Ракетные двигатели — одна из вершин технического прогресса. Работающие на пределе материалы, сотни атмосфер, тысячи градусов и сотни тонн тяги — это не может не восхищать. Но разных двигателей много, какие же из них самые лучшие? Чьи инженеры поднимутся на пьедестал почета? Пришло, наконец, время со всей прямотой ответить на этот вопрос.
К сожалению, по внешнему виду двигателя нельзя сказать, насколько он замечательный. Приходится закапываться в скучные цифры характеристик каждого двигателя. Но их много, какую выбрать?
Мощнее
Ну, наверное, чем мощнее двигатель, тем он лучше? Больше ракета, больше грузоподъемность, быстрее начинает двигаться освоение космоса, разве не так? Но если мы посмотрим на лидера в этой области, нас ждет некоторое разочарование. Самая большая тяга из всех двигателей, 1400 тонн, у бокового ускорителя Спейс Шаттла.
Несмотря на всю мощь, твердотопливные ускорители сложно назвать символом технического прогресса, потому что конструктивно они являются всего лишь стальным (или композитным, но это неважно) цилиндром с топливом. Во-вторых, эти ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году, что подрывает впечатление их успешности. Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн, но, во-первых, полетит эта ракета еще не скоро, не раньше конца 2018 года. А во-вторых, концепция «возьмем больше сегментов с топливом, чтобы тяга была еще больше» является экстенсивным путем развития, при желании, можно поставить еще больше сегментов и получить еще большую тягу, предел тут пока не достигнут, и незаметно, чтобы этот путь вел к техническому совершенству.
Второе место по тяге держит отечественный жидкостной двигатель РД-171М — 793 тонны.
Четыре камеры сгорания — это один двигатель. И человек для масштаба
Казалось бы — вот он, наш герой. Но, если это лучший двигатель, где его успех? Ладно, ракета «Энергия» погибла под обломками развалившегося Советского Союза, а «Зенит» прикончила политика отношений России и Украины. Но почему США покупают у нас не этот замечательный двигатель, а вдвое меньший РД-180? Почему РД-180, начинавшийся как «половинка» РД-170, сейчас выдает больше, чем половину тяги РД-170 — целых 416 тонн? Странно. Непонятно.
Третье и четвертое места по тяге занимают двигатели с ракет, которые больше не летают. Твердотопливному UA1207 (714 тонн), стоявшему на Титане IV, и звезде лунной программы двигателю F-1 (679 тонн) почему-то не помогли дожить до сегодняшнего дня выдающиеся показатели по мощности. Может быть, какой-нибудь другой параметр важнее?
Эффективнее
Какой показатель определяет эффективность двигателя? Если ракетный двигатель сжигает топливо, чтобы разгонять ракету, то, чем эффективнее он это делает, тем меньше топлива нам нужно потратить для того, чтобы долететь до орбиты/Луны/Марса/Альфы Центавра. В баллистике для оценки такой эффективности есть специальный параметр — удельный импульс.
Удельный импульс показывает, сколько секунд двигатель может развивать тягу в 1 Ньютон на одном килограмме топлива
Рекордсмены по тяге оказываются, в лучшем случае, в середине списка, если отсортировать его по удельному импульсу, а F-1 с твердотопливными ускорителями оказываются глубоко в хвосте. Казалось бы, вот она, важнейшая характеристика. Но посмотрим на лидеров списка. С показателем 9620 секунд на первом месте располагается малоизвестный электрореактивный двигатель HiPEP
Это не пожар в микроволновке, а настоящий ракетный двигатель. Правда, микроволновка ему все-таки приходится очень отдаленным родственником...
Двигатель HiPEP разрабатывался для закрытого проекта зонда для исследования лун Юпитера, и работы по нему были остановлены в 2005 году. На испытаниях прототип двигателя, как говорит официальный отчет NASA, развил удельный импульс 9620 секунд, потребляя 40 кВт энергии.
Второе и третье места занимают еще не летавшие электрореактивные двигатели VASIMR (5000 секунд) и NEXT (4100 секунд), показавшие свои характеристики на испытательных стендах. А летавшие в космос двигатели (например, серия отечественных двигателей СПД от ОКБ «Факел») имеют показатели до 3000 секунд.
Двигатели серии СПД. Кто сказал «классные колонки с подсветкой»?
Почему же эти двигатели еще не вытеснили все остальные? Ответ прост, если мы посмотрим на другие их параметры. Тяга электрореактивных двигателей измеряется, увы, в граммах, а в атмосфере они вообще не могут работать. Поэтому собрать на таких двигателях сверхэффективную ракету-носитель не получится. А в космосе они требуют киловатты энергии, что не всякие спутники могут себе позволить. Поэтому электрореактивные двигатели используются, в основном, только на межпланетных станциях и геостационарных коммуникационных спутниках.
Ну, хорошо, скажет читатель, отбросим электрореактивные двигатели. Кто будет рекордсменом по удельному импульсу среди химических двигателей?
С показателем 462 секунды в лидерах среди химических двигателей окажутся отечественный КВД1 и американский RL-10. И если КВД1 летал всего шесть раз в составе индийской ракеты GSLV, то RL-10 — успешный и уважаемый двигатель для верхних ступеней и разгонных блоков, прекрасно работающий уже много лет. В теории, можно собрать ракету-носитель целиком из таких двигателей, но тяга одного двигателя в 11 тонн означает, что на первую и вторую ступень их придется ставить десятками, и желающих так делать нет.
Можно ли совместить большую тягу и высокий удельный импульс? Химические двигатели уперлись в законы нашего мира (ну не горит водород с кислородом с удельным импульсом больше ~460, физика запрещает). Были проекты атомных двигателей (раз, два), но дальше проектов это пока не ушло. Но, в целом, если человечество сможет скрестить высокую тягу с высоким удельным импульсом, это сделает космос доступней. Есть ли еще показатели, по которым можно оценить двигатель?
