Пользователь
209,6
рейтинг
11 мая 2014 в 20:04

Мечта о Single Stage To Orbit


Один из вариантов мечты об облегчении доступа в космос — это Single Stage To Orbit (SSTO). В теории, как обычно, всё красиво — изящные корабли разгоняются по взлетно-посадочной полосе, уходят в небо, разгоняются до космических скоростей, выходят на орбиту, выгружают полезную нагрузку, тормозят, и садятся на эту же взлетно-посадочную полосу. В реальности, опять же как обычно, различные проблемы, такие незаметные на стадии мечтаний и эскизного проектирования, привели к тому, что за всю историю космонавтики такие аппараты ещё не летали. В этом посте я бы хотел поговорить о том, почему так получилось. А ещё мы с вами полетаем на Skylon'e в Орбитере.

Наведем порядок в определениях


Прежде всего, необходимо сказать, что под «желанным SSTO» понимают обычно «SSTO+многоразовость». Или «SSTO+многоразовость+крылья(самолётный взлёт/посадка)+окислитель из окружающего воздуха». Дело в том, что создать одноступенчатую ракету, которая бы выводила небольшой груз на орбиту, сейчас не составит особых сложностей. Даже на рассвете космической эры это было возможно. Первая ступень МБР «Титан-2» могла вывести очень небольшую полезную нагрузку в космос, а МБР «Атлас» конструктивно была «почти-SSTO». Но создание одноразовой одноступенчатой ракеты-носителя не имеет смысла, потому что она будет очень нерациональной. Одноступенчатая ракета имела бы массу 100-150 тонн, и выводила бы в таком варианте не больше тонны. В то же время двухступенчатая ракета с такой же ПН уложится в 50-70 тонн. Таковы интересные особенности формулы Циолковского.
Поэтому различные проекты SSTO практически всегда подразумевали многоразовость. Конструкторы надеялись выгадать на снижении эксплуатационных затрат то, что терялось на неэффективности одной ступени. Достаточно часто аппарат был крылатым, чтобы подъемная сила крыла помогала в полёте. Также достаточно часто на аппарате стояли достаточно необычные двигатели, используя уникальные характеристики которых, конструкторы надеялись спроектировать эффективный и выгодный носитель.

Немного теории


Рассмотрим различные предлагаемые идеи с точки зрения достоинств и недостатков каждого решения.

Многоразовость

Многоразовость сама по себе не является панацеей. Снижение затрат на строительство новых экземпляров носителя необязательно компенсирует затраты на подготовку вернувшегося из полёта носителя к следующему полёту. Один из постов цикла «облегчение доступа в космос» рассказывает грустную историю о программе «Спейс Шаттл», экономическая проработка которой оказалась неверной.

Крылья

Крылья для космического аппарата тоже являются палкой о двух концах. С одной стороны, можно использовать их подъемную силу и производить управляемую посадку на аэродром. С другой стороны, крылья являются мертвым грузом вне атмосферы (а достаточно плотная для опоры атмосфера кончается удручающе быстро), нужно тратить дополнительное топливо на их разгон и торможение вместе с аппаратом, и нужно тратить дополнительную массу на теплоизоляцию крыльев, чтобы они не сгорели при торможении в атмосфере. Кроме этого, крылатый аппарат будет разгоняться по более пологой траектории, нежели вертикально стартующая ракета, что приведет к дополнительным потерям.

Использование кислорода атмосферы

Вполне логичная идея — зачем нам возить с собой окислитель, если мы можем набирать его из атмосферы в процессе полёта? Но реальность снова предъявляет свою цену. Воздушно-реактивные двигатели эффективны каждый в своём диапазоне скоростей, ставить много разных двигателей на один аппарат нерационально. А эпической сложности многорежимный двигатель SR-71 ясно говорит, что на текущем уровне техники это тоже не вариант. Ещё можно воздух охлаждать (в пределе — до жидкого кислорода), но и тут есть свои подводные камни. Холодильная установка предъявляет высокие требования к материалам, является бесполезной в космосе массой, что-то надо делать с азотом из атмосферы, а ещё охлаждение требует энергию, и эту энергию надо в каком-то виде возить с собой.

История



Atlas

Исторически первой и единственной реализованной в металле почти-SSTO стала МБР «Атлас». Она была построена по «полутораступенчатой» схеме, и в процессе полёта сбрасывала хвостовой отсек с двумя боковыми двигателями, продолжая полёт на оставшемся центральном.



В таком варианте РН могла вывести на орбиту примерно 1400 кг при стартовой массе 120 тонн. В дальнейшем на ракету поставили сверху разгонные блоки («Эйбл», «Аджена» ,«Центавр»), увеличив полезную нагрузку, но, конечно же, потеряв право называть её SSTO.

Что любопытно, по такой же схеме был проект на базе «Сатурна-V». Судя по всему, это был такой «даунгрейд» слишком мощного для околоземной орбиты «Сатурна-V». Теоретически ещё можно было бы спасать хвостовую часть, но серьезных проработок этого, похоже, не велось.


Aerospaceplane


Проект, разрабатывавшийся с 1958 по 1963 годы. Его оснащали разными двигателями, от двигателей со сжижением атмосферного кислорода до прямоточных ядерных. Для варианта со сжижением атмосферного кислорода действовала следующая схема: атмосферный воздух поступал в теплообменники, в которых циркулировало топливо — жидкий водород. В них из воздуха извлекался кислород, который затем подавался в буферный бак, из которого шёл в двигатель. В 1960 году даже был создан двигатель-демонстратор с тягой 12 килограмм, который успешно проработал пять минут. Из-за новизны технических решений проект был тихо закрыт в 1964 году.

