаряться за длительное время взлета и набора высоты, поэтому нужно иметь на носителе запас компонентов. Особенно плохо с жидким водородом, он очень активно испаряется, нужно будет везти большой запас.

Проблемы структурной прочности полезной нагрузки и ракеты-носителя. На Западе спутники достаточно часто разрабатываются с требованием выдерживать только осевые перегрузки, и даже горизонтальная сборка (когда спутник лежит «на боку») для них недопустима. Например, на космодроме Куру РН «Союз» вывозят горизонтально без полезной нагрузки, ставят в стартовое сооружение и присоединяют полезную нагрузку уже там. Что же касается самолёта-носителя, то даже взлет создаст комбинированную осевую/боковую перегрузку. Я уж не говорю о том, что в нестабильной атмосфере т.н. «воздушные ямы» могут серьезно встряхивать комплекс. Ракеты-носители тоже не рассчитывались на полёты «на боку» в заправленном состоянии, наверняка, ни одну существующую РН на жидком топливе нельзя просто погрузить в грузовой люк и выбросить в поток для старта. Нужно будет делать новые ракеты, более прочные, — а это лишний вес и и потеря эффективности.

Необходимость разработки мощных гиперзвуковых двигателей. Поскольку эффективный носитель — это быстрый носитель, обычные турбореактивные двигатели плохо подходят. L-1011 даёт только 4% высоты и 3% скорости для «Пегаса». Но новые мощные гиперзвуковые двигатели находятся на грани нынешней науки, таких ещё не делали. Поэтому они будут дорогими и потребуют много времени и денег на разработку.

Заключение


Аэрокосмические системы могут стать очень эффективным средством доставки грузов на орбиту. Но только если эти грузы будут небольшими (наверное, не больше пяти тонн, если предсказывать с учетом достижений прогресса), а носитель — гиперзвуковым. Попытки создать летающих монстров типа сдвоенного Ан-225 с двадцатью четырьмя двигателями или ещё какой-нибудь сверхтяжелый образец победы техники над здравым смыслом — это тупик на нынешнем уровне наших знаний.

Для навигации: посты по тегу «Облегчение доступа в космос»
Филипп Терехов @lozga
карма
541,7
рейтинг 215,1
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (81)

  • 0
    Есть только одна проблема.
    Доставка на орбиту нескольких экскурсантов вполне можно сделать и носитель и космическую капсулу.
    Но…
    На орбиту надо выводить тонны грузов, крупногабаритные конструкционные элементы. Это все должна доставлять орбитальная капсула. Не стоит забывать еще и топливо необходимое для ее вывода на орбиту (к слову в некоторых случаях и высокую).
    И это требует носителя способного поднять в стратосферу не несколько тонн, скорее несколько десятков тонн.
    И получится носитель поболее нарисованного на первом рисунке.
    Поэтому наверное пока данный вариант старта не нашел применения. Это, пока, просто невыгодно.
    • 0
      Не соглашусь. Это сейчас достаточно выгодно для случая маленьких грузов — Pegasus тому пример. Но вот как широкая дорога к доступному космосу — это пока не вариант. А вот возить грузы на орбитальную станцию на низкой орбите, немного, но регулярно, может оказаться и выгодно.
      • 0
        Спасибо! Вы наверное невнимательно прочитали. Я именно это и написал.
        Доставка на орбиту нескольких экскурсантов вполне можно сделать и носитель и космическую капсулу.
    • –1
      Никому уже давным-давно не надо на орбиту выводить тонны грузов. Десятки тонн сегодня используются лишь для вывода грузов небольшой массы на высокие орбиты и очень редких тяжелых проектов. Подавляющее большинство спутников легкие и чем дальше — тем легче они в среднем будут.
      • +1
        Если появится возможность дешево выводить большие массы, то и проекты быстро появятся.
        • 0
          На химических ракетах большую массу дешево не вывести в принципе
      • 0
        Вы очень сильно заблуждаетесь.
        Сейчас обсуждаются множество проектов, где требуются доставить на орбиту именно крупногабаритные и тяжелые грузы. Это строительство Лунного поселения и Марсианский проект. Думаю будут и другие.
        Кроме того даже для вывода на орбиту малых спутников (конечно поболее 10 Кг) нужно выводить на орбиту летательный аппарат достаточно большой массы, потому что орбиты бывают разные. Для того чтобы вывести спутник на высокую орбиту потребуется много топлива.
        А для коротких экскурсий на орбиту подобного проекта вполне достаточно.
        • –3
          Не будет ни лунного поселения ни марсианского проекта. Это сказки для избирателей. С вероятностью процентов 20 может быть будет разовая миссия к Луне или Марсу, после чего все опять заглохнет.

