Один полёт из сотни

Kerbal Space Program: Один полёт из сотни

Эта заметка будет посвящена описанию конструкции и одному тестовому полёту на многоразовой (ну по большей части) ракете.

Список модов (краткий): AIES Aerospace, B9 Aerospace, Deadly Reentry, Ferram Aerospace Research, KW Rocketry, MechJeb 2, Modular Fuel Tanks (с активным
RealFuels), а также многие другие модификации, детали из которых не задействованы.

Сначала немного предыстории. В один день мне показалась интересной идея о постройке собственного шаттла (впрочем куда более упрощённого). Изначальной идеей было создание лёгкого шаттла, с максимально простой и симметричной системой подъёма, способного доставить 5-тонный спутник на геостационарную орбиту. Названо это всё было RSL G1 Mk.1 (Reusable Space Launcher первого поколения (планируются и более совершенные модели) версия 1).

Kerbal Space Program: Первая модель.
Впрочем эта идея не увенчалась успехом. Созданная мной каракатица самостоятельно взлетать с полосы отказалась, а создавать отдельное «устройство» для подьёма на высоту (будь то тяжёлый самолёт, ака испытания бурана, или небольшую ракету) я счёл нецелесообразным (невозможность отрыва от земли уже указывала на то, что летать оно будет плохо).

В какой-то момент я решил обрубить все крылья и оставить просто спускающийся на парашютах центральный блок (а заодно и сделать его роботизированным), со всеми двигателями и грузовым отсеком. Название сменилось на соответственно RSL G1 Mk.2.

Относительно быстро этот самый блок был спроектирован:

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Это и есть та самая часть, которая (в теории) используется многократно. На ней установлен маршевый двигатель для выведения на орбиту, питающийся от окислителя и жидкого водорода, 3 маневровых двигателя (при помощи октагональных стратов, установленные внутри маршевого двигателя) для достижения геостационарной орбиты и сам грузовой отсек.

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Не заняла много времени и установка вокруг центра топливных баков для маршевого двигателя:

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Из-за очень низкой массы жидкого водорода 8 «морковок» питают один маршевый двигатель (к тому же, на бумаге, такое топливо даёт самый высокий isp). TWR оказался ниже 1, и поэтому, после нескольких примерок, я решил установить два твердотопливных мотора Globe X-2. Они были снабжены парашютами, а также по одному сепаратрону для безопасного отделения их от конструкции.

По описанию это всё стало походить на Спэйс Шаттл (маршевый двигатель, питающийся от жидкого водорода, два твердотопливника, спускающиеся на парашютах, вынос спутника на геостационарную орбиту, и т.д), однако внешне это было совсем не так

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Не смотря на внушительный внешний вид, выносить эта система может лишь 6.5 т (правда на геостационарную).

На многих моих ракетах отказывается летать даже мехджеб, особенно это относится к сверхтяжёлым ракетам-носителям(пример такого запуска в оглавлении). Однако эта система оказалась вполне нормально управляемой.

Выход на орбиту был совершён полностью за счёт маршевого двигателя, как и планировалось, маневровые лишь довершают последнюю сотню dV. На орбите последняя пара «морковок» отстреливается (вместе с носовым обтекателем, прикрывавшем тепловой щит), после этого маршевый двигатель висит мёртвым грузом до самой посадки. Стандартного топлива (окислитель+жидкое топливо, на котором работают маневровые двигатели) хватило ровно для выхода на геостационарную орбиту, сброса спутника и снижения перигея до 34км (заснять это дело я тогда не догадался, а делать новый вылет уже не охота).

После атмосферного торможения апогей упал до 50км (внутри атмосферы). Спустя некоторое время началось вхождение в атмосферу.

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Большая кинетическая энергия (весит эта груда металла немало) была погашена атмосферой.

Больше всего проблем произошло именно в при посадке.

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Слишком поздно выпущенные парашюты не смогли достаточно затормозить конструкцию до открытия куполов, на момент перегрузки составили более 15g (впрочем сломалась лишь пара стратов).

Самих парашутов тоже оказалось недостаточно, скорость снижения была 7,5 м/с, и, очень некстати, над склоном горы. Маршевый двигатель гордо выдержал удар, но тут уже подвёл склон: вся конструкция завалилась на бок.

