После опубликования Части 2, Леонид Васильевич (Кинооператор рассказывает) оставил такой комментарий-просьбу:
"Владимир, не все читают статью с калькулятором в руках. Вы могли бы в выводах написать, о чем была статья и чем отличаются ваша позиция от позиции Михаила? Вы говорите о погрешности в расчетах и прочее, но это просто числа. А что это означает на практике? Есть разница в ТТУ и Ф-1?"
Постараюсь в этой статье, с минимумом формул и расчетов, но популярно показать и объяснить.
Сначала - о диалоге с Михаилом
Итак - один из самых весомых аргументов, который не позволяет нормальным думающим людям безоговорочно верить официальной версии Аполлуниады - это то, как они "лихо выбросили в пропасть" все уникальные разработки и достижения, благодаря которым был, якобы, достигнут такой необыкновенный успех.
"Моглики" и Михаил в том числе, ответствуют - некуда было пристроить - потому и выбросили.
Возможность использования Ф-1 для первой ступени Спейс-Шаттл не просто витает (витала) в воздухе - она прямо таки напрашивается. Про особенности и нюансы - ниже, сейчас коротко про диалог.
Михаил в своем сообщении заявил, что Ф-1 не подходит для первой ступени Шаттла, потому как, если мы возьмем вместо двух ТТУ четыре (по тяге с поправкой в плюс) Ф-1, с запасом топлива на то время, сколько работают ТТУ, то общая масса новой (с Ф-1) системы будет больше, нежели старой (с ТТУ) - и поэтому Ф-1 не подходят.
На что автор канала вполне резонно предложил посчитать, и посчитал характеристическую скорость (эта скорость без учета гравитационных, аэродинамических и прочих, более малых по величине, потерь) которую могли давать как ТТУ без учета "водородников", и новая система - первая ступень (или "бустер") на базе Ф-1, то же без учета "водородников". Поскольку их, "водородников", добавка сравнительно не велика по сравнению с "бустерами" и одинакова в обеих случаях.
В варианте предложенным Михаилом - с большей массой, и во втором варианте - массы уравняли, "слив" лишнее топливо. "Слить" - не проблема, ибо двигатели "керосинки" можно выключать по желанию, дросселируя первую ступень отключением оных. Но это - несущественные детали.
Результат - предсказуем. В обеих случаях "бустер" с Ф-1 показал значительно лучший, нежели ТТУ, результат - порядка 22% выигрыша по сравниваемому параметру во втором случае и много больший в первом.
Михаил с этим результатом согласился - первая ступень на базе Ф-1 по техническим параметрам - лучше.
То есть - если резюмировать наш диалог с Михаилом - он придерживался мнения, что "бустер" на базе Ф-1 для Шаттла покажет худший результат, нежели "бустер" с ТТУ - а автор - наоборот. В процессе диалога и приведенных расчетов автор показал свою правоту - и Михаил с этим согласился.
На этом эпизод 1 закончился согласием собеседников, или, как говорят иногда не по-русски - консенсусом. Но... возник другой эпизод:
Не считал - но осуждаю!
Это, уже почти традиционно, Пустынский в своем амплуа демагога.
Он присоединился к диалогу с заявлением/утверждением, что так сравнивать два "бустера" (или две первые ступени) в пакетной схеме, без учета работы второй ступени - нельзя! Обязательно нужно учитывать вторую ступень, иначе результат будет неверным! Неверным - если воспользоваться обычной логикой, простой, мужской - это значит, что вовсе не "бустер" на основе Ф-1 выиграет в приведенном выше сравнении - а "бустер" с ТТУ.
Автор предложил Пустынскому:
- покажи это расчетом? Что "бустеры" в данном варианте сравнивать изолированно нельзя?
Пустынский что либо считать отказался - и предпочел чётко следовать своей выверенной позиции - "Не считал - но осуждаю!".
Автор канала не поленился и в "Части 2" показал - учет второй ступени в расчете характеристической скорости - практически никак не сказывается.
Более того - упрощенный "изолированный" расчет даже дает некоторую "фору" ТТУ - с учетом второй ступени (более точный расчет) проигрыш ТТУ на очень небольшую величину, но все же, становится больше.
После этой публикации Пустынский, разумеется, своих заблуждений не признал, а продолжил демагогию - что нужно было учитывать не только вторую ступень, но и переменный режим ее работы. Хотя это уже просто смешно.
