Комментарии 32

Всегда думал, а раз с самолета лучше, то нельзя ли просто поставит турбореактивные двигатели на первую ступень? И легче будет, и окислитель можно не возить и до сверх звука можно ускоряться.

Я много эксперементировал с такой схемой в Kerbal Space Program. На удивление неплохо работало. Ракета шла на реактивных двигателях первой ступени пока хватало кислорода, а потом переключалась на ракетные двигатели. Преимущество было в низком расходе топлива реактивным двигателем.
Много чего прекрасно работает в KSP, но крайне сложно реализуется в реальности.
xkcd
image
НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
Да, конечно. KSP и есть симуляция запуска сферических коней в вакуум :)
KSP и есть симуляция запуска сферических коней в вакуум :)

Konya Sfericheskogo Puskjvaya.
И не поспоришь ведь :)
Это очень сильно зависит от размеров ракеты, потому, что тяга есть функция от количества окислителя, и в ТРВД (турбореактивном двигателе) пропорциональна сечению воздухозаборника и разряжению на входе при малой скорости, и самой скорости движения при большой. При этом ТРВД сложный и дорогой (и тяжёлый, по сравнению с ракетным двигателем) агрегат, поэтому лучше (проще и дешевле) тупо использовать в качестве первой ступени многоразовый самолёт.

В общем — такая система не пригодна для вывода тяжёлых ПН.
Дешевле будет добавить твердотопливные бустеры. Турбореактивные двигатели — дорогие, требуют много времени на разгон, низкую тягу и тяговооруженность, низкий расход топлива и ещё целый ряд проблем для применения в ракетном деле. С боингом в качестве носителя проще, тем более у него больше 15км должен быть динамический потолок, как раз выход на 10км, горка до 13км, дальше движки глохнут и ещё километра два должен по инерции пролететь вверх, а там и пуск ракеты. Итого +15км высоты, +150м/с скорости и -атмосфера. Это условно как работа первой ступени, только скорости меньше даёт, зато дешевле.
Интересно, в боинг поставить баки окислителя для высоты >13км, на сколько их хватит?
На Боинге 747 стоят двигатели Pratt & Whitney JT9D, это турбовентиляторные двигатели, основная часть тяги которых формируется не реактивной струёй а осевым компрессором второго контура. Как слествие запас кислорода не даст заглохнуть двигателю, но тяги не будет.
Итак: «Боинг» в качестве носителя даёт для пуска 150 м/с. Первая воздушно-реактивная ступень по типу проекта Р-7ВРД — примерно 1000 м/с. «Обычная» (ракетная) первая ступень — 1400++. Проку от «Боинга» — ну, примерно как пускать не из Флориды, а из Гвианы.

Нет, не катит. Вот ракеты с прямоточными двигателями были и есть. Казалось бы, отличная тема для "частников" с их небольшими ракетами, ан нет — даже не пытаются. Потому что для отладки такого движка крайне желательна сверхзвуковая аэродинамическая труба. Ну, или много прототипов, которые грохнутся из-за нестабильности работы двигателя.

Ракеты с прямоточными двигателями имеют свою нишу, прежде всего это ракеты ПВО и авиационное оружие. Такие ракеты не вылетают за пределы атмосферы, и для частных производителей оружия не представляет проблем доступ к сверхзвуковой аэродинамической трубе.

С прямоточниками проблема с невозможностью запуска из стационарного состояния. Их самих либо запускают с самолетов, либо разгоняют ракетными бустерами. А даже твердотопливную первую ступень они не заменят, если не брать ГПВРД.
ГПВРД не заменит более или менее нормальную ракетную ступень, потому, что тяга у ГПВРД меньше на порядки. ГПВРД используется там, где горизонтальный полёт в атмосфере, а подъёмную силу обеспечивает аэродинамика, космическая ракета с твердотопливными бустерами стартует вертикально, чтобы быстро покинуть атмосферу.

Тяги ГПВРД не хватит, чтобы преодолеть силу веса и лобового сопротивления при старте.
Разумеется, ГПВРД подразумевает воздушный старт а не вертикальный подъем.
Но аппарат с ГПВРД способен работать на таких высотах и скоростях, которые позволят заменить первую ступень. Скажем у Протона отделение первой ступени происходит на высоте ~42км на скорости ~1,7 км/c. X-43 работал на высоте ~33км, на скорости аж 2.8км/c. Правда работал он так 10 секунд, и сам стартовал по многоступенчатой схеме воздушного старта. А про невозможность старта прямоточников (а ГПВРД это тоже прямоточник) с нуля я и написал в самом начале.

Так оно и было в случае с МБР "Гном". Впрочем, у нее главной фишкой была компактность, а не эффективность.

Боюсь, что ступень с ГПРВД не сможет доставить вторую ступень Протона на высоту 42 км, разогнав до скорости 1,7 км/с, даже стартуя с самолёта. Да и где взять самолёт с такой грузоподъёмностью?

