Если бы я был стартап...

[fonzeppelin]

Уважаемый коллега Михаил Котов выложил ссылку на очередной космический стартап, теперь банановый отечественный. Сам проект выглядит довольно... сомнительно, но в ходе него появилась интересная мысль: а если бы я основывал космический стартап, что бы я попытался осуществить?



Поскольку моей сферой интересов является все-таки в первую очередь история, я решил обратить внимание на "хорошо забытое старое" - нестандартные, необычные решения с зари космонавтики. И нашел несколько интересных возможностей...

* Использование композитного "надувного" бака - т.е. стенки которого не выполняют несущей функции, а жесткость поддерживается давлением топлива/окислителя внутри. Такая компоновка (использовавшаяся на МБР/РН "Атлас" и до сих пор используемая на разгонном блоке "Сентаур") позволяет свести вес, собственно, конструкции бака к минимуму.

Корпус (он же бак) "Атласа" делался из чрезвычайно тонких листов нержавеющей стали. Есть основания полагать, что современные композитные материалы могут позволить добиться еще большей эффективности.


* Одноступенчатая компоновка - да, это неэффективно, но это проще, чертовки проще! Не нужно мучиться с разделением ступеней в полете, с воспламенением двигателей второй ступени, тащить отдельную систему питания двигателей и управления. В конце концов, первое главное преимущество многоступенчатой схемы - это возможность сбрасывать массу опустевших баков... но эффективность этого преимущества напрямую зависит от того, насколько массивна конструкция баков. Если масса конструкции баков сведена к минимуму, эффективность ступенчатой компоновки снижается.

За примером подобного подхода далеко ходить не надо: тот же "Атлас" вполне себе вытаскивал сам себя на орбиту практически целиком. На Земле оставались только сбрасываемые боковые двигатели (игравшие роль ускорителей).



Американский спутник связи SCORE, запущенный в 1958 году, долгое время был крупнейшим искусственным объектом в Космосе - ибо он был встроен в конструкцию РН "Атлас", выведшей его на орбиту.

* Расширяющиеся сопла двигателя - как средство компенсировать снижение эффективности сопла с уменьшением атмосферного давления. Второе главное преимущество двухступенчатой схемы - это возможность использовать на второй ступени "вакуумные" сопла большого диаметра (более эффективные на высоте, чем узкие "атмосферные") сопла. Если мы отказываемся от второй ступени, придется это компенсировать.

Разумеется, можно попробовать реализовать систему со сбрасываемыми соплами "вложенными" одно в другое - но это не особенно эффективно. Существуют более интересные решения - например, искусственное сужение потока за счет направления в "вакуумное" сопло кольцевой струи сжатого забортного воздуха.

Концентрические баки (ВОЗМОЖНО) - не уверен вот в этом, очень не уверен, но у решения есть потенциал. Идея в том, чтобы расположить бак окислителя (жидкого кислорода) внутри бака топлива (керосина или метана). В результате баки ракеты как бы вложены один в другой.

Преимущества такой схемы:

- Простота подачи компонентов топливной пары к двигателю. Не нужно никаких длинных патрубков - донца бака окислителя и бака топлива находятся на одном уровне.
- Отсутствие необходимости в теплоизоляции бака окислителя. Окислитель окружен в качестве теплоизоляции многими тоннами топлива.
- Увеличение продольной прочности ракеты. Высота ракеты уменьшается, плюс двойная конструкция дает большую прочность.

Недостатки:

- Сравнительно большая сложность баков в изготовлении и тестировании (хотя, при современной технике это не такая уж глобальная проблема)
- В случае если внутренний бак окислителя дает течь, жидкий кислород немедленно встречается с топливом... с предсказуемыми последствиями для ракеты.

Главным недостатком является именно второй - высокая опасность любой утечки - именно поэтому я и рассматривают концентрические баки только как возможное решение.