То есть - если даже ПОЛНОЕ ВЫКЛЮЧЕНИЕ второй ступени не оказывает влияния на результаты сравнения - неужели снижение тяги на несколько десятков процентов окажет БОЛЬШЕЕ значение?
Как "моглики" дурят "немогликов"
В вопросе применимости Сатурн-5 и его агрегатов (двигателей) для Шаттла
Справедливости ради - "немоглики" в этом вопросе и сами... не очень. В погоне за всеобщей "цифровизацией" они получили вдобавок к ней "однобитность" и клиповое мышление, и какие либо вещи сложнее простейших, в одно действие - им непосильны для осмысления.
Итак - моглики просто показывают одно действие, в середине процесса:
- В Сатурн-5 все одноразовое, а система Спейс-Шаттл - многоразовая, потому ничего для него от программы Аполлон применить нельзя. Потому все быстренько "выбросили в пропасть" - и очень правильно сделали - Шаттл же получился.
Все - на том - финиш. А как на самом деле? Про это - далее.
Неужели специалисты НАСА в 70-е полные "лохи"?
60-е годы прошлого века. Президент США Кеннеди объявил на весь мир о лунной гонке. НАСА и множество фирм субподрядчиков дружно "впряглись" в решение этой задачи. Инженеры, конструкторы каждый на своем участке решали великое множество технических задач. Менеджеры-организаторы направляли и курировали все работы. Менеджеры-экономисты следили за правильным и рациональным расходованием выделяемых средств. Все работало как часы (правда были некоторые отщепенцы, вроде Гаса Гриссома, которые вешали лимон на Аполлон - но им не повезло в дальнейшей жизни) и по официальной версии за 7лет был достигнут успех. Американцы "топтали" Луну своими бахилами, а десятки тысяч специалистов НАСА и дружественных им фирм дружно радовались победе над "проклятым совком".
Сейчас таких специалистов у НАСА нет. На Луну "возвращаются" уже 30+ лет, денег потратили за эти годы едва ли не столько же, сколько на программу Аполлон (а ведь это всего лишь "возвращение" - все уже разработано и проверено) - но даже облета Луны пока не сделали.
В 60-е и начало 70-х одним из "численных" результатов программы Аполлон была стоимость вывода на НОО - доставить 1 кг на НОО стоило по тем оценкам 2000$. Для дальнейшего развития космической отрасли, освоения ближайшего космического пространства и немного подальше эта величина была несколько великовата.
И вот тем самым замечательным специалистам НАСА, которые смогли решить очень сложную задачу безопасной отправки человека на Луну, была поставлена задача намного более простая - нужно снизить стоимость выведения ПН на НОО.
На сколько или во сколько снизить?
Супер-оптимисты затребовали в 20 раз - до 100$/кг
Очень-оптимисты желали в 10 раз - до 200$/кг
Просто-оптимисты хотели раз в 7 - до 300$/кг
Реалистов устраивало и в 4 раза - до 500$/кг
Пессимисты были согласны и на 2 раза - до 1000$/кг
Даже последний вариант открывал дорогу многим интересным космическим проектам.
Специалисты НАСА бодро "взяли под козырек" и сделали Спейс-Шаттл со стоимостью вывода... во много раз дороже исходных сатурновских 2000$/кг.
По разным оценкам увеличение стоимости вывода составило от базовой сатурновской величины от 3 до 10 раз.
Относительно ТЗ от 6 до 20 раз для пессимистов и от 12 до 40 для реалистов.
Про оптимистов и говорить нечего. Там уже "прокол" на два порядка....
Неужели это сделали те самые специалисты НАСА, которые, по оф версии, смогли запустить человека на Луну?! Так "накосячить"?!
Да, это техника, и ошибки в расчетах всегда есть. Особенно когда мало опыта (но не в этом случае - тут опыт очень даже был - по оф версии). Можно ошибиться на 20%. Можно в плохом случае в полтора раза. Даже в два - в очень плохом.
Но тут?! Задача не просто не выполнена - она провалена полностью! Вместо снижения стоимости выведения - получено увеличение.
Просто здравый смысл. Есть Сатурн-5 и Сатурн-1Б.
Стоимость выведения, посчитанная по Лунной программе, составила 2000 $/кг. В эту стоимость вошла разработка ракет, разработка двигателей. После списания этих затрат на Лунную программу остаются "чистые" ракеты - стоимость разработки из затрат уходит. И стоимость выведения "автоматом" снижается до "пессимистичного" уровня в 1000$/кг. Или даже ниже. Это - если ничего не делать! Но можно же и несколько отехнологичить и оптимизировать и конструкцию и производство?
