Мир стоит на пороге новой космической гонки

[Подросший Вжик]

Про рельсу уже вспоминали. Основные проблемы - в сопротивлении атмосферы. И дикие перегрузки при старте. Так что только для грузов.
Но! Можно и вот как: http://antihydrogen.livejournal.com/36333.html
Футуристично и экономично!

[Maresias]

Еше одна тонкость. Суборбита это не орбита. В ее апогее нет никакой "начальной" скорости

Не вводите форумчан в заблуждение. Почитайте о баллистике и суборбитальных полётах.

В результате интегральные аэродинамические потери крылатой ступени превышают те же потери бескрылой вертикальной ракеты.

Нет, не так. Для ракеты сопротивление воздуха выливается в чистый убыток. А ракетоплан использует подъёмную силу крыльев.

[пацак]

В результате интегральные аэродинамические потери крылатой ступени превышают те же потери бескрылой вертикальной ракеты.

Нет, не так. Для ракеты сопротивление воздуха выливается в чистый убыток. А ракетоплан использует подъёмную силу крыльев.

извиняюсь , это опять я , дилетант
можно для нас, э-э-э-э .. не.. профессионалов , объяснить, насколько невыгоднее преодоление сопротивления ракетой сопротивления воздуха, и выгоднее использование подъёмной силы для ракетопланов ... и до какой высоты это выгодно ... если мне не изменяет склероз, чем выше, тем подъёмная сила от использования атмоферы меньше .. а в космосе её вроде как бы и нет .. мне так кажется
мне как не специалисты кажется что ****планы нужнее для при... э-э--э приземлении , вот там они возможно и выгоднее, чем просто падающие камнем капсулы с теми кто там выживет
ту144 , конкорд - как то не прижились , уж больно много жрали чтобы использовать подъёмную силу атмосферы

[Подросший Вжик]

Для ракеты сопротивление воздуха выливается в чистый убыток. А ракетоплан использует подъёмную силу крыльев.

Насколько помню, у ракетоплана два основных источников потерь. Это сопротивление среды, большая часть которого приходится на крылья, и донное сопротивление. И если донное сопротивление можно уменьшить используя плоские сопла, то без крыльев ракетоплан не ракетоплан, а просто ракета.

[Maresias]

Пока другого не построено, пример — из уже существующего.
Ракетоплан преодолевает плотные слои атмосферы не сам, а с помощью самолёта-носителя. На этом этапе существенной скорости нет, задействована тривиальная самолётная аэродинамика в чистом виде, если говорить упрощённо. Топлива на подъём над тропосферой тратится как у обычного тяжёлого грузового самолёта, летящего за счёт подъёмной силы крыльев. (В то время как ракете крылья не помогают, она тратит больше топлива). На втором этапе, уже в стратосфере, ракетоплан отделяется от носителя и включает собственный реактивный двигатель. Разреженность атмосферы компенсируется теперь уже существенной скоростью, поэтому аэродинамика тоже поначалу работает и помогает с подъёмом. Затем не помогает, но уже и не тормозит. Насчёт спуска и посадки, я уже приводила в этой теме цитаты об особенности расположения центра аэродинамического сопротивления, о баллистическом коэффициенте и других мало кому интересных особенностях...

[Юра]

На стадии разгона нужно набирать минимум первую космическую плюс запас скорости для компенсации трения о воздух. О самом трении на первой космической вообще молчу. Запускать болиды — это эффектно, а не эффективно.

Обсчитывал я это дело. Если запускаем горизонтально (по касательной к поверхности планеты) конус, массой 100 тонн, диаметром 6 метров и длиной 40 - он потеряет в атмосфере порядка 3,5 км/c при начальной скорости 15 км/c. При расчете интегрировал силу сопротивления по траектории (из-за переменной плотности атмосферы по высоте), для расчета использовал эмпирическую формулу для силы сопротивления в гиперзвуковом потоке для конических тел (выведена при экспериментах с легкогазовыми пушками).
Зачем такая высокая конечная скорость за атмосферой, равная второй космической? Потому что особо выгодной катапульта становится по сравнению с ракетой, если грузы сразу разгонять на отлетную траекторию или высокую орбиту (ракета туда доставляет в 3-4 раза меньше, чем на низкую круговую орбиту).