Альтернативы Шаттла

Начало разработки «Спейс Шаттла» породила несколько альтернативных проектов, среди которых были несколько SSTO.
Chrysler SERV
Источник 1, Источник 2
Очень необычно выглядящий проект многоразового SSTO с вертикальным стартом и посадкой.




Полная масса 2040 тонн, ПН на низкую околоземную орбиту 52,8 тонны

Martin Marietta Langley SSTO
Источник



Полная масса 1925 тонн, ПН на НОО 29,5 тонн. Вызывает недоумение, куда им столько двигателей, причем разных?

Boeing Langley SSTO
Источник


Были в проекте легкий вариант в 1180 тонн и тяжелый в 3438 тонн.

Boeing LEO VTVL SSTO
Источник
Ещё один дивный агрегат с вертикальным взлетом и посадкой. Стартовой и посадочной площадками должны были служить специальные искусственные озёра диаметром пять километров.





В разных вариантах стартовая масса от 5400 до 10300 тонн.

HOTOL



На фоне триумфа гигантомании 70-х, проект HOTOL выглядел практически реализуемым. Космоплан вменяемых размеров строился вокруг уникального двигателя RB545. О двигателе мало что известно, его зачем-то засекретили. Но принцип работы известен, это уже знакомая нам идея использования жидкого водорода для охлаждения атмосферного воздуха с извлечением из него кислорода.
Проект был закрыт в 90-х, когда стало ясно, что заднее расположение двигателя сдвинуло назад центр масс, что требует сместить максимального далеко назад центр давления для обеспечения устойчивости полёта. Говоря коротко, проектирование имело смысл начинать заново, а на это, похоже, уже не было ни денег, ни желания.

«Сивка» Феоктистова

У нас тоже думали про SSTO. Например, инженер и космонавт Феоктистов разработал проект ракеты «Сивка», массой примерно полторы тысячи тонн. Ракета должна была вертикально взлетать и вертикально садиться.

X-30



В этом проекте решили использовать новый тип двигателя — гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный. Тепло, возникающее от трения об атмосферу предполагалось собирать теплоносителем под обшивкой и переправлять в камеру сгорания. Такой подход обещал сделать доступной скорость в 20 М, а это уже недалеко от первой космической. В различных вариантах X-30 разрабатывался как сверхскоростной пассажирский лайнер или носитель космических аппаратов. Полная масса составляла 136 тонн. В качестве топлива предполагалось использовать смесь жидкого и твердого водорода (шугу). В 1993 году проектирование было остановлено из-за сокращения бюджета и технических опасений (например, как будет самостоятельно взлетать аппарат, у которого есть только один двигатель, работающий на гиперзвуковых скоростях?)

DC-X



Прототип (масштабная модель) SSTO аппарата вертикального взлета и посадки. Успешно испытывался в 90-е, как и предыдущие проекты, пал жертвой сокращения финансирования. Есть видео и успешных полётов и аварии при посадке:



VentureStar



90-е годы, вертикальный взлёт, горизонтальная посадка. Прототип, масштабная модель X-33, был остановлен в 2001 году из-за проблем с конструкцией (микротрещины в баках жидкого водорода), проблем с устойчивостью и превышением веса, и, опять же, сокращением финансирования.

Roton



SSTO с использованием вертолётных лопастей. Лопасти, приводимые в действие реактивными двигателями на концах, должны были использоваться как основной двигатель при взлёте, работать компрессором на выведении и тормозить аппарат авторотацией на посадке. Прототип с лопастями, без двигателей и теплозащиты, успешно подлётывал, но компания обанкротилась в 2001 году.

Aquarius



Реализация концепции «большая простая дешевая ракета». Одна ступень, по проекту допустимы до трети аварийных пусков. Стартовая масса 130 тонн, ПН 1 тонна, ракета спроектирована максимально простой и дешевой — один двигатель, вытеснительная подача, разве что использование жидкого водорода несколько выбивается из концепции. Фирма-разработчик подавала заявку на конкурс COTS («Коммерческая система орбитальной транспортировки»), заявка не была отобрана, проект закрыт.

Skylon



Наверное, единственный живой сейчас проект. Разрабатывается в Британии, судя по всему, людьми, имевшими отношение к HOTOL, потому что несет те же принципы — горизонтальный старт и посадка, крылья, двигатель с охлаждением кислорода из воздуха.
Судя по информации с сайта компании, летом 2013 года они получили 60 миллионов фунтов от британского правительства, и подписали контракт с ЕКА на 1 миллион евро на исследование системы орбитальной транспортировки. Части двигателей проходят испытания, полностью двигатель пока не испытан. Соответственно, пока не будет продемонстрирована работа (и подтверждены расчетные характеристики по тяге, расходу топлива и т.п.) о каком-либо будущем проекта говорить рано. К сожалению, знание об истории различных проектов SSTO настраивает на пессимистический лад.


Двигатель с пояснениями. Материал с сайта фирмы.

Orbiter



В виртуальном мире у нас, наоборот, всё замечательно. В частности, есть аддон со Skylon для Orbiter'а. Нам потребуются:
  1. Skylon C1
  2. Аддон к аддону — Skylon C2
  3. spacecraft3 и multistage2
  4. Universal Cargo Deck 4
  5. Velcro Rockets


Кстати, энтузиасты из ВК группы Orbiter сделали русификацию программы (без МФД, к сожалению). Если есть желание, вот ссылка.

