в сети активно муссируется мнение, что многоразовость это такая черта современной космонавтики, что многоразовость это круто, а то что многоразовость не использует не может быть современным и крутым. вообще идея многоразовости существует столько сколько существует космонавтика.
так нужно ли это? и да и нет. для меня ответ очевиден, но пробую немного приложить технического обоснования. собственно по этому заметочка совсем коротенькая - писать особо не о чем.
первое надо понимать что любое решение чего-то стоит. чего? это либо использование материалов отвечающих требованиям либо их количество, либо оборудование и системы. нас конечно интересует их вес и стоимость.
т.е. редко решение ничего не стоит. как правило необходимо что-то использовать дополнительно. ну давайте взглянем на многоразовость.
конечно многоразовость требует дополнительного оборудования. перечислим основное оборудование. я к космонавтике отношения не имею, рассуждаю из общих инженерных принципов, так что простите если забыл что-то важное.
- посадочные опоры - это вес т.к. они из чего-то сделаны и стоимость их изготовления.
- кроме того необходимы рули и их приводы, для управляемой посадки. весит думаю это хозяйство немного, но чего-то точно стоит.
- управляемая посадка на двигателях требует как не странно дополнительного запаса топлива. это и вес так и стоимость самого топлива.
- всем этим хозяйством рулями, двигателями, опорами необходимо управлять. значит нужна некая АСУ. т.е. это дополнительное оборудование и человеко часы на разработку необходимого ПО.
- АСУ собственно должна знать куда ступень сажать. я не знаю как осуществляется "целеуказание" м.б. используется лазерная или радио метка. но что-то такое должно быть. вряд ли это много весит, но точно чего-то стоит.
т.е. мы обсудили дополнительное оборудование, но многоразовость предъявляет дополнительные требования к уже используемому оборудованию.
- двигатели. как не странно двигатель должен обладать большим ресурсом. почему так? предположим, что камера сгорания может работать в условиях эксплуатации двигателя 1000 секунд после чего камера разрушается. в реальности скажем работает 700 секунд. зачем нам лишние секунды? для обеспечения необходимой надежности.
во-первых двигатель может работать дольше например в случае нештатной ситуации. второе это не идеальность материалов. в них присутствуют микротрещины и неравномерности химических свойств.
в реальности все конечно сложнее. но это касается всего и трубопроводов и ТурбоНасосныхАгрегатов. все имеет свой ресурс. и если это у вас летает 20 раз оно должно иметь соответствующий ресурс. т.е. ресурс двигателя должен обеспечить старт и посадку при чем не один такой цикл.
ресурс как правило обеспечивается либо применяемыми техническими решениями, либо применением лучших материалов, либо их количеством. т.е. может влиять как на вес и совершенно точно на стоимость и в сторону увеличения. - сама конструкция ступени тоже испытывает нагрузки. кто-то скажет, что нагрузки при посадке ниже. возможно. но приведу простой пример. возьмите обычную проволоку. гните и разгибайте её. она через какое-то количество циклов сгибания-разгибания сломается.
т.е. грубо она согнется и разогнется при старте 7 раз, а при посадке 3. но она один фиг сломается через 15 циклов сгибания-разгибания. как с этим бороться? способ простой. нужно применить другой материал. как правило это дороже. или изменить конструкция вряд ли она будет проще проволоки. т.е. видно что подобные решения увеличивают цену.
ну можно подвести итог. внедрение новых решений однозначно увеличивает как правило общую стоимость. хуже того увеличивает её вес. для нас это тоже важно. почему? ну а если дополнительный вес забить полезной нагрузкой? т.е. вес решения съедает количество полезной нагрузки. например если РН забита до отказа мы должны посчитать, что выгоднее просто исходя из веса дополнительных решений, ну а если гонять РН полупустым, то тут конечно многоразовость идет бесплатно по весу.
ну и какой же из этого всего можно сделать вывод? а он довольно банален:
да многоразовость может уменьшать стоимость вывода груза на орбиту, а может и не уменьшать. чтобы ответить на этот вопрос надо сесть и посчитать полную стоимость решения.
обычно маскофилы приводят в качестве контр аргумента существование много разовых машин и самолетов. так себе аргумент. т.е. в эти транспортные средства заложен большой ресурс. если вы съездили в булочную потратив при этом 0.01 процент ресурса это одно. другое дело если вы за поездку потратили 80% ресурса.
вряд ли я убедил маскофила, но попробую еще раз. предлагают ответить на вопрос почему самый лучший в мире РН F-9 таскает убогонький мерлин, а не самый лучший в мире и "невозможный" двигатель раптор? и почему мерлин способен летать 20 раз? и почему лучший в мире движек раптор не использует НАСА, а предпочло двигатель от другой компании и внимание: с давлением в КС 13,4 МПа при этом удельный импульс даже не заявляется. для сравнения у раптора давление в КС 35 МПа, а заявленный удельный импульс 330 секунд.
для сравнения удельный импульс мерлина 282 секунды, а давление в камере сгорания 9.7 МПа. при это мерлин прост как 3 копейки и является двигателем открытой схемы. но засчет простой конструкции и "легким" режимам работы имеет хороший ресурс, что видно по многократному использовании ступени РН F-9. так стоит ли игра свеч?
как связано высокое давление 35МПа и ресурс? думаю ответ очевиден. окислитель с таким давлении способен творить чудеса. раптору даже понадобились новые материалы которые могут справится с окислителем при таких давлениях. к камере сгорания тоже предъявляются повышенные требования. все это усложняет конструкцию и уменьшает ресурс. что в общем-то видно по регулярным пожарам и взрывам старшипа.
кроме того один поклонник Того КогоНельзяНазвать натолкнул меня на банальную мысль: вспомним уравнение состояние идеального газа:
PV=mRT.
m обозначено количество вещества.
камера сгорания у нас объем не изменяет, значит V константа. что такое дросселирование - понижение давления газа при протекании через сужение трубопровода. т.е. мы уменьшаем количество вещества, следовательно давление и температура падают. если еще вспомнить формулу максимального КПД тепловой машины, то очевидно что КПД (УИ) падает.
так что глубокое дросселирование говорит о том что, с давлением не справились и большую часть времени УИ раптора значительно меньше пикового.
правда кто-то возразит, ну раптор разбомбил, а что есть такие ЛА для которых важна стоимость изготовления, а многоразовость принципиально не интересна? да конечно странно что именно сейчас, когда фактически идет война надо это объяснять.
да это оружие как ракетное так всевозможные барражирующие боеприпасы. как нетрудно догадаться эти штуки принципиально одноразовые и нужно их довольно много т.е. стоимость изготовления выходит на первый план.
яркий пример крылатая ракета. она оснащена не только ТурбоРеактивнымДвигателем, но и головкой самонаведения и "автопилотом". т.е. фактически это такой маленький самолет. для утюжки противника нужно их большое количество и если стоимость изготовления или сроки будут слишком большими — ракеты быстро кончатся.
P.S.
впрочем определенные успехи ТогоКогоНельзяНазвать есть. 5 полет срашип закончился успешно. в шестом полете вроде планируется повторное использование ЖРД раптор.
но честно говоря включение не тоже самое, что полноценное второе использование. яндекс говорит так:
По предварительным данным, компания SpaceX может попытаться повторно запустить один или несколько двигателей Raptor во время этого полёта или вскоре после него.