Длина разгонного трека - 113 км при средней перегрузке 100 g. Разумеется человек такой не вынесет, но многие грузы - без проблем. Для сравнения, электроника в управляемых снарядах переносит на старте 11000 g.
Можно снизить перегрузку до приемлемых для человека 10 g (особенно в случае помещения людей в амортизатор с жидкостью), но длина катапульты превысит 1000 км.

По аналогии с оценками стоимости строительства электромагнитных тоннельных трасс для вакуумных поездов - километр катапульты будет обходиться примерно в 200 миллионов долларов.

В случае разгона с высокой перегрузкой "нежных" грузов можно использовать прием, схожий с созданием управляемых снарядов. Там "ударостойкие" микросхемы целиком заливаются в блок эпоксидки, эпоксидный монолит держит элементы схемы при перегрузках.
Поскольку в космосе для маневров все равно без ракет не обойтись, можно брать с собой для ракетных двигателей кислород и метан в виде льда, вмораживая в топливные глыбы полезную нагрузку (в космосе конечно придется этот лед растапливать).

Добавлено спустя 6 минут 32 секунды:

Тем не менее, четыреста человек уже заказали билеты. Видимо, согласны побыть в невесомости лишь 5 минут, но зато поддержать развивающуюся технологию материально — верят в перспективность.

И какие у неё перспективы, кроме катания суборбитальных туристов?
Ну можно ещё фурычить различные технологические процессы (например биохимический синтез), для которых важны и минуты невесомости.
А больше - все.
Если нужно достичь первой космической - опять получается полновесная ракета. Ну допустим многоразовая, за счет этого при большом трафике несколько дешевле.
Но для космических носителей конкретные технологии, использованные для туристического ракетоплана, годятся плохо - там в конструкции двигателя и корпуса применялись такие решения и такие материалы, которые способствуют дешевизне и высокому ресурсу, но по удельным показателям плохо годятся для космических носителей, массовое совершенство будет отвратным, теплозащиты вообще нет.
Разгоняться до первой космической или в разы медленнее - все же существенно разные задачи, для их решения нужны разные механизмы, построенные по разным стандартам.

Суборбитальный туризм - это аттракцион, и все. Возможно он станет сравнительно массовым, но почти не повлияет на перспективы завоевания Вселенной.

[r_sur]

Мне кажется, что счас в космонавтике приходит время, когда, учитывая уже достигнутую надежность в работе всех систем, - можно добавить также в космический комплекс дополнительные ресурсы по маневренности или некоей гибкости.
Можно понять на одном из примеров: pro-Протоны могли бы, наверное, летать сначала до Северного полюса, чтобы над ним сворачивать (по траектории) в сторону безлюдных океанов для завершения полета, или выбора другой траектории. И прочее.

[Нгаан]

учитывая уже достигнутую надежность в работе всех систем

Хм, после всех аварий "Протонов" и "Шаттлов" с многочисленными человеческими жертвами, заметьте, о какой-то особенной надёжности всех систем пока говорить не приходится.

[Zatvornik]

О "надежности сложных систем" много написано в книге Б.Е.Чертока "Ракеты и люди"...
Такие системы разрабатывают и эксплуатируют большое количество людей и организаций. Отсюда и возникают аварии, вызванные длинными причинно-следственными связями, которые почти невозможно предсказать теоретически или выявить на испытаниях. Плюс такая непредсказуемая вещь, как "человек в контуре системы управления".

[Maresias]

Длина разгонного трека - 113 км при средней перегрузке 100 g.

1. Сколько атомных реакторов понадобится, чтобы запитать ускорители (и сколько это будет стоить).
2. Как будете решать проблему трения аппарата о стенки, электромагнитной подвеской? Длиной в сто километров? Огромный плюс к стоимости.
3. Будет ли в внутри пушки вакуум? Если нет, аппарат начнёт гореть ещё внутри. Если да, добавьте ещё и стоимость электропитания и обслуживания вакуумных насосов.
4. Видели когда-нибудь очень замедленную съёмку, как из ружья вылетает пуля? Сначала выталкивает из ствола воздух, который спрессовывается перед ней. Немного, потому что длина ствола меньше метра. Если же стокилометровая труба не вакуумная, кумулятивный заряд получится изрядным. Трубу может разорвать. Если вакуумная, то аппарат врежется в воздух на второй космической с запасом. Ударная волна будет, возможно, меньше, чем у тунгусского метеорита, но ненамного. Ближайшую электростанцию (атомную) и последний сегмент трубы развалит наверняка.