После установки всего этого добра запускаем сценарий Skylon C2


Нашей задачей будет выход на низкую околоземную орбиту (200х200 км) и управляемая посадка на мыс Канаверал. Предполагается, что вы уже знакомы с Orbiter по моим предыдущим постам.



Переключаемся в вид из кабины, выставляем триммер до упора вверх, и включаем двигатели (кнопка стандартная, Num+). Skylon не сможет сам оторваться от полосы, в её конце надо помочь взлёту, нажав Num 2. Сразу после взлёта разворачиваемся на курс 90 градусов.



Машина держит курс устойчиво, после разворота не требуется специального вмешательства в управление. Триммера достаточно для устойчивого набора высоты. Топлива в режиме воздушно-реактивного двигателя хватит примерно до 27 км высоты и скорости 5 М. Когда топлива останется чуть-чуть, переключаемся по F3 в «второй Skylon» — «Skylon_rocketmode». Включаем маршевый двигатель там.



Можно переключиться обратно в «Skylon C2» и закрыть створки воздухозаборников по Левый Shift — Num 1, но это чисто для красоты. Продолжаем разгон до тех пор, пока высота апоцентра не составит 200 км. Выключаем двигатель.



Ждём точки апоцентра, занимаем положение по вектору орбитальной скорости, даём импульс для поднятия перицентра.



Мы на орбите!
К сожалению, слетать к МКС топлива не хватит, поэтому включаем музыку и начинаем готовиться к посадке.

Видео рекомендую посмотреть на полный экран как-нибудь потом.

К сожалению, для корабля «Skylon_rocketmode» МФД карты безбожно врёт, поэтому нужно переключиться в «Skylon C2». Либо просто знать, что с первого витка нам хватит горизонтального маневра для посадки. Процедура стандартная — на расстоянии в 17 000 км тормозим до тех пор, пока МФД Aerobrake не покажет недолёт 1000-2000 км. Тормозите осторожно, двигатели стали слишком мощные для пустого Skylon.



Двигатели ориентации нормально работают только в «Skylon_rocketmode», поэтому до ~100 км поддерживаем ориентацию ими.



Теперь наша задача — выставить триммер вверх и ходить змейкой, поддерживая скорость снижения примерно 100 м/с, гася скорость и отслеживая, чтобы не сместиться в сторону от космопорта. Виртуальный Skylon очень послушно ведет себя в атмосфере, я практически простил разработчику необходимость переключения между двумя кораблями.


Обратите внимание, какую змейку рисует Aerobrake MFD




Крылья делают посадку по-настоящему управляемой. Необходимо следить за вертикальной скоростью, направлением на точку посадки, высотой и скоростью полёта. Продолжаем ходить змейкой:




Разворачиваемся за космодромом



Полоса поперек, но это не страшно. Если вы играли в авиасимуляторы, то знаете, что целиться надо несколько в сторону от полосы



Ну вот, полоса почти по курсу



Не забудье выпустить шасси кнопкой G и садитесь.



Есть посадка!

Для навигации: посты по тегу «Облегчение доступа в космос», посты по тегу «Orbiter»
Филипп Терехов @lozga
карма
538,7
рейтинг 209,6
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (113)

  • +8
  • +21
    Видео про Rotary Rocket (Roton)


    И таки да, очень напоминает один известный аппарат из известного фильма.
    • +2
      Да, в видео это ещё эпичней :)
    • +2
      ej.ru/img/content/Notes/9903//1266956887.jpg

      Доставка, на космодром?
      • +16
        Оп. habrastorage.org/files/599/f80/902/599f809025f142479f05c5b988afd4cc.png
        Продублирую лучше сюда картинку по ссылке.
      • +11
        Данный ресурс заблокирован.
        Пример работы людей нетрадиционной сексуальной ориентации в думе.
        • –2
          Кстати, насчет блокировки: поясните, пожалуйста, что за блокировка такая странная — по ссылке я вижу скриншот окна МакОси с текстом про блокировку. Это реально такая блокировка в стиле Apple или это такая нормально работающая ссылка на картинку с окошком МакОС? А если так, то зачем она здесь?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      А вертолетная взлет/посадка интересна тем, что решает проблемы крыльев – лопасти весят меньше, их можно спрятать и не делать теплозащиту и по топливу это экономичней, чем посадка на двигателях, как у Маска.
      • +1
        И еще плюс в том, что для торможения в атмосфере не нужно топливо — все происходит на авторотации. Особенно это вкусно при изменяемом угле наклона лопастей. Но тут уже куча технологических сложностей.
        • +1
          Для нормальной посадки на авторотации возможность изменения коллективного шага лопастей ротора просто необходима. Или под «изменяемым углом наклона лопастей» имели ввиду что-то другое?
          • +1
            Нет, именно так. Чуть двусмысленно выразился. Имел ввиду, что эта фича добавляет много возможностей, и вообще очень полезна.
            Но тут нужно учесть, что эта штука, ввиду наличия сложной механики и сложности её резервирования, может быть вероятной точкой отказа.
        • 0
          Если что, лопасти ротона могут поворачиваться вверх практически вертикально. То есть, начинает торможение он в режиме «аппарат летит вертикально, лопасти болтаются вверху», а потом, по мере раскручивания и снижения скорости, они выходят на перпендикуляр к оси аппарата.
    • +2
      Интересно, почему он не вращается вокруг своей оси. Винт то один
      • +6
        Если двигатели работают на самих лопастях, то момент не будет возникать относительно корпуса. Точнее будет, но незначительный, из-за сил трения. Возможно его компенсирует какой-нибудь маломощный двигатель на корпусе.
  • 0
    а верно я понимаю, что «Спейс Шаттл», как и «Буран», не являются по сути SSTO, потому что выводились ракетами-носителями?
    • +2
      Да, верно. У «Шаттла» и «Бурана» фактически было три ступени — боковые ускорители, центральный блок (в случае шаттла это «половина» ступени — бак без двигателей) и сам орбитер, который своими двигателями довыводился на орбиту.
      • –3
        Довольно странно называть сбрасываемый подвесной топливный бак (с которым летает большая часть военной авиации, к слову) «половиной ступени». Вот бустеры да, тянут на отдельную ступень.
        • +5
          Бак без двигателей, как у шаттла, или же двигатели без баков, как у «Атласа» вполне логично назвать половиной ступени. Это достаточно устоявшееся выражение.
          • –2
            Ступенью обычно называют то что имеет полноценные двигатели и делают так по причине того что эти двигатели дорого стоят и дофига весят что существенно при проектировании ракет. ПТБ стоит копейки и весит гораздо меньше, так что в одну кучу со сбрасываемыми двигателями я бы их не клал.

