Актуальный перепост: ДО ЛУНЫ И К МАРСУ НА ПЕРЕКЛАДНЫХ
Оригинал взят у alboros в ДО ЛУНЫ И К МАРСУ НА ПЕРЕКЛАДНЫХ в 
vnpru
Ренессанс химических двигателей: теплообменный ЖРД с удельным импульсом 8000-12000 м/с для многоразового бустера
В прошлом году получил предложение подготовить материалы для обсуждения по группе проектов, которые имеют высокую вероятность реализации на базе современных технологий. Обсуждение должны были провести в Днепропетровске. Материал подготовил, выслал, получил добро, но творческую встречу отложили из-за форс-мажорных обстоятельств. В связи с чем, начал частями выкладывать сводку по своим проектам. Поскольку, некоторые проекты будут озвучены в докладе на 37-й конференции по космонавтике, то полагаю небесполезным кое-что из опубликованного перепостить в здесь журнале. Есть еще договоренность с научно-популярным журналом, но это долго и успеется, а здесь уже назрело.
Приведу фрагмент обзора, а далее по ссылке можно более подробно почитать этот и смежные по теме тексты. Речь пойдет о возможности создания межорбитального бустера альтернативного бустеру с ядерными ракетными двигателями (ЯРД), твердофазными и газофазными (ТФЯРД и ГФЯРД). Оказывается, что спутниковая группировка из 5-10 станций перезарядки термохимических зарядов теплообменных двигателей бустера, позволяет создать неядерные бустеры с удельным импульсом 8000-12000 м/с. Рабочее тело здесь разумеется водород. Но источник нагрева - химическое топливо, которое отделено от рабочего тела и после использования регенерируется на станциях перезарядки. Станции расположены на эллиптических орбитах, периоды которых синхронизированы так, что бы бустер мог последовательно посещать станции в перигее в процессе разгона. Вот вкратце все. А теперь перепост ранее опубликованного.
«Если обобщить картину работы межорбитального буксира с теплообменным ЖРД на водороде в качестве рабочего тела, рассматривая оптимальный вариант, то получается следующая последовательность операций. На космодроме, перед стартом, РБ заправляется жидким водородом. Еще раз напомним, что теплообменный двигатель в основных чертах подобен газофазному ядерному ракетному двигателю, но источником тепла здесь является не урановая плазма, а термический заряд обычного химического топлива, обеспечивающего температуру нагрева водорода в пределах от 4000 до 5000°С. В интервале температур 3000 до 4000°С теплообменный двигатель имеет более простое устройство и конструктивно подобен твердофазному ядерному ракетному двигателю. Удельный импульс теплообменного двигателя 8000-12000 м/с. Итак, после заправки бустера жидким водородом, ракета-носитель выводит РБ на низкую околоземную орбиту. Здесь он совершает кратковременную стыковку с первой заправочной станцией и получает термический заряд для своего теплообменного двигателя. После расстыковки, включают двигатель РБ и бустер получает приращение скорости в несколько сотен метров в секунду.
Движение станций синхронизировано таким образом, что, получив указанное приращение скорости, РБ встречается со второй заправочной станцией в перигее её орбиты. В течении кратковременной стыковки производят обмен израсходованного термического заряда на новый, который поступает со второй станции. После расстыковки РБ, осуществляют второе включение двигателя, и бустер получает второе приращение скорости равное нескольким сотням метров в секунду. Разгон завершается третьей стыковкой и очередной перезарядкой теплообменного двигателя. Группировка спутников из 5-10 станций перезарядки, обеспечивает разгон РБ до 3000 м/с в перигее их орбит.
