Роскосмос Развальный
Оптимистический Кирдык
в четырёх картинах, с эпиграфом, интермедией, Гретой Тунберг, национальной идеей и дискотекой
Эпиграф:
Картина первая:
Красные кружки показывают общее количество гептила и тетроксида, использованное за год.
Изрядный разброс точек отражает вариации в числе пусков Протонов, как основных потребителей этого типа топлива.
Так, например, рекордная точка 2000 года (8180 тонн) - это рекордные 14 пусков Протона в тот год.
А низкая цифра 2003 года (3710 тонн) - в тот год было всего 5 пусков Протонов.
Однако, если мы посчитаем среднее за пятилетку - серые пунктиры на графике - то результаты получаются вполне стабильные.
За первые три периода среднее получается идентичным в пределах погрешности, порядка 6000 тонн в год,
а в последнюю «довоенную» пятилетку возрастает почти на четверть, до 7300 тонн в год.
Это хорошо соответствует и общему мировому тренду космопрома по пускам,
и конкретно отражает возросшее число коммерческих пусков Протонов в период 2009-2013.
Теперь вертикальные линии:
Голубая линия, SpaceX (SES-8) - показывает первый запуск компании SpaceX на геопереходную орбиту.
И таким образом - она отмечает начало фактической конкуренции Фалконов с Протонами и Союзами.
Ещё две линии - рыжая («Крым, Донбасс») и красная («Боинг МН17») - отмечают события, которые вызвали санкции Запада -
направленные против экономики РФ в целом, и против российского космопрома в частности.
Суммарный эффект этих событий совершенно очевиден. И я предлагаю не копаться в причинно-следственных нюансах:
Философическая Интермедия:
[Интермедия...]
Но у нас сейчас речь об экологии.
А ей - экологии - наплевать на философский анализ корневых причин и действующих факторов - она эгоистка, и ей важен только результат.
И результат - экологический - здесь очень приятный: в 2020 году Россия поставила личный рекорд -
впервые (с начала 60х годов прошлого века) годовое потребление гептила космопромом СССР/России стало ниже 1000 тонн в год.
Что соответствует примерно десятикратному снижению использования гептила Роскосмосом - по сравнению с уровнем нулевых.
И это безусловно хорошо.
Картина вторая - техническая деталь:
Этот график наглядно объясняет - почему годовое потребление гептила российским космопромом так сильно зависело от числа пусков Протонов.
Всё просто - в Протон заливалось в 3-4 раза больше топлива, чем в любую другую гептиловую ракету России.
В нижней части рисунка - значками «кости с черепушкой» - помечены те ракеты, что уже больше не используются, и указана дата последнего пуска.
Рисунок показывает, что из всего гептилового зверинца Роскосмоса - сейчас остался только Протон - но он самый зловредный.
По количеству гептил-тетроксидного топлива на одну заправку - Протон рекордсмен - не только а России, но и во всём мире.
На правом поле рисунка красными стрелками показаны для сравнения величины заправок для двух американских ракет - Титана 4 и Дельты 2.
Это были единственные гептиловые (*) ракеты - что использовались в США в этом веке.
Обе больше не летают, Штаты отказались от крупнотоннажного использования такого топлива.
(*) Просьба к тем, кто знает, что американское горючее называется «Аэрозин-50» и чем оно отличается от чистого НДМГ -
пожалуйста, не надо здесь это уточнять.
Пусть это останется вашим маленьким секретом.
Подавляющее большинство моих читателей не только не знают об этом, но имеют полное право - в этих деталях - не разбираться.
Возвращаясь к Рис.2, стоит отметить другую деталь:
Ракета «Titan 4B» выводит на геостационарную орбиту 5.75 тонны полезной нагрузки (подчеркиваю - на геостационар непосредственно, НЕ на ГПО).
На тот же геостационар - российский «Протон М / Бриз М» выводит существенно меньше - 3.35 тонны.
Но при этом Протон сжигает втрое больше гептил-тетроксидного топлива - 650 тонн против 195 тонн у Титана.
Кто-нибудь возьмется объяснить этот парадокс?
Ну, в качестве - самостоятельной работы :)
Что касается РН Протон - это безусловно «рекордсмен» по количеству высокотоксичного топлива на один пуск.