          На ГСО грузоподъемности (считая грузоподъемность по массе выводимой на LEO) тонн в 20 за глаза сейчас хватает. И дальше будет только меньше, новые геостационарные спутники укладываются в носители на 13 а то и на 6 тонн.
          • 0
            По вашим словам понятно, что у Вас вся жизнь впереди.
            Самое главное для науки и техники это постоянное движение вперед. И как только появятся носители способные выводить десятки тонн на орбиту сразу появятся для этого задачи.
            Хотя нет, задачи существуют давно, просто их решают имеющимися средствами. Для этого максимально облегчают конструкцию, снижают запасы топлива (даже сокращая ресурс)и идут на всяческие ухищрения.
            А использоваться будет то решение которое экономически более выгодно!
            Правда та конструкция что изображена на первом рисунке, на мой взгляд, имеет много «узких» мест.
            • 0
              Носители давным-давно есть, вы о чем вообще говорите? Есть Сатурн, есть Энергия. Никакого спроса вопреки Вашим идеям они не нашли. Нет таких задач которые бы их оправдывали — и скорее всего не будет.

              Вы совершенно верно отметили что используется то решение, которое экономически выгоднее. Большие ракеты стоят дороже маленьких и поскольку маленькие способны решать те же задачи — то от больших избавляются. Уменьшить размеры спутника стоит гораздо дешевле чем сделать большую ракету.

              Повторюсь, что химические ракеты совершенно бесперспективны в плане массового вывода грузов на орбиту. Ну нет там значительного потенциала для снижения стоимости выведения. «Постоянное движение вперед» — это красивые слова, но вот поганые законы физики мешают этой красоте. Практически из химических ракет все что можно было — выжали еще в 80-х, а сейчас экономят на копейках.

              Для освоения космоса нужны совершенно новые технологии, которых сейчас банально нет. Более того, все просматривающиеся даже в перспективе подходы требуют колоссальных капиталовложений при отсутствии заметных перспектив окупаемости. Кто будет в это все вкладываться? На Земле есть много других важных проблем, требующих решения, причем их капиталоемкость гораздо меньше а окупаемость — выше.

              Взгляните правде в глаза. Вывод грузов в космос стоит огромных денег. Способов эту стоимость значительно снизить нет и не предвидится. Желающих платить такие деньги за вывод сотен тонн нет. Колония на Луне и миссии на Марс потребуют вывода в космос тысяч тонн груза при нулевой окупаемости. Кто и зачем вложит в подобный проект многие сотни миллиардов долларов?
              • 0
                Слова, слова, слова.
                А рисовать 24 моторные помеси летающего крыла и двух «Мрий», это просто глупо.
                Будет то что будет выгодно, и вполне возможно совсем не то что мы видим в статье.
                Извините заканчиваю, потому что повторяя одно и то же мы мешаем людям.
                • 0
                  Я и не рисовал 24-моторные помеси, Вы о чем вообще? Я писал что химические ракеты (неважно, воздушного запуска, наземного или морского) существенно стоимость выводимого на орбиту груза не изменят, а с нынешней стоимостью массивные космические проекты — удел фантастов и мечтателей.

                  А чтобы людям не было обидно читать, вставлю рендер реально создаваемого проекта воздушного запуска :)

                  image
  • +3
    На КПДВ явно конструкция из Kerbal Space Program.

    А если серьезно, почему в статье не упомянут недавно начатый проэкт Stratolaunch? Основатели — Пол Аллен (Microsoft) и Бурт Рутан (Scaled Composites), которые до этого работали над SpaceShipOne. Первый полет самолета-носителя (который превысит по размерам и грузоподъемности знаменитую Мрию) запланирован на 2015-й год.
    • 0
      Это сумрачный советский гений :)

      Насколько я читал, Stratolaunch хотели сотрудничать с Маском, и возить модифицированный Falcon, но в конце нулевых их дорожки разошлись, так что проект остался без ракеты. Я подумал, что проект фактически закрыт. Спасибо за ссылку, в новостях пишут, что они хотят с Orbital сотрудничать, ладно, добавлю в «нереализованные проекты».
  • +1
    Тоесть если запускать с воздушного шара, премущество будем мизерным, так как скорость почти нулевая?
    • +1
      Ага. И скорость и высота будут маленькие. В пятидесятых в США были проект запуска геофизических ракет со стратостата — Rockoon и Farside. Проекты, фактически, неуспешные, геофизические ракеты проще с земли пускать несмотря на аэродинамические потери.
  • +2
    Те, кто посещал Олимпийские Игры, мог лицезреть в Швейцарском доме презентацию Швейцарско-Российского проекта S3: http://www.s-3.ch/en/home
    • 0
      Спасибо, про этот проект я не слышал.
  • +3
    Спасибо! Напишите еще про искушение Single Stage To Orbit
    • 0
      Уже запланировано.
  • +1
    Я думаю скоро ТМ сделают отдельный проект КосмоХабр!
    Столько крутых постов космической тематики последнее время =))
    • 0
      Столько крутых постов космической тематики последнее время