Возвращаемые капсулы двигателей - одноразовые ракеты, это уже явно бесперспективно. Однако, выбранная компоновка одноступенчатой ракеты с предельно облегченным баком создает проблему: возвращать ее придется с орбитальных скоростей. А это сделать непросто. Если первая ступень того же "Falcon-9" набирает сравнительно небольшую скорость (и подвергается относительно небольшим термическим и динамическим нагрузкам), то нашей ракете придется выдерживать полноценный сход с орбиты.

Попробуем упростить задачу. Сам по себе бак особой ценности не имеет: им можно пренебречь. Будем спасать только двигатели. Они относительно компактны, способны выдерживать значительные нагрузки по определению.

Вполне реальным представляется поместить двигатель в капсулу с лобовым теплозащитным экраном, способным выдержать вход в атмосферу на орбитальных скоростях. После завершения разгона, в таком случае, двигатель просто отстрелится от бака и, пролетев по баллистической траектории, войдет в атмосферу. Разумеется (поскольку мы избавились от бака) использовать пропульсивную посадку с возвращением двигателя на космодром - как делает тот же "Falcon-9" - мы не сможем.

Соответственно, остается парашютная посадка в заранее выбранном квадрате. Возможны два варианта: либо приводнение соплом вверх с использованием надувных "поплавков", либо подхват двигателя в воздухе вертолетом/самолетом. Технически, это вполне реально. Например, двигатель РД-180, используемый на первой ступени РН "Атлас-V", весит (сухой) около 5500 кг. Тяжелый грузовой вертолет вроде Ми-10 может нести до 8 тонн груза на внешней подвеске.

Итак, что у нас получается? Одноступенчатая (возможно, использующая для отрыва сбрасываемые ускорители или даже сбрасываемые многоразовые двигатели) ракета-носитель с "надувными" (возможно, концентрическими) баками, и возвращаемой на парашютах многоразовой двигательной капсулой (с приводнением или подхватом в воздухе). Выглядит... достаточно интересно, не так ли?

Comments

[snownoise.livejournal.com]

От надувных баков вроде бы отказались как потому, что это очень неудобно в эксплуатации. Сложно варить, сложно хранить. Для ракет Холодной войны еще туда-сюда, а по нынешним временам и при массовом производстве сплошной геморрой.

Те же Falcon9 и New Glenn построены по противоположной схеме: да, у нас не обеспечивается полная эффективность по выводу нагрузки, но зато мы возвращаем всю ступень целиком.

А вообще лучшее для легких носителей уже есть у RocketLab: и дешевые 3D-печатные движки с электронасосами вместо турбонасосов, и композитные баки, и вертолетный подхват ступени (пока в разработке, но испытания уже идут).

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну вот у меня ощущение, что эта технология еще не сказала своего последнего слова: современные материалы и технологии производства могут вдохнуть в "надувные" баки вторую жизнь. Сейчас, чай, не 1950-ые, не вручную все это варить, и не ощупывать каждый сантиметр.

[sdvsamara.livejournal.com]

Ещё одна проблема концетрических баков. Топливо замерзает, если керосин. Метан, вот это уже да. Но тогда исчезает теплоизоляция.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Хм, об этой проблеме не подумал! Спасибо! Да, пожалуй, придется обойтись без концентрики.

[lilibay.livejournal.com]

Электрон реализовал ещё проще, двигатели на 3-д принтере, корпус навивается из стеклопластика, вместо турбины электромоторчик на батарейках (которые ещё и отстреливаются, по мере исчерпания заряда). Чего уж проще, ракеты действительно можно выпускать как колбасу))

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, у них проблема - что "вверх" эти решения идут плохо. То есть я не очень представляю, как их можно увеличить для среднего/тяжелого носителя.

[Екатерина Романова (from livejournal.com)]

Суперлото дает шанс на выигрыш,получи свой бесплатный билет - https://is.gd/zWm6C2

[Кристина Кудрявцева (from livejournal.com)]

Официальная лотерея super лото дарит бесплатный билет,проверь свой шанс - https://cutt.us/vbyusa

[koba-roba.livejournal.com]

А я бы стартап по переделке старых армейских ракет на гражданские нужды замутил.