Так почему же специалисты НАСА, только что бывшие такими умными, грамотными, расчётливыми - вдруг стремительно отупели? И не смогли выполнить даже простейших расчетов и полностью провалили поставленную перед ними задачу? Они что - полные "лохи"?
Варианты ответа здесь напрашиваются самые разные:
А. Может действительно это такая особенность американской нации - после достижения успеха стремительно тупеть.
Б. Может они вовсе не такие специалисты, и их успех в Лунной программе - успех только частичный, они его разделили с Голливудом
В. Может широкой публики неизвестна настоящая задача, которая была им поставлена. Ведь она могла звучать так - разработать новую систему, в которой не будет использоваться НИЧЕГО от программы Аполлон.
Г.........................(пишите свои варианты)
Порочность схемы "пакет".
Напомню - Сатурн-5 и Сатурн-1 выполнены по схеме "тандем". Протон - так же тандем.
На приведенной схеме показаны схема тандем, схема пакет, и схема пакет-тандем для трехступенчатой РН.
Безопасность.
Но Спейс-Шаттл - это особенная особенность - он "дважды пакет"
У него не только первая и вторая ступень (хотя американцы первую ступень любят называть бустером - это сути дела не меняет) выполнены "пакетом", но и вдобавок ПН прилеплена сбоку - тоже "пакетом" - потому он "дважды пакет".
К слову - наша система Энергия-Буран в этом плане ничем не лучше.
К чему привело такое компоновочное решение? Это всем известная катастрофа "Челленджера"
и катастрофа "Колумбии"
В первом случае - Челленджер - прогар уплотнения ТТУ для самого ТТУ какого либо существенного ущерба не нанес - незначительное снижение тяги. Но он то был собран в виде "пакета" со второй ступенью! А РДТТ это одна очень большая КС с небольшим соплом. Наверное, можно было сделать компоновочное решение еще хуже - если запихнуть ТТУ внутрь бака второй ступени - но и того, что было, вполне хватило. Прогар, нагрев второй ступени - бабах.
Да, там, разумеется, была куча других проблем - с той же "многоразовостью" - а по факту очень низкой надежностью - постоянные отмены старта, затем плохие погодные условия, принятие решений топ-менеджерами а не инженерами - целый букет проблем.
Но "пакет" был именно тем заряженным ружьем, которое могло висеть и висеть, а могло выстрелить.
Но! не было бы ружья - не было бы и выстрела.
Теперь вторая катастрофа - с Колумбией.
Тут сработал "второй пакет".
Посмотрите на схему выше. ПН стараются, по самым разным причинам, располагать в верхней (передней) части ракеты. Это хорошо для всего - начиная от симметричной схемы нагрузок и заканчивая летящими обломками льда при использовании криогенных компонентов топлива.
Есть многочисленные видео старта Сатурн-5
с облетающими с холодной поверхности кусками льда. Большими кусками льда. Правда, все больше с первой ступени - а со второй нет. Хотя там по оф версии теплоизоляция, но там же водород с гораздо более низкой температурой.
И вот в системе Спейс-Шаттл планер прилепили сбоку-снизу, для того, что бы намерзшим кускам льда было легче и удобнее повреждать его. Порочный "пакет"...
Специалисты НАСА как то стремительно потеряли все компетенции, использовав такое решение - хотя у них, по оф версии - был замечательный опыт и знания - Аполлуниада.
Аэродинамика
"Пакет" порочен и по аэродинамике. На скорости выше скорости звука с носовых частей идут косые скачки уплотнения, которые сложным образом взаимодействуют между собой, складываются в некоторых местах, и бьют по самому больному... да, опять по планеру. Это опять влияет на безопасность и надежность, а четыре отдельных "лба" - два ТТУ, бак (вторая ступень) и планер дают замечательные аэродинамические потери, отнимая свою часть у с таким трудом набранной характеристической скорости.
Характеристическая скорость
Как показано в Части 2. при наличии двух ступеней с разным удельным импульсом, срабатывание топлива из обоих ступеней по схеме "тандем" выгоднее, нежели по схеме "пакет" - результирующая характеристическая скорость оказывается выше. Обращаю внимание - это даже не отбрасывание отработанной первой ступени - сухая масса не меняется - а просто вначале срабатывается "медленное" топливо, а затем "быстрое".