      За авторством 3-4 человек, к сожалению.
      • +1
        А лучше, чтобы каждая домохозяйка, пока компилируется ядро, писала то, что она думает о космосе? Нет, спасибо, этого поста хватило. Как говорится, давайте спорить о вкусе устриц с теми, кто их ел.
        • 0
          Эк вы категорично… Я вообще-то к тому, что было бы здорово читать о космосе много интересных статей, а не просто много статей. Пока интересно пишут немного авторов, хотелось бы больше.
          • +1
            Ну дак тут уже ничего не попишешь, если не дано, так и не пишем. Единственный вариант искать людей в теме и мотивировать их. Так победим!
  • +2
    В числе достоинств упущено два момента:

    1. Ракетный двигатель 1 ступени в системах воздушного старта работает эффективнее (т.к. там сразу ставят высотное сопло оптимизированное под низкое атмосферное давление тогда как при старте с земли приходится сопло оптимизировать под давление у земли)
    2. Практически исчезает зависимость от погодных условий, запуск всегда можно проводить в строго намеченное время

    Но проблем у воздушного старта, конечно, хватает, так что едва ли они когда-нибудь станут массовыми
    • 0
      1. Да, но в формулировке «УИ ракетного двигателя растет в вакууме».
      2. Нет, не соглашусь. Зависимость от погодных условий есть всё равно. Во-первых, есть зависимость от погоды на аэродроме, во-вторых, большие погодные системы типа тропического шторма, могут закрыть весь район пуска.
  • 0
    > Ан-225 — 247 тонн, но он в единственном экземпляре, и новые самолёты фактически уже невозможно построить
    Есть второй недостроенный корпус, который можно достроить при желании. Если надо ещё, думаю можно взять имеющийся Ан-124 и переделать его в Ан-225.
    • 0
      Сомневаюсь. Для создания модификации необходимо серийное производство базовой модели — Ан-124, а их, насколько я знаю, сейчас не производят.
      • 0
        Сейчас Ан-124 не производят, планировали в будущем. Но наверное можно взять уже готовый Ан-124 и переделать в Ан-225.
        • 0
          Это как??? Сравните размеры Ан-124 и Ан-225. Двигатели у них, разве что, однотипные. Остальное надо заново делать — ну кроме, разве что, одного сильно недостроенного самолёта у Антонова, который теоретически можно достроить при наличии немалых денег. У них же есть также один летающий борт, но у него своей работы на благо авиакомпании хватает.
          • 0
            Ан-225 создан на базе Ан-124. Особо не заморачивались, просто взяли Ан-124, вставили ещё одну секцию в фюзеляж, удлиннили крылья, переделали хвост и сделали крепления для Бурана.
            Сейчас правда сотрудничество с Украиной малореально в ближайшее время.
            • +3
              Взяли не сам Ан-124, а его проект, сделали форк этого проекта, внеся значительные изменения, и получился проект Ан-225, по которому построили несколько самолётов. Думаете, что просто так можно взять тяжеленный самолёт и «прокачать», вварив ему в фюзеляж дополнительную секцию и поменяв крылья и хвост? А электрическую, механическую и гидропроводку удлинять по новому фюзеляжу? А шасси усиливать под увеличившуюся на десятки тонн массу? А с авионикой и кабиной управления что делать, если даже количество движков отличается (РУД-ов с проводкой управления и приборов у Руслана на 4 движка, а у Мрии — 6)? И это только навскидку — 100% при детальном изучении вопроса найдутся ещё отличия, каждое из которых требует немалой работы, если вообще реализуемо. Таки что лучше и дешевле — построить заново или попытаться переделать с риском угробить старый и не сделать новый самолёт?
              • 0
                Ну а как переделали крейсер Горшков в авианосец Викрамадитья? Там же вообще практически новый корабль сделали. Как переделывают пассажирские Airbus А320 в грузовые? Берут и переделывают. У Мрии комплектующие от Ан-124, только их больше. Больше движков, больше катков шасси, больше секций корпуса. Кое-что отличается и это надо переделать.
                • 0
                  Насчёт переделки тяжёлого авианесущего крейсера в авианосец не скажу, но серийная (не штучная) переделка пассажирского самолёта в грузовой сама по себе значительно проще, если возможность использования в качестве грузовика была изначально учтена при проектировании самолёта (ширина фюзеляжа достаточна, вся проводка разведена так, чтобы можно было в середине фюзеляжа оборудовать полноценный грузовой отсек с проходами, силовые элементы конструкции имеют в нужных местах крепления для элементов грузового отсека и его оборудования и т. п). Несмотря на то, что и при этом работы немало (демонтаж пассажирского салона со всем его оборудованием, монтаж заранее спроектированного грузового отсека с его системами, вырезка в фюзеляже отверстий под грузовые двери с монтажом их креплений, подключение специфических систем, приводов и датчиков, ещё масса мелочей), но самолёт при этом переделывается не настолько полностью. Переделанный борт не будет иметь существенных отличий по лётным и техническим характеристикам от пассажирского, что позволяет обойтись без очень значительных изменений его конструкции. А увеличивать количество двигателей, удлинять фюзеляж уже готового самолёта путём вваривания вставок сложнее и часто бессмысленнее, чем переделывать Оку в Камаз. И отнюдь не все комплектующие Ан-124 подходят к Мрии: если даже посмотреть Википедию, то ряд основных элементов (в т. ч. силовых) у Мрии новые, не от Ан-124: крупногабаритные силовые шпангоуты, пилотажный комплекс, шасси. Вообще в штучных вариантах производители иногда практикуют весьма значительную переделку подержанных самолётов под свои нужды, но никто из них ещё существенно не увеличил путём простой переделки основных характеристик самолёта. Так, Boeing переделал несколько 747-400 в грузовые Dreamlifter (747 LCF). Полезный объём (не масса!) груза у Dreamlifter значительно увеличился по сравнению с оригиналом, но при этом максимальная взлётная масса осталась фактически прежней, движки и система управления почти те же и в том же количестве, летают на них те же пилоты, что и на оригиналах (хоть и с определённой доподготовкой на модификацию). Наверное, самым сложным элементом переделки в этом проекте стала открывающаяся хвостовая часть. На такую модификацию у них ушёл примерно год и плюс ещё 2 года на испытания, доводку и сертификацию того, что получилось.
                  • 0
                    Тут надо считать что выгоднее: делать новую Мрию с нуля или раздербанить имеющийся Ан-124 и изготовить недостающие детали. Лично я этого не знаю. И этот вопрос ещё долго не будет актуальным.
                    • 0
                      По текущей обстановке однозначно выгоднее делать новую с чистого листа. Что ни говори, а у деталей 124-х ресурс постепенно вырабатывается и истекает; пока сделают новые детали, старые успеют выработать ресура и не попасть в новый самолёт, а новых таких же деталей может и не быть. Кроме того, это будет уже своя интеллектуальная собственность, которая мудрому обладателю может оказаться полезной на будущее и приносить доход. Но тут уже надо выбирать момент, когда такие борты станут реально востребованными, чтобы к этому моменту можно было заполнить рынок.
                      • 0
                        По текущей обстановке новый с чистого листа самолёт скорее всего окажется переделанным Airbus A380. Опыт суперджета, ётафона, проекта «кортеж» и много чего другого как бы намекает. Или просто вбухают пару олимпиардов с нулевым эффектом.