Напряженней
Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем быстрее летит эта самая масса, тем эффективней двигатель ее выбрасывает. И у жидкостных ракетных двигателей есть параметр, который показывает эффективность истечения продуктов сгорания — давление в камере сгорания. Чем больше давление, тем быстрее будут лететь молекулы продуктов сгорания. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе. И если мы отсортируем список двигателей по давлению в камере сгорания, то пьедестал будет оккупирован Россией/СССР — в нашей конструкторской школе всячески старались делать эффективные двигатели с высокими параметрами. Первые три места занимает семейство кислородно-керосиновых двигателей на базе РД-170: РД-191 (259 атм), РД-180 (258 атм), РД-171М (246 атм).
Камера сгорания РД-180 в музее. Обратите внимание на количество шпилек, удерживающих крышку камеры сгорания, и расстояние между ними. Хорошо видно, как тяжело удержать стремящиеся сорвать крышку 258 атмосфер давления
Четвертое место у советского РД-0120 (216 атм), который держит первенство среди водородно-кислородных двигателей и летал два раза на РН «Энергия». Пятое место тоже у нашего двигателя — РД-264 на топливной паре несимметричный диметилгидразин/азотный тетраоксид на РН «Днепр» работает с давлением в 207 атм. И только на шестом месте будет американский двигатель Спейс Шаттла RS-25 с двумястами тремя атмосферами.
Надежней
Каким бы ни был многообещающим по характеристикам двигатель, если он взрывается через раз, пользы от него немного. Сравнительно недавно, например, компания Orbital была вынуждена отказаться от использования хранившихся десятилетиями двигателей НК-33 с очень высокими характеристиками, потому что авария на испытательном стенде и феерический по красоте ночной взрыв двигателя на РН Antares поставили под сомнение целесообразность использования этих двигателей дальше. Теперь Antares будут пересаживать на российский же РД-181.
Большая фотография по ссылке
Верно и обратное — двигатель, который не отличается выдающимися значениями тяги или удельного импульса, но надежен, будет популярен. Чем длиннее история использования двигателя, тем больше статистика, и тем больше багов в нем успели отловить на уже случившихся авариях. Двигатели РД-107/108, стоящие на «Союзе», ведут свою родословную от тех самых двигателей, которые запускали первый спутник и Гагарина, и, несмотря на модернизации, имеют достаточно невысокие на сегодняшний день параметры. Но высочайшая надежность во многом окупает это.
Доступней
Двигатель, который ты не можешь построить или купить, не имеет для тебя никакой ценности. Этот параметр не выразить в числах, но он не становится от этого менее важным. Частные компании часто не могут купить готовые двигатели задорого, и вынуждены делать свои, пусть и попроще. Несмотря на то, что те не блещут характеристиками, это лучшие двигатели для их разработчиков. Например, давление в камере сгорания двигателя Merlin-1D компании SpaceX составляет всего 95 атмосфер, рубеж, который инженеры СССР перешли в 1960-х, а США — в 1980-х. Но Маск может делать эти двигатели на своих производственных мощностях и получать по себестоимости в нужных количествах, десятками в год, и это круто.
Двигатель Merlin-1D. Выхлоп из газогенератора как на «Атласах» шестьдесят лет назад, зато доступно
TWR
Раз уж зашла речь о спейсэксовских «Мерлинах», нельзя не упомянуть характеристику, которую всячески форсили пиарщики и фанаты SpaceX — тяговооруженность. Тяговооруженность (она же удельная тяга или TWR) — это отношение тяги двигателя к его весу. По этому параметру двигатели Merlin с большим отрывом впереди, у них он выше 150. На сайте SpaceX пишут, что это делает двигатель «самым эффективным из всех когда-либо построенных», и эта информация разносится пиарщиками и фанатами по другим ресурсам. В английской Википедии даже шла тихая война, когда этот параметр запихивался, куда только можно, что привело к тому, что в таблице сравнения двигателей этот столбец вообще убрали. Увы, в таком заявлении гораздо больше пиара, нежели правды. В чистом виде тяговооруженность двигателя можно получить только на стенде, а при старте настоящей ракеты двигатели будут составлять меньше процента от ее массы, и разница в массе двигателей ни на что не повлияет. Несмотря на то, что двигатель с высоким TWR будет более технологичным, чем с низким, это скорее мера технической простоты и ненапряженности двигателя. Например, по параметру тяговооруженности двигатель F-1 (94) превосходит РД-180 (78), но по удельному импульсу и давлению в камере сгорания F-1 будет заметно уступать. И возносить тяговооруженность на пьедестал как самую важную для ракетного двигателя характеристику, по меньшей мере наивно.
Цена
Этот параметр во многом связан с доступностью. Если вы делаете двигатель сами, то себестоимость вполне можно подсчитать. Если же покупаете, то этот параметр будет указан явно. К сожалению, по этому параметру не построить красивую таблицу, потому что себестоимость известна только производителям, а стоимость продажи двигателя тоже публикуется далеко не всегда. Также на цену влияет время, если в 2009 году РД-180 оценивался в $9 млн, то сейчас его оценивают в $11-15 млн.
Вывод
Как вы уже, наверное, догадались, введение было написано несколько провокационно (простите). На самом деле, у ракетных двигателей нет одного параметра, по которому их можно выстроить и четко сказать, какой самый лучший. Если же пытаться вывести формулу лучшего двигателя, то получится примерно следующее:
Самый лучший ракетный двигатель — это такой двигатель, который вы можете произвести/купить, при этом он будет обладать тягой в требуемом вам диапазоне (не слишком большой или маленькой) и будет эффективным настолько(удельный импульс, давление в камере сгорания), что его цена не станет неподъемной для вас.
Скучно? Зато ближе всего к истине.
И, в заключение, небольшой хит-парад двигателей, которые лично я считаю лучшими:
Семейство РД-170/180/190. Если вы из России или можете купить российские двигатели и вам нужны мощные двигатели на первую ступень, то отличным вариантом будет семейство РД-170/180/190. Эффективные, с высокими характеристиками и отличной статистикой надежности, эти двигатели находятся на острие технологического прогресса.
Be-3 и RocketMotorTwo. Двигатели частных компаний, занимающихся суборбитальным туризмом, будут в космосе всего несколько минут, но это не мешает восхищаться красотой использованных технических решений. Водородный двигатель BE-3, перезапускаемый и дросселируемый в широком диапазоне, с тягой до 50 тонн и оригинальной схемой с открытым фазовым переходом, разработанный сравнительно небольшой командой — это круто. Что же касается RocketMotorTwo, то при всем скептицизме по отношению к Брэнсону и SpaceShipTwo, я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем.
