Давненько не вспоминали про Илона Маска:)
Вообще довольно давно тов. Королев в споре с, кажется, Челомеем (или Янгелем? Не принципиально) настаивал на том, что таскать крылья в космос - расточительство народного хозяйства. Гуглить точную фразу лень. Но суть в том, что из необходимых для посадки гасителей кинетической энергии тряпочка паращюта - самое маловесящее и минимально стоящее.
Блудливость идеи крыльев доказал "шатл" (полноценный ВКС, между прочим, пусть и с вертикальным взлетом. В том смысле, что аппарат включал в себя не только самолетный планер, но и полноценную силовую установку. И, кстати, именно отсутствие маршевых двигателей у "Бурана" оставляло шанс на развитие "Энергии" - добил ее меченый).
Вообще все просто. Тело на орбите - энергитический обьект. С наличием и кинетической, и потенциальной составляющей. На отметке "0" вся энергия - потенциальная энергия топлива. Плюс, согласно математике тела переменной массы, еще "чуть-чуть".
"Чуть-чуть" это в совокупности с КПД дает порядковую разницу между энергией кг груза на орбите и потребной для его вывода энергии горючки. Каждый лишний кг на старте - овердохрена лишнего топлива. Многоразовая космонавтика - это, помимо всего прочего, коэффициенты запаса. Например авиаторы летают с коэффициентом запаса 1.5÷2. Космонавты 1.2 максимум (почему без натурных дестроев техники, вполне спланированных, полетов не бывает). Это означает, что если по расчету для восприятия нагрузки нужен 1кг, то полетит в космос 1кг200г. А у самолетчиков - 1.5÷2 кг. Разница между одноразовым и многоразовым изделием 300÷800г. Пересчитываемых на топливо. При этом если капсула "Салюта" минимальна в своей функциональности, то тот же "шатл" таскал в небо только самого себя почти на порядок тяжелее. Одни пустые обьемы крыльев чего стоят(у авиаторов там топливо).
Соответственно "Фалькон" это… как минимум утяжеленный планер ракеты, лишнее топливо для посадки, лишнее топливо для разгона. Плюс лишний вес многоразовой капсулы. Причем декларируемые 30 стартов - это коэффициент запаса скорее 2, чем полтора. Это в принципе не может быть дешевым. Что называется анализ на пальцах.
Теперь о перспективах.
Еще Циолковский мечтал использовать в качестве окислителя воздух. Но… не срослось. Поэтому с момента первого полета шутих начала века весь поиск был направлен на наиболее производительный с точки зрения удельного веса окислитель и наиболее энергетически выгодное, опять же с точки зрения веса, горючее. Предел - водородокислородные системы в жидкой фазе.
Но случались и отклонения от генеральной линии партии. В итоге приведшие к американскому чудо-двигателю. Кстати, тоже тупиковому. Почему? См выше про массу и энергию. Таскать в космос то, что тебе там не нужно, следует в минимальных обьемах. Тот же Циолковский это сформулировал как идею ступенчатости.
Итак, зачем американцам понадобился такой сложный двигатель? А ровно потому, что двигатель до/транс/сверхзвуковой, двигатель гиперзвуковой и двигатель космический - это три разных двигателя.
Для начала есть такая штука, как скоростной напор. Ро ве квадрат деленные пополам. И есть пи ка компрессора. Степень повышения давления сталбыть. На определенной скорости эти два числа сравниваются (максимум скорости достигнут на "Черном дрозде", но там на максималке, по некоторым сведениям, двигатель работал на режиме, близком к прямоточному, в обход компрессора). При дальнейшем росте скорости компрессор начнет работать как тормоз. Чтобы максимально оттянуть этот момент, американцам пришлось применить термическое воздействие на поток через регенераторы.
