ракета до Земли

Факир:

Ну, я об их делах не в курсе. Но эта ракета с 1кг коллекцией минералов — это лишь 10% (почти буквально:) "моего лунохода". Ибо в нём 10 функциональных модулей, и ракета занимает только один из них. Можно, конечно, и две ракеты... :) Если кто-то оплатит билет. Остальные модули я пока не обсуждал.

Андрей:

Мне схема с наддувом нравится своей простотой, а с весом всё не так плохо. Только вот с массами у вас концептуальная ошибка (точнее мне стоило сразу пояснить). Раз на всё железо остаётся 15кг (16 минус 1кг груз), то однозначно эти 15кг будут из самых оптимальных материалов, а не деружного алюминия. С-С, бериллий, Be-38Al (он же альбемет - не такой хрупкий, плотность 2), титан, новые магниевые сплавы (легче Al и прочные). Если что-то не дружит с вредной химией, то покрытиями решается.. В общем, на тороидальный углеродный бак я наглости не наберусь, но вот из альбемета или титана - почему нет? Корпус шарика - углерод, несущие конструкции - бериллий или титан, что лучше. С таким подходом сколько добавляется к 15кг, примерно?
Насчёт электроники, датчиков, батареек и т.п. — я прикинул всё это хозяйство, так оно не в кг измеряется, а в граммах. Проблемой по массе не станет точно. И ещё, можно сделать проще чем у Лун — без барометра и всего прочего, только 6 акселерометров (по два на ось) и часы - это для навигации, датчики давления и температуры (у меня 2+2 вышло отдельной строкой. Радиоприёмник не нужен — отстрел спускаемого аппарата по ускорению на входе в атмосферу, выпуск парашюта (или надув мешков) по ним же, и радиомаяк по ним же после парашюта. Ещё просится туда _обычный_коммерческий_модуль_GPS_ (пару кв.см, пару десятков грамм - и это ещё сейчас) в придачу к маяку (если не проснётся, то маяк его пакет не получит и не будет посылать после своего вызова - вот и вся цена его отказа). В космосе он не жилец, но включается он только после парашюта. Антенны могут быть планарные на шасси шарика, передатчик импульсный и потому зверски мощный, с запиткой от кондёра. В общем, всё это электронное хозяйство может не дотянуть до 1кг. Сколько весит парашют или мешки — не имею понятия %)

Поправка.
Не к 15кг, а к распологаемой массе спускаемого аппарата. Т.е. насколько легче выйдут баки и прочее к ним при этих материалах?

Ох... это я был.
Два переезда равны одному пожару :-\

Факир:

Насчёт "спутников Луны" и "пенетраторов". У меня замыслен "луностационарный маневрирующий спутник Луны, пенетрирующий разными методами где угодно, т.е. везде". Или просто луноход дальнего действия А вот им спутник на гало-орбите вокруг L2 может понадобиться если они на заднюю сторону поехать мыслят. Вещь (спутник такой) это хорошая, но лучше если обходится без него.

Пользуясь тем спектром еадсовских движков накропал новый эскизик (который нынче нечем залить). 400Н + 4х40Н, бак без малого 34л (потом за счёт "неприкосновенных запасов по габаритам" можно и до указанных 38л довести), два варианта спускаемого аппарата (а-ля Луна-16 и а-ля Гюйгенс). Второй вариант более интересен ибо меньше общая высота ракеты - это в данном случае важно, т.к. определяет высоту отсека (ракета - самый крупный модуль пока).

Волею судеб у нас есть 36-литровый шар-баллон. У него проверочное давление 495 атмосфер, и вес 19 килограммов. Поделив его вес на четыре, с учётом радикально более низкого давления, я и выдал величину 5 кг. Изготовив его из более оптимального материала, можно сэкономить до 4 кг, если обеспечить поддержание формы за счёт внутреннего давления. Только нужно помнить, что уменьшение веса в пять раз соответствует уменьшению толщины стенки не в пять, а гораздо больше раз, так как при толщине менее 1 мм потребуются местные усиления в местах приложения сил - крепление арматуры, трубопроводы, и т.д. к тому же тор в разы (минимум вдвое) хуже шара по весу.

Т.е. при применении самых-самых материалов, можно к 15 кг добавить ещё 3,5-4.