[Саша Пахомов (from livejournal.com)]

Проект хорош, только больно сложен. А для стартапа нужны дешёвые, а значит и простые решения, если конечно не заныкано философского камня, для финансирования сложного процесса разработки.

[vapetrov-vodkin.livejournal.com]

Можно пойти по пути противоположному Маску и остальным - попытаться нащупать край надёжной одноразовой системы и используя старые кондовые схемы и принципы, с новыми материалами и техпроцессами реализовать ту же "семёрку" но новую. То есть вместо того чтобы тратить усилия на возврат частей ракеты строить одноразовый максимально дешёвый носитель. При этом лучше всего чтобы большую часть R&D осуществили окологосударственные конторы, а затем заполучить их, через знакомых и заинтересованных лиц, самому по принципу "приватизация прибыли - национализация расходов".

[fonzeppelin.livejournal.com]

Дорого, сложно, неэффективно...

[fonzeppelin.livejournal.com]

На дешевых простых уже все выбрали...

[fonzeppelin.livejournal.com]

Можно, но это заведомо тупиковое направление. Какой смысл в него вкладываться?

[fatangryopossum.livejournal.com]

И назвать летадло "Ретроград". Чтобы, значит, иронии было в избытке и шпилька в адрес супа-дупа-новаторов.
Спасибо за рассказ о коньцепте.

а если бы я основывал космический стартап, что бы я попытался осуществить?(с)
Я бы попробовал осуществить "МММ". Как показала практика, у нас ещё надолго хватит _космически_ недалёких или наивных человеков.

[john-jack.livejournal.com]

Надувные ракеты это даа. Причём в меньшем размере наверняка и проблемы поддержания постоянного наддува будут меньше. Композиты впрочем не нужны, ибо хипстота и каждое изделие делается сразу в сборе, та же нержавейка или дюраль будут гораздо дешевле. Особенно для изначально небольшой ракеты.
В варианте Атласа двигатели первой очереди несложно сделать возвращаемыми, благо отделяются на небольшой скорости. Может даже снабдить небольшим баком и маневровыми движками, как те половинки обтекателя, чтобы сразу прилетали в точку ловли. Вакуумный двигатель второй очереди пусть себе выходит на орбиту вместе с баком, сводит его после отделения нагрузки, и с ним же сгорает. Проблема возвращения двигателя второй ступени отдельно от космического корабля скорее всего вовсе не стоит решения.
Концентрические баки имеют смысл как раз с метаном, у которого температура кипения немного выше кислородной. Утечки конечно опасны, но по-хорошему их быть не должно в любом случае. Может, можно обойтись двойной стенкой из раздельных тонких герметичных оболочек и вентилируемой сотовой несущей конструкцией между ними.

[john-jack.livejournal.com]

У генерала свой сын есть. А ракет нет уже кончаются.

[john-jack.livejournal.com]

Тут я имею заявить, что Фалкон оказался компромиссом, переходным этапом к большой, прочной, и полностью многоразовой ракете. После перехода на BFR он скорее всего будет свернут. Но полностью многоразовая ракета всё равно должна быть большой и дорогой, иначе сложности по возвращению могут оказаться дороже изготовления новой. Мелкую ракету наоборот стоит сделать как можно более простой и дешёвой. Не уровня кассамов конечно, чтобы диктатором не назначили.

[koba-roba.livejournal.com]

А кто вам сказал что я не сын генерала?

[penetrat0r.livejournal.com]

> Уважаемый коллега Михаил Котов выложил ссылку на очередной космический стартап, теперь банановый отечественный. Сам проект выглядит довольно... сомнительно

Может просто очипатка? Ну "с" там лишнее... ;-)

[fonzeppelin.livejournal.com]

"Может даже снабдить небольшим баком и маневровыми движками, как те половинки обтекателя, чтобы сразу прилетали в точку ловли."

ИМХО, достаточно парашютов и подхвата в воздухе вертолетом.

"Проблема возвращения двигателя второй ступени отдельно от космического корабля скорее всего вовсе не стоит решения."