            Реальные SSTO, кстати, скорее всего будут взлетать при помощи одноразовых твердотопливных ускорителей — JATO, только сравнительно небольших — чтобы оторваться от ВВП и достичь приемлемой для воздушных движков скорости (там где это применимо). Не думаю что это их сделает «неполноценными SSTO».
            • +7
              Не вижу смысла спорить. Вы, конечно, вправе придумывать свою классификацию, но меня вполне устраивает то, что термин «полутораступенчатая ракета» применительно к «Атласу» является устойчивым выражением, и спокойно используется в NASA. И сбрасываемые топливные баки тоже называют половиной ступени.

              Сбрасываемые бустеры — это по по ракетной терминологии уже вторая ступень.
            • +1
              стоит копейки и весит гораздо меньше
              Что-то мне подсказывает, что это не совсем так.
    • +4
      Буран да, а вот Шаттл в отличие от Бурана сам был ракетой-носителем. Но Шаттлу требовалось две здоровенных ракеты-бустера для взлета, так что его традиционно выделяют в самостоятельную нишу, отличную и от обычных ракет и от SSTO.

      А так, в принципе, Шаттл был по сути космическим самолетом с гигантским подвесным топливным баком и вертикальным взлетом за счет JATO.
    • +2
      Шаттл ближе к концепту нежели Буран. В первом случае он фактически выводит себя сам, вся телеметрия и двигатели второй ступени расположены на самой многоразовой системе. Буран лишь «пассажир» на РН Энергия, которая теряется с дорогими движками второй ступени и системой телеметрии.
  • –4
    А как же Grasshopper?

    • +3
      Grasshopper — это прототип многоразовой первой ступени. Falcon — ракета многоступенчатая, под SSTO не подходит никак.
      • +15
        SSOC (single stage over cows).
      • 0
        Ну да, это MSTO. Но тоже неплохо, если все ступени могут вернуться.
  • +22
    Суть проблемы в том, что такой аппарат должен перемещаться в двух совершенно разных средах, причём с грузом.
    Это как с летающими подводными лодками — если поставить цель, сделать можно. Но получится нерационально, сложно, дорого и очень ограничено по возможностям применения.
    • +5
      Совершенно верно.
  • –1
    Большая часть из нарисованного — феерический писец, как на вид.

    В упор не пойму, как можно радоваться проекту РН на 1000+ тонн (!!!!), пусть даже (в иных случаях) многоразовому, при том, что топлива он сжигает прорву, и в сечении напоминает барабан — т.е. разгон «этого» до первой космической требует раз в 10, наверное, больше топлива, чем «обычного» РН.

    Я понимаю, когда такие проекты были на заре космонавтики — тогда искали пути, подходы, пробовали и так и этак. Но чтобы сегодня кто-то всерьез собирался построить бочку с вертолетным винтом размером с дом… Это, видимо, какая-то особая, не уличная, магия, «такое» не просто в воздух, а прямиком в космос, поднять и назад вернуть!

    Еще как-то могу представить летабельность космолетов по принципу ТУ-204 (и то теоретически — на скоростях даже в несколько М лобовое сопротивление требует весьма непростых материалов и двигателей, что автоматически увеличивает цену вопроса, не говоря про практическую реализуемость и надежность реализованного с точки зрения многократных полетов), но чтобы строить аппарат в виде бочки, пирамиды Хеопса, а то и в виде афишной тумбы… И ведь такой проект не один, и каждый из них скушал прилично денег — сколько же народу в это верило!
    • +5
      Упоминая «барабан» вы, видимо, беспокоитесь о коэффициенте лобового сопротивления. Однако стоит иметь в виду, что плотные слои атмосферы достаточно «тонкие» в космических масштабах, а преимущества большого транспортного отсека трудно переоценить.
      В одной из предыдущих статей на космическую тематику говорилось о том, что поперечное сечение большой роли не играет. Более того, вид большинства современных ракет (длинные и узкие) такой только в виду неудобства/невозможности транспортировки иных (бОльших) конструкций.
      • –1
        Наверное, Вы правы, и, прикинув не в уме, а поподробнее, я бы пришел в тем же выводам, что и сотни людей, делавших эти проекты, но…

        Страшно же выглядит их творчество!

