В данном посте я решил немного пообсуждать тему «Раннего» многоразового носителя.
В нашей истории первым многоразовым Космическим аппаратом стал КК «Джемени». Первый его образец сначала совершил беспилотный суборбитальный полет, а позже беспилотный орбитальный полет. В прочем дважды совершить орбитальный полет он вряд ли мог из-за более сильной деградации теплозащиты. Первым полноценным многоразовым апартом целью которого была именно доставка грузов стал Шаттл.
Шаттл вроде как был практически полностью многоразовым, но на практике оказалось что эффективность у него строго отрицательная, он был кратно дороже того же Сатурна-1Б (который сам по себе дорогой носитель) при почти одинаковых возможностях. И это не удивительно ведь при почти равной ПН стартовая масса Сатурна была в 4 раза ниже. В тоже время цена реставрации многоразовых компонентов была не особо выгодной. Например цена реставрированного твердотопливного ускорителя была равной цене нового без систем возврата. Т.е. эта система просто съедала полезную нагрузку. Похожая ситуация с самим челноком. Только из-за возврата маршевых двигателей на орбиту приходилось тащить 70 тонн бесполезного груза на орбиту. Разумеется такая система не могла быть эффективной. Это не говоря о постоянной опасности для космонавтов на борту и отсутствия системы аварийного спасения.
Более интересной и потенциально экономически эффективную схему придумали в СССР для возврата боковых блоков Энергии.
Но из-за сложности на первом Этапе решили использовать более простую парашютную систему. В прочем у парашютов тоже были проблемы. Ступени сажались в случайных местах где то в степях Казахстана что делало логистику весьма не тривиальной (а соответственно дорогой). К тому же она не гарантировала исправность после посадки. К сожалению СССР развалился и ни парашютной ни крылатой системы возврата Энергия так и не получила.
После развала СССР данный проект переродился в варианте РН Ангара с многоразовой ступенью Байкал, по сути это тоже самое в уменьшенном масштабе.
Содержание:
Что же я предлагаю?
В отличии от челноков Шаттла/Бурана схема с многоразовой крылатой 1 ступенью имеет шансы на рентабельность. При этом требования к электронике у крылатой схемы намного ниже чем у схемы с вертикальной посадкой как у Фалькон-9, и ее вполне реально реализовать уже в начале 70ых. В прочем минусы у схемы тоже есть, как минимум такая ступень значительно дороже из-за наличия дополнительного двигателя и крыльев.
Кроме того реальная Falcon-9 за счет рекордного конструктивного совершенства превосходит Байкал-Ангару еще сильнее (0,07 топлива+0.05конструкции против 0,2топлива +0,14 конструкции) т.е. на 4%. Для примера у 1 ступени Ангары/Протона/Союза-5 конструктивный коэффициент 0,07 (соответственно в многоразовом варианте 0,1 топлива+0,07 конструкции).
Оценка Эффективности
Дабы понять важность конструктивных коэффициентов я приведу типовую задачу ибо на первый взгляд не всегда очевидно.
Задача разогнать 100 тонн, при УИ 330 сек, на 4300 метров/сек. Критерий вес ступени в тоннах
Коэффициент 0,07 (Ангара) = 377 тонн;
Коэффициент 0,12 (Falcon-9) = 508 тонн;
Коэффициент 0,16 (Байкал)= 700 тонн;
Таким образом выходит что многоразовая крылатая ступень должна быть вдвое тяжелее одноразового собрата. Кроме того ему нужна более продвинутая система управления, складное крыло дополнительный двигатель и шасси для посадки. Если брать информацию от Space-X то цена восстановления после полета в районе 10% от новой, для аналога Байкала она должна быть приблизительно такой же. Цену крылатой ступени аналогичной одноразовой по ПН можно определить +- как 250% от одноразовой. Таким образом Цена пуска многоразовой ступени составит 25% от одноразовой. В таких условиях ступень должна слетать всего 4 раза дабы стать экономически выгоднее одноразовой 250+25×4=350 100×4=400. Соответственно если в среднем ступень будет летать 10 раз цена сократится в 2 раза а если 17 раз то в 2,5 раза. Правда стоит учитывать цену 2 ступени и обтекателя+- 25% т.е. при снижении цены 1 ступени в 2,5 раза мы получим снижение цены пуска на 45%.
Облик АИ Ракеты
Как бы должна была выглядеть АИ ракета? Допустим в начале 70ых после поражения в лунной гонке правительство решит пойти по пути повышения эффективности космической программы и уменьшения цены пуска. Для этого начинается разработка новой многоразовой ракеты носителя среднего класса грузоподъёмностью 8 Тонн на смену «Союзам», в качестве базы были взяты наработки по Н-1: НК-9В для 2 ступени и 4 НК-33 на 1 ступени, а также фрезерованная вафельная конструкция несущих баков. Общая схема аналогична «Байкалу» с поправкой на 4 двигателя и увеличение габариты.
Характеристики Многоразовой Ракетно Космической Системы:
- Стартовый Вес ракеты — 441 тонна
- Полезная нагрузка на НОО — 8 тонн;
- Соотношение тяги к весу — 1,4;
- Основной Диаметр-3,8 метра;
- 1 Ступень — 4 двигателя НК-33 суммарной тягой по 618 тонн УИ 297/331 сек;
- Сухой вес — 53,3+7,6 тонн;
- Полный вес — 381 тонна;
- Импульс — 4200 мс;
- 2 Ступень — 1 двигатель НК-9В тягой 46 тонн, УИ 345 сек;
- Сухой вес — 5,2 тонны
- Полный вес — 51,6 тонн
- Импульс — 5100 мс;
- ***
В целом это вполне реализуемая РН особенно если будет какой то попадун. Думаю если бы не развал СССР нечто подобное бы создали на базе Зенита и крылатых боковых блоков Энергии.
Официальная группа сайта Альтернативная История ВКонтакте
Телеграмм канал Альтернативная История
Читайте также:
Источник: https://alternathistory.ru/chto-esli-mnogorazovaya-raketa-nositel-v-1970yh/
👉 Подписывайтесь на канал Альтернативная история ! Каждый день — много интересного из истории реальной и той которой не было! 😉