Навіщо повітряному старту крила?

Трохи провокативним питанням задався — чи реальним є повітряний старт без використання літаків або аеростатів?

2358

Трохи провокативним питанням задався — чи реальним є повітряний старт без використання літаків або аеростатів?

Останнім часом від  світових інформаційних агенцій надходять багато повідомлень про бурхливий розвиток систем космічного запуску, яких звично поєднують під визначенням «Повітряний старт».

Повітряний старт — спосіб запуску ракет або літаків з висоти кількох кілометрів, куди доставляється апарат для запуску. Засобом доставки частіше за все служить інший літак, але може виступати і повітряна куля або дирижабль.

  • Авіаційний старт, тобто за допомогою літака. Має велику гнучкість в напрямках запуску і надає ракеті початкову швидкість співмірну, або більшу за звукову. Проте, подібні системи обмежені висотою практичної стелі літака-носія
  • Аеростатний старт, тобто запуск за допомогою апаратів, що легші за повітря. Теоретично може мати дуже велику вантажопідйомність, піднімаючи «космодром» на висоту кількох кілометрів. Це дозволяє ракеті стартувати в розрідженій атмосфері, що дає певний масовий виграш. Але такі системи не надають ракеті початкової швидкості, а отже їх економічна перспектива виглядає дещо сумнівною
  • Авіаракетний старт, тобто поєднання в одному апараті літака і ракети. Наприклад, проект Скайлон буде здатний підніматися в повітря як звичайний літак і, досягнувши гіперзвукової швидкості 5,5 М і висоти 26 кілометрів, переходити на кисень із власних баків, щоб вийти на орбіту. Сідати він буде теж як літак. Однак багато вантажів таким «літаком» не повезеш.

Згадавши відомий афоризм «З добрим мотором і каменюка літатиме» задумався — навіщо в повітряному старті використовувати класичні літальні апарати? Адже турбореактивний двигун сам по собі може літати як ракета. Вертикально, поки кисню вистачатиме.

Уявив собі таку конструкцію, яку виношу на дискусію поважного панства:

Багато турбореактивних двигунів насаджені вертикально, вихлопом вниз, на велике кільце. В центр кільця поміщаємо цільове навантаження. Наприклад, ракету-носій з супутником чи космічним кораблем.

Такий собі «роликовий підшипник»
Такий собі «роликовий підшипник»

Під час старту працюють ТРД, піднімаючи космодром в розріджені шари атмосфери як при аеростатному запуску, і надаючи цільовому навантаженню початкову швидкість, як при авіаційному запуску.

В якийсь момент ракета-носій вмикає свої двигуни, вивільняється з кільця турбореактивних двигунів і летить на орбіту. Намисто з турбореактивних двигунів повертається на стартовий майданчик приблизно так, як сідають бустери Falcon-9.

Після заправки пальним і прийняття нового цільового навантаження, цикл повторюється.

Що це дасть?

  1. Дозволить зменшити власну масу стартового комплексу, бо не потрібні будуть крила, стабілізатори, елерони, закрилки, передкрилки, шасі, кіль і кабіна пілотів. Лише двигуни і баки з пальним між (і над) двигунами
  2. Дозволить зробити стартовий пристрій максимально компактним
  3. Відпаде потреба в аеродромних злітно-посадкових смугах
  4. Така система зможе працювати в різних режимах — від повноцінного розгону ракети-носія до часткового розвантаження старту масивних і надмасивних ракет-носіїв
  5. Дозволить використовувати при створенні «намиста» навіть старі двигуни, що вже відлітали гарантійний ресурс на авіалайнерах, або близькі до того. Адже, якщо під час старту вийдуть з ладу кілька двигунів з кількох десятків, катастрофи не станеться — лише зміниться циклограма запуску

Як на вашу думку, життєздатна така система повітряного старту?

До речі, цим "бубликом" можна навіть ловити Старшіпи і Суперхеві ще в повітрі, під час повернення їх на Землю
До речі, цим “бубликом” можна навіть ловити Старшіпи і Суперхеві ще в повітрі, під час повернення їх на Землю

68 коментарів

Розгорнути всі

Будь ласка, у свій профіль, щоб коментувати пости, робити закладки та оцінювати інших користувачів. Це займає всього два кліки.

Гру 14, 2020 01:22

Патентуйте мерщій )

Гру 14, 2020 01:28

Так лінько ж

Гру 14, 2020 01:33

• Думаю что рули (даже решетчетые как на F9) для такой конструкции нужны, так как при возвращение ей нужно будет спустится вниз, а с учетом какого либо ветра с рулями будет просто легче маневрировать для точной посадки.
• Прожорливость такого количества двигателей будет небесная, а значит нужны будут либо большие баки (уже вес достаточный, с учетом того что этому “кольцу всевластия” нужно еще и РН поднять) либо экономные двигатели (жертвуем мощностью).
• С – стабильность, как уже выше упомянул из за ветра, даже в спокойную погоду (предполагаю) такая конструкция может быть не стабильна.