        Кроме того, узкая длинная ракета не потому такая длинная, что короче сделать не могут, а потому, что должна нести топливо. Сомневаюсь, что сделай мы ее вместо «в виде столба» наоборот, «в виде блина», мы получим несущественно больший расход топлива, особенно в самом начале пути, когда «блину» придется не только полезную нагрузку проталкивать через плотные слои, но и все еще не сгоревшее топливо.

        Да и все цифры в сотни и тысячи тонн на ракету подтверждают, что чуда не случилось пока. Похоже, альтернативные схемы поинтереснее будут, по крайней мере, пока?
        • +4
          Я думаю все эти проекты забросили потому что интерес к космосу снизился, у человечества появился интернет, индустриальный мир сменился пост-индустриальным.
          Люди пол века назад высаживались на Луну, для чего прямо сейчас нету ни носителей, ни корабля.
        • +4
          Ракеты длинные и узкие в том числе и по тому, что сделать не могут. Например в России размеры ракет обусловлены максимальными габаритами допустимыми при транспортировке по железной дороге.

          Сопротивление воздуха не самый большой враг для ракеты, в конце-концов форма цилиндра тоже далеко не идеальная в плане аэродинамики.

          И почему вас смущают цифры в сотни и тысячи тонн? Сейчас все современные ракеты имеют стартовую массу около 1000 тонн.
          Топливо по сравнению с ценой ракеты бесплатное. Можно сжечь и в десять раз больше топлива, если ракета будет многоразовой.
          • +1
            Прям все? Союз ~300 тонн, Протон ~700 тонн. Не урезать ли осетра? :)
            • 0
              Ариан-5 780тонн
              Фалькон-9 500тонн

              Стоило написать «сравнимую с 1000 тонн». Там же выше автор удивляется массам с сотни и тысячи тонн, а сотни и тысячи тонн — цифры уже много лет используемые в космонавтике. Вон 40 лет назад летали на ракете в 3000 тонн и ничего.
              • 0
                То есть от "Сейчас все современные ракеты имеют стартовую массу около 1000 тонн" мы от «всех» плавно переходим к «40 лет назад была одна такая Saturn-V на 3000 тонн» и приводим современные примеры в 2 и 1.5 раза легче. Я и говорю, осетра стоило урезать.

                А так то да, технично съезжаете со своих утверждений, хорошая попытка :)
                • 0
                  От «Сейчас все современные ракеты имеют стартовую массу около 1000 тонн» к «Сейчас все современные ракеты имеют сравнимую с 1000 тонн стартовую массу».
                  И опять же — сотни и тысячи тонн — норма для космонавтики. Читайте комментарий, на который я отвечал первым.
    • +3
      При массе в несколько тысяч тонн лобовое сопротивление — это очень небольшая проблема. Такие конструкции пытались решать более важные проблемы — прочность (чтобы эта бандура не развалилась от своего веса), размещение двигателей, устойчивость.
    • +2
      Топливо для РН стоит дешево относительно стоимости самого РН, так что многоразовый аппарат способный слетать при той же стоимости изготовления хотя бы дважды даже при десятикратном расходе топлива уже будет выгоден. Основная проблема подобных систем в том что «той же стоимости изготовления» многоразового носителя не получается, а после каждого полета носителю требуется дорогостоящий ремонт сопоставимый по затратам со стоимостью одноразовой ракеты.
  • +2
    А эпической сложности многорежимный двигатель SR-71 ясно говорит, что на текущем уровне техники это тоже не вариант

    но только двигатели SR-71 это технология 50-х годов
    • +2
      С тех пор двигатели стали экономичнее (высокая степень двухконтурности, винтовентиляторные двигатели), но не универсальнее.
  • 0
    DC-X успешно испытывался в 90-е, как и предыдущие проекты, пал жертвой сокращения финансирования

    Подождите, что значит «успешно?» Т.е. он полноценно улетал в космос на одной ступени?
    • 0
      Как масштабный прототип успешно. Подлёт — посадка.
      • 0
        Интересно… Получается, что реальный SSTO? А что-ж тогда прикрыли?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +1
          Нет, это же масштабный прототип. На несколько сотен метров вверх и на посадку. Никакой орбиты.
  • 0
    Интересно.
    А можно первую ступень сделать с крыльями и приземлять для повторного использования?
  • 0
    (играя в наивного профана)

    А почему вывод ракеты за пределы атмосферы такой энергозатратный? Я лично своими глазами видел, как 500000 тонная махина висела в 1g на электромагнитном поле вообще без затрат энергии. Как положили (построили) — так и лежала.

    Почему с ракетами такое не получается? Ну, я понимаю, кинетическая и потенциальная энергия, да. Но процесс висения не должен требовать энергозатрат. А в него прожигают уйму топлива.

    Неужели нет более изящного метода добавить потенциальной энергии (кинетическая приложится), чем реактивный двигатель?
    • 0
      Висеть мало, первая космическая — это ~8 км/с. Что же касается безракетных систем, то там проекты выглядят как прожекты — слишком циклопические конструкции надо.
      • 0
        Для того, чтобы сделать 8км/с для 1 т надо всего лишь 32 гигаджоуля энергии. Что есть чуть меньше, чем 1 гигакалория. При калорийности топлива 10 Мкал/кг (обычное масло или бензин) при КПД в 50%, надо всего лишь 500 кг топлива.