И печальный рекордсмен - в этом веке - по тяжелейшим гептиловым разливам при ракетных пусках: 5 сентября 2007 (пуск JCSAT-11) и 2 июля 2013 (пуск Глонасс).
Это - громоздкий монстр времён холодной войны, от которого следовало отказаться ещё в 90х.
Ну, хорошо хоть, что теперь виден его финал в обозримом будущем.
Осталось 8-9 ракет, к 2026 году они будут запущены, и история РН Протон завершится.
Несколько деталей по эксплуатации ракет на гептил-тетроксиде.
Вы можете услышать рассуждения, что мол, в ракетном двигателе весь гептил сгорает - до безобидной воды, азота и СО2 - и с "логичным" выводом, что ничего страшного в гептиле нет.
Не слушайте, это - враньё.
Даже если всё происходит идеально по технологии и безаварийно - имеют место очень неприятные особенности технологий.
Во-первых,
Ещё до двигателя - задолго до - надо привезти сотни тонн гептила: сначала на ж/д терминал космодрома, потом в удалённое хранилище, потом на пусковой комплекс.
При этом необходимы перекачки - с неизбежными (технологически неизбежными) проливами. Которые пропорциональны количеству цистерн и общему количеству топлива.
Так что задолго ДО баков ракеты и камер сгорания - известный процент гептила попадает в почву и в воздух.
Даже при строгом соблюдении всех технологий.
Кстати, при НЕстрогом соблюдении - процент больше.
Во-вторых,
Уже собственно в камере сгорания - всё не такое уж белое и пушистое.
Вот теоретическое уравнение реакции:
N2H2(CH3)2 + 2N2O4 = 3N2 + 2CO2 + 4H2O
- где в результате получаются те самые безобидные вода, азот и углекислый газ.
Если вы посчитаете молекулярный вес ДВУХ молекул N2O4 и поделите его на молекулярный вес ОДНОЙ молекулы НДМГ - то вы получите так называемое стехиометрическое соотношение компонентов реакции. Простыми словами (и в том определении, что я дал в предыдущей фразе) - оно показывает, сколько граммов N2O4 необходимо для полного сжигания 1 грамма НДМГ.
Так вот, если вы посчитаете всё как я скзал выше, и не напутаете формульные коэффициенты и атомные массы - то в результате у вас должно получиться 3.07.
То есть, для ПОЛНОГО сжигания одного грамма НМДГ нужно 3.07 грамма N2O4.
Однако, если теперь вы загляните в вики (в статью про РД 275) или на сайт Хруничевского объединения (или другой справочник) и найдете там «Отношение окислитель/топливо», то вы увидите значение 2.6 (или 2.7).
То есть, в в двигатель подаётся смесь - заведомо и намеренно - обеднённая окислителем.
Или, иными словами - гептил сгорает не полностью. Какая-то часть - не сгорает совсем, другая - сгорает не до конца, не до безобидной воды и азота.
Это кстати, типично не только для гептиловых двигателей. Но и для других типов тоже - в камеру сгорания стараются подавать смесь, обеднённую окислителем - по сравнению со стехиометрией.
Почему? - в рамках данного поста это не важно.
Важен только сам факт:
Горючее в ракетных двигателях сжигают НЕ полностью.
В-третьих,
Из-за некоторых особенностей конструкции РН Протон, в гептиловых баках всегда остаётся «технологический остаток».
В документации Протона это называется «плановый пролив».
Для первой ступени Протона это примерно 2000 кг гептила, для второй ступени ~ 750 кг.
То есть, при каждом пуске, безо всяких аварий, в районе падения первых ступеней Протонов проливается из разбитых баков 2 тонны гептила, а в районе падения вторых ступеней - 0.75 тонны.
Картина третья - китайская пессимистическая:
Да, все нормальные страны (т.е., страны с высоким уровнем культуры ракетного конструирования)
отказались от гептила (или аналогичных алкилгидразинов) как топлива для первых-вторых ступеней ракет.
Одни раньше (Япония, Европа), другие позже (США), но - отказались.
А с треснутым корытом с гептилом остались - Россия, Индия и Китай.
Первые две страны погоды не делают - Россия уже, Индия ещё.
А вот Китай - экологическую погоду (гептиловую) делает, и потому требует отдельного рисунка - «Рис.3» выше.
На Рис.3 показаны эксплуатируемые сейчас гептиловые ракеты Китая, также показана для сравнения заправка Протона.