                        у деталей 124-х ресурс постепенно вырабатывается и истекает

                        B-52 и Ту-95 уже сколько лет летают?
                        • 0
                          Честно — пусть он оказался бы хоть переделанным A380, лишь бы его полностью могли выпускать у нас. Остальное — сравнительные мелочи.

                          Что касается B-52 и Ту-95 (а до кучи DC-3 и т. п.) — это таки рекордсмены. Рекомендую вспомнить ещё и Ан-10 как противоположную крайность. А истина где-то посередине. В любом случае для обеспечения долгого жизненного цикла должна сохраниться производственная база или хотя бы технология производства всех узлов самолёта, чтобы хотя бы штучно можно было эти узлы делать.
                          • 0
                            Ничего выпускаться у нас не будет, тем более полностью. Даже поезда уже полностью заказываются у Сименса, что уж говорить об А380.
                            • 0
                              Не говори «кар», пока... Суперджет уже выпускается, и даже сравнительно массово. Ил-76МД-90А (он же Ил-476) с пермскими двигателями тоже недавно пошёл в серию. Метропоезда наши делают и поставляют. А из обычных поездов покупаются в основном скоростные электропоезда, которых сравнительно мало.
                              • 0
                                Я не понимаю, о чём мы спорим. Изначальный тезис статьи был
                                новые самолёты фактически уже невозможно построить

                                Однако теоретически построить новый Ан-225 и сделать воздушный старт можно. И очень бы хотелось. Фактически с учётом политики и экономики очень сомнительно в обозримом будущем. С чем вы не согласны?
                                • 0
                                  Считаю, что построить нужно. Не так важно, кто это сделает, но рыночный спрос на услуги таких бортов пусть не особо высокий, но есть. Мрия — самолёт хороший. И он сейчас используется для особо сложных грузоперевозок, с которыми не справляются даже Русланы. Единственный его серьёзный недостаток — он такой единственный на весь мир. И, случись с ним что — в некоторых отраслях, связанных с перевозкой сверхтяжёлого очень габаритного оборудования, появятся большие затруднения. Поэтому нужен или ещё один такой борт (маловероятно в сегодняшней ситуации), или конкурент. Серийно такие самолёты строить вряд ли есть смысл: не такой большой спрос. А штучные несколько экземпляров, на мой взгляд, очень не помешали бы: не в воздушном старте, так в грузоперевозках заказчики найдутся, а если перевозки окажутся недорогими, то в некоторых случаях самолёт сможет и забрать часть рынка у более маленьких грузовиков. Ну а в качестве средства для воздушного старта — под небольшие массы пойдёт, хотя экономику процесса нужно ещё хорошо посчитать. Насчёт больших масс сомневаюсь в оправданности: слишком много надо делать под сверхтяжёлые самолёты и за слишком большие деньги. Мало того, что нужно сделать, испытать и сертифицировать очень большой и очень сложный самолёт, так ещё и надо построить аэродромы с полосами и рулёжками, способными выпускать и принимать борты с такой массой; на этих аэродромах нужны огромные площади и ангары для техобслуживания самолёта, подвески на него носителей, их предстартовой заправки ракетным топливом и окислителем и т.п… да мало ли ещё нужно. Даже один такой аэродром может получиться дороже космодрома, а на случай неожиданностей аэродромов нужно несколько в разных местах. В общем, вряд ли оправдана гонка за массу.
                  • 0
                    переделывать Оку в Камаз