То есть:
1. Жерло пушки должно находиться в безлюдной местности, чтобы ударные волны не сносили города. Чтобы в радиусе двух тысяч километров никого не было. Поднять жерло над уровнем моря, установить где-то в горах, чтобы сопротивление атмосферы хотя бы чуточку снизить — дополнительные технические сложности.
2. Если аппарат сойдёт с подвески и проломит стенку трубы, не набрав первой космической... О таком лучше даже не думать. Всё равно тот город, к которому такой снаряд полетит, эвакуировать не успеют.
3. Аппарат либо сгорит ещё в трубе (топливо разморозится и добавит огоньку), либо разорвёт трубу кумулятивным способом, либо расплющится в блинчик от удара о воздух (при этом взорвётся, конечно).

И всё это с невообразимыми затратами на строительство электростанций, высоковольтных линий, самой пушки.

* * *
...Но это ещё что в сравнении с космическим лифтом. Там действующая на аппарат сила Кориолиса порвёт трос и превратит его в титанический хлыст длиною тысячи километров, способный радикально и быстро решить проблему перенаселения на паре континентов... А всё почему? Потому что ракетопланы пока выглядят невзрачно, в их перспективность не верят. Готовы настроить жутко опасных штуковин, лишь бы они впечатляюще выглядели... Эх...

[Подросший Вжик]

Можно понять на одном из примеров: pro-Протоны могли бы, наверное, летать сначала до Северного полюса, чтобы над ним сворачивать (по траектории) в сторону безлюдных океанов для завершения полета, или выбора другой траектории.

Низзя. Изменение наклонения орбиты весьма энергозатратный маневр. За снижение полезной нагрузки заказчики руки поотрывают и скажут, что так и было. Уж лучше пусть на Алтай в Тихий океан падает с "Восточного".

[Юра]

1. Сколько атомных реакторов понадобится, чтобы запитать ускорители (и сколько это будет стоить).

2. Как будете решать проблему трения аппарата о стенки, электромагнитной подвеской? Длиной в сто километров? Огромный плюс к стоимости.
3. Будет ли в внутри пушки вакуум? Если нет, аппарат начнёт гореть ещё внутри. Если да, добавьте ещё и стоимость электропитания и обслуживания вакуумных насосов.

Разумеется подвес в трубе должен быть электромагнитным, и воздух из трубы откачан.
Это я учитывал, когда говорил про стоимость - по аналогии со стоимостью трассы сверхскоростного поезда, проходящего тысячи км в час.
К примеру трасса такого поезда длиной 10000 км будет окупаться за 10 лет при цене билета 200 долларов и годовом пассажиропотоке миллиард человек - такие параметры можно получить, если связать например ЕС и Китай.

Что касается поддержания вакуума в трубе космической пушки - с казенной части снаряд будет "заряжаться" через шлюз. Дульный срез будет закрыт легкой мембраной, разрушаемой при выстреле. Чтобы в ствол не попало много воздуха после выстрела, в нескольких сотнях метрах от дульного среза в стенке ствола будет расположено устройство, напоминающее громадную автомобильную подушку безопасности - как только снаряд пройдет мимо неё, она за доли секунды надуется и плотно перекроет ствол, так что воздух проникнет только в короткий отрезок ствола от дульного среза до "подушки". Перед следущим выстрелом нужно будет установить новую мембрану на срез ствола, откачать попавший в ствол воздух - это можно сделать за несколько десятков минут, так что в сутки пушка сможет стрелять до нескольких десятков раз.

Мощность для разгона снаряда массой десятки тонн понадобится порядка десятков ГВт - это несколько крупных электростанций. Но они будут работать на разгон не постоянно, периодами, между выстрелами их энергию можно тратить "в мирных целях", сбрасывая в энергосистему страны.

4. Видели когда-нибудь очень замедленную съёмку, как из ружья вылетает пуля? Сначала выталкивает из ствола воздух, который спрессовывается перед ней. Немного, потому что длина ствола меньше метра. Если же стокилометровая труба не вакуумная, кумулятивный заряд получится изрядным. Трубу может разорвать. Если вакуумная, то аппарат врежется в воздух на второй космической с запасом. Ударная волна будет, возможно, меньше, чем у тунгусского метеорита, но ненамного. Ближайшую электростанцию (атомную) и последний сегмент трубы развалит наверняка.

