Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Loading...

И, всё-таки, о прыжках «кузнечиков»

2 января 2016
<
Увеличить фото...  

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.

 Комментарии: 0 шт.   Нравится: 4 | Не нравится: 0 

Комментарии

Социальные комментарии Cackle Все комментарии

Также в разделе «Интересное»

Расписание

Расписание транспорта. Краматорск, Харьков

Расписание

Музыка

Loading...

Справочник ВУЗов Украины