Конструкция топливных баков
Была ли вера в многоразовость раньше?
В 1968 году помощник директора NASA Джордж Мюллер объявил, что направлением американской астронавтики станут многоразовые транспортные космические корабли с небольшой стоимостью запуска — до $10 млн.
12 апреля 1981 года на орбиту вышел первый многоразовый космический корабль “Space Shuttle”. После возвращения с орбиты Шаттл вновь полетел уже в ноябре став первым повторно используемом аппаратом. Инженеры со всего мира убедились,что многоразовое использование ракет возможно уже сейчас.
К сожалению Шаттл показал себя с плохой черты повторного использования на тот момент. Зачастую обслуживание все равно уходило за рамки ожидаемого и вообще с экономической точки зрения Шаттлы были невероятно невыгодные. Двигатели, корпус, электроника – все это изнашивалось намного быстрее чем входило в планы Nasa. Вера в многоразовость Шаттлов остывала намного быстрее, чем росла их цена за полет. 8 июля 2011 года “Атлантис” совершил свой последний полет и эра космических “самолетов” завершилась.
В чем дороговизна ступени ?
Первое и самое элементарное – размер. Топливный бак занимает 60% от всей длинны ракеты и это только первая ступень! Не смотря на классификацию ракет, (среднего класса или сверхтяжелого) бак будет все равно самой длинной её частью.
Второе – электроника и двигатели. Двигатели выполняют важнейшую функцию вывода ракеты на орбиту. Тем самым, теряя топливный бак – вы теряете еще десяток миллион долларов за двигатели. К примеру на ракете “Atlas V” один двигатель РД-180 стоит – 13 млн $.
Из чего делают топливный бак?
- Алюминиево-литиевой сплав (FALCON 9). Литий хороший вариант для прочности конструкции и для уменьшения веса ракеты.
- Алюминиевый сплав (Союз-2). Дешевый материал проверенный временем.
- Шаттлы тоже делались из алюминиево-литиевого сплава, но вместо этого он ещё покрывался термозащитной оболочкой из напылённой пены толщиной 2.5 см .
- SpaceX на данный момент собирают ракету Starship, у которой баки и ступень изготовлены из нержавеющей стали.
Внутренности топливного бака
Для примера разберем топливный бак ракеты Saturn V.
Извиняюсь за кривую работу в Paint)
Так же между зеленым и красным стоит меж. баковый отсек, для укрепления конструкции. Всем известно, (кто следит за ракетами) что Сатурн 5 была очень прожорливая ракета, точнее её двигатели F-1. Для этого требовался очень большой топливный бак, а за ним еще 2 ступени + лунный модуль.
В баке с кислородом (зеленый квадрат) видны белые баллоны, они использовались для поддержки давления в баке. Для этого используется жидкий гелий и в сегодняшний день на Falcon 9. И в Falcon 9 и в Saturn V баки с гелием находятся в баке с кислородом из-за одинаковой температуры. Газообразный гелий = -268 г.ц, а Жидкий кислород = -183г.ц (данные Википедия).
Теперь возьмем область “красного круга” и посмотрим на ещё интересные детали.
Красным подчёркиванием я выделил трубы по которым жидкий кислород попадает в камеру сгорания, проходя через бак с керосином.
Такую же конструкцию можно встретить на протопите Starship (только там используется одна такая труба)
Вернемся к баку с керосином 1 ступени Сатурна 5. По всем бакам видны металлические решетки. Они нужны по многим пунктам
- Сохранение прочной конструкции
- Равномерная подача топлива в камеру сгорания
- Укрепление бака
Конструкция топливного бака Starship немного легче, чем у Saturn V. Так же по словам Илона Маска в будущем маленький бак в самом верху головного обтекателя будет перенесен в другое место. Так что за счет тестов и испытаний возможны доработки и изменения в конструкции. Конструкция изменялась уже не раз, проходя через испытания приходилось менять от крышки бака (она была непрочная и не выдержала давление) до материала для строительства. Изначально конструкция должна была быть из углепластика, но после всех тестов оказалось что это не лучший вариант для баков.
Будет ли уменьшение топливных баков не жертвуя мощностью?
Согласно закону сохранению энергии построить компактные топливные баки не удастся (если вы собрались лететь на большие расстояния с Земли). Но возможны и альтернативные методы решения этой задачи. К примеру ионные двигатели или двигатели с гиганским удельным импульсом (УИ). Так же имеются разработки и с магнитодинамическими двигателями, но на данный момент это остается только на бумаге.
Спасибо за прочтение моего материала)
Як на мене, дуже далекосяжний результат. По-перше, це доказ того, що подібні астероїди буде дуже легко розробляти.…
зараз мова йде про випробування концепції таких апаратів і алгоритмів їх взаємодії. Суто як перший крок, малорозмірне…
Я, в начале, так и подумал, но нужно учитывать возможные возражения с стороны Спейсов и подготовку на…
Цитата(перевод): > SpaceX добивается разрешения на использование до 7500 спутников Starlink второго поколения с диапазонами частот 1,6…
> Не смотря на то, что я считаю, что незаконные мигранты склонны нарушать закон, всё что Вы…
>Кремлю придётся вывести часть войск из Украины, чтобы поддерживать порядок внутри страны, и нашим защитникам будет легче.…
С 20.03 по 23.03 слушали в надежде на пробуждение Odie. К сожалению, ничего не вышло и миссию…
>Но вас не поддержит запад, когда вам захочется устраивать расстрел гражданских в ТРЦ. Я ж написал: я…
Пам'ятаю цей запуск. Більше всього мене тоді вразила холоднокровність командира екіпажу.
>Все остальные – как минимум платят налоги. Окей, да, в целом - можно так притянуть. Но вас…
Такая схема может вполне заменить первую ступень, но окупится лишь в случае регулярного использования рельсотона по нескольку…
>Это военный объект. По праву обороняющейся стороны – легальный объект. Вот НПЗ, нефтебазы, мосты, железная дорога -…
>Нет, не так. С одной стороны вторжение миллионов мигрантов на территорию США Ну так я же писал,…
Я прочитал ответ Ави злопыхателям полностью, но не считаю его сколько-нибудь серьезным. > А уж давать в…
> В чистом виде argumentum ad hominem. Как я понял, Вы прочитали только последнюю строчку. 36 строк…
сподіваюсь на Веббі немає такої проблеми
Дополнение: Заявка была по упрощенным правилам, без изучения вопросов интерференции, отказ получили через год. Можно только вообразить…
Спейсам придется поумерить свой аппетит, т.к. FCC отклонила их заявку на дополнительный спектр для мобильных приложений для…
Так же не обойдется без AI 5g expertise
“Це ж вже було»
Здається, я знаю чим можна вальнути по москві
Фанат Хайнлайна во мне конечно хочет чтобы это сработало. Но унылый взрослый во мне напоминает, что вся…
Думаю склон найти не проблема, гор хватает, главное чтоб сама установка дала положительный результат. Есть целые ровные…
Вот так и надо "сохранять рабочие места", будь то руководитель, инженер, или крутильщик гаек. А то взяли…
осталось найти пологий склон высотой в 5 км