Приемлемое решение для гиперзвукового самолета. Не идеальное (лучше все же теоретически обоснованный, но так и не доведенный до полетного образца в связи с перестройкой двигатель изменяемого цикла) решение, которое приписывают американцам с "Дроздом" - пускать высоконапорный воздух мимо компрессора сразу в камеру сгорания (причем там масса других нюансов: и горение сверх/гиперзвуковое, и перекрут компресора при жестком его соединении с турбинами, и прогар этих самых турбин. Много, в общем, нюансов), но приемлемое.
При этом на всем режиме разгона до гиперзвука мы везем… неработающий ракетный двигатель. Внутри основного соплового аппарата. Который мало того, что создает донное сопротивление, так еще постоянно омывается выхлопными газами с температурой под полторы тыщщи градусов. Причем не на охлаждаемом топливом сопле, как это принято у ракетчиков, а на внешней оболочке двигателя. Система охлаждения неработающего ракетного двигателя=вес.
Выход? Если тебе что-то мешает - отпусти это.
Да-да, я подвожу к спирали. Причем модернизированной, трехступенчатой.
Первая - сверхзвуковой высотный носитель. С обычными газотурбинниками и сравнительно детскими для космоса 2.8÷3М и 20÷25км.
Далее методом отстрела вниз из комфортного положения стартует вторая, гиперзвуковая ступень. Технология старта и запуска гиперзвукового прямоточника отработана и нами, и американцами. У них это скрамджет называется. Первая ступень как обычный самолет возвращается на аэродром. В итоге получается некий аналог уже существовавших "Конкорда" и 144. Машин с космической стоимостью полета для авиации и смешными расходами для космонавтики.
Вторая ступень несет челнок к 50÷60км высоты и скорости порядка 10м. Это предел для пользования кислородом воздуха. Причем из чисто практических соображений стоит делать "горку" перед сбросом челнока. Просто что бы выйти в еще более разреженные слои, возможно уже в режиме планирования, и открыть/закрыть там люк сброса челнока. Комфортное размешение оного невозможно в силу аэродинамических проблем обтекания гиперзвуковым потоком. Спуск и посадка-планирующие. На самом финише, возможно, парашютная. Сама вторая ступень может быть беспилотной. Реально сейчас есть технологии для ее реализации, но нет самого самолетного аналога.
Третья ступень - классический челнок. Много топлива для разгона ему уже не нужно. Топливо это вполне возможно разместить классически, в крыльях. Садится такая техника в режиме планирования. Маневрирует на орбите - двигателями малой тяги. Собсно, БОР как он есть.
Вот у такой системы есть возможность компенсировать весовую прибавку от многоразовости за счет отказа от разгона окислителя. И, как следствие, стать сравнимой с "Союзами" по цене системой. Остальные попытки таскать с собой все, что нужно и все, что не нужно, обречены на экономический провал. Причем то, что я сейчас нафантазировал - это исключительно пилотируемая система/система снабжения станций малыми грузами. Альтернативы классическим ракетам для вывода крупных, тяжелых грузов на орбиту нет и не предвидится до момента овладевания человечеством силовыми торсионными пятимерными полями и антигравитацией Теслы)))))
Комментарии
А я и приписал:
Ну давайте экстремальный вариант ваш посчитаем:
Высота 20 тысяч метров и скорость 3000 км/ч.
Я уж молчу про то что ни одна страна пока что не смогла сделать ни один такой тяжелый самолет вообще. А самолеты пониже и потише - Т-4, Валькирия, Конкорд и Ту-144 стоили безумных денег и породили кучу жутких проблем.
Подсчитаем. m*9.81*20000=m*196200 ; 3000 км/ч - это 833 метров в секунду. m*833^2/2=m*346944. Итоговая энергия равна m*(196200+346944)=m*543144
Итого
543144/33167000=0,016 или 1,6%
Мои поздравления! Предложив совершенно безумных параметров самолет, вы сообщили полезной нагрузке 1,6% энергии, которую надо было сообщить. Стартующему с самолета девайсу, осталось донабрать 98,4% энергии - сущие пустяки.