                    Это некорректное сравнение. Более корректное сравнение: можно ли взять Hummer H2 и переделать его в длинный свадебный лимузин? Или сделать из него тяжёлый бронеавтомобиль? Да, можно, и это распространённая практика. Кое-какие детали заменяют, кое-что сваривают и ничего ужасного в этом нет.
                    • 0
                      На самом деле, оба сравнения одинаково некорректны. В Хаммере при переделке в лимузин и даже в тяжёлый бронеавтомобиль не увеличивается общая масса на пару сотен тонн. А поставишь туда, скажем, вместо одного движка два — уже надо ставить дополнительно второму движку топливную систему, воздухозаборник с фильтром, карбюратор (maybe), систему зажигания, ещё как-то эти движки между собой спарить, подключить от второго движка в энергосистему генератор… вот уже и объём приличный набежит. Это к вопросу, сколько всего надо сделать для реально значительной доработки (такой, как установка дополнительного движка). А в самолёте дело ещё сложнее.
                      • 0
                        В Хаммере при переделке в лимузин и даже в тяжёлый бронеавтомобиль не увеличивается общая масса на пару сотен тонн.

                        При бронировании вес авто увеличивается раза в 2. Там уже и подвеска нужна другая, и тормоза, и даже петли дверей. Так что сравнение корректное.

                        А поставишь туда, скажем, вместо одного движка два

                        Такое тоже бывает, причём в самопальном исполнении.

  • 0
    Насколько я читал, тут суть была в том, что сначала конструкторы разрабатывали оба направления в СССР, так как было не понятно, какое «выстрелит», но главной целью было обогнать США. Поэтому как только были получены сведения разведки, что в США полностью свернута программа по старту с самолета, наши приняли решение все силы направить на классические ракеты, дабы не отстать в гонке, да и «вдруг с США провели испытания и поняли что подход не реализуем». Так как было достоверно известно, что все силы в США брошены на одно направление, то советским инженерам было дано распоряжения сделать тоже самое, чтобы не оказаться в роди догоняющих. А так как предпосылок к выбору альтернативной технологии не было, а провала нельзя допустить, то был выбран тот же путь, что и в США — старт ракеты с земли.
  • +2
    Сразу три мысли возникло.

    Во-первых, в «достоинства» я бы добавил:
    Многократное использование первой ступени (самолёта).
    У традиционных ракет первая ступень отваливается и безвозвратно теряется при первом пуске, поэтому для каждого пуска нужно тратиться на постройку первой ступени.

    Во-вторых, меня давно интересовало: почему нельзя запускать ракеты с высоких гор?
    Уже по вашим рисункам видно, что запуск с Эвереста даёт большой выигрыш, как по гравитации, так и по сопротивлению воздуха. Сделать железную дорогу наверх, а наверху стартовую площадку, почему нет?

    В-третьих, запуск с вершины горы можно делать с помощью рельсотрона. Да, ускорение будет бешенное и людей уже не запустить, но для спутников связи и других вполне сгодится. Вдобавок, скорее всего придётся использовать поддон (как для подколиберных снарядов) для крепления к направляющим рельсотрона. Но все равно это будет выгодно, особенно с учётом возобновляемой электроэнергии.

    И наконец, первый и второй пункт можно совместить, построив аэродром на горе.
    • 0
      Самый крутой спуск на Транссибе находится между станциями Андриановская и Слюдянка-2. Он продолжается от перевала Андриановский до берега озера Байкал. За 30 км железная дорога спускается вниз более чем на 400 метров, а на некоторых участках — таких, как Ангасольская петляМедлянская и Ангасольская петли, уклоны достигают 17 тысячных
      http:// www. transsib. ru/cat-records.htm#no11


      Как завозить ракету и грузы на гору? Тем более прямую дорогу с плавными радиусами сложно проложить по имеющемуся рельефу. А капитально горы переделывать ещё не научились =). Чем выше тем холоднее, нужен обогрев. Бураны и метели. Недостаток кислорода, а значит персонал должен ходить с кислородными баллонами. Горы обычно более сейсмоопасны, ведь они образованы обычно в местах стыков континентальных плит. С верхушки Эвереста (9 км) запустить не получится, а ради подъема на 5-7 км — зачем такие мучения? При наличии самолета-старта, который может подняться, допустим, на 30 км? И самое главное — Гималаи есть только в Китае (!). Кто туда будет технологии передавать (для копирования)? =)