Так двигатель, собственно, и есть основа корабля. Бак легко заменить - а вот двигатель денег стоит. ИМХО, но все же возвращение движка не настолько сложно: у него небольшая площадь сечения, и можно обойтись сравнительно компактным тепловым экраном.

"Концентрические баки имеют смысл как раз с метаном, у которого температура кипения немного выше кислородной. Утечки конечно опасны, но по-хорошему их быть не должно в любом случае. Может, можно обойтись двойной стенкой из раздельных тонких герметичных оболочек и вентилируемой сотовой несущей конструкцией между ними. "

Хм! Аргумент! Спасибо, коллега!

[fonzeppelin.livejournal.com]

Согласен, но ИМХО ниша частично-многоразовых ракет будет существовать еще очень долго именно за счет неизбежно высокой стоимости чисто многоразовых.

[fonzeppelin.livejournal.com]

Ну, судя по тому, что амбициозные стартаперы даже не определились с основными деталями проекта, то "с" в "космическом" у них, похоже, и вправду лишняя)

[john-jack.livejournal.com]

Возможность маневрирования стоит недорого, а работу людей экономит. Сразу делать не обязательно, но если у нас уже есть самостоятельно летающая капсула, приделать к ней активное управление само напросится. Хотя бы стабилизаторы с рулями.

Так основа двигателя нужна только на первой стадии. Пусть не 9/10 его, но точно больше половины. Возвращать же с суборбитальной траектории где-то на порядок проще чем с орбиты. Уровень геофизических ракет, а не настоящих космических кораблей или баллистических боеголовок. И кстати решает вопрос смены сопел. Не надо менять сопла, если мы сбрасываем атмосферное сопло вместе с двигателем первой очереди, а дальше включается пустотное сопло двигателя второй очереди, на порядок менее мощного. Пусть себе безвозвратно летит в космос.

[john-jack.livejournal.com]

Ну так рассказываете, а не сами пилите же.

[fonzeppelin.livejournal.com]

*Возвращать же с суборбитальной траектории где-то на порядок проще чем с орбиты. *

Согласен, но свод с орбиты небольшой капсулы - достаточно доступное решение. Поэтому ИМХО, но стоит попробовать вернуть и вакуумный двигатель.

[john-jack.livejournal.com]

Попробовать может и стоит, но наверно отдельно и позже. Сначала ловить с полдороги основной двигатель, потом уже придумать сведение с орбиты верхнего, вместе с системой управления.
Нюанс ещё в том, что район падения первой ступени всегда недалеко. Последняя же сойдёт той с орбиты, на которую надо было вывести нагрузку. То ли в Тихом Океане, то ли в астраханской степи.

[fonzeppelin.livejournal.com]

"Последняя же сойдёт той с орбиты, на которую надо было вывести нагрузку. То ли в Тихом Океане, то ли в астраханской степи. "

Ну, тут как раз можно до отделения бака поработать движками на остатках топлива, корректируя траекторию.

[john-jack.livejournal.com]

Это новая отдельная задача: возможность повторного включения после продолжительного пребывания в космосе. Ценная, но сложная, и не факт что занедорого совместимая с лёгким надувным баком. Дать сводящий импульс сразу после отделения нагрузки гораздо проще. Но тогда ловить придётся где придётся, радуя вертолётчиков командировкой в тёплые края.

[agordian.livejournal.com]

Все крайне спорно.

Зачем вам спасать двигатель второй ступени (если стартовые бустеры считать первой)? Эту коллизию сейчас решает и может быть уже решил Илон наш Маск: УРМы, они же универсальные ракетные модули. Допустим, многоразовый двигатель рассчитан на пять стартов, после чего идет в утиль. Отлетав бустером четыре пуска, УРМ переквалифицируется во вторую ступень, соответствующим образом дорабатывается и отправляется в свое последнее плавание. Его не нужно, и даже вредно приземлять. Для чего? Сдать в скупку металлов?