Внизу, серыми прямоугольниками помечены три самые используемые группы (№1, №2 и №3).
Да, китайские CZ поскромнее Протона размером - зато они чаще летают.
Так что в последние годы Китай вполне подобрался к былому гептиловому «величию» Роскосмоса,
осваивая в год около 7000 тонн гептил-тетроксидного топлива.
Однако, у Китая есть и светлая сторона, оражённая в следующей картине.
Картина четвёртая - китайская оптимистическая:
Китай разработал новую линейку ракет семейства CZ - без гептила в бустерах и основных ступенях. Кроме того, появилась группа твердотопливных легких и сверхлёгких ракет. Легкие - и дешёвые - ракты сейчас представляют особый интерес - в связи с бурным развитием микро и нано спутников.
В целом, Рис.4 показывает, что наряду с общим ростом числа орбитальных пусков - в Китае растет и доля «без-гептильных» ракет. В последние два года на их долю пришлось около трети всех пусков. Соответственно, есть надежда, что в недалёком будущем потребление гептил-тетроксидного топлива Китаем - существенно снизится.
В табличке ниже - «Хозяйке на заметку» - я собрал все новые китайские ракеты с указанием топливных пар и классов по грузоподъёмности:
Rockets
Propellants
Class
Booster
First stage
Second st.
Third stage
Fourth
Chang Zheng:
CZ-5
Heavy
4x
RP1/LOX
LH2/LOX
LH2/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-6
Light
none
RP1/LOX
RP1/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-7
med-heavy
4x
RP1/LOX
RP1/LOX
RP1/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-8
Medium
2x
RP1/LOX
RP1/LOX
LH2/LOX
none
none
Kuaizhou:
KZ-1A
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
Liquid
KZ-11
Light
none
Solid
Solid
Solid
none
Shian Quxian-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
Jielong-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
Gushenxing-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
[Экологический Эпилог]
И в завершение - обещанная Дискотека с Национальной Идеей.
в четырёх картинах, с эпиграфом, интермедией, Гретой Тунберг, национальной идеей и дискотекой
Эпиграф:
Картина первая:
Красные кружки показывают общее количество гептила и тетроксида, использованное за год.
Изрядный разброс точек отражает вариации в числе пусков Протонов, как основных потребителей этого типа топлива.
Так, например, рекордная точка 2000 года (8180 тонн) - это рекордные 14 пусков Протона в тот год.
А низкая цифра 2003 года (3710 тонн) - в тот год было всего 5 пусков Протонов.
Однако, если мы посчитаем среднее за пятилетку - серые пунктиры на графике - то результаты получаются вполне стабильные.
За первые три периода среднее получается идентичным в пределах погрешности, порядка 6000 тонн в год,
а в последнюю «довоенную» пятилетку возрастает почти на четверть, до 7300 тонн в год.
Это хорошо соответствует и общему мировому тренду космопрома по пускам,
и конкретно отражает возросшее число коммерческих пусков Протонов в период 2009-2013.
Теперь вертикальные линии:
Голубая линия, SpaceX (SES-8) - показывает первый запуск компании SpaceX на геопереходную орбиту.
И таким образом - она отмечает начало фактической конкуренции Фалконов с Протонами и Союзами.
Ещё две линии - рыжая («Крым, Донбасс») и красная («Боинг МН17») - отмечают события, которые вызвали санкции Запада -
направленные против экономики РФ в целом, и против российского космопрома в частности.
Суммарный эффект этих событий совершенно очевиден. И я предлагаю не копаться в причинно-следственных нюансах:
- С одной стороны, вполне возможно, что коммерцию Протонов, Рокотов и Днепров укокошили санкции, а Фалконы только подобрали «что с возу упало».
- А может, всё было наоборот - Протоны (с Искандерами) над санкциями посмеялись, а истинным (и кровавым) убийцей коммерции Роскосмоса - оказался злой гений Маска.
Философическая Интермедия:
[Интермедия...]
Но у нас сейчас речь об экологии.
А ей - экологии - наплевать на философский анализ корневых причин и действующих факторов - она эгоистка, и ей важен только результат.
И результат - экологический - здесь очень приятный: в 2020 году Россия поставила личный рекорд -
впервые (с начала 60х годов прошлого века) годовое потребление гептила космопромом СССР/России стало ниже 1000 тонн в год.