Набрав вторую космическую скорость, РБ уходит к намеченной цели. При этом расход водорода составит менее трети начальной массы РБ, как у бустера с ядерным двигателем, но без опасных последствий и гипервысоких ценах на реактор. Сокращение запасов рабочего тела обеспечивает увеличение доли полезного груза дополнительно на 30-50% от стартовой массы бустера. Если целью является окололунная орбитальная станция, то вокруг Луны так же может быть создана спутниковая группировка из станций перезарядки. В этом случае, РБ доставляет свой груз на конечную станцию проходя в обратном порядке процедуру торможения, путем серии стыковок со станциями и замены отработанных термозарядов. Разумеется, окололунная группировка должна быть создана при соответствующих ей больших грузопотоках, например, в процессе создания и последующего строительства лунной базы. Предполагается, что передача доставленных грузов, имеющих вид простых веществ, с низкой окололунной орбиты на лунную базу, осуществляется методом прямой подачи в лунные коллекторы сырья, т.е. без использования посадочных модулей.
На станциях перезарядки осуществляется регенерация термозарядов. Станции оснащены солнечными батареями или в случае работы в радиационных поясах солнечными концентраторами и турбомашинными преобразователями тепла в электроэнергию. Для регенерации за год каждых 100 тонн термических зарядов, например, на основе бериллия и кислорода, требуется источник энергии мощностью 200 кВт. В период между встречами с РБ, производится разделение окислов использованного термозаряда и производство бериллия и кислорода, алюминия и кислорода или кремния и кислорода. При стыковках с РБ, регенерированные заряды помещаются обратно в разгонные блоки взамен использованных. В рассмотренном варианте работы системы станций перезарядок бустеров, происходит движение термозарядов от низкоскоростных станций, первых на пути РБ, к высокоскоростным. Соответственно, организуется система передачи термозарядов от последней стации к первой, для замыкания технологического цикла. Выше, приводился пример, такой замкнутой системы.
Следует понимать, что совершенствование изложенной системы может привести к еще большему упрощению её работы. Вероятно, наилучшим вариантом вывода полезного груза на высокоэнергетическую орбиту, будет такой, когда РБ «получает постоянную прописку» на орбите, а блок полезной нагрузки (БПН) преобразуется в своего рода космическую баржу из-за отсутствия маршевой двигательной установки (сохраняются только двигатели маневрирования), который несет только запас жидкого водорода и полезный груз.
Орбитальных РБ столько же, сколько орбитальных станций перезарядки. Станции перезарядки являются базами РБ, «местом их прописки». Тогда, при выводе БПН на опорную орбиту, к нему пристыковывается РБ первой станции и разгоняет его до достижения следующей станции с новым РБ. Здесь происходит замена первого разгонщика, с отработанным термозарядом, на второй бустер с новым термозарядом. Так происходит процесс разгона от одной станции до другой, до тех пор, пока не будет достигнута последняя станция. После этого, БПН с полезным грузом уходит к цели назначения, а РБ, совершая маневр торможения в верхних слоях атмосферы возвращается к первой станции, где производят перезарядку его теплообменного двигателя и заново начинают процесс вывода грузов с низкой орбиты на высокоэнергетическую.
Предлагаемая система межорбитальной транспортировки грузов основывается на уже известных технологиях, обеспечивает параметры работы такие же как у проектных РБ с ядерными ракетными двигателями, но при меньших капитальных затратах и рисках. Такая система может эффективно применяться для снижения затрат как на вывод геостационарных спутников, так и для доставки грузов на Луну, астероиды, Марс, запуск межпланетных исследовательских аппаратов. Например, при запуске космического аппарата к Марсу ракетой-носителем «Протон», ввиду низкого расхода рабочего тела (водорода) при старте с опорной орбиты, масса межпланетного аппарата может быть увеличена до 15 тонн. Если же иметь в виду более близкую перспективу, то система станций перезарядки РБ должна быть востребована при реализации российского и ряда зарубежных проектов космических солнечных электростанций, поскольку обеспечивает увеличение грузоподъемности РБ и/или снижение затрат на межорбитальные перевозки грузов. По этой же причине, эта система будет востребована в процессе развертывания и эксплуатации лунных промышленных баз».
