Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Интересное

И, всё-таки, о прыжках «кузнечиков»

2.01.2016

В комментариях к нескольким моим последним записям на любые темы — от политики и до устройства Вселенной, уже несколько раз задавали вопрос о несомненном успехе компании «Спейс Икс»: мягкой посадке первой ступени ракеты «Фалькон-9».


Ракета «Фалькон-9» с системой мягкой посадки. Конструкции «ног» сложены вдоль корпуса первой ступени.

Поэтому, уважая интерес моих читателей к данной теме, выскажу ряд своих мыслей о данном начинании Элона Маска и его компании.

Для начала — несколько цифр.

Общий вес ракеты-носителя «Фалькон-9» составляет в многоразовом варианте почти 506 тонн. По стартовому весу данная ракета разместилась где-то посередине между российскими РН «Союз» (307 тонн) и «Протон» (705 тонн).
Если сравнивать «Фалькон-9» с новой российской ракетой «Ангара», то он тоже будет где-то в полтора раза меньше: «Ангара-А5» весит на старте 759 тонн.

Разнится и полезная нагрузка указанных ракет-носителей. Здесь нам надо упомянуть, что различные ракеты-носители отчасти жёстко «привязаны» к собственным стартовым столам, каждый из которых по-разному использует «бесплатное» собственное вращение Земли.

Казалось бы невидимое и слабо ощутимое нами, находящимися на поверхности, собственное вращение Земли вносит ощутимую лепту в вес полезной нагрузки, которую может поднять на орбиту та или иная ракета-носитель, стартующая из разных (и определяемых её космодромом!) точек земной поверхности:

РН

Как видите, старт с мыса Канаверал чуть ли не вдвое выгоднее, исходя из собственной скорости вращения Земли, а старт с экватора, который был доступен, например, РН «Зенит», позволял ей использовать дополнительные 150 м/с скорости Земли по сравнению со стартом с Байконура.

Почивший в бозе «Зенит», от запусков которого, судя по всему, откажутся в России и чьи запуски может и прекратить обанкротившийся консорциум «Морской старт», может служить наглядной иллюстрацией силы места запуска с точки зрения использования вращения Земли.

Так, при выводе с Байконура на низкую околоземную орбиту (НОО) полезной нагрузки ракетой-носителем «Зенит» (масса которой, кстати, ближе всего подходит к стартовой массе «Фалкона-9» и составляет от 459 до 473 тонн), масса такой нагрузки составит не более 13,7 тонн.

А вот при запуске в идеальных условиях «земного гандикапа», с экватора, «Зенит» выведет на НОО уже 15 тонн полезного груза. Вот вам и 10% экономии (или выгоды), причём — на ровном месте.

Посмотрим, что у нас с цифрами полезной нагрузки упомянутых РН. В скобках я буду сразу приводить и процент полезной нагрузки, которую может забросить на НОО тот или иной тип ракеты-носителя, в отношении к стартовому весу ракеты и, справочно — выбранный космодром запуска и стартовый бонус в м/с.

Итак, «Фалькон-9» в одноразовом варианте (версия 1.1) выводит на НОО 13,15 тонны (2,6%, база Вандерберг, 385 м/с)

Тот же «Фалькон-9», но в многоразовом варианте (версия 1.1 R) выведет на НОО, по заявлениям самого «Спейс Икс» где-то от 15 до 30%. Если принять весьма спокойную оценку уменьшения веса на НОО в 20%, то это окажется 10,5 тонны на НОО (2,07%, база Вандерберг, 385 м/c).

Для украинского «Зенита» нагрузки, соответственно, составляют, как я уже упомянул, 13,7 тонны (2,98%, Байконур, 317 м/с) и 15 тонн (3,17%, острова Рождества, 465 м/c).


«Морской старт» для РН «Зенит» по-прежнему пока что остаётся самым технически элегантным решением по выводу полезной нагрузки на орбиту.