Есть много нюансов, касающихся гравитационных и аэродинамических потерь - как их минимизировать и как получить из характеристической максимальную фактическую скорость - но эти нюансы свои для тандема и пакета, одинаково ограничены допустимыми перегрузками и какого либо радикального преимущества одной схемы над другой нет. Но из за влияния аэродинамики - у пакета из за нее приходится дополнительно снижать перегрузки - и здесь преимущество у тандема.
Экономика + Техника
В первой статье про Лунные ракеты был коротко рассмотрен фактор стоимости изделия различной сложности. В "двух ипостасях" - стоимость изготовления и стоимость разработки.
Стоимость изготовления - это себестоимость изготовления, плюс маржа. Себестоимость - это все затраты на изготовление (материалы, трудозатраты, инструмент, амортизация оборудования и т.д.) плюс накладные расходы. Более точно и подробно расписывать нет необходимости - нас интересует другой момент - соотношение стоимости серийного изделия без учета стоимости его разработки и стоимость разработки. Для изделий типа двигатель - авиационный или ракетный
это соотношение может достигать 1000 и более. И не удивительно - ведь в стоимость разработки входит не только создание чертежей, а весь цикл создания двигателя, включая разработку и изготовление испытательных стендов, изготовление множество промежуточных образов, проведение испытаний, доработки, восстановление взорванных в процессе испытаний стендов и многое, многое другое. К примеру - у Ф-1 по оф версии долго боролись с колебаниями давления в КС, проводили бесчисленные испытания взрывая в разных местах КС небольшие заряды и получая отклик, который затем анализировали, делали доработки, продолжали испытания.
Зато после того, как двигатель заработал так как надо, производство может быть вот таким, слегка похожим на "гаражное":
Рассмотрим упрощенно стоимостную характеристику Ф-1. Стоимость разработки примем не сильно высокую - всего в 500 раз больше стоимости серийного изделия. Тогда:
Стоимость серийного изделия - СИ
Стоимость разработки СР=500хСИ
В Лунной программе было задействовано 10 ракет Сатурн-5 (округляем для удобства и простоты расчета), на каждой ракете было установлено по 5 двигателей Ф-1. Общее количество задействованных двигателей 10х5=50 шт.
Стоимость разработки делится на всю серию двигателей, и тогда на один приходится:
СР1=СР/50=10хСИ
К стоимости разработки добавляется стоимость изготовления двигателя, и тогда фактическая стоимость (ФС) Ф-1, во сколько он обошелся НАСА, США и в конце - налогоплательщикам:
ФС=11хСИ - то есть в Лунной программе двигатель Ф-1 был на порядок (в 11 раз) дороже стоимости изготовления.
Лунная программа в 70-е годы - закончена. Все расходы - списали на эту Лунную программу. Все разработки - выбросили в пропасть.
А если бы не выбросили? Сколько тогда была бы фактическая стоимость Ф-1?
Она бы равнялась просто стоимости изготовления:
ФС=СИ
То есть - в 10 раз дешевле, нежели в Лунной программе.
Именно поэтому во всем мире, и в США в том числе так любят использовать отработанные изделия, агрегаты, узлы, модернизируя их по мере необходимости.
С двигателем второй ступени Сатурн-5, Джи-2 ситуация аналогичная. Использование его в серии после завершения программы позволило бы снизить его фактическую стоимость примерно на порядок - в 10 раз.
Так как в составе ракеты (того же Сатурн-5) бОльшую часть их стоимости составляет стоимость двигателей, то снижение стоимости последних снижает стоимость ракеты - и стоимость выведения ПН на НОО.
Но помимо двигателей и все "корпусное" в серийном производстве, если разработка списана на предыдущую программу, становится дешевле - как минимум в 2 раза.
Если принять суммарную стоимость двигателей 3/4 от общей стоимости ракеты, снижение стоимости двигателей в серии в 10 раз, всей остальной конструкции в серии в 2 раза, то суммарное снижение стоимости "материальной части" получаем в 5 раз.
Возможные варианты решения задачи.
Которая была поставлена перед специалистами НАСА. Напомню - основной задачей являлось снижение стоимости выведения ПН на НОО.
Вариант 1.
Не заниматься ерундой, а использовать отличную систему. Сатурн-5 + Сатурн-1Б.
Для больших нагрузок - Сатурн-5
Для малых - Сатурн-1б.
Вариант 2.
Если уж очень хочется возвращаться на космодром, и снимать из космоса крупногабаритные узлы и спутники - достаточно частичного изменения - третью ступень Сатурна заменить на "космический самолет" с одним двигателем Джи-2. Его хватило бы и для выведения на орбиту, и орбитального маневрирования, и даже для "сталкивания" с орбиты - благо этот двигатель легко запускался (по оф версии) в невесомости, в вакууме.