        Я всё понимаю, что неправда и ракеты, но чисто скорость такую сделать в условиях «просто создать силу» — никаких проблем. Я думаю, задачу «разогнаться в вакууме» после вывода на орбитальную высоту, решат легко.

        Но, вопрос-то всё равно остаётся: почему обычная глыба кирпича левитирует на электромагнитном поле с нулевыми затратами энергии, а мы так не умеем? (кроме как притвориться глыбой).
        • +2
          По-моему, Вы забываете форуму Циолковского и прибавлять вес топлива к весу выводимого груза. КПД 50% это круто.
          Причём тут лефитирование в магнитном поле и энергия? Закоными физикиникто не отменял — хочешь разогнаться или подняться — трать энергию. А через магнитное поле ваша глыба в лучшем случае просто опирается на поверхность. С тем же успехом, она могла на столбе стоять или на шнурке к полтку висеть.
          • 0
            «Трать энергию» — я уверен, что если мы посчитаем энергозатраты ракеты, они окажутся сильно больше, чем приобретённая ею энергия.

            Левитация глыбы — это и есть «опираться на поверхность». Если глыба может левитировать на э/м отталкивании атомов, то почему для ракеты надо тратить столько лишней энергии?
            • 0
              Ещё ракета трётся об воздух, греет атмосферу.
              Что касается невозможности висеть без затрат энергии. Ракета «опирается» на выбрасываемые её газы. Но газ не твёрдый и тут же разлетается, и «опора» пропадает. Когда ракета стоит на земле, она действительно не тратит энергию.
              • 0
                Если решить задачу «разлетающегося газа», то затраты на взлёт значительно уменьшатся.
        • 0
          Чисто энергетически стоимость вывода груза на орбиту относительно невелика. Даже с учетом формулы Циолковского топливо для ракеты (энергия) стоит порядка 1% от стоимости выведения груза на орбиту. В этом и смысл проектов SSTO — убираем из уравнения составляющую львиную долю стоимости одноразовую ракету, получаем гораздо более дешевый вывод груза в космос даже при менее эффективном расходовании энергии
        • +3
          на первый взгляд все просто 500кг топлива на тонну нагрузки… но чтобы разгонять нагрузку нужно еще и эти 500кг разогнать вместе с ней, т.е. получается уже полторы тонны реального груза который нужно вывести, и естественно этих 500кг уже не хватает. Они конечно к концу полёта расходуются, но это не устраняет проблемы.

          Ну ладно, кирпич левитирует на магнитном поле и не тратит на это энергию, а сколько энергии потрачено на то чтобы создать это поле? а размеры необходимого оборудования?
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • +1
          Вы используете не ту физику, у нас же не фотонный космолёт, а химическая ракета. Здесь эти гигаджоули достигаются с очень низким КПД выбрасывания реактивной массы с удручающе малыми скоростями.

          В принципе, вы в чем-то правы, в вакууме можно разгоняться, например, на электрореактивных двигателях, которые на порядок эффективнее химических.

          Я не очень понимаю о какой глыбе вы говорите, но физику обмануть нельзя. Даже если у нас появится левитация и запуск полезной нагрузки по сценарию «поднять до высоты Луны, а потом пусть разгоняется падением», то на этот подъем надо будет затратить энергию.
          • +1
            Вся проблема не в энергии, а в мощности. Если бы можно было тратить 10кВт и по чуть-чуть ползти вверх, никаких бы гигантских ракет не потребовалось бы. При этом мы точно знаем, что в «бытовой механике» 10кВт лебёдка может вполне поднимать несколько десятков или даже сотен тонн — просто медленно.

            А вот «медленно» упирается в то, что упираться не во что. Ракетный выхлоп можно разделить на две части — левитирование на месте и подъём.

            Если вычесть расходы топлива на «левитирующую» часть, оставшаяся будет много меньше.

            Вот как бы нам это сделать?

            (Я в курсе про ракеты и про то, что опираться в космосе не на что — я просто рассматриваю задачу с наивной начальной позиции — считайте, разминка для ума, brainstorm).
            • 0
              «Левитирование ракеты в воздухе» — это как? Есть давление молекул газа атмосферы, но оно одинаковое со всех сторон (разницу высоты не учитываю). Вы бы пояснили более подробно механизм, а то совсем непонятно.
              • +1
                Я играю в профана и задаю наивные вопросы. (У меня подобный подход в моей работе очень хорошо помогает найти альтернативные пути решения — но я понимаю, что в ракетной технике всё чуть сложнее, чем в уютных линуксах).

                Если у нас кирпич на э/м поле может левитировать без затрат энергии, почему ракета так же не может? Я понимаю, что там квадратичное убывание силы взаимодействия от расстояния, печально. Но можем ли мы хотя бы сделать линейное? Нам же не обязательно э/м, нам любая отталкивающаяся сила подойдёт.

                Какие отталкивающиеся силы мы знаем, кроме кулоновских и проводника в э/м поле, что всё та же э/м?
                • 0
                  Если вы называете левитацией силы молекулярного отталкивания, которые ответственны за сохранение формы твердых тел, там ведь ещё силы притяжения есть, благодаря которым тела не растягиваются самостоятельно. Это всё не будет работать для газа, на него нельзя так опираться.
            • 0
              Если вычесть расходы топлива на «левитирующую» часть, оставшаяся будет много меньше.


              Это не так. На «левитирующую» часть у современных ракет приходится порядка 1.5 из 9.5 км/с необходимой delta-v (условно говоря объема работы ракетного двигателя). Хотя если подниматься значительно медленнее то потери на «левитацию» будут гораздо больше, это да.