В целом интересная задумка, а идея схожа с SERV, но думаю что эта система не жизнеспособна. Желаю удачи автору в совершенствование своей идеи

Гру 14, 2020 12:58
  • * Можна навіть невеличкі вентилятори на електромоторчиках, як в дронів, причепити
  • * Вся операція займатиме лічені хвилини. До 10, не більше. Скільки палива спалює турбореактивний двигун авіалайнера, навіть на межі потужності?
  • * А що зі стабільністю? Висота в рази менше діаметра, а отже бокові вітри значно менше на цей підшипник впливатимуть, аніж на будь-яку традиційну ракету
Гру 14, 2020 17:00

Хммм… думаю что если эта платформа будет работать еще и как гироскоп, то тогда ваш аргумент со стабильностью обоснован. Думаю я был не прав указав выше стабильность (моя оплошность).
Если же говорить о двигателях то они могу быть как и подьемным механизмом, так и раскручивающим для гироскопа, но вот топливные затраты меня всё еще беспокоют, хотя тут стоит просто выбрать какой нибудь среднеразмерные ныне использующийся двигатель и подсчитать его топлевные затраты, так что ваш аргумент так же вполне обоснован.

А вот насчет закрылок (пока не знаю точно)…
но, по прошествию дня мне пришла мысль о небольших (коротких крыльях лопостях) которые вращаясь на внешнем кольце создавали бы авторотацию благодаря которой конструкция могла бы садится с меньшей мощностью двигателя. А сами крылья-лопости будучи короткими просто раскрывались как решетчатые рули на F9. звучит наверно безумно
Спасибо за критику)

Гру 14, 2020 01:51

Считать надо.
По какой причине возникла идея воздушного старта – ради снижения массы РН и, соответственно, стоимости пуска.
Что мы видим в предложенной идее? Платформу массой тысячи тонн, с десятками дорогостоящих двигателей, топливом и вишенкой на торте в виде ракеты. Ресурс двигателей будет совсем не как у самолетов, а значительно ниже из-за того, что с них будет РН взлетать.
Утяжеление и многократное усложнение конструкции, рост вероятности отказа системы.

Гру 14, 2020 13:08

В цій системі ТРД, на відміну від авіастарту, всі 100% своєї потужності перетворюватимуть на вертикальну тягу. За ресурс я казав — можна утилізувати навіть списані з авіалайнерів. Увесь цикл польоту триватиме не більше півгодини.
І, старт РН з такого бублика абсолютно “безвіткатний”. РН просто вислизає з бублика. Може, навіть не торкаючись його.
Щодо переобтяження. Принаймні кисень цьому підшипнику не треба буде із собою тягати

Гру 14, 2020 23:08

на відміну від авіастарту, всі 100% своєї потужності перетворюватимуть на вертикальну тягу.Це не плюс, це мінус. Аеродінамічні поверхні створюють підйомну силу. Для аеродінамічного злету достатньо навіть слабких поршневих двигунів. Якщо всю тягу реактивних (турбореактивних) двигунів використовувати виключно для вертикального злету, нам потрібна більша тяга, ніж для горизонтального. Як приклад – літаки з вертикальним злетом.Як-38 чи Harrier – дуже неекономічні машинки.
Як альтернатива Вашему гибридному двокомпонентному старту, зараз є проєкти гибридних реактивних двигунів. ІМНО – більш ефективно. Аеродінамічний старт (також вже існуючий) також більш ефективний.

Гру 15, 2020 01:41

старт РН з такого бублика абсолютно «безвіткатний»Це помилка. На висоті 10-20 кілометрів факел вогню від двигунів розширюватиметься по широкому конусу і завдасть міцного удару по платформі.
На Землі стартові столи – це тисячі кубометрів бетону. А в повітрі цього немає, але є ризик перевертання платформи до гори дригом.

Гру 14, 2020 03:48

Мені здається, що протягом доробки поступово дана конструкція все більш набуватиме вигляд сучасного надзвукового літака. Щось схоже на приведене тут, тільки розмірами побільше.