То есть:
1. Жерло пушки должно находиться в безлюдной местности, чтобы ударные волны не сносили города. Чтобы в радиусе двух тысяч километров никого не было. Поднять жерло над уровнем моря, установить где-то в горах, чтобы сопротивление атмосферы хотя бы чуточку снизить — дополнительные технические сложности.

2000 км - многовато, хватит и 200. Ударная волна при вылете снаряда будет сравнима с крупным метеоритом, например Челябинским. Он повыбивал стекла, но отнюдь не за тысячи км от трассы его полета - иначе пол-России осталось бы без стекол.

Если хотим найти для размещения пушки большую, сравнительно ровную, малонаселенную и расположенную на большой высоте территорию, то лучший вариант - Тибетское плоскогорье.

Потому что ракетопланы пока выглядят невзрачно, в их перспективность не верят. Готовы настроить жутко опасных штуковин, лишь бы они впечатляюще выглядели... Эх...

Ракетоплан - это просто многоразовая ракета с крыльями для горизонтальной посадки. И все.
При определенных условиях ракетоплан может быть эффективнее одноразовых ракет (при достаточно большом трафике (десятки и более пусков в год) и высоком ресурсе основных узлов (минимум несколько полетов, лучще десятки полетов)).
Впрочем многоразовые носители, особенно сверхтяжелые, вероятно выгоднее будет сажать вертикально - при посадочной массе ступеней в сотни тонн на крыльях приземляться уже неудобно.

Десятки пусков в год тяжелого или сверхтяжелого носителя - это тысячи тонн.
При грузопотоках порядка десятков (тем более сотен) тысяч тонн в год любые ракеты уже проигрывают по удельной стоимости выведения электромагнитным катапультам.
Главное - чтобы были проекты, требующие таких грузопотоков, поскольку стоимость строительства катапульт огромна - от десятков до сотен миллиардов $ при разных вариантах размерности катапульты.
Из проектов такого масштаба первым по времени реализации может стать космическая энергетика, поскольку она может окупиться быстрее, чем классическая "многоцелевая" колонизация небесных тел.

[Maresias]

Дульный срез будет закрыт легкой мембраной, разрушаемой при выстреле

Вот о мембрану, способную выдержать атмосферное давление, аппарат уж наверняка разобьётся. Тогда уж лучше несколько секций, разелённые мембранами и наполненные воздухом. Чтобы давление поэтапно повышалось от секции к секции. Чем ближе к дульному срезу, тем выше. Но это так, теоретически.

Вообще, если без традиционных ракет никак, тогда уж проще поднимать их в стратосферу на гигантских аэростатах. То есть на стратостатах. Будет сэкономлено топливо, необходимое для преодоления тропосферы с её высоким сопротивлением воздуха. Если правильно помню, первая ступень ракеты обычно отваливается на высоте от 40 км. Рекорд стратостата Red Bull Stratos — 39,068 км (2012 г).

[Zatvornik]

Подъемная сила аэростата снижается с высотой, так что на рекордные стратосферные высоты они могут вывести довольно мизерные полезные нагрузки.

[Нгаан]

Вот о мембрану, способную выдержать атмосферное давление, аппарат уж наверняка разобьётся.

А разве Юра сказал, что мембрану будет "протыкать" сам аппарат? Насколько я понимаю он имел в виду, что работает автоматика, которая уничтожает мембрану перед самым выходом аппарата из ствола пусковой установки. Аналогично у него работает затвор ствола после прохода аппарата. Задержка в 0,001 мс или ещё меньше в наше время вполне нормальна для запирающих устройств.

[Maresias]

Подъемная сила аэростата снижается с высотой, так что на рекордные стратосферные высоты они могут вывести довольно мизерные полезные нагрузки.

Зато традиционные ракеты, а не ракетопланы, которые многих почему-то раздражают. (У меня в том сообщении смайлик стоит. Вот такой: Это намёк на несерьёзность и нелепость предложения.)

А разве Юра сказал, что мембрану будет "протыкать" сам аппарат

Мне вообще-то всё равно, если честно. Сказала же:

Но это так, теоретически.

То есть не вижу смысла обсуждать детали проекта, имеющего мало шансов на осуществление.

