Статья от декабря 2019 г.
В последнее время я все чаще замечаю странные споры о новом детище Starship от SpaceX, поэтому решил немного пояснить, откуда взялись те или иные цифры, полетят ли на нем 100 человек, станет ли он регулярно летающим кораблем.
, как им пользоваться и т. д. Перейти.
Для начала по поводу 100 членов экипажа и диких заявлений о том, что такое количество людей не поместится в ракету, которая лишь немногим выше Сатурна-5.
Первые две ступени Сатурна могут иметь диаметр 10 100 мм, но его верхняя ступень имеет диаметр всего 6 600 мм.Соответственно, внешний диаметр на уровне точки крепления полезной нагрузки (Payload) также составляет всего 6,6 метра.
В пилотируемых ракетах-носителях обтекатель сужается непосредственно от места крепления к корпусу служебного модуля корабля «Аполлон», что еще больше уменьшает внутренний полезный объем.
Даже в последнем полете, в варианте Скайлэб-1, где был установлен полноразмерный обтекатель, сужающийся только к носовому обтекателю, где вдобавок отсутствовала САС (Поскольку в космос запускалась пустая станция, а не экипаж) — его диаметр соответствовал размерам разгонного блока «Сатурн-5».
Широкое распространение стали получать выступающие на полметра с каждой стороны обтекатели-«грибовидные формы», как на многих современных грузовых ракетах, в том числе на «Фалькон-9» и «Р-7» девятого поколения (серии «Союз-2.1» и «Союз-СТ»).
использовался только где-то ближе к концу 80-х на Титане-IV/Ариан-4
Титан-403Б с США-152 (Лакросс) — NROL-11, запущен с авиабазы Ванденберг SLC-4E 17 августа 2000 г.
с увеличенным обтекателем.
Однако вспомните, насколько огромным был Скайлэб, хотя он был ограничен диаметром третьей ступени Сатурна-5. Погуглите фотографии, если вы их никогда не видели: внутри невероятно просторно по космическим меркам.
Ее герметичный объем был размером с грузовой отсек шаттла, поскольку сама станция была сделана из той же S-IVB, третьей ступени «Сатурна», которая последней вывела ее на орбитальную траекторию.
Внутри было даже достаточно места, чтобы немного полетать.
А теперь сравните это с Салютами, или с гермомодулями ЛМ2 от SpaceLab, которые американцы устанавливали в шаттлы вместо полезной нагрузки, пока МКС не ввели в эксплуатацию.
Конечно, «Мир» уже был больше «Скайлэба».
И по габаритам, и по обитаемому объему, и по весу, и по количеству размещаемой на борту нагрузки, но всего этого он достиг за счет многомодульности.
То же самое касается и МКС.
Станции стали гораздо лучше, продуманнее и удобнее, но все же три метра против шести — две большие разницы, Скайлэб мог бы ощущаться каким-то «предприятием», где из люка лабораторного отсека к вам теперь полетит капитан Кирк, а новые станции подобны тем коридорам, увешанным проводами, с которыми мы их ассоциируем.
Итак, теперь давайте перейдем к самому Starship. У него нет внешнего диаметра 6,6 метра, нижняя половина корабля — те же 9 метров, что и первая ступень.
Если обитаемая кабина пустует, то ощущения от нее станут даже лучше, чем от Скайлэба.
А даже если и нет, вы знаете, что за стенами все еще спрятаны каюты.
Помимо диаметра, еще одним фактором, влияющим на полезный объем корабля, является его массивность.
Он не установлен на полезной нагрузке ракеты, не скрыт под обтекателем — он сам является второй ступенью ракеты.
Точнее, SuperHeavy – это его первая ступень.
Соответственно, все свободное пространство теперь является частью корабля.
Посмотрите на «Союз», там можно наскрести три-четыре кубометра пустого пространства между обтекателем и внешним контуром корабля.
Все это вместе, увеличенные габариты и цельная конструкция дают нам потрясающее жилое пространство в 1100 кубических метров.
Как вы можете себе представить 1100 кубов? Это внутренние размеры МКС, весь ее обитаемый объем примерно 1000+-30 кубических метров.
Ну или 1250 кубов за 4 года, когда наши родят остальной российский сегмент. Если МКС — недостаточно удачный пример, поскольку в ее модулях можно запутаться без виртуального посещения с одного конца в другой, то это больше, чем внутренний объем грузовой кабины Ан-124 «Руслан», который 1050 куб.