Kerbal Space Program: Шаттл многоразового использования

Что ж, первый вылет вышел не совсем многоразовым.

Спасибо Andre за помощь.
Я мог бы выложить крафт-файл, но однако у меня стоит (относительно) специфичная сборка модов (которые я, к тому же, самостоятельно редактирую), да и вряд ли кому-либо нужен лаунчер с такой невысокой полезной нагрузкой при больших проблемах.
Читайте также

17 комментариев

avatar
Ну что тут скажешь — впечатляет! (я бы так по-любому не смогла). И мягкой вам посадки в будущем!
  • kinira
  • 0
  • v
avatar
Спасибо за рассказ, будем ждать новых ракетостроительных историй :)
  • Andre
  • 0
  • v
avatar
С такой логикой я могу написать про уже завершённые ракеты-носители(а именно, уже в какой раз упомянутые, сверх-тяжёлые). В их постройке и испытаниях гораздо больше «моментов». Единственная причина, по которой описал это — необычность конструкции.
avatar
надо было оставить топляка для гладкой посадки. если используешь Б9, попробуй нерву — гибридный движок, чтобы сэкономить на окислителе в атмосфере.
  • kpu3uc
  • 0
  • v
avatar
А смысл? В данном случае меня подвёл склон горы, для нахождения более гладкого места понадобилось бы гораздо больше топлива, а тогда это уже будет неподьёмной ношей для системы.
Если я правильно помню, нерва это атомник(причём стоковый), гибридный двигатель из B9 — SABRE. К тому же это принесло бы больше проблем в виде слежения за показателями воздухозаборников, нужно было бы изменить пропорцию топлива в баках(больше жидкого толива). В общем это не стоит усилий. Да и я сомневаюсь что эти двигатели поддерживают другую смесь топлива(они не настолько гидбридные).

Кажется, я слишком развёрнуто ответил…
avatar
Так ведь «нахождение гладкого места» обеспечивается выбором точки схода с орбиты. на расход топлива это не влияет :)
  • Andre
  • 0
  • v
avatar
Ну тогда и запас топлива не нужен, лишь больше прокатиться по орбите(хотя, из-за атмосферного торможения, это не настолько предстказуему, нужны наблюдения. Впрочем, это моя ошибка.
avatar
У меня никогда не получалось на глаз сойти с орбиты (особенно высокой) и приземлиться в нужном месте — всегда мешает чертово вращение Кербина =D.
  • hitzu
  • 0
  • v
avatar
Ну вот, опять «морковки». Джамбо это, Джамбо. Хоть без «оругрцов» обошлось. %_%

А по теме — четыре блока двойных Джамбо = оверкил, для поднятия 5т на орбиту. И TWR в районе 1.15 — довольно затратно по ресурсам. Нижнюю часть атмосферы Кербина лучше всего преодолевать при TWR = ~2.
avatar
Исправимся:)

Это же жидкий водород, очень лёгкий, поэтому и 8 баков (Вы ещё не видели мой разгонный блок до Джула, для нагрузок под 70т.). В твёрдых слоях атмосферы я стараюсь не разгонятся выше 200мм/с(с FAR, на более высоких скоростях, начинаются проблемы). Вообще, первые 12км я преодолеваю на черепашьей скорости, постепенно снижая тягу.
avatar
Использование Modular Fuel Tanks мода я учел, поэтому смотрел в первую очередь на итоговый тоннаж, а он равен почти 173 (тонн). Это многовато, для поднятия 5 тонн на орбиту. Я мало пользовался вышеобозначенным модом, но, насколько помню, там не настолько все далеко от стока. А в стоке для поднятия 5 тонн на 75/75 орбиту достаточно РН массой 60 тонн, с учетом возвращаемой в атмосферу верхней ступени. И это без учета аэродинамических поблажек FAR, и использования кроссфида/пакетной схемы. С последней, думаю, можно уложиться в 50-55 при желании.

Но 173… это перебор ;)
avatar
Что поделать, тем более система далеко не просто поднятие 5т. на НОО.