Что соответствует примерно десятикратному снижению использования гептила Роскосмосом - по сравнению с уровнем нулевых.
И это безусловно хорошо.
Картина вторая - техническая деталь:
Этот график наглядно объясняет - почему годовое потребление гептила российским космопромом так сильно зависело от числа пусков Протонов.
Всё просто - в Протон заливалось в 3-4 раза больше топлива, чем в любую другую гептиловую ракету России.
В нижней части рисунка - значками «кости с черепушкой» - помечены те ракеты, что уже больше не используются, и указана дата последнего пуска.
Рисунок показывает, что из всего гептилового зверинца Роскосмоса - сейчас остался только Протон - но он самый зловредный.
По количеству гептил-тетроксидного топлива на одну заправку - Протон рекордсмен - не только а России, но и во всём мире.
На правом поле рисунка красными стрелками показаны для сравнения величины заправок для двух американских ракет - Титана 4 и Дельты 2.
Это были единственные гептиловые (*) ракеты - что использовались в США в этом веке.
Обе больше не летают, Штаты отказались от крупнотоннажного использования такого топлива.
(*) Просьба к тем, кто знает, что американское горючее называется «Аэрозин-50» и чем оно отличается от чистого НДМГ -
пожалуйста, не надо здесь это уточнять.
Пусть это останется вашим маленьким секретом.
Подавляющее большинство моих читателей не только не знают об этом, но имеют полное право - в этих деталях - не разбираться.
Возвращаясь к Рис.2, стоит отметить другую деталь:
Ракета «Titan 4B» выводит на геостационарную орбиту 5.75 тонны полезной нагрузки (подчеркиваю - на геостационар непосредственно, НЕ на ГПО).
На тот же геостационар - российский «Протон М / Бриз М» выводит существенно меньше - 3.35 тонны.
Но при этом Протон сжигает втрое больше гептил-тетроксидного топлива - 650 тонн против 195 тонн у Титана.
Кто-нибудь возьмется объяснить этот парадокс?
Ну, в качестве - самостоятельной работы :)
Что касается РН Протон - это безусловно «рекордсмен» по количеству высокотоксичного топлива на один пуск.
И печальный рекордсмен - в этом веке - по тяжелейшим гептиловым разливам при ракетных пусках: 5 сентября 2007 (пуск JCSAT-11) и 2 июля 2013 (пуск Глонасс).
Это - громоздкий монстр времён холодной войны, от которого следовало отказаться ещё в 90х.
Ну, хорошо хоть, что теперь виден его финал в обозримом будущем.
Осталось 8-9 ракет, к 2026 году они будут запущены, и история РН Протон завершится.
Несколько деталей по эксплуатации ракет на гептил-тетроксиде.
Вы можете услышать рассуждения, что мол, в ракетном двигателе весь гептил сгорает - до безобидной воды, азота и СО2 - и с "логичным" выводом, что ничего страшного в гептиле нет.
Не слушайте, это - враньё.
Даже если всё происходит идеально по технологии и безаварийно - имеют место очень неприятные особенности технологий.
Во-первых,
Ещё до двигателя - задолго до - надо привезти сотни тонн гептила: сначала на ж/д терминал космодрома, потом в удалённое хранилище, потом на пусковой комплекс.
При этом необходимы перекачки - с неизбежными (технологически неизбежными) проливами. Которые пропорциональны количеству цистерн и общему количеству топлива.
Так что задолго ДО баков ракеты и камер сгорания - известный процент гептила попадает в почву и в воздух.
Даже при строгом соблюдении всех технологий.
Кстати, при НЕстрогом соблюдении - процент больше.
Во-вторых,
Уже собственно в камере сгорания - всё не такое уж белое и пушистое.
Вот теоретическое уравнение реакции:
N2H2(CH3)2 + 2N2O4 = 3N2 + 2CO2 + 4H2O
- где в результате получаются те самые безобидные вода, азот и углекислый газ.
Если вы посчитаете молекулярный вес ДВУХ молекул N2O4 и поделите его на молекулярный вес ОДНОЙ молекулы НДМГ - то вы получите так называемое стехиометрическое соотношение компонентов реакции. Простыми словами (и в том определении, что я дал в предыдущей фразе) - оно показывает, сколько граммов N2O4 необходимо для полного сжигания 1 грамма НДМГ.