F-1 и J-2
В 1960-х это были самые мощные двигатели в своих классах. Да и нельзя не любить двигатели, подарившие нам такую красоту:
РД-107/108. Парадоксально? Невысокие параметры? Всего 90 тонн тяги? 60 атмосфер в камере? Привод турбонасоса от перекиси водорода, что устарело лет на 70? Это все неважно, если двигатель имеет высочайшую надежность, а по стоимости приближается к «большому глупому носителю». Да, конечно, когда-нибудь и его время пройдет, но эти двигатели будут жить еще лет десять минимум, и, похоже, поставят рекорд по долголетию. Не получится найти более успешный двигатель с более славной историей.
Использованные источники
- Материал во многом базируется на вот этой сводной таблице из английской вики, там стараются на каждую цифру дать ссылку и держать материал актуальным.
- Полная картинка КДПВ с копирайтами, которые пришлось отрезать при кадрировании — тут.
Похожие материалы по тегу «незаметные сложности».
Комментарии (159)
AVKinc
01.02.2016 08:27+1Ракетные двигатели это не вершина прогресса.
По факту современные двигатели мало чем отличаются от двигателей тридцатилетней давности.
Вершина прогресса это микроэлектроника.
Если бы не было интегральных микросхем то сегодняшний мир выглядел бы примерно так-же как и в 60-х годах прошлого века.
lozga
01.02.2016 08:44+2Ну я же написал «одна из вершин». Микроэлектроника — другая, биотехнологии — третья. Много их, вершин прогресса.
Vlad_Hm
01.02.2016 09:33+4Прогресс не может быть статичен, это прежде всего динамика развития, выражающаяся в постоянном и явном улучшении характеристик. Недостижимых для прежних поколений.
РД в нынешнем состоянии — скорее вершина в одной из очень частных отраслей.
Показателем прогресса они были лет 30-40 назад.
Максимум.
Теперь это всего лишь показатель технико-экономических требований к изделию.
Недаром показатели ДУ давно уже очерчены флажками теории и практики того же материаловедения. Выше — не прыгнешь.
И ваша статья отличное тому подтверждение.
В то время как электроника, биотехнологии — это действительно показатели именно прогресса.
Те показатели, характеристики и возможности, что мы имеем в них сейчас — ещё лет 10-20 назад были за гранью возможного.teecat
01.02.2016 13:54Ну почему не прыгнешь? Когда я учился — перспективными считались трехкомпонентные движки с участием фтора. Сейчас очень крутая тема детонационных двигателей. Как правильно отмечено в статье — вопрос цены и (добавлю от себя) возможности проведения испытаний
edtun
01.02.2016 14:03+4Ух, как подумаю, что Глушко все-таки бы запустил РД-301 на фторе с аммиаком, так сразу начинает казаться, что «Протон» с его НДМГ — это просто летающий плюшевый мишка. Аналогично и с боргидридными присадками: весьма эффективный способ геноцида казахов был бы (соединения бора имеют свойство вызывать у мужчин импотенцию при попадании внутрь, а тут даже катастрофа не понадобилась бы: аэрозоля оксида было бы достаточно).
teecat
01.02.2016 14:36Как говорил наш преподаватель — проблема не сделать, проблема полигон найти, чтобы довести до требуемого уровня надежности. Правда это говорилось про ЯРД
alexkalmuk
01.02.2016 19:53Не знаком с историей РД-301, но когда увидел его в питерском музее космонавтики, то стало интересно почему все не обломалось на этапе «а давайте сделаем двигатель на фторе»? Да и выглядит двигатель на порядок сложнее других РД, и наверняка на его создание было немало сил положено.
Вот, например, что википедия говорит:
Прошёл полный объём стендовых испытаний, включая официальные, но в полётах ни разу не использовался,[2] при том, что к полётам был вполне готов.[3] По эффективности двигатель был близок к двигателям на паре кислород-водород. В обращении двигатель оказался сложным и опасным из-за высокой химической активности фтора, высокой токсичности компонентов топлива и продуктов их реакции.
Нельзя было что ли первым делом оценить опасность такой реакции?zapimir
01.02.2016 20:51Та много чего делали не задумываясь о опасности. К примеру те же атомные самолеты.
Vlad_Hm
01.02.2016 16:10+1Вы прыгнете по характеристикам очень-очень невысоко.
Относительно текущего уровня.
Все эти проекты обещают малый прирост относительно существующих ДУ, а требуют на себя очень больших инвестиций.
Именно потому фтор и прочая — не просто подождут, а реально где-то там… за горизонтом.
Не потому что недосягаемы пока, а потому что не нужны.
Реально.
Если за проценты увеличения УИ вам придётся заплатить миллиарды долларов, потратить годы, и получить более дорогой в производстве и обслуживании двигатель (а фтор та её пакость!) — желающих не особо…
Во времена Глушко конечно! Когда за тобой ресурсы страны, и ради галочки тебе могут выделить любые средства, почему бы и нет? Но ныне иные времена, ныне правит бал технико-экономическое обоснование.
Метан как перспектива — отдельный вопрос, и то ведь не в силу своей «крутости», а в силу своей выгодности для многоразового использования. Если многоразовые РН «не взлетят» принципиально, работы по метану сразу теряют очень многое в обосновании.edtun
01.02.2016 16:29+1И это правильно, я, например, против того, чтобы поливать планету тоннами фтороводорода. То ли Глушко считал это мелочью во имя Будущего, то ли действительно сделал для галочки «да, мы так можем».
Vlad_Hm
01.02.2016 17:01+2Просто экология тогда была по приоритету где-то там, в конце очереди…
То, что не убивает сразу, считалось такой мелочью!
Планета считалась большой, мир огромным, экосистемы поглощали килотонны грязи без видимого ущерба, а на пороге была Вселенная…
Счастливое время по-своему… наивное, но счастливое.
Но лучше уж как мы.