По сравнению с дозвуковиком вы выиграли в 1.6/0.39=4.1 раза. Солидно!
http://www.mk.ru/science/2015/03/03/v-ssha-stroitsya-samyy-bolshoy-v-mir...
Оба проекта сейчас осуществляются. Будем посмотреть какой успешнее.
Мне кажется, в ваших расчётах ошибка. Вы считаете только энергию полезной нагрузки, не учитывая массу топлива.
А каждая часть топлива до определённого момента тоже есть просто балласт, который надо просто тащить, тратя на него энергию.
Не зря же в начале статьи есть фраза "тело переменной массы".
Ну да. Ракета, которой надо набрать не 100, а 99,6% энергии, будет весить не 99,6% массы от наземной, а где-то 97%. Может даже 96%.
По формуле Циолковского считать надо. Даже дополнительные 200 м/с у земли дают где-то 30% прироста ПН. Кроме того не учли возрастание удельного импульса двигателя и сэкономленные гарвитационные и аэродинамические потери. В итоге старт с дозвукового самолёта на высоте 10000 м прибавит к ПН процентов 40-50%
При катапульте с размахом порядка 100 м эти 200 м/с можно обеспечить прямо с земли... а высота 8800 м - поднять космодром на Эверест.
40g размажет всех в лепёшку
20 g :) В старой фантастике погружали космонавтов в воду. А если в спецраствор, то его можно и в легкие залить, тогда хоть 100 g :)
Кто-то в ангрибёрдс переиграл наверное :)
Ветряки с таким размахом строят, почему бы и не катапульту :)
Есть еще один ресурс - продувка двигателя на стартовом столе и выход на режим. В это время тратится до 5% горючего. При использовании катапульты выходить на режим можно уже в воздухе.
В общем, еще есть, где экономить. Даже на монолитности узлов ракеты, что было недостижимо в 60-е, из-за чего таскаем на орбиту кучу дополнительных поверхностей, ферм и болтов.
g убывает по квадратичному закону, вы чтото насчитали невероятное, не может g (10000), быть равным g (200000).
Отделение первой ступени происходит на высоте примерно 50-70 км...
То есть если вы туда затащите самолетом или чертом лысым (большая бочка) или чем хотите вторую ступень, то ее вполне можно оттуда пустить, а самолет вернуть, сделать ему ТО и снова в полет., собственно именно это хочет сделать маск, только вместо самолета он придумал ундервафлю которая тормозится реактивными газами, и аэродинамически ничтожна, если эта фигня не прокатила с самолетом, то у Маска ИМХО шансов немного.
Вы теряете из виду самое главное - самолёт не везёт с собой окислитель. Соответственно его эффективность недостижима никакими ракетами. Но даже в случае с описанными в статье конструкциями (двухступенчатый "самолётный") вывод эффективность многоразовой системы выше, но не поражает.
А масковой поделке до уже имеющейся эффективности Протонов даже в одноразовой версии как до Киева раком.
Самолет везет с собой самолет. А он потяжелее окислителя будет. И дико подороже, но это ладно - типа мы его не разбиваем и возвращаем. Хотя и его ресурс не бесконечен и каждый вылет стоит солидных денег.
Причем тут Протон? Протон далеко не рекордная по эффективности вещь, просто единственная тяжелая, которая есть в РФ.
Недостатки поделия Маска заключаются в низкой эффективности ЖРД Мерлин. К посадке пока особых претензий нет. На пальцах вообще всё красиво. Доведут без новых косяков (типа которые повылазили у шаттла) - будут молодцы.
по поводе высокоэффективных двигателей (упало на почту):
Для справочки - камера сгорания и критика в ЖРД работают ЗА пределом упругости. Сие означает, что вся сопловая часть и камера сгорания идут не на инспекцию, а на замену - после каждого старта. Тем более ,что давление в камерах - 95 атм. Для сравнения - пресловутый "карбюратор" Ф-1(от первой ступени Сатурна 5) имел давление в камере всего 60 атм. Еще раз для сравнения - наш современный РД-180, закупаемый Пентагоном и считающийся вершиной двигателестроения, поддерживает давление в 260 атм, но никто в здравом уме не собирается его использовать повторно.