Гру 14, 2020 13:15

У будь-якого авіаційного носія, яке співвідношення власної маси до маси того, що він несе на запуск? Гадаю, різниця — порядок. Тому класичні авіаційні запуски, це виключно легке і надлегке навантаження.
В пропонованому “бублику”
“…не потрібні будуть крила, стабілізатори, елерони, закрилки, передкрилки, шасі, кіль і кабіна пілотів. Лише двигуни і баки з пальним між (і над) двигунами”
А отже, цей бублик зможе працювати з будь-якими навантаженнями — дріб’язок самостійно витягати в стратосферу, надаючи йому пару Махів вертикальної швидкості. А ваговозам класу SS/SH може відчутно полегшити перші пару десятків кілометрів своєю додатковою тягою. А це, в підсумку, важливо для танкерних місій. Аби не 100 тонн води отримувати на орбіті, а хоча б 150…200 за рейс

Гру 14, 2020 16:22

Так чи інакше, любе корисне навантаження що нає бути виведене на орбіту нашої планети, повинно мати горизонтальну складову швидкості. Саме по собі повітря має можливість створити підйомну силу, тому нехтувати цим означає навмисно знижувати ККД. Мені реалізація вашої ідеї більше бачиться як перевернутий шатл (буран тощо) за винятком застосування турбореактивних двигунів замість звичайних ракетних. Але все це потребує ретельного розрахунку. Нажаль я не фахівець у цій галузі.

Гру 14, 2020 06:52

Контент видалено за запитом автора

Гру 14, 2020 08:17

Тут більше підійде слово втілення.

Гру 14, 2020 23:47

Реалізація?

Гру 14, 2020 13:16

З літаків — це легке та надлегке навантаження. Виключно

Гру 14, 2020 07:04

Хочц популяризувати український космос, доречі там є цікава інформайія про sn8 фото пов’язані з ним та багато іншого, підписників малр, але йдемо до мети
@andromedaUA або t.me/andromedaUA

Гру 14, 2020 13:18

То про це треба окрему статтю тут писати. І намагатися це зробити так яскраво і переконливо, аби дійсно викликати непереборну зацікавленість

Гру 14, 2020 09:32

ну идея так сказать далеко не новая, обычный аэробаллистик, не думаю что в реальной жизни такая схема жизнеспособна, во первых серьезные ограничения по высоте работы двигателя, падение тяги с ростом высоты,=> нужна очень высокая тяговооруженность, если использовать прямоток, то неизбежно приходим к крылатой схеме, а во вторых бескрылый воздушный старт и так повсеместно применяется, называется 1 ступень РН))))

Гру 14, 2020 13:22

Ясна річ, що “стеля” десь близько 20 км буде. Але увесь цей шлях буде пройдений на атмосферному (не бортовому) кисні. Більше пари Махів не дасть, звісно. Але звуковий бар’єр і, можливо, MaxQ РН проїдеться в комфортних умовах.
Прямоток тут не має сенсу, бо тиск з висотою падає по експоненті. Він просто не встигне “зачепити повітря”, як повітря скінчиться

Гру 14, 2020 10:13

Виглядає все так, як додаткова ступінь ракети, а кількість двигунів і пального для них трішки лякає.

Гру 14, 2020 13:23

А хіба я називав кількість двигунів і затрати палива? Це легко масштабована схема. Звісно, треба обраховувати

Гру 14, 2020 13:57

первое что приходит в голову, вряд ли это будет единый бак
расход топлива и тяга двигателей неравномерны Соответственно управлять такой конструкцией будет весьма сложно (думаю даже невозможно, без единого центра масс)
как бы будет нагнетать кислород при посадке?

Гру 14, 2020 14:13

Ну, тут досвід октакоптерів згодиться. Єдиний центр мас знаходиться в центрі підшипника, відносно нього вся динамічна математика має танцювати. Кисень на зниженні нагнітатимуть ті ж самі турбіни ТРД. Благо, це вже буде легка конструкція, що падатиме від початкової нульової швидкості. Тож, двигуни можуть працювати ледь не на холостому ходу

Гру 14, 2020 16:19

октакоптер не зовсім підходить (основна масса дійсно в центрі), в данному випадку по окружності "підшибника".
У випадку будь якого крену, прискореннея різко зміститися. в напрямку крену,
тож в такому випадку двигуни вже не ніяк не будту працювати на холостому ходу
(як що ми хочемо сбалансуватии це крен 🙂 )

Гру 14, 2020 19:02

Може обізнані люди уточнять, та як на мене, ТРД(та й усій конструкції взагалі) не дуже сподобається вихлоп ракети, треба робити або циклопічний діаметр, або запускати ракети геть малого класу, обидва варіанти, скоріше за всього, зроблять систему неефективною.
Або витрачати час та гроші на розробку спеціалізованих ТРД, які зможуть переносити умови зльоту ракети, чи мудрувати якийсь захист з термостійких жалюзі.. 0_о

  • коли гази будуть проходити крізь кільце то не буде викликати усілякі ефекти Коанда, або іншу аеродинамічну прутню?
Гру 14, 2020 20:58

Я теж спочатку подумав, що раптори можуть випалити геть усі турбіни ТРД. Але потім зрозумів, що це питання не є непереборним.