Так это же почти четверть! Кстати, кроме бака у меня всё нарисовалось (в СА) очень мелким, так что всё совсем даже не плохо

аu> Сколько весит парашют или мешки — не имею понятия

А если без парашюта или мешков? На Фобос-Грунте от них отказались. Прямо так, жестко падают.

Интерес в данном случае представляет только мягкая посадка, в частности на воду. К тому же ни мешки, ни парашют проблемы пока не составляют.
Кстати, просто так — это скорость при ударе не менее 100м/с в данном случае, не знаю как на Марсе.

А.С.> Изготовив его из более оптимального материала, можно сэкономить до 4 кг, если обеспечить поддержание формы за счёт внутреннего давления. Только нужно помнить, что уменьшение веса в пять раз соответствует уменьшению толщины стенки не в пять, а гораздо больше раз, так как при толщине менее 1 мм потребуются местные усиления в местах приложения сил - крепление арматуры, трубопроводы, и т.д. к тому же тор в разы (минимум вдвое) хуже шара по весу.

Я тут побаловался — тороидальный бак на 38 с небольшим литров с толщиной стенки 1 мм (диаметры тора 54 и 10 см) из высокопрочного титанового бета-сплава (5г/см3) весит чуть меньше 3.5 кг. Чем ещё хорош титан — это что с ним применяется метод SPF/DB (superplastic forming + diffusion bonding, как по-русски не знаю). Он позволяет сделать цельную деталь очень (офигительно!) сложной формы, избежав всяких обычно неизбежных креплений и т.п. Качество швов (фактически их вообще не видно на микроструктуре) - очень высокое. Так что к этому баку можно было бы так прилепить всё остальное. И этот 1мм толщины ещё может можно будет подсократить, хотябы местами

Ещё вопросы - сколько нужно гелия, под каким он давлением, можно ли его бак располагать близко к соплу, и ничего ли если он от него слегка греться будет излучением? Поскольку я этого пока не знаю, нарисовал что нарисовалось - поллитровый бачок. Всё целиком просто игрушечное получается: в варианте "а-ля Гюйгенс" (кстати, он пойдёт с такой траекторией?) - 54х31см, "а-ля Луна-16" - 54х38см. В СА розовым электроника, фиолетовым парашют/баллон. В ракете красным объём под движок (сопло от того 400Н ЕАДС, сам движок тот сильно длинный из-за клапана, да и сопло там под углом), синим - гелий и его сопла (сопло 20Н из каталога ЕАДС), гидразиновый бак ни с чем не перепутаешь

Гелий для наддува греют специально, до 100-130 примерно градусов цельсия, потому что тогда его меньше нужно. Правда, в баллоне хранят охлаждённым - обычно, в баке жидкого кислорода, - его тогда помещается больше

Видимо, теплоизоляция гелиевого баллона понадобится и тут - до момента включения движка желательно иметь его температуру пониже.

По давлению. С одной стороны, технологи не могут сделать толщину стенки сопла ниже некоторой, что ограничивает степень расширения, т.к. дальше масса сопла растёт слишком быстро. С другой стороны, вес камеры той же тяги уменьшается с ростом давления ещё сильнее, чем вес только сопла. Поэтому давление выгодно поднимать. Но растёт масса бака, масса газа наддува и баллона, где он хранится до использования, поэтому оптимальное давление нужно считать моделированием.

Гарантировать можно, что оно (оптимальное давление в камере) будет не ниже 6 атмосфер, и не выше 25. Давлению 25 атмосфер в камере соответствует примерно 40 в баке. С учётом подогрева до 100 градусов в бак нужно будет закачать 200 грамм гелия, ещё примерно сто останется в системе наддува (баллон, редуктор, трубопроводы и т.д.) плюс ещё минимум пятьдесят нужно заложить на потери за десять лет (диффузия, гелий всё же!). Итого начальное количество гелия не превысит 350 грамм. Считая гелий идеальным газом, для хранения такого количества при давлении 500 атмосфер, нужен четырёхлитровый шар-баллон (или два двухлитровых)