      Так что вряд ли кто серьёзно будет рассматривать такой план. =)
      • –1
        Как завозить ракету и грузы на гору?
        Как-то так (Gelmerbahn, уклон 106°, Wiki):

        Вообще, не понял, к чему была эта цитата про Транссиб — там же обычные равнинные поезда ездят.
        • 0
          Уклон 106%, а не 106° — большая разница :)
          • 0
            «Мопед не мой», скопировал со официальной страницы не вчитываясь, а там написано именно в градусах.
            Пруф
      • –1
        Слишком узко понимаете мою «железную дорогу», мыслите ширее:

        man фуникулёр

        image

        Строить можно устойчиво к землетрясениям, японцы всю жизнь так живут.
        В России есть Эльбрус, да это не Эверест, но 5км уже даст неплохую экономию при запуске.
        Кислорода вполне достаточно до 5500 м, а выше можно и маску надеть. Смотрели «Аватар»?
        Мороз он и на Байконуре мороз, никто не жалуется.

        И еще вы должны понимать, что всё это будет нерентабельно для 1-2 пусков, но многократно окупится при большом количестве запусков. К тому же такой проект сразу превратится в туристическую мекку, а это тоже денюжки. Рано или поздно вершины будут освоены, я грантирую это!

        Так что вспоминается пословица: кто хочет, ищет возможность, а кто не хочет — причину ;)

        p.s. Пока писал, меня уже опередили.
        • +1
          Я даже прикинуть не могу, сколько всего придётся разработать, чтобы запустить космодром на 5 км. горе.
          Тут и новый тип жд-состава (не маленький вагончик, а настоящую жд-дорогу, причем её прямо не пустишь, нет таких ровных прямых уклонов. Пункт перегрузки с обычной жд. Найти удобную площадку для запуска.
          Построить всю сейсмоустойчивую инфраструктуру в сложных погодных условиях. Поддержание этой инфраструктуры
          в неблагоприятных погодных условиях. Отопление потребует подвоза большого количества топлива.

          > Так что вспоминается пословица: кто хочет, ищет возможность, а кто не хочет — причину ;)

          Распишите ка мне возможность, только без фото легких вагончиков на десяток человек. Опишите, как поднять Протон («Протон-М» — это трехступенчатая ракета-носитель, масса которой составляет около 702 тонн) вот на такой телеге.

          P.S. Ссылка на Трансиб не просто так — там перепад 400 метров за 30 километров и это считается самым крутым участком.
          • 0
            Распишите ка мне возможность, только без фото легких вагончиков на десяток человек. Опишите, как поднять Протон («Протон-М» — это трехступенчатая ракета-носитель, масса которой составляет около 702 тонн) вот на такой телеге.
            Дополнительный зубчатый рельс(ы), нет?
    • 0
      тратиться на постройку первой ступени
      особенно интересно сравнить эти траты с эксплуатационными расходами воздушного старта. Может овчинка выделки не стоит.
    • 0
      И наконец, первый и второй пункт можно совместить, построив аэродром на горе.
      И наконец первый и третий пункт можно совместить установив рельсотрон на самолете! А самолет запускать с горы. Тоже рельсотроном.
      • +1
        установив рельсотрон на самолете
        Его отдачей в воздухе не остановит? =)
      • 0
        Если совместить первый, второй и третий пункт, то самолёт с 7км надо подкидывать рельсотроном до 10км, а уже дальше самолёт «выгружает» ракету на 30км :-)
    • 0
      Там ускорение будет не просто бешеное — оно раздавит практически все кроме специально защищенных твердотельных устройств.
      А запускать-то надо не готовый спутник — он выйдет на эллиптическую орбиту с низким (подземным) перигеем и свалится обратно на первом же витке, а полноценную ракету, хотя и гораздо меньшей массы. Может что-то из твердотопливного и способно запускаться из рельсотрона, но ограничений будет слишком много чтобы столь дорогостоящий проект был оправдан.
      • 0
        Длину рельсотрона можно подобрать так, чтобы ускорение было в границах допустимого предела.
        Что касается перигея, то я предлагаю запускать не спутник, а ракету. Понимаете? Т.е. подброшенная ракета скорректирует орбиту как нужно. Мы просто экономим топливо и материал.
        • 0
          Чтобы избавиться хотя бы от первой ступени надо разгонять ракету по крайней мере до 2 км/сек.
          Даже для 100-кратных перегрузок это 2 секунды разгона со средней скоростью 1 км/сек, т.е. рельсотрон длиною два километра. Причем этот 2-км рельсотрон должен будет запускать здоровенные твердотопливные махины (2-3и ступени) массой порядка 5-6 тонн ради полезной нагрузки в 500 кг. Оценили конструкцию в горах? А если запускать что-нибудь полегче, скажем, весом около тонны из которых половина придется на полезную нагрузку, то потребная скорость на выходе рельсотрона должна составлять уже 7 км/сек, а его длина при запуске со 100-кратной перегрузкой при этом составит жалкие 24 км.
          Стоит оно того? Вот как-то неочевидно сразу, правда?
          • 0
            > надо разгонять ракету по крайней мере до 2 км/сек.