Одна из картинок из интернетов (отличная от того, что предлагает автор) - ближе к варианту 3
Вот только вариант "верхом на ракете", показанный на этой картинке - не годится.
Вариант 3.
Для тех, у кого сильно "зудит" и хочется ну прям очень много нового - то можно оставить только отработанные двигатели Ф-1 и Джи-2 и на их основе компоновать какой либо из вариантов, разной степени одноразовости/многоразовости
Но в любом случае, по любому из приведенных вариантов, была бы решена основная задача - удешевление стоимости выведения ПН на НОО.
Как "моглики" дурят "немогликов" - продолжение.
При разработке новой транспортной системы вывода ПН на орбиту специалисты НАСА из всех вариантов выбрали частично многоразовый - и получили замечательный "про..ёр" - значительное удорожание стоимости выведения, вместо удешевления.
Возможно сама многоразовость и не сильно порочна - летают же самолеты по много десятков тысяч часов
Вот только двигатель не требуется проверять/дефектовать после каждого полета. И после десятого не нужно. И после пятисотого.
А на Шаттле - нужно было. Анализировать состояние, какие детали двигателя под замену, изготавливать, менять, проверять...
Уже одно это ставит многоразовость под сомнение.
Так помимо этого - все системы, включая двигатели первой и второй ступени - разрабатывались по новой, "с нуля" - с соответствующими затратами на разработку.
И опять нюанс - стоимость разработки двигателя многоразового применения намного дороже, чем одноразового. И здесь дело в обеспечении хотя бы какой либо надежности второго и третьего полета.
Экскурс в "усталость" материалов.
Кто немного знаком с расчетами на прочность - знает эту кривую. Если напряжения, развиваемые при эксплуатации, ниже предела выносливости, то деталь может служить условно бесконечно. Так к примеру сделано железнодорожное колесо. Только оно не летает. Масса... А если мы снижаем массу - то здравствуй усталость. Через некоторое количество циклов нагружения деталь ломается.
И вот полетел новенький двигатель - все хорошо. Второй полет - опасность неожиданного разрушения возрастает. Третий - еще больше. Что бы хоть что то гарантировать - нужно дефектоскопировать на предмет усталостных трещин - поскольку здесь все нелинейно.
Дополнительную "прелесть" добавляет то, что высокопрочные авиационные и ракетные материалы не имеют предела выносливости - то есть они никак не могут быть такими же надежными, как железнодорожное колесо
И вот в результате получаются какие то просто очень большие затраты на разработку и отработку новой космической транспортной системы, которая требует очень длительных дорогих межполетных обслуживаний, которые резко ограничивают возможную частоту запусков.
Все сделано что бы было не просто дорого, а очень дорого.
"Моглики" спокойно пропускают основную поставленную задачу - цель - удешевление стоимости вывода - а вместо этого указывают тот самый неправильно выбранный путь - многоразовость на основе всего обязательно нового. "Немоглики" в силу привитой им современным цифровым засильем "однобитности" способны анализировать что то одно - а "моглики" им очень удачно подсовывают "многоразовость" вместо стоимости выведения.
Итого:
1. Некоторые "моглики" в некоторых вопросах способны услышать аргументы, противоречащие их установке и даже согласиться с ними (пример Михаила).
2. Но значительно чаще "моглики" не принимают никаких аргументов, если это как то противоречит официальной версии НАСА и уходят в демагогию (пример Пустынского)
3. Система Спейс-Шаттл, как транспортная система - полный провал НАСА - поставленную задачу не только не выполнила (удешевление стоимости вывода) - но получила полностью противоположенный результат - значительное удорожание в сравнению с Сатурнами.
4. Зато в системе Спейс-Шаттл не применили ничего из отработанного в программе Аполлон - хотя это легко позволило решить поставленную задачу.
5. Вывод, который напрашивается из всей этой нелогичности - в программе Аполлон было все далеко не так. как об этом говорит оф версия от НАСА, и как говорят "моглики". И с большой долей вероятности, те самые замечательные двигатели Ф-1 и Джи-2 были несколько хуже, чем про них рассакзывают. И если бы их оставили "живыми" и применили где то еще, то обман выплыл бы на свет белый.
6. "Похоронили" эти замечательные двигатели и всю замечательную лунную технику ("выбросили в пропасть") - для того, что бы спрятать "концы в воду" - нет пациента, нет проблем....