Можно бы для повторного использования оставить турбонасосы. После инспекции. И все.
двигатели Маска должны быть "дубовыми"
У всего семейства двигателей РД-170 (в него и РД-180 входит) изначально по ТЗ заявлена и обеспечена многократная работа. До 10 пусков.
включений
Выкиньте это из почты.
Каждый РД-180 после изготовления проходит огневые стендовые испытания (прожиг), после чего летит в США, ставится на ракету и без аварийно выводит ее в космос.
это вы с кем спорите?
Самолёт имеет ресурс 10000 вылетов, у ракеты один.
Протон не переплюнул по цене ещё никто. И не переплюнет.
Можете не продолжать - Вы не в теме, и разговора не выйдет.
Не надо затыкать людям рот. Не хотите общаться - просто помолчите.
Цена мало о чем говорит. Можно продавать в убыток, можно продавать проедая инфраструктуру и заделы.
Протон - ракета 1960-х гг. Имеет 12 двигателей 5 типов. Отказ любого двигателя фатален (Фалкон например допускает отказ 1 двигла 1-й ступени). Протон - ракета очень трудоёмкая. Наконец вонючее топливо её значительно удорожает - усложняет заправку и обслуживание ракеты, требуется платить казахам за окр. среду.
Ага, найдите 1 (адын штук) сверхзвуковой самолет, сделавший 10000 вылетов.
Эх. И об этом я неоднократно говорил. Вся экономия на весе окислителя сжираетсч аэродинамическими потерями из-за необходимости разгоняться в относительно плотных слоях атмосферы (до 50 километров). Эту зону обычные ракеты- носители стараются преодолевать на сравнительно низких скоростях, именно из-за аэродинамических потерь. А разгоняются уже выше.
Это выглядит разумным возражением. Но с другой стороны скорость самолета может быть ниже чем у ракеты и сопротивление среды тоже ниже, так что тут нужны опыты, сразу дать однозначный ответ нельзя. Однако, судя по тому что такие системы не прижились вы правы, но Маска все одно не понимаю, что он выигрывает, ведь его ракета использует реактивное торможение,- это очень дорого, тем более что в отличие от самолета при спуске аэродинамика уже не помогает.
В своё время мы (и я в частности) просчитывали очень много различных вариантов ВКС. К сожалению, использование атмосферного кислорода давало выигрыш только в варианте как у английского HOTOLа. Но построить такой агрегат с ожижением воздуха на лету - и тогда, в 80-х, было фантастикой и сейчас остаётся. Технически проще, наверное, ЯРД большой тяги довести.
Мде, уровень проблемы ясен.
З.Ы.
И вообще, вы же замечательный технарь, чего вы ведетесь на философские споры, только душу свою технарскую израните и ничего не добьетесь, можете считать это извинением за некоторые прошлые диалоги о кторых вы отлично помните, я уверен. Однако, случись мне спорить снова я буду вести себя так же, надеюсь причина вам понятна.
Точно, удельный импуль его двигателей раз в 10 выше чем у ЖРД ракеты
Расстояние для g считается от центра планеты, а не от её поверхности.
Т.е. самолет летает на высоте 6381 километров от центра тяготения, а космический корабль на высоте 6571. Разница в 3%.
g уменьшится в 1,06 раза или на 6%. Разница в энергетике вывода будет ещё меньше поскольку основная компонента - кинетическая, g на неё не влияет.
МКС находится на расстоянии более 400 км от Земли. Оно варьируется в пределах 413-429 км.