Прежде чем идти к другим мирам, надо научиться не сорить дома.
lozga
01.02.2016 19:50+1А электрореактивные двигатели? Идея детонационных, которые уже упомянули ниже? Метановые двигатели? Гибридные многокомпонентные? Ядерные, наконец? Поле непаханное, куда идти. Я все-таки уверен, что ракетные двигатели — это один из фронтиров прогресса.
iMisanthrope
01.02.2016 15:51+2Могу ошибаться, но количество стран, способных запускать что-то в космос, уступает количеству, способному производить микроэлектронику. Разумеется и то, и другое — показатели прогресса, но сдается мне авиа- и ракетостроение технологически более сложные отрасли.
0serg
01.02.2016 15:58+2Ошибаетесь. Тут конечно надо еще уточнять какую именно электронику и на каком оборудовании. Купить старую производственную линию действительно можно, но это и с ракетами, в принципе так. Сделать же свою собственную и современную могут считанные единицы, да и то лишь в международной кооперации.
Ракеты кстати устроены значительно проще современных авиалайнеров да и много чего другого, включая к примеру операционные системы и некоторый другой сопоставимой сложности софт. Обычный современный сотовый телефон сделать с нуля намного сложнее чем ракету. Другой вопрос что мало кто это осознает, массовые вещи интуитивнно кажутся простыми хотя на практике это далеко не всегда так.
Vlad_Hm
01.02.2016 16:26Северная Корея вполне себе может в атомные технологии и ракетную технику.
Но назвать её технологически развитой страной — увольте!
Развить ракетные технологии могут сейчас много кто. Принципиально. Не считаясь если с тратами на неё. Не считаясь с мнением соседей по этому поводу.
И есть примеры обратного — когда технологически уже развитые страны поднимают свою ракетную отрасль, не особо при этом напрягаясь.
Примеры — Израиль, Япония…
Рынок коммерческого космоса давно уже не монополизирован, игроков достаточно, а будет ещё больше.
Не выгодно всем поголовно странам развивать эту отрасль. Дешевле покупать услуги у других. А самим развивать другие отрасли технологий. Международное разделение труда.
Принципиально, ещё лет через 10-20, реализовать свою космическую программу сможет почти любая страна мира. Вопрос — зачем делать глупости…omega-hyperon
01.02.2016 22:22Разве Япония была очень развитой страной, когда запустила свой первый спутник? Напомню, это произошло еще в 70-м году и ракета, с пятой попытки выведшая Японию в космический клуб, «Лямбда -4S» выглядела куда слабее, чем то, чем сейчас располагает КНДР. Четыре ступени, система управления только на третьей — в общем крайне заковыристое техническое решение, типа носителя фон Брауна, запустившего первый американский искусственный спутник. Дебют Китая в следующем году выглядел более представительно даже по сравнению с Францией и Англией.
С точки зрения мотивации тот же Израиль в создании ракеты-носителя не очень отличался от КНДР — запуск спутников-шпионов и МБР для доставки ядерных боеголовок. И он вроде бы самая маленькая страна, которая смогла самостоятельно разработать ядерное оружие. Особенно забавен тот факт, что пуски израильских ракет-носителей осуществляются вообще против вращения Земли, дабы не иметь проблем с падением ступеней на чью-либо территорию.
pnetmon
01.02.2016 22:35У последующих есть с кого заимствовать технологию. Путь первопроходцев труден.
Вон у Индии есть водородник, но они купили что-то у России.
Япония взаимодействовала с США.
У Израиля есть спутники, а у КНДР?edtun
01.02.2016 23:16+1Израиль — 13 действующих спутников на февраль 2015-го, КНДР — 1 (их Кванмёнсон вроде бы еще летает).
Израильский «Шавит» вообще летает относительно регулярно: уже 9 запусков было (2 неудачных).
SHVV
01.02.2016 09:19Спасибо за обзор.
Но, на мой взгляд, несколько сумбурно получилось. Может имело смысл сравнивать двигатели по назначению, а не всё подряд?
Что-то типа: лучшие для первых ступеней, лучшие для вторых — третьих ступеней, и т.д.lozga
01.02.2016 09:25Я хотел написать ликбез и свалил все в кучу намеренно.
phdnk
01.02.2016 15:51Тема двигателей НК не была раскрыта.
Хочу увидеть ваше мнение на тему РД-191(181) vs НК-33lozga
01.02.2016 19:53+2Ну не все же в одной статье.
М-м, хорошая тема для споров :) Но, боюсь, нас уже рассудило время — НК-33 с хранения что-то не радуют надежностью, ИЧХ, авария Антареса произошла в том же месте, что и на Н-1, что делает версию о конструктивных проблемах движка неприятно вероятной.
SvSh123
01.02.2016 09:24+1я не могу не восхищаться красотой и простотой схемы гибридного двигателя с твердым топливом и газообразным окислителем
Именно с таких конструкций начинал когда-то Королёв в ГИРД:
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%98%D0%A0%D0%94-09
И надо признать: без Рутана у команды Брэнсона нифига не выходит. :/teecat
01.02.2016 13:56Было круче. Один из первых вариантов печально знаменитой Н-1 — тоже предполагалось подсасывать на первой ступень окружающий воздух и дожигать. Выглядело по чертежам феерично
paul_155
01.02.2016 09:41+1наверное новый самый крутой параметр — многоразовость
lozga
01.02.2016 09:44Поживем — увидим…
paul_155
01.02.2016 10:11-1Поживем — увидим это про EmDrive
lozga
01.02.2016 10:23+3EmDrive — это «запасаемся попкорном» :)
paul_155
01.02.2016 10:37+1я чето запутался что дольше )
многоразовость уже была у шатла, включая ускорители. и остальные двигатели как правило запускают для проверки до установки на РН. вопрос только в том как сделать повторный запуск РН так же просто как самолёт.
а с EmDrive всё может случиться одномоментно довольно скоро. на РН его может и не поставить, но в космосе всё бы изменилось радикально. марсианский корабль уменьшился бы раз в 10. так что странно, если Маск им не интересуется.edtun
01.02.2016 13:39+3С EmDrive есть подозрения, что чуда не выйдет. Слышал достаточно правдоподобное объяснение, что измеряемая тяга связана с испарением меди с одной части конического «ведра» и оседанием ее на другой, что смещает центр тяжести и фиксируется во время работы как тяга. К тому же эта версия достаточно неплохо объясняет странную зависимость тяги от потребляемой мощности, а также что EmDrive продолжает работать и некоторое время после(!) отключения питания.