Горизонтальная компоновка а-ла концентрические баки. Как вы собираетесь впихнуть невпихуемое, если они примерно равны по объему? Плотность LOX втрое выше плотности жидкого метана, кислород весит беольше, но по объему баки будут практически близнецами-братьями. Делать топливный бак тонким бубликом вокруг кислородного или наоборот? Пардон, но вещества еще и кардинально различаются по температуре кипения - когда кислород уже кипит, метан только-только замерз до жидкости. Это значит, что на теплоизоляции вы не просто не сэкономите, а наоборот потеряете массу тонн в полезной нагрузке, потратите эти тонны на защиту бака заковыристой формы. Не говорю уж о практике помянутого Илона М. - емнип, он рискнул поместить бак с гелием внутрь кислородного, потерял одну ракету и быстро замял этот вопрос. На фоне этого доп.потери топлива, чтобы протолкнуть несуразного бегемота сквозь плотные слои атмосферы, кажутся просто мелочью. Короче, "не взлетит" идея, к бабке не ходи.

Вообще же все перечисленное всего лишь пляски с бубном вокруг идей, которые еще Королев собирался проверить, но не успел. Извините, если что. Люди, печатающие ракету на принтере, чтобы вывести на орбиту десяток "кирпичей"-микроспутников, конечно, заслуживают всяческого уважения. Молодцы, удачи им. Но делать рывок будут не они.

Если бы я "был царь" - в смысле имелб ы возможность ухнуть деньги в действительно прорывной, но не авантюрный стартап - то проверил бы две вещи:
1) атмосферные бустеры
2) ядерный двигатель

Бустер - крылатый беспилотник с парой атмосферных двигателей, готовых работать на любых высотах, где атмосфера еще атмосфера. Идея в том, чтобы разогнать вторую ступень до скорости, близкой к гиперзвуку, и поднять ее (2 ступень) крыльями на высоту запуска собственного двигателя. Экономим три четверти стартовой массы - окислитель не на себе везем, а забираем из атмосферы, да и крылья экономят топливо. Отработав, беспилотники - их очевидно два или четыре - отстыковываются от второй ступени и на остатках топлива идут к ближайшей посадочной полосе. Автоматически имеем многоразовость, потому что схему Маска с баржей повторить не сможем по очевидным причинам. Технологии для этих бустеров отрабатываются сейчас мировым ВПК в рамках гиперзвуковых проектов. Грех не пользоваться.

Вторая же ступень на значительной высоте запускает ядерный двигатель, который обеспечит удельный импульс на порядки больше, чем любая химическая ракета. То есть она имеет принципиальную возможность свободно маневрировать на орбите, а затем благополучно приземлиться. На слово "ядерный" народ нервно реагирует, но в действительности такая ракета скорее всего будет значимо надежнее и безопаснее химической. Надежду на реализуемость идеи дают "мультики Путина". Очевидно, ноги мультиков растут из советских экспериментов с ядерными движками, но тогда еще не открыли материалов, сохраняющих свойства при температурах в тысячу с ллихом градусов. Все сводилось к тому, что рабочее тело придется гнать через активную зону ядерного реактора. Это было грязно. Спустя 50 лет вероятно появились материалы, из которых можно построить эффективный теплообменник и изолировать реактор или ритэг от рабочего тела. Если да, то вот он, прорыв. Безопасная ракета, которая летит не на столбе огня и не балансирует на грани взрыва.

[agordian.livejournal.com]

== да, у нас не обеспечивается полная эффективность по выводу нагрузки ==

Вы ошибаетесь. Фалкон Маска обеспечивает ту же эффективность по выводу, что и одноразовый носитель - в своем последнем полете. Просто до того он несколько раз слетает "частично загруженным". Эту фишку почему-то народ не осознает, буквально реагирует на слово "многоразовость". Фалкон - не многоразовый, он _универсальный_, на чем и делаются деньги.

[lx-photos.livejournal.com]

.

[fonzeppelin.livejournal.com]

*Зачем вам спасать двигатель второй ступени (если стартовые бустеры считать первой)? *

Затем, что это эффективнее.