Источник: Минимизация цены доставки сырья на станцию производства ракетного топлива и дозаправки межорбитальных буксиров при использовании орбитальных коллекторов сырья (часть 3)
UPD. Предварительное обсуждение проекта прошло в lj alboros с участием toropyggka и nabbla1.
vnpru
Ренессанс химических двигателей: теплообменный ЖРД с удельным импульсом 8000-12000 м/с для многоразового бустера
В прошлом году получил предложение подготовить материалы для обсуждения по группе проектов, которые имеют высокую вероятность реализации на базе современных технологий. Обсуждение должны были провести в Днепропетровске. Материал подготовил, выслал, получил добро, но творческую встречу отложили из-за форс-мажорных обстоятельств. В связи с чем, начал частями выкладывать сводку по своим проектам. Поскольку, некоторые проекты будут озвучены в докладе на 37-й конференции по космонавтике, то полагаю небесполезным кое-что из опубликованного перепостить в здесь журнале. Есть еще договоренность с научно-популярным журналом, но это долго и успеется, а здесь уже назрело.
Приведу фрагмент обзора, а далее по ссылке можно более подробно почитать этот и смежные по теме тексты. Речь пойдет о возможности создания межорбитального бустера альтернативного бустеру с ядерными ракетными двигателями (ЯРД), твердофазными и газофазными (ТФЯРД и ГФЯРД). Оказывается, что спутниковая группировка из 5-10 станций перезарядки термохимических зарядов теплообменных двигателей бустера, позволяет создать неядерные бустеры с удельным импульсом 8000-12000 м/с. Рабочее тело здесь разумеется водород. Но источник нагрева - химическое топливо, которое отделено от рабочего тела и после использования регенерируется на станциях перезарядки. Станции расположены на эллиптических орбитах, периоды которых синхронизированы так, что бы бустер мог последовательно посещать станции в перигее в процессе разгона. Вот вкратце все. А теперь перепост ранее опубликованного.
«Если обобщить картину работы межорбитального буксира с теплообменным ЖРД на водороде в качестве рабочего тела, рассматривая оптимальный вариант, то получается следующая последовательность операций. На космодроме, перед стартом, РБ заправляется жидким водородом. Еще раз напомним, что теплообменный двигатель в основных чертах подобен газофазному ядерному ракетному двигателю, но источником тепла здесь является не урановая плазма, а термический заряд обычного химического топлива, обеспечивающего температуру нагрева водорода в пределах от 4000 до 5000°С. В интервале температур 3000 до 4000°С теплообменный двигатель имеет более простое устройство и конструктивно подобен твердофазному ядерному ракетному двигателю. Удельный импульс теплообменного двигателя 8000-12000 м/с. Итак, после заправки бустера жидким водородом, ракета-носитель выводит РБ на низкую околоземную орбиту. Здесь он совершает кратковременную стыковку с первой заправочной станцией и получает термический заряд для своего теплообменного двигателя. После расстыковки, включают двигатель РБ и бустер получает приращение скорости в несколько сотен метров в секунду.
Движение станций синхронизировано таким образом, что, получив указанное приращение скорости, РБ встречается со второй заправочной станцией в перигее её орбиты. В течении кратковременной стыковки производят обмен израсходованного термического заряда на новый, который поступает со второй станции. После расстыковки РБ, осуществляют второе включение двигателя, и бустер получает второе приращение скорости равное нескольким сотням метров в секунду. Разгон завершается третьей стыковкой и очередной перезарядкой теплообменного двигателя. Группировка спутников из 5-10 станций перезарядки, обеспечивает разгон РБ до 3000 м/с в перигее их орбит.
Набрав вторую космическую скорость, РБ уходит к намеченной цели. При этом расход водорода составит менее трети начальной массы РБ, как у бустера с ядерным двигателем, но без опасных последствий и гипервысоких ценах на реактор. Сокращение запасов рабочего тела обеспечивает увеличение доли полезного груза дополнительно на 30-50% от стартовой массы бустера. Если целью является окололунная орбитальная станция, то вокруг Луны так же может быть создана спутниковая группировка из станций перезарядки. В этом случае, РБ доставляет свой груз на конечную станцию проходя в обратном порядке процедуру торможения, путем серии стыковок со станциями и замены отработанных термозарядов. Разумеется, окололунная группировка должна быть создана при соответствующих ей больших грузопотоках, например, в процессе создания и последующего строительства лунной базы. Предполагается, что передача доставленных грузов, имеющих вид простых веществ, с низкой окололунной орбиты на лунную базу, осуществляется методом прямой подачи в лунные коллекторы сырья, т.е. без использования посадочных модулей.