Увы, но чем более необычное явление вы наблюдаете, тем больше шанс, что этому есть адекватные причины, ведующие к необычному результату.
iDeviL
01.02.2016 12:28-2Этот крутой параметр, больше походит на маркетинговый ход или отмывание денег. Многоразовость у Маска, весьма условная. После успешного приземления, придется полностью разобрать ступень + заменить часть компонентов, провести испытание двигателя и снова собрать.
paul_155
01.02.2016 12:57вы работаете у Маска? и сколько же стоит разобрать/собрать?
я думаю если подождать у Маска многоразовость может перестать быть условной
а боковухи шатла почти без разборки пускали уже 30 лет назад.
Syzygy
01.02.2016 13:12Подскажите это Маску, а то он проверки без разбора и замены провёл. Наверное, просто не знал, что так нельзя — ну не читает он GT :(
iShatokhin
01.02.2016 13:31А между тем проскочила новость, что Роскосмос собирается спроектировать многоразовый ракетный комплекс. Причем, это будет не Байкал.
Syzygy
01.02.2016 14:21Вообще-то новость была о том, что Роскосмос как раз отказался от многоразовых комплексов. И это при том, что почти все ведущие агенства и компании считают это направление приоритетным.
iShatokhin
01.02.2016 14:25Syzygy
01.02.2016 14:35+3Ну, сообщать они могут что угодно, но в ФКП такой строчки нет. А вообще, к заявлениям Роскосмоса относиться серьёзно не стоит, у них 7 пятниц на неделе.
vasili111
01.02.2016 17:27А вы посмотрите в сторону Безос-а. Не думаю чтобы это все успел сделать Безос со своей ракетой который уже повторно запустили в космос.
dTex
01.02.2016 15:51Если система очень сложная и ее изначально делали с 10кратным запасом прочности, ничего удивительного, что она сработала и второй раз. С этой точки зрения все двигатели многоразовые, вопрос насколько падает надежность после каждого пуска. То, что повезло два раза совсем не означает, что в обойме нет патрона.
max_bma
01.02.2016 09:43Неплохо. Но хочется отметить что тяговооружённость далеко не последний параметр и в сухой массе ступени вес двигателей явно не 1%.
lozga
01.02.2016 09:45Посчитайте сами. У меня получилось что девять мерлинов первой ступени это 0,007 где-то от полной массы 1.1 Full Thrust.
0serg
01.02.2016 11:32+3Только вот в формуле Циолковского стоит именно конечная масса ракеты, так что массу-то считать надо от массы сухой 1й степени и полной массы второй + полезной нагрузки. Грубо говоря тяжелый двигатель затрачивает очень много энергии на разгон самого себя до достаточной скорости.
lozga
01.02.2016 19:56+1А в формуле Циолковского удельный импульс стоит, а не удельная тяга, не надо смешивать. Удельная тяга ракеты в целом имеет смысл только на старте, чтобы ракета с него ушла, а не рухнула вниз. А вот в конце работы ступени TWR будет большой по той простой причине, что топливо потратится и масса уменьшится.
0serg
01.02.2016 21:42Малый TWR при прочих равных увеличивает массу ступени. Для разгона более тяжелой ступени нужно больше энергии и при прочих равных, как следует из формулы Циолковского это снизит набранную ступенью скорость пропорционально массе ракеты на момент исчерпания топлива у ступени. Для верхней ступени, к примеру, масса РД напрямую вычитается из массы полезной нагрузки.
Есть еще понятие «гравитационных потерь» и они у ракет с более высоким TWR ниже, но это отдельная история.
k3lmiir
01.02.2016 10:00+2Присоединюсь, за обзор спасибо, не смотря на некоторые «оговорки», немного резавшие взгляд в целом статья отличная, как и все от этого автора.
Хотелось бы в будущим почитать о других системах, использующихся в наше время, например, о телеметрии, реализации управления двигателями, ОС, которая используется на SS.
TabascoRed
01.02.2016 10:41+3>Ракетный двигатель выбрасывает массу (продукты сгорания или рабочее тело), создавая тягу. Чем быстрее летит эта самая масса, тем эффективней двигатель ее выбрасывает. И у жидкостных ракетных двигателей есть параметр, который показывает эффективность истечения продуктов сгорания — давление в камере сгорания. Чем больше давление, тем быстрее будут лететь молекулы продуктов сгорания. Двигатель с более высоким давлением в камере сгорания будет эффективнее двигателя с низким давлением на том же топливе.
Но в конце-то концов на эффективность влияет не только давление в камере сгорания(степень расширения, используемая схема, к примеру). Так что в итоге объективным и конечным параметром всё равно окажется удельный импульс.hdfan2
01.02.2016 11:43Вот-вот. Странный какой-то параметр. Типа судить о софте по количеству строк кода.
0serg
01.02.2016 11:57+1. Давление в камере сгорания конечно увеличивает эффективность движка, но оно там в формулу входит со степенью, емнип, 0.1. То есть давление нужно повысить в 1000 раз чтобы увеличить эффективность вдвое. Так что на практике давление в основном влияет только на массу и габариты двигателя, чем оно выше — тем компактнее и потенциально легче можно собрать движок. Вот температура в камере сгорания довольно важна.
nvksv
01.02.2016 12:32+1При прочих равных — да. Только вот с Земли на плазменниках, имеющих максимальный импульс, не стартуешь — мощности не хватает, тяга минимальная. Кислород-водородная пара с максимальным импульсом среди РЖД годна только для старта с Земли — криогенные компоненты испаряются, видите ли. От крутейших НК-33 отказались — взрываются, однако. Рулевые двигатели обладают весьма скромными характеристиками — им оно не надо. Элон Маск заботится о себестоимости запусков — а потому скромная малолитражка оказывается пригоднее огромного мощного черного джипа. Как и сказал товарищ автор, всему свое место под Солнцем.