Скажу сразу квадратичные вещи так не считают,- это во-первых. Во-вторых, если судить по вашей логике то на МКС должна быть сила тяжести 0,85g. Так что, кто-то определенно врет, и сдается мне, прежде вего врет формула Ньютона, ну а самый распрекрасный врун конечно Кавендиш со своими крутильными весами. Так что, рассчитанные вами цифры просто никуда не годятся с точки зрения физики...
Подскажу: g в центре "тяжести" планеты = 0 (от Солнца, Луны и прочего пренебрежём).
Она там не маленькая, просто станция всё время падает за горизонт и всё на ней тоже, поэтому веса нет.
Вы там бывали, или это очередные предсказания гениалных "Энштейнов".
Это написал Перельман в книжке Занимательная Физика.
Удивительно, а это не он написал "Путешествие к центру Земли", нет? Тогда, с чего он пишет то, чего никто не знает, да еще и выдает это за истину в последней инстанции.
Жюль Верн. Кстати Перельман написал поправку к Жюльверновому "из пушки на Луну", нащет невесомости. Рекомендую ознакомиться.
Носов тоже так считает. См. спор Знайки и астронома Стекляшкина. Книжка "Незнайка на Луне".
Ну да и ее все время притормаживают маршевыми двигателями, чтобы она световой барьер не взяла...))) Математики,- они такие математики...
А вот Педивикия сообщает следующее:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B5%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BE%D0%BC...
В качестве примера можно привести ситуацию на Международной космической станции (МКС). На высоте 350 километров (высота нахождения станции) ускорение свободного падения имеет значение 8,8 м/с², что всего лишь на 10 % меньше, чем на поверхности Земли.
Ну на какой высоте она болтается - разберитесь сами, но во всяком случае цифры вполне бьются и никаких ужасов с законами физики нету.
На высоте 350, вдругих источниках 400 это не суть, итересно другое.
Постойте, а какже все эти демонстрации "невесомости", на МКС? Они что все организованно врут, и на самом деле там сила тяжести всего на 10% меньше чем на Земле (то есть вместо 100 я буду весить 90 кг)? Вам не кажется, что в этой идиллии что-то не танцуется, гдето крупно наврано?
Сила тяжести на МКС никуда не девалась и равняется m*g, где g на 10% меньше земной.
Другое дело что на МКС отсутсвует вес. Вес - это сила действующая на опору или на подвес. Т.е. это совсем другая сила и не надо путать её силой тяжести. Это на Земле между ними ставят знак равенства, да и то только на бытовом уровне. Так как вес тел и вызван силой тяжести. Но на МКС сила тяжести веса не вызывает.
Происходит это потому, что и МКС и космонавты в нем и части тел космонавтов и другие предметы постоянно находятся в состоянии свободного падения и не могут давить друг на друга.
В оборвавшемся лифте например первые секунды тоже действует невесомость, которая постепенно исчезает только за счет торможения о воздух. Если бы лифт падал в безвоздушном колодце, то полноценная невесомость была бы до самого дна колодца. Но это не значит что на лифт и на его пассажиров перестала действовать сила тяжести - она-то и заставляет их падать с ускорением. То же и с МКС. Вся разница МКС с оторвавшимся лифтом, кроме отсутствия воздуха, заключается в том, что у МКС дно колодца находится вне планеты и она поэтому не разбивается.
А так МКС ускоренно падает, как и полагатся, с ускорением 8.8 м/с^2.
Ни минуты не сомневался, что не попадетесь в столь примитвную ловушку.
Однако, из вашего заключения следует, что считать энергию ньютоновской формулой, для таких систем невозможно, хотябы потому, что системы векторные а не скалярные. Следовательно грубые расчеты приведенные выше,- чистой воды фикция, вы не находите?
И тут возникает сокральный вопрос, а как она тормозится? Вы представляете себе что такое 8,8g на протяжении лет?
Не нахожу т.к. проблем не вижу.
Часть витка разгоняется - часть тормозится.
Ну значит у нас разное зрение, мне проблемы кажутся существенными.
А поподробнее нельзя тему раскрыть? Что разгоняет, что тормозит? А то у Ньютона что-то не очень с этим... Может статейка есть какая популярная?