  1. 1. Згадав момент відділення бустера Фалькона. Другий ступінь лупить факелом чи не прямо в камеру, ми всі те бачили. І нічого страшного. В аероракетному старті факел від рапторів більшою мірою все ж піде в “діру”.
  2. 2. Момент розділення бублика і ракети буде близьким до моменту, коли ТРД захлинуться від нестачі кисню. Їх все одно треба буде гасити. То чому б одночасно не навести жаростійки заслінки на повітрозабірники двигунів, аби навіть трохи факелу не залітало всередину
  3. 3. Навіть, якщо турбуленція залишків факелу зіб’є орієнтацію бублика, не бачу нічого страшного. Він все одно летітиме пасивно дуже довго. Спершу трохи вгору, за інерцією. Потім зависне. А потім почне падати. От саме в момент зависання можна мізерним імпульсом допоміжного двигуна орієнтації все виправити
Гру 14, 2020 23:53

А що як підвісити ракету знизу на тросі, і відлітати в сторону між моментом скиданням і виходом двигунів на повну потужність?

Гру 14, 2020 21:02

Цікаво… Можливо коли почнуть масово створювати аналоги F9 (коли буде з десяток різних типів ракет з поверненням першого ступеню від різних виробників), при оновленні одного з цих аналогів, або при створенні ще одного аналога хтось вирішить розбавити ракетні двигуни на першому ступені двигунами реактиними.
Впевнений, що при масовому використанні ідеї багаторазового першого ступеню – будуть як мінімум експерементувати з додаванням турбореактивних двигунів.

Гру 15, 2020 01:19

Брендовані ідея, дозводить зекономити ну 2-3 відсотки палива на ракеті а потребує монструозної конструкції

Гру 15, 2020 09:36

економія палива мене не турбує взагалі. Предмет цікавості – максимум тоннажу на орбіті за рейс

Гру 16, 2020 12:54

Тоді по іншому свормулюю відповідь. Додасть 2/3 відсотка до масси корисного вантажу. А потребує монструозної конструкції

Гру 15, 2020 02:10

До уваги автора – дуже схожа ідея але 50 років тому – тут вся інформація (див. лінки подані нижче).

Колись почав переклад цієї статті, вважав що буде цікаво всім….
Але пан Гамов (але це було зовсім з іншого приводу, а не по цій статтi) відбив бажання взагалі що-небудь публікувати на АЦ.

SERV. Проект космического челнока Chrysler опередил свое время на 50 лет.

Video:
https://youtu.be/___JNGJog0A

Text:
https://www.thedrive.com/news/33905/chryslers-radical-space-shuttle-design-was-50-years-ahead-of-its-time

https://www.thedrive.com/content/2020/06/Screen-Shot-2020-06-16-at-3.15.16-PM.png

Корпорация Chrysler (да-да, та самая автомобильная компания) имела когда-то аэрокосмический отдел. Хотя на сегодняшний день аэрокосмический отдел явно не так хорошо знают, как его автомобили, но Chrysler действительно построил предшественников Сатурна — ракеты Редстоун, которые отправили астронавтов на Меркуриях в космос, и, наряду с Боингом в рамках проекта Аполлон — самую большую, первую ступень Сатурна V.
Но, после завершения всех этих удивительных проектов (имеется ввиду Лунная программа), космическая программа США (NASA) начала сворачиваться. Сокращение финансирования при президенте Ричарде Никсоне означало, что было выделено меньше денег на амбициозные проекты. Chrysler все еще претендовал на часть бюджета НАСА. В то время Chrysler был экспертом в производстве космических кораблей и хотел и далее учавствовать в новых космических проектах. Chrysler получил свой очередной шанс, когда в 1972 году появилась программа «Шаттл».
Chrysler понимал, что для того, чтобы остаться в игре, он должен был предложить космический челнок своего собственного оригинального дизайна, конкурирующий с разработками других космическис гигантов, такиx как Боинг, Грумман и Локхид. Результатом этих работ стал один из самых необычных космических кораблей, когда-либо предложенных. Что же было также необычно в его работе, имея одноступенчатый двигатель с необычными аэродинамическими двигателями, которые баллистически приземлились обратно на землю.
Этот корабль назывался SERV, и, если бы он был построен, он бы опередил SpaceX более чем на пять десятилетий.

Гру 15, 2020 11:54

Так, щось дуже схоже. З головною відмінністю. Я розглядаю подібний бублик-підшипник в якості окремого універсального бізнесу стартового “підкидування в стратосферу” будь-якого навантаження

Гру 19, 2020 16:11

Спеціально відстежив під час запуску NROL. Суперсонік проходить на висоті 7…8км. MaxQ біля 13 км.