SPBNike
01.02.2016 13:06-3Да все заботятся. Просто кто-то на малолитражке выводит 0.5 тонны за 82 ярда, а кто-то на джипе 18 тонн за 70 ярдов. Естественно, что в таких условиях, на американском рынке, джип не может конкурировать с малолитражкой.
sith
01.02.2016 19:05+1А как именно Вы подсчитали эти 82 за 0.5? И вообще, JEEP бывает совсем разным, при этом всё равно оставаясь американским брендом :):
http://www.spacex.com/falcon-heavy
http://www.spacex.com/falcon9
voyager-1
01.02.2016 19:32+2Только наши «ура-патриоты» додумываются сравнивать стоимость вывода по реальному грузу для Falcon 9 (при этом — минимальному, за всё время), с максимумом — для нашего «Протона» (который ещё не на всякую орбиту «закинуть» можно — это если опустить ещё тот момент, что никто не обязан строить спутники весом строго 18 тонн, чтобы его запускать на «Протоне»).
Только за радостными возгласами они почему-то забывают про то, что коммерческих запусков у нас — от силы 15%, что уже меньше чем у того же SpaceX А число коммерческих заказов у Маска — уже в разы больше, чем у всего Роскосмоса. И это при том, что по меркам космической отрасли — SpaceX только на свет появился… к чему бы это?
А как именно Вы подсчитали эти 82 за 0.5?
Он взял вес спутника, и помножил на стоимость пуска. А то что спутник весит на порядок меньше того, что Falcon 9 мог на эту орбиту вывести — так это никого не интересует). Видать у нашего телевидения «правильным расчётам» (вопреки логики) научился.
potan
01.02.2016 11:04Твердотопливные двигатели — очень сложные устройства. Требуется обеспечить равномерное горение топлива, при этом так, что бы оно не сдетонировало, что при таких давлениях обеспечить не просто.
lozga
01.02.2016 19:57+1А разве HTPB детонирует?
potan
01.02.2016 21:48+1С этим приходится бороться. В жидкостном двигателе в камере сгорания топлива мало и оно может гореть в режиме детонации создавая очень высокое давление. В твердотопливном приходится балансировать, что бы давление было максимально возможное, при котором топливо еще просто горит.
darkfire77
01.02.2016 11:43А тип топлива\цена оказывают влияние на стоимость запуска сферического коня в вакууме?
Или стоимость его, по сравнению с ценой движка\корпуса ракеты мизерная?
А по экологии, какой двигатель самый экологичный? А то из-за зеленых может сильно пострадать разработка, и использование.
И вообще, как часто, из-за зеленых тормозятся перспективные\эффективные(пусть даже в деньгах) направления?
(Тот-же Филай, что им стоило РИТЕГ, вместо пальчиковых батареек воткнуть.)
BubaVV
01.02.2016 12:30С экологией проблема не столько с выхлопом, сколько с падением на взлете. Не в теме, но на глаз НДМГ — плохо, керосин и водород — хорошо и чисто.
0serg
01.02.2016 12:35+1Тип топлива влияет на стоимость космодрома. Для криогенных топлив нередко приходится целый завод по производству топлива/окислителя строить недалеко от стартовой площадки. Твердотопливным проще всего, их транспортируют уже заправленными, а ракеты на высококипящих компонентах можно заправлять на месте. Стоимость этого топлива обычно мала относительно стоимости ракеты в целом (хотя у твердотопливников это может быть не так, там дорогое топливо при простой ракете)
impetus
01.02.2016 12:53+1… правда сама транспортировка уже заряженных твёрдотопливников по населённой местности — отдельная научно-практическая задачка, по сложности и опасности как бы не похлеще запуска
(и опасность там — обоюдная — от тюбика с морем огня — местности и от случайностей-неожиданностей местности — жутко дорогому нежному горючему заряду)
lozga
01.02.2016 20:00Самый экологичный — кислород/водород, на выходе безвредная вода. Выхлоп керосина — сажа и прочий CO2. Выхлоп НДМГ/АТ — оксид углерода, вода и азот, вообще не ядовито, в отличие от самого топлива.
impetus
01.02.2016 12:09+1«на (твою) ядовитую ракету я людей не посажу» (Королёв — Глушко по поводу гептила, впрочем там несовпадений мировоззрений было множество)
А ещё цена топлива, его доступность, возможность хранить, возить, быстро слить обратно, безопасность с ним работы (неядовитая перекись людей поубивала на подлодках после войны… или даже просто кислород во времена освоения кислородных торпед)
Ускорители шаттлов — вроде американцам их цена и частично ТТХ были вообще по барабану — им компетенции производства Минитменов надо было поддерживать? или это байка?lozga
01.02.2016 20:02Гептил был хорош для военных. А в гражданских запусках травить окресности им при аварии неохота.
Про компетенции Минитменов не видел нигде, не могу сказать.Francis-Jasper
02.02.2016 06:54Извините, но вымирание РДТТ как минимум надуманно. Кроме SLS есть ведь Ариан 5, использующая очень схожую с шаттлами схему ускорителей-двигателей. Да и другие ракеты, пускай и с меньшими ускорителями, например индийская.
WhiteSama
01.02.2016 12:28Что-то не понял насчет TWR. Как я понимаю, этот параметр означает соотношение веса ракеты и тяги двигателей. То бишь для каждой ракеты он свой (включая полезную нагрузку). То есть если TWR
lozga
01.02.2016 12:30+4Есть TWR двигателя и TWR ракеты. 150 у «Мерлина» — это тяга только двигателя на стенде, где ему топливо подают извне. TWR ракеты меняется в полете потому что топливо расходуется.
vasili111
01.02.2016 12:40Пропущен очень важный параметр который стал актуальным в последнее время: Возможность повторного использования двигателя.
Одно дело когда двигателю нужно один раз включиться и работать несколько минут, а совсем другое когда включения ожидаются по несколько раз и общая продолжительность работы тоже в разы больше.
Может быть в SpaceX делают двигатели с меньшим давлением в камере для того чтобы увеличить ресурс двигателя, а не потому что не могут?Norno
01.02.2016 13:32Данная характеристика (правда, скорее, возможность повторного включения, а не использования как такового) так же важна для двигателей разгонных блоков, или двигателей коррекции орбиты (на спутниках, межпланетных станциях, ...), которые должны гарантированно включаться несколько раз и, имея не большую тягу, порой по долгу работать.
vasili111
01.02.2016 17:30Не только повторость запуска, но и продолжительность работы. У многоразовой она должна быть в разы выше.
phdnk
01.02.2016 20:20Пожалуй, Merlin — это первый двигатель на керосине, допускающий повторное включение.