            Найдем скорость через равенство кинетическое и потенциальной энергии:
            mv^2/2=mgh
            Здесь:
            m — масса ракеты с грузом, сокращаем её
            v — скорость вылета
            g = 9,8 м/с^2
            h = высота подброса, допустим 30км
            Получается:
            v = 2*sqrt(gh) = 2 * sqrt(9,8*30*1000) = 1084 м/с
            На самом деле g с высотой уменьшается, и требуемая скорость будет ниже, но из-за сопротивления воздуха выше, возьмем 1500 м/с.

            Теперь рассчитаем ускорение рельсотрона:
            a = v^2 / 2s
            Здесь:
            s = 1000 м (глубина шахты в горе с катушками)
            Получается:
            a = 1500^2 / 2000 = 1125 м/с^2 = 114g

            Тяжелые ракеты запускать не будем, возьмём полегше :)
            F = ma
            Здесь:
            m = ракета 1000кг (спутник 200кг) + поддон 500кг = 1500кг
            Получается:
            F = 1500 * 1125 Н = 168т

            Сила, равная весу трех вагонов. Да, согласен, большаяя сила, но реализуемая.
            Зато первая ступень не нужна — поддон может на парашюте спускаться.
            • 0
              В статье выше же приведены цифры Delta-V. Подброс до 30 км (по достижению которых скорость уйдет в ноль) не сэкономит достаточно даже для того чтобы избавиться даже от первой ступени в РН.

              Размеры запускаемой ракеты взяты с потолка. Для выведения спутника в 200 кг с высоты в 30 км при нулевой начальной скорости нужна ракета массой порядка 10 тонн, что на порядок больше Вашей 1 тонны. Плюс поддон.

              Реализуемо? В принципе — да. Можно пробить в горах километровый тоннель и начинить его рельсотроном разгоняющим 10 тонн металла с ускорением в 114g. Рядом оставить мощную батарею поскольку установка в пике будет потреблять до 17 ГВт без учета КПД рельсотрона. Создать систему обслуживания установки. Продумать что делать с ударной волной при запуске. Вот только ради чего предлагается создать подобное технологическое чудо? Ради того чтобы уменьшить размер 1й ступени на крошечной РН с полезной нагрузкой в 200 кг?!
              • 0
                Да, вы всё правильно понимаете (про аккумулятор и т.д.).
                Имхо, для микроспутников такая установка будет вполне рентабельна!

                Большие придется запускать первыми ступенями, средние — самолётами. По крайней мере до тех пор, пока не будет построен космический лифт, а в будущем базы на Луне.

                О, кстати, на Луне рельсотрон (без воздуха и с низкой гравитацией) вобще станет ходовой штукой! Так что технологию однозначно надо развивать.
                • 0
                  Э-э-э, а сколько микроспутников понадобится запустить, чтобы подобная «стройка века» окупилась?
                  Напомню, что экономим мы только на уменьшении размеров 1й ступени

                  На Луне с рельсотроном несопоставимо проще, его можно практически параллельно поверхности Луны строить, да и потребная скорость разгона на порядок ниже.
    • 0
      Представляю каково будет жителям соседних городов от взрывной волны при запуске.
    • 0
      Сама по себе многоразовость — это палка о двух концах, не обязательно означающая снижение цены.

      Ракеты с гор не пускают, потому что космодром в горах будет гораздо дороже из-за стоимости транспортировки на гору.

      А рельсотрон будет ещё дороже, в разы. Для таких циклопических проектов нужны совместные усилия всего человечества.
  • +1
    А есть данные, сколько топлива тратится на первые 50...100 стартовых метра полета тяжелой ракеты?
    Гипотетическая идея. Рядом со стартовой вышкой установить одну_две_три стометровых (условная высота) вышки. Топливо для питания первой ступени подавать через гибкие шланги до тех пор, пока факел не начнет касаться шлангов. Основная проблема — пожароопасность, необходимо отсечь подачу топлива до критического момента, или подавать строго определенную порцию. Но если в плюсе несколько тонн полезного груза, то можно обкатать идею.
    • 0
      Гипотетическая идея. Рядом со стартовой вышкой установить одну_две_три стометровых (условная высота) вышки. Топливо для питания первой ступени подавать через гибкие шланги до тех пор, пока факел не начнет касаться шлангов
      Стоимость топлива в конечной стоимости груза на орбите — единицы процентов. Экономия на спичках, увы.
    • +1
      Шланги и подаваемое по ним топливо своей массой будут тормозить разгон ракеты что сведет и без того небольшой выигрыш практически на нет. Проблема с ракетами не в количестве топлива а в том что топливо приходится разгонять вместе с ракетой… Можно их конечно тянуть при старте шланги наверх, но тогда проще уж подкидывать ракету при запуске катапультой :)
    • 0
      Наверное, проще сделать стартовый стол на гидравлических «ногах» и уже им как катапультой подбрасывать ракету.
      Мнение диванного конструктора :)
    • 0
      Шланги имеют вес, будут создавать помеху управлению, заправочная мачта превращается в здоровенный комплекс, в баках создано давление наддува, что ещё усложняет задачу. Базовая идея нормальная, действительно, раз формула Циолковского такая жестокая, то было бы хорошо как-то подбрасывать энергию/массу для разгона, только реализация подкачала. Идеальная реализация — телепортатор в баки, но это пока невозможно.
      • +1
        > Идеальная реализация — телепортатор в баки, но это пока невозможно.