Для российского «Союза» эти параметры составляют 7,1 тонны (2,31%, Байконур, пилотируемые запуски, 317 м/с) и 9,2 тонны (2,98%, Куру, беспилотные запуски, 463 м/с).

Разницу между пилотируемыми и беспилотными запусками я уже как-то разбирал, в связи с чем не смущайтесь столь скромной нагрузкой «Союза» при старте с Байконура — всё-таки людей везём на орбиту, а не картоху ценное научное оборудование на МКС.

Ракеты-носители более высокого и тяжёлого класса, нежели «Фалькон-9», ожидаемо имеют лучшие параметры по полезной нагрузке даже при старте с северных космодромов. Так, «Ангара-А5» выводит на НОО 25,8 тонны (3,39%, Плесецк, 212 м/c).

В силу этого факта я не буду брать в расчёт ни «Ангару», ни «Протон» — тут сравнение в чисто технических параметрах будет уже не в пользу «Фалькона-9».

Как видите по приведенным цифрам — «Фалькон-9» оказывается весьма средненькой ракетой даже на фоне старого «Союза», не говоря уже о более современном «Зените», которому и принадлежит пока что рекорд в массе полезной нагрузки на НОО в классе ракет со стартовой массой около 500 тонн.

Остаётся, в общем-то, один параметр: стоимость.

Поскольку Маск изначально ориентировал свою ракетную компанию именно на то, что его ракеты должны быть самым дешёвым способом доставки полезной нагрузки на НОО.

Для «Фалькон-9» в варианте 1.1 R эта стоимость была заявлена (08:15-11:20),  как «где-то на треть меньшая, нежели для варианта одноразового пуска».

Это, в общем-то, заявления от самих производителей, а не заклинания о том, что «ракета стоимостью в 30 миллионов долларов запускается с топливом на 200 000 долларов, которое потом в неё можно снова залить!».

Понятное дело, в стоимость повтороного пуска «Фалькона-9» войдёт и новое топливо, и новая вторая ступень, и инспекция уже отлетавшей первой ступени, да и многое иное, что надо вложить вот в это, уже не столь надёжное изделие:


Мне это тоже нравится. Но не настолько, чтобы просто снова «залить топлива в бак».

Для версии 1.1 (обычная, одноразовая ракета) стоимость запуска составляет 61,2 млн. долларов. Или же, в удельных цифрах, 4 653 доллара за килограмм груза на НОО.

Нетрудно посчитать, что для версии 1.1 R, с учётом уменьшенной нагрузки на НОО, это составит в иделе 42,8 млн. долларов за запуск — или же 4 080 долларов за килограмм груза. При учёте того, что сама полезная нагрузка составит -20% или же 10,5 тонны на НОО.

Как видите, конечно «меньше», но уж никак не «даром».

Ну и, чтобы два раза не вставать, те же самые параметры для конкурентов «Фалькона-9»:

«Зенит» (Goodnight, sweet prince) - стоимость запуска от 35 до 50 миллионов долларов, 2 600-3 700 долларов за килограмм на НОО.

«Союз» (запуск с Куру) — от 40 до 60 миллионов евро за запуск,  4 600-7 000 долларов за килограмм на НОО.

«Протон» (запуск с Байконура) — 70 миллионов долларов за запуск, 2 830 долларов на НОО.

Данных по коммерческой стоимости запуска грузов на ракете «Ангара А5» у меня пока что нет, но, в целом, она должна быть, исходя из весового совершенства изделия, даже ниже, чем у «Протона».

Кстати, если помните, у «Ангары» был и свой вариант повторного использования стартовых ускорителей, о котором я тоже как-то рассказывал:

Кроме этого, надо сказать, что эйфория по поводу «Фалькона-9» в стиле «О, боги, Маск впервые сделал ЭТО!!!» меня несколько напрягает, потому что уже давным-давно это делалось. Сначала в США, ещё в 1990-х, с использованием наработок из СССР:

А в этом году — снова в США, в рамках разработки суборбитальной ракеты New Shepard:

В общем, резюмируя: на то и Маск, чтобы «Роскосмос» не дремал.