До сих пор это делали на водородных и гидразиновых двигателях, и еще планируют на метановых.
Все-таки керосин коптит.
fuCtor
01.02.2016 13:47Проблема не запустить двигатель несколько раз, если не прав пускай поправят, но текущие двигатели РД имеют ресурс в несколько десятков запусков. Проблема состоит как вернуть этот двигатель в пригодном состоянии, а это уже не только от него зависит.
vasili111
01.02.2016 17:31Не только повторость запуска, но и продолжительность работы. У многоразовой она должна быть в разы выше.
lozga
01.02.2016 20:03Человечество уже второй раз увлекается многоразовостью. Посмотрим, что получится.
vasili111
01.02.2016 21:17У Безоса уже получилось повторно запустить ранее приземлившийся аппарат: www.youtube.com/watch?v=74tyedGkoUc
Bedal
01.02.2016 13:44А как насчёт перспектив метановых движков? Понятно, что здесь речь о достигнутом, но интересно же…
lozga
01.02.2016 20:06+2Работы ведутся, пока максимум на стендах, ничего на метане еще не летало. Метан хорош для многоразовых ракет и удельный импульс ожидается повыше керосина.
Bedal
02.02.2016 11:18Вроде выгода метановых движков не в большом удельном импульсе, он не так уж велик. Ненамного выше, чем у керосина с LOX, что вполне разменивается на необходимость расширения криогеники ещё и на топливо. Но зато метан не коптит.
Осмелюсь задать всё же вопрос: приходилось встречать, что преимущество метана — в возможности устройства полнопоточной турбины, не на отводе части топлива/окислителя с последующей попыткой утилизации выхлопа, а работа турбины на начинающем гореть полном потоке. Вроде как это должно дать заметное упрощение конструкции?
Насколько это реально или просто из пальца высосано?
Ну, собственно, вот:
zapimir
Ага эти двигатели совершили всего больше 130 полетов, и его модификацию хотят использовать в новых ракетах — совсем не успешный.
lozga
Если, как вы предлагаете, закапываться глубже, то об этом целая публикация есть, почему я считаю шаттл провалом.
zapimir
Причем тут ваше мнение о провале шаттлов если речь о движках? По такой логике и РД-170 — фэйл, так как Энергия/Буран оказались еще большим провалом, чем Шаттлы.
lozga
Двигатели тут тоже постарались. Если бы боковые ускорители были на ЖРД, как это изначально задумывалось, катастрофы Челленджера не было бы.
zapimir
А ЖРД типа неуязвимые? Да и если бы были ЖРД возможно всё закончилось бы намного раньше, или даже не зашло дальше нескольких полетов.
lozga
RS-25, который отлетал те же 135 полетов в большем количестве (их стояло три на шаттле) вполне успешно отработал. Самая страшная авария — выключение раньше из-за отказа сенсора температуры, один раз за все полеты.
zapimir
А ничего, что RS-25 в 6 раз менее мощный? Я вообще-то говорил о равнозначной замене.
Т.е. по вашему, в случае с Шаттлом, нужно было поставить 15 движков RS-25 и проект сразу бы стал успешным?
lozga
Шаттл бы, боюсь и с ЖРД не стал.
Хорошо, еще раз уточняю свою мысль. Твердотопливные ускорители в целом вполне успешно занимают свою нишу в целом, но не могут называться панацеей для всех случаев жизни. А конкретно ускорители шаттла не копируются всеми космическими странами (РФ и Китай, например, вполне успешно летают на ЖРД в основном) как идейно, так и в реализации. Что опять же говорит о том, что самый мощный двигатель панацеей не является, а мощность не является ультимативной характеристикой крутости ракеты, как это предполагалось (специально ошибочно) в первой главе.
zapimir
Так никто и не говорит, что это панацея, просто самый мощный двигатель. Со своими недостатками и особенностями, но как бы ничего идеального в этом мире нет.
Может банально потому, что РФ и Китай вообще еще «донашивают» разработки СССР? И как в СССР не могли делать столь мощные твердотопливники, так и в РФ с этим проблемы.
Вас же не смущает, что твердотопливную Булаву никак не поставят на вооружение. В то время, как в штатах Трайдеты-2 уже больше 25 лет на вооружении и считаются самыми надежными ракетами в мире, больше 150 успешных запусков подряд. РФ и Китай и авианосцы атомные не могут сделать, да что там авианосцы, банальную копию какого-нибудь Core i7-5960X. И что i7 тоже неудачные процы и нужно завязывать с ними?
BalinTomsk
-----150 успешных запусков подряд
Не не 150 а 130 и в слова вподряд просто не включены аварии.
https://ru.wikipedia.org/wiki/UGM-133A_%D0%A2%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%82_II_%28D5%29
zapimir
Вы читать не умеете? По вашей же ссылке написано
"общее число последовательных успешных запусков достигло 134"
И в русской wiki данные по состоянию на лето 2010 года, а сейчас как бы 2016.
Еще в феврале 2015 года сделали 155 пуск
www.lockheedmartin.com/us/news/press-releases/2015/february/ssc-space-trident.html
omega-hyperon
А какой смысл возиться с твердотопливными ускорителями? Они дороже жидкостных ступеней, для них, что особенно актуально в условиях космодромов, используемых Россией, крайне важно поддержание определенного температурного режима, который создается сложнее, чем в случае жидкостных ракет, также они требует для своего навешивания на носитель вертикальной сборки, в СССР и России она не применяется по ряду причин, сборка носителя происходит в горизонтальном положении (и кстати тоже самое, в целях удешевления, применяет и Маск) — это не требует громоздких сооружений технического комплекса, облегчает вывоз носителя на старт (и говоря о вывозе — РДТТ устанавливается на ракету уже в полностью снаряженном состоянии, что многократно увеличивает массу незаправленного носителя, ракета на ЖРД в незаправленном виде минимум легче раз в десять, что опять же облегчает транспортировку). Также стоит упомянуть и о том, что экологический ущерб от сгорания твердого топлива значительно превышает ущерб от сгорания керосина или даже пары АТ-НДМГ. Также у РДТТ ниже удельный импульс, чем у долгохранимых высококипящих компонентов топлива, при прочих равных условиях из-за этого ракета на РДТТ для той же полезной нагрузки выйдет тяжелее, сложнее управление (в принципе прервать их горение можно, но это не такая простая процедура, как для ЖРД), режим работы должен быть задан заранее и не подлежит оперативной коррекции в процессе работы ракеты.