Пока схема до старта такая. Ракета таскается внутри робота всю дорогу в закрытом (негерметично, хотя если сильно надо..) контейнере - считай, годы. Солнце на неё не светит никогда, между освещёнными внешними поверхностями отсека и ракетой зазор вакуума. Для пуска ракета (на "палете" - считай, пусковой стол) опускается из отсека на грунт, в СА помещается контейнер с грузом, и робот уходит на безопасное растояние. Пускать можно ночью, днём или в промежутке — как выгоднее. Так что если надо, можно устроить так что гелий будет до самого пуска в вечной тени. Гелиевый бак можно поместить рядом (совсем близко) с соплом, тогда он будет греться от него, и повышением давления несколько компенсировать расход. Поскольку всё это очень кратковременный процесс, я не думаю что что-то там может от сопла перегреться сверх меры (до дырок). Такой себе recycling дармового тепла выходит Что скажете насчёт этого? Материал бака — титан с покрытием (либо поглощающим, либо отражающим, в зависимости от того чего боимся:) Если не страшно, можно даже стенку сопла и стенку бака сдвинуть до упора.

Ясно, в следующем эскизе будет четыре литра.. А давление в баке гидразина какое изначально?
Насчёт диффузии. Есть большие проекты где этому уделяется внимание (термояд, лазеры,..) — должны быть решения, покрытия какие-нибудь (карбиды, рений,..)

Начальное давление в баке выбирается в основном из конструкционных соображений. В ситуации необслуживаемой ракеты на Луне выгодно иметь его побольше, чтоб при приведении в рабочее состояние меньше закачивать гелия одномоментно, да и масса баллона уменьшится. с другой стороны, такие тонкостенные конструкции могут держать рабочее давление "ограниченное время" (например, наш ШБ, на который я ссылался, разрешается хранить при рабочем 330 атм только 30 суток, и не более 30 циклов наполнения-опустошения за всю жизнь). В то же время, давление в половину рабочего (175 атм) он способен держать "неограниченно долго".

Думаю, что в случае торового бака давление в режиме хранения составит около трети рабочего (т.е., скажем, атмосфер 15). Запас нужен на случай перегрева бака - чтоб давление ни при каких условиях не превысило половины рабочего. С другой стороны, гидразин не закипит при таком давлении даже при +120

Кстати, для торового бака из упомянутого титанового сплава какое разрушающее давление будет?

А, да, надо помнить, что температура замерзания гидразина +1,2 Цельсия.

Разрушающее давление - это для меня сильно сложно Вот примеры таких сплавов с характеристиками (в правом верхнем углу на сайте вставьте название):

ВТ23
ТС6


Насколько я понимаю процесс, это разрушающее давление соответствует параметру Ultimate Tensile Strength, т.е. максимальная прочность на растяжение. Для этих сплавов это 1400-1600МПа, в зависимости от обработки. Ещё знаю что это можно повысить с помощью peening (по-русски не знаю) - это лазером палят в поверхность, от шока там возникают мелкие деффекты, которые предотвращают рост больших трещин (я так понял). Для такого дела все средства хороши
Кстати, раскатанный в тонкий лист титан по идее будет иметь наибольшую для данного материала прочность (больше наверное только струна).

А что с ним будет от замерзания? Расширяется? Порвёт бак?

au
>Пока схема до старта такая. Ракета таскается внутри робота всю дорогу в закрытом (негерметично, хотя если сильно надо..) контейнере - считай, годы. Солнце на неё не светит никогда, между освещёнными внешними поверхностями отсека и ракетой зазор вакуума. Для пуска ракета (на "палете" - считай, пусковой стол) опускается из отсека на грунт, в СА помещается контейнер с грузом, и робот уходит на безопасное растояние.

ИМХО, концепция от Лавки куда лучше - луноход ползает и собирает образцы, а потом перегружает их на возвращаемую ракету (она прибывает позже в заданный район, когда луноход уже закончит марштрут). Ракету не надо таскать на себе, не нужен контейнер, не нужно обеспечивать многолетний ресурс.

>Есть большие проекты где этому уделяется внимание (термояд, лазеры,..)

Что-то не слышал, чтобы в термояде проблеме диффузии гелия уделяли серьёзное внимание.

au> А что с ним будет от замерзания? Расширяется? Порвёт бак?
Нет, гидразин - не вода, при замерзании не расширяется, но заборное устройство выйдет из строя точно. В общем, температура бака гидразина должна быть выше температуры замерзания. впрочем, пока ракета внутри контейнера, это обеспечить просто. Хотя б даже радиоизотопной печкой.

а в долгохранимых вариантах не рассматривали пару аммиак-фтор?

