Притча о "Массовом совершенстве" Ракет-носителей
"Доступный России технологический уровень не позволяют достичь конструктивного совершенства ракеты-носителя Falcon 9. Конечно, «Зенит», а в будущем «Союз-5» как российский клон «Зенита», может выводить на орбиту достойные нагрузки, но для этого ему приходится использовать дополнительную третью ступень, которая по советской традиции называется «разгонным блоком». Именно поэтому вторая ступень «Зенита» и «Союза-5» меньше. Но реализованное SpaceX конструктивное совершенство дало возможность создать двухступенчатый кислородно-керосиновый носитель Falcon 9 (т.е. отказаться от кислородно-водородной супени), который перекрывает все имеющиеся ниши среднего и тяжелого классов. И для этого вовсе не нужен двигатель замкнутого цикла и выжимание последних секунд удельного импульса."
Узнали? Типичная "Методичка" в кругу "экспертов" с низким техническим уровнем восприятия, и дефектом аналитического аппарата.
Негативная оценка работы "роскосмоса" со стороны интернет-пользователей, все чаще наблюдается в реалиях наших дней.
"кто-то строит, кто то критикует. - все при деле. Рогозин Д.О (с)"
Большинство из таких замечаний, не представляют ничего объективного, и натянуты за уши, но есть все таки несколько аспектов которые являются действительными:
1 - Отечественная ракетно-космическая промышленность отсталая. Почему? - Потому что их ракеты не возвращаются как у илона маска!(Этожедешевле!)
2 - Отечественная ракетно-космическая промышленность отсталая. Почему? - Ракеты илона маска - легче! (У вас слабое конструкторское совершенство!)
Давайте рассмотрим, справедливы ли эти замечания? и на этот раз, объективно дадим ответы, так ли это?
Почему одноразовая?
Принципиальная позиция РКК "Энергия": повторять за Маском фокус с использованием уже слетавших первых ступеней ракеты на повестке дня не стоит.
- Нашим специалистам "технически" сделать возвращаемую ступень не представляется сложной задачей, - объясняет генеральный директор РКК "Энергия" Владимир Львович Солнцев. - Еще в конце прошлого века на предприятии было сделано несколько эскизных проектов на эту тему, плюс огромный задел по программе Энергия-Буран, по теме многоразовых космических и вычислительных полетных систем. Но это выглядит, на наш взгляд, с экономической точки зрения неэффективно. На возвращение тоже нужны немаленькие деньги. Масса всей системы возвращения ступени составляет пятую часть массы ракеты. То есть для того, чтобы ее вернуть на землю, ракета берет меньше груза, а стоимость его доставки возрастает. Да и каждый раз при возвращении ступени проводить ремонтно-восстановительные работы (причем в зависимости от условий посадки их объем и стоимость будут разные), на наш взгляд, окажется дороже, чем наладить серийное производство ракет-носителей по отработанной технологии и планомерно снижать издержки.
Массовое совершенство?
Массовым совершенством, называют отношение сухой массы носителя, к его стартовой массе(Заправленной)
Для понимания:
Cухая масса первой ступени Falcon 9 - 22.3т(Стартовая масса 431т)
Сухая масса первой ступени Союз 5 целых - 30.5т (Стартовая масса 428.5т)
- Действительно, при схожей массе топлива, первая ступень Союз 5 получается тяжелее на целых 10т. В чем же дело? действительно российское машиностроение настолько деградировало, что не способно создать ступень с высоким массовым совершенством?
- Вовсе нет.
Дело в том, что российские ракетно-космические изделия в большинстве своем используют дешевые Алюминий-магниевые(Al-Mg) сплавы, а американская промышленность, в частности Falcon9 Целиком выполнен из Алюминий-литиевых(Al-Li) сплавов, в которых "Литий" как легирующий элемент, и позволяет снизить до 30-40% Массу изделия.
Почему же тогда Российская космонавтика не использует Легкие Алюминий-Литиевые сплавы(Al-Li)?
- Цена.
Дело в том, что цена на подобные "крылатые" сплавы, выше по цене в 20-50раз(в зависимости от полуфабриката) Цена за килограмм полезной нагрузки выводимой на орбиту при таком "Облегчение" вырастит для наших космических систем на столько, что эффективность такого внедрения будет экономически убыточна для отрасли.
Но все же в России достаточный опыт использования Al-Li-Sc Сплавов. Например, самолет амфибия Бе-200, чья основная задача тушение лесных пожаров, полностью выполнен из такого алюминиевого сплава.
Наблюдается в корне разная концепция при проектирование ракет-носителей. Компания Spacex не имеет достаточного опыта в создание эффективных ракетных двигателей. Их основной двигатель Merlin 1D+ имеет тягу в 86т и удельный импульс на уровне моря в 286с. Данный двигатель является типичным представителем открытого цикла. (Напомним, что открытый цикл, это схема работы двигателя - Когда рабочее тело турбины - Генераторный газ, не дожигается в камере сгорания, что увеличивает эффективность двигателя и уменьшает массовый расход топлива, а выбрасывается в атмосферу, не совершая ни какой работы.)Такая схема проще и дешевле закрытой, но имеет не высокие показатели удельного импульса и низкое давление в камере. В силу этих обстоятельств, компания Spacex просто вынуждены использовать дорогие и легкие Al-Li сплавы, что бы иметь конкурентоспособную грузоподъемность.
Отечественные же конструкторы, придерживаются в корне другого подхода. Высокое совершенство ЖРД семейства РД171/180/191 c закрытой схемой, и с высокими показателями удельного импульса в 311сек, позволяет добиваться высокой грузоподъемности, поставленной в техническом задание, используя более "Тяжелые" но в разы более "Дешевые" Алюминий-Магниевые(Al-Mg) сплавы.
Более высокое "Сухое" массовое-совершенство первой ступени Falcon9(почти на 10т легче чем Союз5) с использованием более легких Al-Li сплавов в купе с ЖРД Merlin 1D+ с высокой «Тяговооруженностью» в 150единиц, действительно дают такие невероятные энергетические характеристики, что позволяет нивелировать отсутствие высокого показатель удельного импульса?
— Опять нет.
Несложным расчетом можно вычислить: что разница в энергоэффективности, а именно - в удельном импульсе, между РД180/191/171МВ и Merlin 1D+ составляет 9% 311c и 286с Таким образом, при условном использование РД191 в составе первой ступени Falcon 9 Позволило бы брать на борт на целых 37т меньше топлива при совершение той же работы. (408т топлива при 431т стартовой массе F9)а это уже весьма весомые тонны на орбите.
Таким образом, популярная методичка, о "якобы" массовом превосходстве над "отсталыми российскими технологиями" натянута за уши, а приуменьшение значимости такого показателя как "удельный импульс" выглядит довольно неубедительно и абсурдно. Учитывая, что как мы выяснили, сухое массовое совершенство ступени, не имеет прямого отношения к энерго-массовому совершенству ступени в целом. В этой связи, считать за «Конструкторское совершенство» не конкретные беспрецедентные конструкторские решения силового набора корпуса а использование всего-навсего более легкого и обратно пропорционально, более дорого Алюминий литиевого(Al-Li)Сплава, просто не профессионально. В то же время «заклейменная» не совершенной и тяжелой первая ступень Союза 5, при всей своей тяжеловесности с более энерго-совершенными РД171МВ, оказалась на порядок более энергетически эффективней(Энергомассовое совершенство), чем нареченной на восхищение «Совершенная и легкая» первая ступень Falcon9