В СССР они были освоены позже из-за отставания в химической технологии от США, и к моменту достижения ядерного паритета большая часть советских МБР была на топливной паре АТ-НДМГ. На шаттле же они оказались вместо ускорителей на ЖРД из-за чисто бухгалтерского подхода к проектированию — на их разработку ушло бы меньше денег, но в целом в эксплуатации они выходили дороже (и как показала практика — намного дороже). Ускорители с ЖРД предполагались в одном из вариантов предельно упрощенными по конструкции — с вытеснительной подачей компонентов, а значит без самого сложного и напряженного элемента конструкции — ТНА, и конечно не особо высоким давлением в камере сгорания. Высокий же удельный импульс от первой ступени и не требуется, так что невысокие удельные параметры были бы компенсированы простотой отработки и эксплуатации.
iShatokhin
А как же РТ-2ПМ?
С Булавой проблема, т.к. Союз распался, а изготовителем должен быть ЮЖМАШ (по аналогии с Р-39).
zapimir
Тополь слабее и Трайдента и того же Минитмена, куда там до ускорителей Шаттлов. Я не говорил, что вообще не было твердотопливных, просто это направление было значительно хуже развито. Тот же Минитмен при весе 35 тонн забрасывал 1,1 тонн полезной нагрузки, у Тополя при весе в 45 тонн — всего тонну.
С чего это ЮжМаш, они же твердотопливными вроде не занимались?
iShatokhin
ЮжМаш занимался ими очень плотно, а топливо производилось на Павлоградском химическом завод.
Жалко КБ и завод, там со всего Союза одни из лучших умов работали, не достоин он этой участи.
zapimir
Ну там вроде совместно с МИТ-ом работы велись, но опять же до показателей америкосовских твердотопливников далековато было, потому и ЖРД лучше получались.
Почему жалко, если не будут клювом щелкать, смогут заменить российские движки для штатов. Ту же первую ступень для Antares делают.
FireWind
Антарес на ЖРД вам передает пламенный привет.
omega-hyperon
А что с не так с двигателями Антареса? Много в мире РН, на которых использовались двигатели, уже 40 лет снятые с производства? К тому же они модифицировались после продажи сторонними организациями без участия предприятия-изготовителя, да и причину той аварии однозначно установить так и не удалось. Это может быть как дефект двигателя, так и проблемы с другими элементами ракеты, вроде наличия слишком крупных посторонних частиц в баках.
pnetmon
Для катастрофы с шаттлом без разницы взрыв ТТ ускорителя или двигателя ЖРД в ускорителе. Все произошло очень быстро.
Взрыв другого двигателя как-то намекает на Возможность проблемы в двигателе
http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum10/topic14401/message1432954/#message1432954
pnetmon
Присоединяюсь. Мне еще не понравилось:
… ускорители вымерли вместе с шаттлами в 2011 году…
а потом
… Да, те, кто следят за новостями о новой американской сверхтяжелой ракете SLS скажут мне, что для нее разрабатываются новые твердотопливные ускорители, тяга которых составит уже 1600 тонн…
вот только новые ускорители и есть апгрейщенная версия ускорителей шаттла… с чего вымерли.
lozga
Ну вот полетит SLS — тогда возродится. А пока вымер.
pnetmon
Чтобы умереть по нему не должны производится работы и испытания, а они проводятся
lozga
Вспомните РН «Арес». По ней тоже работы велись.
Vlad_Hm
SLS — это в очень значимой степени наследие работ по Аресу.
И, когда SLS перейдёт в состояние Ареса — тогда можно будет говорить о вымирании. Пока этого нет.
Говорить о вымерших ДУ можно в отношении ЯРД, например.
lozga
Мы с вами по-разному определяем термин «вымерший ракетный двигатель». У меня в это понятие входит эксплуатация сейчас.
Vlad_Hm
Да, я это уже понял.
Но у вас в обзоре, выходит, смешаны и «вымершие», и эксплуатируемые, и даже только разрабатываемые.
Несколько сумбурно.
Неясно, почему вы в таком случае даже не упомянули метановые — в классе разрабатываемых это очень интересное направление, имхо.
lozga
А потому что писал ликбез и специально накидал все в кучу.
zapimir
Ну кто же знал, что в вашем понимании вымерший означает не летающий в данный момент.
pnetmon
Где в тексте такие фразы про другие двигатели. Например следующий по тексту РД-171М…
zapimir
Это по-вашему вымерший двигатель?
И как можно «пока вымереть»?
lozga
В технике, как мне кажется, можно и вымирать и воскресать, жизнь механизмов в чем-то сложнее.
Ну и зачем вы показываете видео испытаний? Ракета целиком еще не начала же летать.
Я уже начинаю повторяться, вы действительно хотите дискутировать дальше?
zapimir
Вы похоже думаете, что умирать и вымирать это одно и то же.
А мы вроде о двигателях разговариваем, а не о ракетах? Двигатель вполне себе живой и развивается.
Bedal
в любом случае РДТТ — нечто плохоуправляемое (если вообще) и непригодное для регулярного использования в качестве основного двигателя вывода. Только боковушки, только бустеры.
При использовании для достаточно частых пусков экологи за аэрозоли плешь выедят, и будут правы.
pnetmon
РН где в качестве первой ступени выступает только РДТТ существуют в природе.
edtun
Да что уж там: существовала и РН со всемя четырьмя ступенями на РДТТ и стабилизацией закруткой. Не от хорошей жизни, конечно, и несерийно, но примеры есть, да.
pitsakh
Не могу понять: на 14 секунде внизу левее лесницы — это человек?
gaelpa
Больше похоже на пакет из «пятерочки».
Syzygy
Такое ощущение, что у вас между и обычными полётами двигатели вымирают.