              Но вообще смысла нет смотреть на затраты энергии потому как они невелики. Ключевая проблема с выведением груза на орбиту — стоимость самой ракеты, а не топлива для неё.
              • 0
                А стоимость ракеты определяется тем, какую дикую мощу она должна выдавать. Если бы ракета могла мирно шуршать на пару мегаватт, то стоила бы она как движок от грузовика. Так что если бы найти метод левитировать, то можно было бы по чуть-чуть, по чуть-чуть. Разгон за 7 дней — дёшево, за 2 дня — экспресс-доставка, дороже.
                • 0
                  Это вы, батенька, уже про антигравитацию речи заводите. А тут, емнип, пока даже теоретических предпосылок нет. Ждем единую теорию поля, которая позволила бы связать ЭМ с гравитацией :)
                  • 0
                    Да не обязательно, я думаю речь идёт о банальном космическом лифте, когда поднимать груз можно с любой скоростью. То есть затрачиваю любую мощность. Если мощность равна нулю — груз остаётся на той высоте, на которую подняли (пример обычной лебёдки).
                    Только amarao хочет придумать что-то без обычной механики. Правильно понимаю?
                    • 0
                      (чукча не изобретатель, чукча ТЗ-писатель)
                      Я просто указываю на кажущуюся мне странность и источник проблем в существующих решениях. Если эту проблему кто-то придумает как устранить, то получится выползать в космос с маленьким ускорением.

                      А вот как… Ну я не знаю, но есть же у нас умные люди, которые эту мелочь починить могут?
                      • 0
                        Угу, а потом на проекте столкнешься с таким ТЗ писателем (чаще писательницей) «А почему это так дорого сделать, там ведь все просто должно быть...»
                  • 0
                    В режиме наивного профанства: если у нас кирпич может лежать ровно и не требовать энергию на левитацию, почему мы не можем сделать то же с ракетой?
                    • 0
                      Почему не можем? Можем положить её ровно — и она будет лежать себе и не требовать энергии.
                      • 0
                        ок, а можем мы сделать так, чтобы она левитировала на расстоянии не 10 ангстрем над поверхностью, а 50 ангстрем? А милиметр слабо?
                        • 0
                          А вы сами как думаете?
                          Проблема не в том, чтобы положить её и она лежала себе. Проблема в том, что для того, чтобы поднять её на этот миллиметр и положить там — нужно затратить известную энергию.
                          • 0
                            А я тут в профана играю и неудобные и интересные вопросы задаю. Так что мне можно.
                            • 0
                              Да чтож тут неудобного то. Чистая физика. Причем, школьный, емнип, курс.
                              • 0
                                Ну, вы знаете, в пределах школьного курса физики у нас будут очень большие проблемы с существованием материи как таковой.

                                Кроме того, вопрос-то не по физике, а по инженерным решениям. Если не задумываться об ограничениях существующих технологий, что может быть проще: сверхпроводящий кольцевой магнит на ракете, свехпроводящий кольцевой магнит на земле — чуть-чуть электричества и ракета пулей… ракетой вылетает в космос.

                                С точки зрения чистой математики и физики всё ок, осталось сделать магнитное поле такой силы.
    • +5
      А это что за глыба? Луна что-ли?
      • 0
        Любой кирпич, лежащий на земле. Он левитирует за счёт отталкивания атомов друг от друга — и затрачивает на это ноль энергии.
        • 0
          он находится в равновесном состоянии. попытка прижать его сильнее потребует туеву хучу энергии.
          • –1
            А почему так же нельзя сделать с ракетой на высоте несколько километров?
            • +1
              можно точно так же сделать с ракетой на высоте в несколько микрон… ой, это так и есть.

              а так, чтобы сменить равновесную точку на несколько километров в воздух — надо убрать какую-либо из сил, либо добавить.
              убрать гравитацию мы пока не можем (мы вообще не знаем что это такое). остаётся добавлять — добавляют тягу сперва, потом скорость.
  • –1
    Наверное, эти аппараты ждут дешевой энергии, когда залить полный бак перестанет быть финансовой проблемой. И тогда они полетают.
    • 0
      Топливо составляет всего какие-то проценты от стоимости запуска.
      • 0
        Для многоразовых аппаратов процент больше. Или намного больше.
        • 0
          Теоретически. На практике один пуск многоразового шаттла ~450M$, сравнимый по забрасываемой массе Протон — 100M$. Конечно, в шаттле топлива больше в три раза, но ценник в 450М отнюдь не на топливе получается.
  • 0
    Вроде в статье не был упомянут проект Спираль
    • +2
      Спираль — это воздушный старт, про него уже говорилось в посте о воздушном старте в этой серии.
  • +1
    Простите за оффтопик, параллельно чтению Вашей статьи наткнулся на новость о модели космического корабля весом 300-500кг. Это бред, который был перепечатан всеми русскими СМИ или они действительно могли сделать корабль массой меньше, чем жигули?
    • +1
      Космический корабль и ракета-носитель — это две большие разницы. Космический корабль может быть лёгким, если ему не нужно менять орбиту.
      • 0
        Это понятно, но разве он может быть настолько лёгким?
        • 0
          В пределе — это кресло, скафандр и аэродинамический обтекатель. :)
          Если мы не собираемся садиться — этого хватит.
    • 0
      Смотря что понимать под моделью и смотря что этот корабль должен делать. Если он пилотируемый — то никак, если автомат — то легко.
    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • +1
      Первый космический корабль США «Меркурий» весил 1300 кг. За прошедшие годы электроника стала сильно легче, но всё остальное не так уж и изменилось. Если поставить такую задачу, то крайне примитивную капсулу, наверное, можно будет втиснуть в 500 кг, но с огромным трудом. Так что скорее всего вес будет раза в 2-3 больше, чем в новости.
  • +1
    как я понимаю, основная задача — это тягать топливо :)