[Юра]

Зато традиционные ракеты, а не ракетопланы, которые многих почему-то раздражают.

Раздражают не ракетопланы, а необоснованное завышение их достоинств. Самый лучший ракетоплан в плане эффективности будет относительно слабо отличаться от многоразовой ракеты с иным способ посадки (ракетным, вертолетным или парашютным).

Добавлено спустя 3 минуты 17 секунд:

Насколько я понимаю он имел в виду, что работает автоматика, которая уничтожает мембрану перед самым выходом аппарата из ствола пусковой установки.

Совершенно верно. Можно даже не уничтожать, а отбрасывать с сторону мощным линейным электродвигателем с ускорением порядка десятков-сотен g - и после использовать заглушку повторно, если ронять её мягко.

[Mich]

Вообще, если без традиционных ракет никак, тогда уж проще поднимать их в стратосферу на гигантских аэростатах. То есть на стратостатах.

Уже было. Японцы поднимали макет своего Шаттла (ракетоплана) на стратостате. Во-первых стратостату не хватило подъёмной силы, потому что:

Подъемная сила аэростата снижается с высотой, так что на рекордные стратосферные высоты они могут вывести довольно мизерные полезные нагрузки.

, во-вторых старт не состоялся ввиду недостаточной устойчивости стратостата и невозможности надёжно ориентировать аппарат во время старта. Проект был признан несостоятельным.

[Нгаан]

Информация из первых рук...

Что хранится в "вечном холодильнике» на обратной стороне Луны? Возможно ли из космоса взять редкие металлы, и спасет ли Землю "лунная энергетика"?
О национальной программе космических исследований и освоения Луны в программе "Перекрестный допрос" рассказывает директор Института космических исследований РАН Лев Зелёный.

РИА Новости http://ria.ru/radio_programmes/20140603 ... z34GaO5u1i

[Maresias]

Уже было. Японцы поднимали макет своего Шаттла (ракетоплана) на стратостате

А я в архивах вот что нашла:

«Техника-молодежи» 1993 г. №2, с.2-5

Алексей КУЗНЕЦОВ
НАСЛЕДНИКИ ГРОХОВСКОГО

Аэрокосмический беспилотный самолет стартовал без разбега и бесшумно. Ни вырывающейся из сопла огненной струи, ни перегрузок, связанных с ускорением, ни аэродинамического нагрева не было до 22-километровой высоты, куда его вывела первая ступень.

Там она отделилась, заработал реактивный двигатель, и аппарат поднялся еще на 55 км. Затем двигатель отстыковался, самолет по-планерному заскользил вниз, разогнавшись почти до четырехкратной скорости звука. Собственно, его поведение в плотных слоях атмосферы и приводнение составили главную цель запуска.

В общем, ничего сенсационного в этом эксперименте не было — просто японцы испытывали 2-метровый прототип перспективного аэрокосмического самолета. И все же о пуске рассказали многие научно-технические журналы мира. Причиной тому, как вы уже поняли, послужила бесшумная первая ступень. Однако новым здесь оказалось хорошо забытое старое.

В 30-х годах известный конструктор воздушно-десантной и авиационной техники Павел Игнатьевич Гроховский (см. «ТМ» №10 за 1983 г.) для изучения аэродинамических качеств будущего стратосферного самолета предложил поднимать его модель-планер на воздушном шаре. Снижаясь, планер развивал бы скорость, недоступную в те времена для двигателей. Другой проект Гроховского — аэролет, также отцепляющийся от стратостата: при пикировании у него включались бы двигатели, на подходе к плотным слоям тропосферы он выходил бы из пике и за счет набранной скорости взмывал на 50-километровую высоту — по сути, это был бы первый шаг в космос. Наконец, конструктор предлагал подвешивать к стратостатам истребители-перехватчики — они бы подолгу дежурили на высоте, не расходуя горючего.

...Браво, наследники Гроховского из Страны восходящего солнца!

Раздражают не ракетопланы, а необоснованное завышение их достоинств.

А меня ничего не раздражает. (Учусь, набираюсь опыта.)

Самый лучший ракетоплан в плане эффективности будет относительно слабо отличаться от многоразовой ракеты с иным способ посадки (ракетным, вертолетным или парашютным).

На самом деле никто ведь не знает, как оно всё будет на самом деле. Хотя вертолётный способ в любом случае отпадает.