        Я про подобную реализацию в паре НФ книг читал. Топливо там забирали со станций в атмосфере газовых гигантов, и сразу гнали в движки.
        • 0
          Если есть телепортация, то нахрена тогда движки?
          • 0
            Телепортация бывает разной! (с).
            А если нужно некое устройство и в точке приема? Т.е. чтобы доставить это устройство все равно нужно будет пилить по старинке до точки назначения.
  • +1
    Стоимость топлива в конечной стоимости груза на орбите — единицы процентов.

    Идея не уменьшить стоимость (хотя и это важно), а увеличить массу полезного груза.

    Проблема с ракетами не в количестве топлива, а в том что топливо приходится разгонять вместе с ракетой…

    Так в этом и смысл предложения. В первый момент топливо поступает по шлангам, значит нет необходимости загружать его на ракету, а значит, за счет этой съэкономленной массы возрастет полезная нагрузка.

    Шланги и подаваемое по ним топливо своей массой будут тормозить разгон ракеты

    1. На старте скорость мизерная, масса шлангов с топливом невелика, так как топливо поступает последовательно по мере сгорания.
    2. До верхней точки высоты мачты шланги можно подтягивать, и они не будут помехой.

    На шести двигателях Протона сжигается суммарно около трех тонн в секунду.
    Двигатели первой ступени включаются за 1,75 секунды до старта. Прибавить к этому времени секунду_две_три? секунды до набора высоты 100 метров.
    Какую массу топлива удастся недогрузить на ракету и какую в итоге это даст прибавку полезного груза, надо считать. Возможно это и мизер.
    • 0
      Так в этом и смысл предложения. В первый момент топливо поступает по шлангам, значит нет необходимости загружать его на ракету, а значит, за счет этой съэкономленной массы возрастет полезная нагрузка.


      Еще раз: дело не в количестве топлива, дело в том что его надо разогнать. Поступающее топливо имеет нулевую скорость и даже если бы мы его просто лили в ракету сверху, то оно бы ракету тормозило.

      На старте скорость мизерная, масса шлангов с топливом невелика, так как топливо поступает последовательно по мере сгорания.


      По этим шлангам в Вашей идее должно перекачиваться огромное количество топлива, достаточное чтобы пропитать прожорливый ракетный двигатель. Легкими они не будут. При этом их же не просто надо поддерживать, их надо разгонять вместе с ракетой.

      Какую массу топлива удастся недогрузить на ракету и какую в итоге это даст прибавку полезного груза, надо считать


      В первом приближении — сколько % топлива от стартовой массы удастся сэкономить, столько % полезной нагрузки и прибавится. Сэкономить 1% — прибавим 1% полезной нагрузки.
    • 0
      Возможно, в этом и есть рациональное зерно. Врят ли конечно никто из конструкторов об этом не думал.

      Ну допустим по вышим расчетам выходит что до отрыва от мачт пройдет 5 секунд. Это 15 тонн топлива. Масса топлива в первой ступени Протона что-то около 400 тонн. Нельзя сказать что пренебрежимо мало, но и недостаточно существенно, увы.
      • 0
        Мне кажется, тут основная проблема — в механизме надежного разъединения топливных магистралей, да еще и так, чтобы остатки топлива, вытекающие из шлангов, не привели к пожару на старте.
        В "Шаттле" это было реализовано — отделяемый топливный бак — а в "Буране" от этого отказались, очень сложно. Решили ставить двигатели на отделяемый бак, превратив его в самостоятельную ракету. Из-за этого стало невозможным их многоразовое использование. Двигатели второй ступени "Шаттла возвращались вместе с орбитальным самолетом, а вторая ступень "Энергии" сгорала в атмосфере. Хотя сами двигатели второй ступени "Энергии" (РД-0120) были спроектированы и испытаны многоразовыми. Очень хорошие были двигатели.
  • +1
    Про запуск Minuteman из C-5 Galaxy и видео есть. Можно добавить в пост.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.