Понел. Криогенка не лучше кислорода. -183 кислород, -188 фтор

Fakir> ИМХО, концепция от Лавки куда лучше - луноход ползает и собирает образцы, а потом перегружает их на возвращаемую ракету (она прибывает позже в заданный район, когда луноход уже закончит марштрут). Ракету не надо таскать на себе, не нужен контейнер, не нужно обеспечивать многолетний ресурс.
Fakir> Что-то не слышал, чтобы в термояде проблеме диффузии гелия уделяли серьёзное внимание.

Лучше чем что?
С высоты "луностационарной орбиты" оно может и лучше А вот когда нужно делать, тогда начинаются проблемы. В слове "перегружает" в "двухпусковой" схеме заключено столько сюрпризов! А у меня в слове "перегружает" не заключено ничего кроме шаблонной автоматической операции, отработанной на аналоге на Земле до кристальной ясности и безупречности. Более того, таскаемая ракета на Луне весит 8кг с копейками, что не является проблемой, зато вот схема "однопусковая". Расположение её в роботе увеличивает его ходовую устойчивость на сильно пересечённой местности, куда он всенепременно направится. А контейнера и нет — есть "транспортно-пусковой стол", он же конструктивная часть отведённого под ракету отсека. Я понимаю лавку — у них есть трижды успешный проект, на котором они могут опираться. Им нужно добавить луноход, который у них тоже есть дважды успешный. Это достаточно неплохо забытое старое в новой обёртке - дёшево и сердито. У меня другой подход
Насчёт гелия — вчера только полазил на эту тему, оттуда и узнал. Но есть и у НАСЫ наработки в этом деле для композитных баков высокого давления, так что вопрос решался уже.

А.С.> Нет, гидразин - не вода, при замерзании не расширяется, но заборное устройство выйдет из строя точно. В общем, температура бака гидразина должна быть выше температуры замерзания. впрочем, пока ракета внутри контейнера, это обеспечить просто. Хотя б даже радиоизотопной печкой.

Да не замёрзнет оно.. в отсеке (считай полукуб) сверху СБ, по двум бортам моторы/привода, с одного торца тоже кое-какие привода, и с другого только "стенка" (ничего особенного). Днище отсека определяется "полезной нагрузкой" и является её частью, так что если надо изолировать, значит надо изолировать, а источники тепла совсем рядом. Сенсоры и электропечка для подстраховки (вообще это посчитать вполне можно и нужно). Пока машина в движении (а она в принципе всегда на ходу по условию задачи), ничего замёрзнуть не должно.

Сделал 4 литра гелия. Посчитать толщину бака с наскока не удалось Точнее удалось, но вышел явный перелёт по толщине. 4 литровых шарика рядом с соплом:

Интересно, а сколько будет весить ПУШКА, например, водородная, стреляющая снарядами весом в 1кг? А если взять 10 выстрелов по 100гр? Ствол сделать композитным?

Ник

Кроме того, кажеться(?) что прямая схема поверхность Луны-атмосфера Земли неоптимальна энергетически. Оптимальней захват груза на орбите Луны с последующим сходом с нее и уходом к Земле. Ведь на орбите что то будет болтаться и так и так?

Ник

Энергетически, может, и неоптимальная. Но попытка сделать что-нибудь для выхода на окололунную орбиту упрётся в гораздо большие веса я уж молчу о том, как будут ловить контейнеры, не снабжённые никакими средствами стыковки и поиска на орбите

Не забывай, для прямого возвращения на Землю нам не нужна система управления, как таковая, достаточно, чтобы вектор скорости был приложен к лунной вертикали.

А для выхода на орбиту, тем более - ЗАДАННУЮ орбиту, придётся строить настоящий навигационный комплекс.

Ник, давай в другом месте с пушками, снарядами...

au> Сделал 4 литра гелия. Посчитать толщину бака с наскока не удалось Точнее удалось, но вышел явный перелёт по толщине. 4 литровых шарика рядом с соплом:

Насколько я понимаю, если шарики разместить целиком в баке гидразина, то потребная толщина стенки уменьшится - ибо перепад давления уменьшится на 15 атмосфер. Ну, или столько, сколько мы сочтём нужным держать в баке до полёта. Только нужно помнить, что гидразина поместится меньше, размер тора придётся несколько увеличить, например, за счёт уменьшения внутренней дырки.