*Делать топливный бак тонким бубликом вокруг кислородного или наоборот? *

Ну а как иначе?

*Вообще же все перечисленное всего лишь пляски с бубном вокруг идей, которые еще Королев собирался проверить, но не успел. Извините, если что.*

Вообще, идея пропульсивной посадки тоже крутилась еще с 1950-ых, и?

*Если бы я "был царь" - в смысле имелб ы возможность ухнуть деньги в действительно прорывной, но не авантюрный стартап - то проверил бы две вещи:
1) атмосферные бустеры
2) ядерный двигатель*

(меланхолично) Это банально не по силам стартапу.

[koma-nu.livejournal.com]

В случае с РФ сейчас вам хрен кто даст провернуть такое. В условиях госконтрактов все результаты НИОКР принадлежат РФ. А идея с максимально дешёвым одноразовым носителем мне нравится, сам о таком думал.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Есть основания полагать, что современные композитные материалы могут позволить добиться еще большей эффективности.

Расскажите пожалуйста о этих основаниях...

[snownoise.livejournal.com]

Так давно делают, и у нас (Рокот/Днепр), и в Штатах (Минотавр).
Но так получаются только легкие ракеты.

[Антон Черниговский (from livejournal.com)]

есть уже некоторый опыт... с нештатным входом в атмосферу ядерных энергетических установок. Канадцы нервно икают.

[denis8424 (from livejournal.com)]

>>> Итак, что у нас получается? Одноступенчатая (возможно, использующая для отрыва сбрасываемые ускорители или даже сбрасываемые многоразовые двигатели) ракета-носитель с "надувными" (возможно, концентрическими) баками, и возвращаемой на парашютах многоразовой двигательной капсулой (с приводнением или подхватом в воздухе). Выглядит... достаточно интересно, не так ли?

Спейс Шаттл? Разве что у шаттла бак был не "надувной" и/или концентрический, да и садился он не на парашютах...

[tydymbydym.livejournal.com]

Вложенный бак по массе проигрывает тому, который "паравозиком"

[fonzeppelin.livejournal.com]

Хм, разве?

[cy-beer.livejournal.com]

Тогда уж делать подхват не вертолетом, а специализированным дроном в автоматическом режиме.

[denis8424 (from livejournal.com)]

>>>Автоматически имеем многоразовость, потому что схему Маска с баржей повторить не сможем по очевидным причинам.
Пуркуа? Какая-то религия запрещает запускать ракеты из Капустина Яра и сажать первые ступени в районе Челябинска?

>>>Технологии для этих бустеров отрабатываются сейчас мировым ВПК в рамках гиперзвуковых проектов.
И пока что даже американский Waverider не радует успехами, что уж говорить о остальных...
>>>Вторая же ступень на значительной высоте запускает ядерный двигатель, который обеспечит удельный импульс на порядки больше, чем любая химическая ракета. То есть она имеет принципиальную возможность свободно маневрировать на орбите, а затем благополучно приземлиться.
С импульсом у ядерных ракетных двигателей всё хорошо, а вот с тягой не очень. Плюс проблема остаточного тепловыделения...

[falloutshelter.livejournal.com]

с удовольствием прочел всю ветку, прям повеяло Техникой-Молодежи в хорошем смысле слова ))

[tydymbydym.livejournal.com]

дык! внешний бак всяк будет толще при прочих равных, чем без вложений

[waryag72.livejournal.com]

Дрон подобной грузоподъемности - тема для отдельного стартапа )

https://lozga.livejournal.com/167278.html

[gipnomanul.livejournal.com]

>Сейчас, чай, не 1950-ые

Сейчас всё намного хуже. Надувные баки Модуля Наука уже вдохнули жизни и немного грязюки, теперь их долгие годы не могут отмыть:) Пока не отмоют это надувное безобразие - никто никуда не полетит.

А так да, если какой-то стартапер изготовит несколько топливных баков антикварной конструкции, то модуль Наука можно будет наконец отправить к МКС, что продвинет космонавтику намного лучше потуг рогозина.