    Былобы инетерсно послушать про альтернативные системы старта и развитие двигателей, осоенно применительно к двигателям вывода на орбиту.
  • 0
    Крылья для космического аппарата тоже являются палкой о двух концах. С одной стороны, можно использовать их подъемную силу и производить управляемую посадку на аэродром. С другой стороны, крылья являются мертвым грузом вне атмосферы (а достаточно плотная для опоры атмосфера кончается удручающе быстро), нужно тратить дополнительное топливо на их разгон и торможение вместе с аппаратом, и нужно тратить дополнительную массу на теплоизоляцию крыльев, чтобы они не сгорели при торможении в атмосфере. Кроме этого, крылатый аппарат будет разгоняться по более пологой траектории, нежели вертикально стартующая ракета, что приведет к дополнительным потерям.

    Вопрос дилетанта — почему бы вместо крыльев не использовать корпус типа «летающее крыло»? В этом случае крыло отсутствует как отдельный конструктивный элемент (со своими минусами), при этом сохраняется возможность маневра в атмосфере + возможность использования доп. подъемной силы (хотя тут вопрос, насколько выгодна более длинная пологая траектория против более короткой вертикальной, с точки зрения энергетики/необходимого топлива/...).
    • +2
      Смысл один: изменение конструкции корпуса, что добавляет массы, мешающей вне атмосферы.
    • +1
      Давно уже пытаются использовать, но не «летающее крыло» а «несущий корпус» en.wikipedia.org/wiki/Lifting_body
      Видно, что такому корпусу для управления всё так же необходимы выступающие аэродинамические элементы. Тогда мы решаем, раз уж плоскости всё равно есть, то может передать им часть несущих функций? И… получаем обычную интегральную схему :)
      • 0
        А так ли нужны постоянно выступающие аэродинамические элементы для управления? Они ведь нужны только в атмосфере на старте и на финише, соответственно, можно сделать их выдвигающимися (использовать те же решетчатые рули, например). Опять же, возможно, от них вообще можно отказаться, в пользу того же динамического управления вектором тяги, либо используя маневровые движки (они ведь все равно нужны для маневрирования в космосе).
        • +2
          От того, что мы рули сложили, они весить не перестанут. А нам ещё механизм складывания возить придётся.
    • +1
      Крыло не может отсутствовать, даже если оно «размазано» по корпусу. «Летающее крыло» может быть выгоднее, но полностью от балласта лишней массы не избавится.
  • 0
    Пофантазируем: Появился компактный источник очень большой «чистой» энергии, в виде тепла или электричества, не важно.

    Что будет рабочим телом для реактивного движения?
    Как и до какой скорости разгонять это вещество?

    Речь идет о небольших кораблях типа «X-Wing» для использования как в космосе, так и в атмосфере :)

    У меня есть стойкое ощущение, что одного лишь источника энергии будет не достаточно, чтобы это получилось, нужно что-то еще не менее фантастическое.
    • +1
      В качестве рабочего тела в тепловых ракетах целесообразно использовать водород, т.к. у него specific heat capacity наибольшая среди газов — cp=14 и удельный импульс на тепловом двигателе удастся развить наибольший. Удельный импульс удастся поднять примерно втрое относительно кислород-водородных двигателей, но при этом придется придумать источник энергии способный работать при T=4500 K :). При большей температуре водород уже начинает ионизироваться и возникают связанные с этим проблемы. Вокруг этой идеи строились ядерные ракетные двигатели — правда там ограничивались реактором нагретым до 3000 градусов и удельный импульс получался вдвое больше чем у кислород-водородных движков. На выходе имеем скорость выбрасываемого газа в 8-12 км/с и потребную массу горючего для выхода на орбиту всего в 2-3 раза большую чем масса самого орбитера. X-wing конечно не получится :) но для SSTO вариант отличный.

      Плазменные и ионные двигатели способны выдавать еще больший удельный импульс, но они упираются в проблему охлаждения. КПД-то не идеален, часть энергии рассеивается в виде тепла, и для мощного двигателя этого тепла будет колоссальное количество. Тепловые ракетные движки сбрасывают это тепло с рабочим телом, а вот для плазмы / ионного движка как решать эту проблему неясно.
    • 0
      Ну, если этот источник будет очень сильно компактным и легким, то X-Wing можно получить. В воздухе двигаемся тепловым реактивным двигателем (набираем его из атмосферы, греем вашим источником и выбрасываем), в космосе ставим мощные ЭРД с мегаваттной-гигаваттной мощностью.
      • –1
        > набираем его из атмосферы, греем вашим источником и выбрасываем

        Тут можно пойти еще дальше — ионизируем и разгоняем эл.магн.полем.
  • 0
    А была уже статья про варианты старта с огромного самолета который набрал высоту более 10 км?

    По тегу ОДК сейчас 4 топика, не нашел habrahabr.ru/search/?q=%5B%D0%9E%D0%94%D0%9A%5D&target_type=posts такой статьи.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.