На станциях перезарядки осуществляется регенерация термозарядов. Станции оснащены солнечными батареями или в случае работы в радиационных поясах солнечными концентраторами и турбомашинными преобразователями тепла в электроэнергию. Для регенерации за год каждых 100 тонн термических зарядов, например, на основе бериллия и кислорода, требуется источник энергии мощностью 200 кВт. В период между встречами с РБ, производится разделение окислов использованного термозаряда и производство бериллия и кислорода, алюминия и кислорода или кремния и кислорода. При стыковках с РБ, регенерированные заряды помещаются обратно в разгонные блоки взамен использованных. В рассмотренном варианте работы системы станций перезарядок бустеров, происходит движение термозарядов от низкоскоростных станций, первых на пути РБ, к высокоскоростным. Соответственно, организуется система передачи термозарядов от последней стации к первой, для замыкания технологического цикла. Выше, приводился пример, такой замкнутой системы.
Следует понимать, что совершенствование изложенной системы может привести к еще большему упрощению её работы. Вероятно, наилучшим вариантом вывода полезного груза на высокоэнергетическую орбиту, будет такой, когда РБ «получает постоянную прописку» на орбите, а блок полезной нагрузки (БПН) преобразуется в своего рода космическую баржу из-за отсутствия маршевой двигательной установки (сохраняются только двигатели маневрирования), который несет только запас жидкого водорода и полезный груз.
Орбитальных РБ столько же, сколько орбитальных станций перезарядки. Станции перезарядки являются базами РБ, «местом их прописки». Тогда, при выводе БПН на опорную орбиту, к нему пристыковывается РБ первой станции и разгоняет его до достижения следующей станции с новым РБ. Здесь происходит замена первого разгонщика, с отработанным термозарядом, на второй бустер с новым термозарядом. Так происходит процесс разгона от одной станции до другой, до тех пор, пока не будет достигнута последняя станция. После этого, БПН с полезным грузом уходит к цели назначения, а РБ, совершая маневр торможения в верхних слоях атмосферы возвращается к первой станции, где производят перезарядку его теплообменного двигателя и заново начинают процесс вывода грузов с низкой орбиты на высокоэнергетическую.
Предлагаемая система межорбитальной транспортировки грузов основывается на уже известных технологиях, обеспечивает параметры работы такие же как у проектных РБ с ядерными ракетными двигателями, но при меньших капитальных затратах и рисках. Такая система может эффективно применяться для снижения затрат как на вывод геостационарных спутников, так и для доставки грузов на Луну, астероиды, Марс, запуск межпланетных исследовательских аппаратов. Например, при запуске космического аппарата к Марсу ракетой-носителем «Протон», ввиду низкого расхода рабочего тела (водорода) при старте с опорной орбиты, масса межпланетного аппарата может быть увеличена до 15 тонн. Если же иметь в виду более близкую перспективу, то система станций перезарядки РБ должна быть востребована при реализации российского и ряда зарубежных проектов космических солнечных электростанций, поскольку обеспечивает увеличение грузоподъемности РБ и/или снижение затрат на межорбитальные перевозки грузов. По этой же причине, эта система будет востребована в процессе развертывания и эксплуатации лунных промышленных баз».
Источник: Минимизация цены доставки сырья на станцию производства ракетного топлива и дозаправки межорбитальных буксиров при использовании орбитальных коллекторов сырья (часть 3)
UPD. Предварительное обсуждение проекта прошло в lj alboros с участием toropyggka и nabbla1.