А победит ли в итоге концепция «прыгающих кузнечиков» или всё-таки мы увидим в будущем гиперзвуковые орбитальные самолёты — покажет уже жизнь и практика, а не пиар и наши ожидания.

Главное это — идти вперёд.

Флеб-финикиец в пучине лежит две недели,
Волны над ним похоронную песню пропели,
Там он вернулся к волнениям юности бурным,
К зрелости тайнам и прибыльным тканям пурпурным.
Ты, иудей иль эллин, под парусом быстрым и прочным,
Вспомни о Флебе - и он был красивым и мощным.

А время уже само рассудит героев.

Оригинал взят у alex_anpilogov

Из комментариев:

ytewi

Ракету нужно разогнать до 8 км/с. Неужели халявные лишние 200 м/с дают 30% выгоды?

alex_anpilogov

Первая ступень вообще тратит чуть ли не 30% своей энергии на преодоление гравитационной помехи.
Плюс, добавьте к этому ещё и аэродинамические помехи, и помехи на управление.

В таких условиях бесплатно получить лишние 200 м/c именно тангенциальной, характеристической скорости - уже дорого стоит.

ytewi

Ясно, что не во вред. Но 30%?

И чтоб два раза не вставать. Что вы скажете про американцев на Луне?

alex_anpilogov

Почему - 30%? В тексте чётко написано: запуск «Зенита» с экватора даёт прирост в ПН в 10% по сравнению с Байконуром.
Насчёт американцев - уже много раз говорил: «главное, что их там сейчас нет».
А это и есть основная проблема человечества.

emol17

Разогнать до первой космической надо не ракету, а только полезную нагрузку, т.е. всего лишь 2-3% от стартовой массы. А фора в 0,2 км/с даётся как раз на все 100% стартовой массы, плюс чтобы разогнать всю ракету до этих 200 м/с, нужно дополнительно залить топлива, сделать баки длиннее под эту добавку и т.д.
И где вы увидели про 30% выгоды?
> ...с экватора, «Зенит» выведет на НОО уже 15 тонн полезного груза. Вот вам и 10% экономии (или выгоды).

semen_semenytsh

А вот насчёт уникальности управляемой вертикальной посадки ракетной ступени: разве 45 лет назад лунный модуль Апполонов не делал нечто более сложное: вертикально садился, причём с людьми на борту на неподготовленную площадку с неизвестным грунтом, с потом взлетал ещё. Нет, я понимаю, что там целое NASA с госбюджетом занималось, а тут распиаренный бизнесмен на деньги акционеров, но неужели это означает, что все сделанное до него "не считается"?

alex_anpilogov

Если вы о чистом пиаре, то "не считается".

А если о реальностях освоения космоса - то только в моей статье два примера ракет VTVL (vertical take-off vertical landing).
И это - лишь один из подходов к многоразовости РН.

djagerdjack

Вот я понимаю статья, короткий разбор полетов, но есть вопрос; на что расчитана идея Макса? Чтоб выдавить конкурентов за счет многоразовости фалькона?

alex_anpilogov

Идея Маска - использовать новые технологии для своих РН, чтобы сделать их запуски дешевле, чем запуски РН, построенных по лекалам 1950х-1960х годов («Союз», «Протон»).
Но, как видим, получается не революция, а скорее «допиливание старых идей напильником».
Потому что, как я уже писал, ракетостроение с химическими ракетами уже, в общем-то, вышло «на полочку», после чего говорить о снижении расходов не то, что на порядок, а даже и в разы - не приходится.

opiat_5x5

Так что сделал Фалькон?

alex_anpilogov

Немного улучшил концепцию вертикально стартующей многоступенчатой ракеты с ЖРД.
За что ему большое человеческое спасибо.


 
Социальные комментарии Cackle
Loading...
Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.