Вы нашли друг-друга, но это уже даже не смешно, это средняя школа.
Если вам не трудно дайте ссылочку в любом учебнике, где разбирается формирование Кеплеровских орбит, а также, если возможно, физическое обоснование правила Тициуса-Боде.
Ньютоновский механизм не выдерживает никакой критики, Эйнштейн запутал все еще больше, хотя мне понятен ход его мыслей, но модель которую он избрал, меня коробит, вместо вменяемого механизма, он навертел какую-то математическую жуть.
У него мозг был маленький - вот и выкинул кусочек уравнения, а потом уже стыдно было от пряника отказываться. Для понимания орбитального полёта не нужны такие формулы, нам тут не считать его параметры, просто эта ветка уже большой троллинг.
Jast for fan.
Мне просто интересно как с помощью Ньютоновской физики люди рисуют Кеплеровские орбиты, может я что-то интересное в школе пропустил...
Самое главное, что кроме высоты в 50-70 км, бочка разгоняет вышележащие бочки и ПН до ~7000 км/ч, чего ни один самолет делать не умеет.
Никто никогда не создавал самолетов, способных подниматься на таких скоростях на такие высоты, а вот бочки туда залетают, а Маск ещё придумал как эту бочку спасти.
А вопрос сводится к тому стоит ли это делать, или проще её об землю разбить и новую сделать.
В самую точку вопрос, и зачем все эти рассуждения о том кто и куда не летает?
А может такие скорости и ненужны? Выходила же "Энергия" в космос и ничего не запарилась, "Колумбии" летали вроде, пока не долетались. Топлива чуть больше тратится,- это да, всякое решение имеет свою стоимость, что тут скажешь.
Энергия могла тянуть 100 тонн, а в висящий на ней Буран можно было запихнуть только 30.
Если выводить таким чудом спутники (американцы шаттлом выводили), то спрашивается зачем Буран, если прямо к ракете можно прицепить добра в три раза больше.
Если возить человеков - тоже не всё ладно - большая часть Бурана работает только на то чтоб этот Буран сел обратно на Землю. На Землю же можно спустить маленькую капсулу, а остальное кокнуть. Союз вон где-то раз в 8 легче Бурана, а людей возит.
Не только легче но и проще и девле в десятки раз. Но к сожалению одноразовый)), а прикиньте как заманчиво спутнки с орбиты снимать отвозить на Землю, здесь проводить ТО, и опять на орбиту, какова экономия, а в капсуле много не спустишь, да и спутнику та капсула, как корове черкесско седло...
Как вы уже отмечали выше, все имеет свою цену, если Маск сумел что-то вымутить честь ему и хвала, но пока все это... очень сомнительно.
Как раз спутник или его часть и можно спустить в капсуле, если сразу предусмотреть её в конструкции.
Но по большому счету там нечего спускать. Весь спутник - это электроника прикрученная к швеллеру. Электроника там деградирует, чинить её особого смысла нет. Мобилы вон не чинят, хотя их спускать не надо.
Единственный компонент который мне жаль - это оптика спутников-шпионов. Оптика там мощная. Мне бы пригодилась в быту фотать че-нить такое:
Или такое:
Первые поколения спутников фотали на пленку, цифровых фотиков ещё не было. И пленку спускали в капсулах, без всяких шаттлов.
Напрасно вы говорите, что починить ничего нельзя, конструкции модульные, все чинится, доказано Кеплером (телескоп). То есть, наверняка есть что-то неремонтопригодное и наверняка что-то деградирует, для того починка и нужна, но в основном батарейки садятся... по крайне мере создается такое впечатление.
А я уже говорил, в чём смысл воздушного старта с дозвукового носителя. Он в возможности вывода полезной нагрузки на орбиту с любым наклонением. Поворачивать плоскость орбиты ракетодинамическим способом - точно энергии не жалеть.
Страницы