Если говорить прямо, то все баки с жидким водородом поднимают 45, а не 5 т. на НОО(разница уже в 9 раз). А затем, 8 т. двигателя(а так же прочей, малонужной шешуры) висят мёртвым грузом на системе. Так что, можно сказать, что оно доставляет на геостационарную орбиту все 15т.
Комментарий отредактирован 2013-08-16 11:57:58 пользователем ShermanH
avatar
Ну вот. В таком случае я бы предложил сделать не всю ракету reusable, а лишь верхнюю ее ступень. Слишком уж накладно так вот таскать ракету до самого верха целиком. Тем более дополнительные баки ты все равно сбрасываешь.

И это… я так понимаю, данный экземпляр не предназначен для ингейм дозаправки через стыковку с заправщиком на поверхности, по приземлению?
avatar
Ну в этом были идея — сделать самые «дорогие» части многоразовыми(вся двительная установка, система управления и грузовой отсек). В реальном спейс шаттле это было довольно похоже(полностью с нуля делался только не очень дорогой бак для жидкого водорода), впрочем это не повлияло на его высокую цену.

Разумеется, изначально это не предполагалось. В теории, это всё можно сделать. Боковые баки крепить на стыковочные порты, усилять квантовыми стратами, подвозить их (а заодно и груз) на тяжёлых грузовиках(с KAS). Это, конечно, реализуемо, но, имхо, достаточно сложно.
Комментарий отредактирован 2013-08-16 12:28:37 пользователем ShermanH
avatar
А вообще, какой смысл было тащить целую тяжеленную ракету до самого апогея ГСО, да еще и разгонять ее там? Для РН вполне достаточно просто вывести небольшую легкую ступень на стабильные 80-100 км, которая уже самостоятельно разгонится до геостационарной. А тяжелый дорогой РН спокойно спустится обратно на парашютах и для этого даже его перигей не надо поднимать выше атмосферы.
  • hitzu
  • 0
  • v
avatar
Мое имхо, с Шаттлом плохую шутку сыграла его ориентация на пилотируемые полеты и, как следствие — высокие стандарты безопасности, ужесточавшиеся после каждой катастрофы и делающие эксплуатацию все более убыточной.
Чего только стоит обслуживание маршевых двигателей после каждого полета. Каждый двигатель демонтировался, разбирался, проходил ТО и после этого — контрольные огневые испытания. Похожее обслуживание выполнялось и для тепловой защиты, а это, на минутку, больше 10к пластинок. И каждую нужно осмотреть и в случае необходимости — заменить.
В изначальном проекте экономическая целесообразность просчитывалась для полетов шаттлов каждых 2-3 месяца с ресурсом в 100 полетов для каждого корабля при условии повторного использования твердотопливных ускорителей. Реально 100 полетов набралось за 20 лет и на весь флот. И ускорители хотя и эвакуировались, но повторно (если не ошибаюсь) не использовались.
Примерно так же экономически оправданной будет городская маршрутка, которую после каждого рейса ставят на прикол на неделю, снимают движки, перебирают подвеску и т.п.
В этом смысле Скайлон с его ориентацией на беспилотный режим и возможность эксплуатации с минимальным ТО сразу же выглядит привлекательнее, даже без учета топливной эффективности.

Что касается заявленной здесь грузоподъемности «5-7т на LKO», то это достаточно легко достижимо при использовании 2-3 фазовой гибридной схемы, при этом система доставки получается 100% многоразовой, т.е. не использующей одноразовых деталей. Причем без использования модных деталей.
Вариант с вертикальным взлетом успешно продемонстрировал Скотт Мэнли, вариант с горизонтальным взлетом могу продемонстрировать я, если на то будет желание у достопочтенной публики.

Впрочем, с одним я поспорить не могу. Ваша ракета — секси.
avatar
Обсуждение спейс шаттла я пожалуй пропущу. Хотя в этом плане лучше перестараться чем… Н-1…

Не самые высокие характеристики обусловлены изначальной постановкой вопроса: установка всех двигателей на центральном, возвращаемом блоке, маршевый двигатель, питающийся от одноразовых подвесный баков с жидким водородом. Т.е. требовалось как можно меньше ступеней как таковых при, по возможности, наибольшей пользы с них(маршевый двигатель таки справляется с выходом на НОО). Ну а очень уж гибридные ракеты (с турбореактивными двигателями) я не слишком люблю. Максимум — сэйбр энжины на SSTO.

Да и я, как правило, ставлю внешний вид и, так сказать, «звучность» выше, нежели характеристики.

Оставить комментарий