Так вот, если вы посчитаете всё как я скзал выше, и не напутаете формульные коэффициенты и атомные массы - то в результате у вас должно получиться 3.07.
То есть, для ПОЛНОГО сжигания одного грамма НМДГ нужно 3.07 грамма N2O4.
Однако, если теперь вы загляните в вики (в статью про РД 275) или на сайт Хруничевского объединения (или другой справочник) и найдете там «Отношение окислитель/топливо», то вы увидите значение 2.6 (или 2.7).
То есть, в в двигатель подаётся смесь - заведомо и намеренно - обеднённая окислителем.
Или, иными словами - гептил сгорает не полностью. Какая-то часть - не сгорает совсем, другая - сгорает не до конца, не до безобидной воды и азота.
Это кстати, типично не только для гептиловых двигателей. Но и для других типов тоже - в камеру сгорания стараются подавать смесь, обеднённую окислителем - по сравнению со стехиометрией.
Почему? - в рамках данного поста это не важно.
Важен только сам факт:
Горючее в ракетных двигателях сжигают НЕ полностью.
В-третьих,
Из-за некоторых особенностей конструкции РН Протон, в гептиловых баках всегда остаётся «технологический остаток».
В документации Протона это называется «плановый пролив».
Для первой ступени Протона это примерно 2000 кг гептила, для второй ступени ~ 750 кг.
То есть, при каждом пуске, безо всяких аварий, в районе падения первых ступеней Протонов проливается из разбитых баков 2 тонны гептила, а в районе падения вторых ступеней - 0.75 тонны.
Картина третья - китайская пессимистическая:
Да, все нормальные страны (т.е., страны с высоким уровнем культуры ракетного конструирования)
отказались от гептила (или аналогичных алкилгидразинов) как топлива для первых-вторых ступеней ракет.
Одни раньше (Япония, Европа), другие позже (США), но - отказались.
А с треснутым корытом с гептилом остались - Россия, Индия и Китай.
Первые две страны погоды не делают - Россия уже, Индия ещё.
А вот Китай - экологическую погоду (гептиловую) делает, и потому требует отдельного рисунка - «Рис.3» выше.
На Рис.3 показаны эксплуатируемые сейчас гептиловые ракеты Китая, также показана для сравнения заправка Протона.
Внизу, серыми прямоугольниками помечены три самые используемые группы (№1, №2 и №3).
Да, китайские CZ поскромнее Протона размером - зато они чаще летают.
Так что в последние годы Китай вполне подобрался к былому гептиловому «величию» Роскосмоса,
осваивая в год около 7000 тонн гептил-тетроксидного топлива.
Однако, у Китая есть и светлая сторона, оражённая в следующей картине.
Картина четвёртая - китайская оптимистическая:
Китай разработал новую линейку ракет семейства CZ - без гептила в бустерах и основных ступенях. Кроме того, появилась группа твердотопливных легких и сверхлёгких ракет. Легкие - и дешёвые - ракты сейчас представляют особый интерес - в связи с бурным развитием микро и нано спутников.
В целом, Рис.4 показывает, что наряду с общим ростом числа орбитальных пусков - в Китае растет и доля «без-гептильных» ракет. В последние два года на их долю пришлось около трети всех пусков. Соответственно, есть надежда, что в недалёком будущем потребление гептил-тетроксидного топлива Китаем - существенно снизится.
В табличке ниже - «Хозяйке на заметку» - я собрал все новые китайские ракеты с указанием топливных пар и классов по грузоподъёмности:
Rockets
Propellants
Class
Booster
First stage
Second st.
Third stage
Fourth
Chang Zheng:
CZ-5
Heavy
4x
RP1/LOX
LH2/LOX
LH2/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-6
Light
none
RP1/LOX
RP1/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-7
med-heavy
4x
RP1/LOX
RP1/LOX
RP1/LOX
N2O4 /UDMH
none
CZ-8
Medium
2x
RP1/LOX
RP1/LOX
LH2/LOX
none
none
Kuaizhou:
KZ-1A
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
Liquid
KZ-11
Light
none
Solid
Solid
Solid
none
Shian Quxian-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
Jielong-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
Gushenxing-1
X-Light
none
Solid
Solid
Solid
?
[Экологический Эпилог]
И в завершение - обещанная Дискотека с Национальной Идеей.
Click to view