Об этом и речь. Из-за закона площади/объёма тяга ГПРВД и аэродинамическая подъёмная сила пропорциональны площади сечения воздухозаборника, а масса его объёму. Поэтому есть предел величине ПН, которую можно запустить на системе с ГПРВД.
Хм, вторую ступень именно Протона — не сможет. Но Протон я привел в контексте высоты и скорости, которую должен обеспечить разгонник, что бы играть роль первой ступени. Не обязательно выводить 23 тонны, можно выводить 2,3, тогда запускать с разгонника потребуется связку массой ~25 тонн. А если учесть лишние 1,1 км/c скорости, то и того меньше, по моим прикидкам вторая ступень с Ker/LOx с УИ 340с и массовым совершенством 1:10, будет выводить на орбиту порядка 10% полезной нагрузки, и останется еще ~350 м/c на потери.
При этом, многоразовость для разгонника на ГПВРД будет обеспечиваться намного проще, чем для первой ступени ракеты, если он умеет сам взлетать, то умеет сам и садится.
Проблема тут исключительно в том, что даже просто аппарат с ГПВРД, стартующий с Пегаса запускаемого с Боинга делают с трудом, а уж сделать так, что бы он сам с ВПП стартовал это немножко за гранью возможного.
Не обязательно выводить 23 тонны
Пакет из второй и третьей ступеней Протона намного тяжелее.

вторая ступень с Ker/LOx с УИ 340с и массовым совершенством 1:10, будет выводить на орбиту порядка 10% полезной нагрузки, и останется еще ~350 м/c на потери.
Здесь всё очень сильно зависит от того, на какую орбиту вы собрались выводить ПН, и что после этого будете делать со ступенью. Оставлять ступень на и без того плотно заполненной ГСО не советую. То есть я не говорю, что это невозможно, но отнюдь не так радужно, как вам кажется.

При этом, многоразовость для разгонника на ГПВРД будет обеспечиваться намного проще, чем для первой ступени ракеты, если он умеет сам взлетать, то умеет сам и садится.
Стоп-стоп-стоп… У вас ступень с ГПРВД ещё и взлетать сама может, да ещё и многоразовая? Проблема не в том, что это невозможно, но в результате у вас получилась классическая двухступенчатая АКС, со всеми её плюсами и минусами, включая ограничение ПН.
Пакет из второй и третьей ступеней Протона намного тяжелее.

Да, ~250 тонн вместе с ПН и обтекателем. На 23 тонны ПН. Если выводим 2,3 тонны и уменьшаем массу пропорционально, то разгоннику придется поднимать ~25 тонн.
Здесь всё очень сильно зависит от того, на какую орбиту вы собрались выводить ПН, и что после этого будете делать со ступенью. Оставлять ступень на и без того плотно заполненной ГСО не советую.

Хм, а кроме ГСО у нас орбит нет? И легкие ракеты на нее что-то выводят?
Стоп-стоп-стоп… У вас ступень с ГПРВД ещё и взлетать сама может, да ещё и многоразовая?

А какой смысл в одноразовой ступени на ГПВРД? Она что, будет сильно дешевле ракетной с аналогичной грузоподъемностью?
в результате у вас получилась классическая двухступенчатая АКС, со всеми её плюсами и минусами, включая ограничение ПН.

Ну как бы да.
Филипп на эту тему как то писал, вот например
lozga.livejournal.com/95024.html
Ну, а если короче — такие желания были и есть — X-30 американцы хотели, но проект не реализовался, сейчас пробуют на X-43. Из российских можно привести в пример ГПВРД 58Л
Конструирование такой ступени — по цене как конструирование самолёта.
Тяжёлую ракету так всё равно не выведешь, рынок же для лёгких слишком мал чтобы окупить разработку.
Думается, что подвеска ракеты к самолёту накладывает серьезные ограничения на габарит-диаметр ракеты.

Но свою задачу эти ракеты выполняют. Вон, аналогичный Pegasus с 1997 запускают.

Естественно, выполняет. Но поинтересуйтесь стоимостью запуска и забрасываемой на орбиту ПН — много интересного узнаете.

Так это не секрет, что у Pegasus главное достоинство — возможность пуска почти в любой момент и в любом направлении.

Я не спорю в отношении достоинств Pegasus, я напоминаю о его недостатках.

А я как раз и хотел сказать, что оперативность — чуть ли не единственное его достоинство.
Жаль, что Бренсон забросил Stratolaunch.

СпейсЭкс за счет возвращаемых ступеней, могут не менее оперативно запускать грузы.
Второе преимущество Pegasus в том, что из-за возможности изменения точки запуска они могут запускать на разные наклонения. У любого наземного космодрома большие проблемы с запуском на НОО с наклонением, значительно меньшим широты космодрома, и большие ограничения по азимутам запуска из-за того, что траектория может проходить над густо населёнными районами, где нет возможности выделить районы для падения отделяемых элементов.
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.