м.
Тот, который легко вмещает двухвагонный трамвай, четыре морских контейнера, пару танков, почти 900 пехотинцев в полной форме или весь фюзеляж суперджета.
Если сравнить тот же шаттл, то получим 400 кубов полезного объема, внутренняя герметизация + шлюзовая камера + грузовой отсек.
Не слишком много, правда? 
Поэтому если кто-то думает, что 100 человек на одном таком корабле будут как шпроты в банке, то это совершенно не так.
Шпроты в банке были именно экипажами шаттлов, которых можно было запихнуть на две палубы жилым объёмом 30,6 кубометров в количестве десяти жоп в летных костюмах.
В расчете на душу населения это то же самое, что и в Союзе (10,5 кубов), только у вас 6-7 соседей вместо двух.
А тут получается 11 кубометров на человека, если взять на борт сотню пассажиров.
То есть это комфортнее, чем летать в одиночку на «Союзе».
По сравнению с существующими кораблями это просто рай.
Каждая каюта имеет 4 кубических метра наружных размеров, внизу напихайте 100 кубов личных вещей с ручной кладью, а еще половина объема останется для общего помещения, двигательной установки, душа и каюты.
Если люди провели на Аполлоне почти две недели, и ничего не произошло, то с личной каютой и тырнетом на Луну можно будет отправить кого угодно, это оптимальные цифры для комфортного полета на Луну и уровня комфорта достаточно для регулярных рейсов.
Если у нас будет соответствующая инфраструктура, конечно, если нам понадобится хотя бы ежеквартальный лунный микроавтобус на 100 человек (столько же, сколько нынешняя продолжительность смены на МКС), то нам нужно будет построить хотя бы небольшую деревню и пара научных и промышленных объектов.
Что же касается по-настоящему «консервированных» условий, то для них на борт старшего корабля нужно втиснуть тысячу человек.
И, кстати, есть два случая, когда делать это выгодно.
Во-первых, если у нас будет огромная орбитальная станция с доками и заводами, где живет и работает целый город. В среднем 3-6 часов полета на коротком замыкании, половина дальнемагистральных линий служит в 1,5 раза дольше; если на самолетах мы выдержим такие полеты, то и в условиях регулярных рабочих полетов по дежурству в космосе.
Во-вторых, это регулярные полеты между двумя точками Земли.
Если еще и со станцией надо состыковаться, которая занимает минимум пару витков (А чтобы это сделать за один, нужно удачно попасть в пусковое окно, или потратить много дельта-шунтирующих ЭПР, а у такого корабля есть много характерной скорости = еще больше топлива, зачем тратить лишние, если можно сэкономить, слив лишнее до станции), то полет по орбите между двумя противоположными точками шара занимает всего полтора часа.
Это уже продолжительность короткого среднемагистрального рейса.
В отличие от Луны, где экономия и комфорт граничат друг с другом, здесь полностью побеждают принципы современной авиации, направленные на максимальное увеличение количества пассажиров.
На коротком перелете столовая и спальная кабина особо не нужны, можно слушать музыку прямо в кресле, но если плотность на борту не менее 1 человека на 1 куб.
м, то стоимость одно место упадет до 1818 долларов.
Перевозим 1 кг ПН на LEO дешевле, чем сейчас.
Билет за $2200-2500 (с учетом маржи, на что-то еще нужно поесть) легко может себе позволить почти половина жителей планеты хотя бы раз в жизни.
Но вряд ли на это будут откладывать очень бедно обеспеченные люди с зарплатой $100-150, поэтому будем рассматривать только средний класс и богатых.
Средний класс, наверное, с радостью бы каждый год баловался полетами в отпуск на таком монстре, но те, кто летает регулярно только бизнес-классом, в большинстве своем предпочтут платить за скорость, а не за комфорт. Сверхзвуковые средне- и дальнемагистральные рейсы — для простых смертных, а Srarship — как настоящий бизнес-класс.
P.S. Это была основная проблема при выводе из эксплуатации «Конкорда».
Недостаточно досок, слишком дорогие билеты.
Со старшим кораблем этого не произойдет, потому что за такие быстрые полеты и возможность прикоснуться к космосу (А еще и заниженные цены, он будет не дороже, с учетом инфляции, чем Конкорд) - вам придется чтобы заплатить деньги, не волнуйтесь.
Но на самом деле вам не нужно много.
Это огромный многоразовый космический корабль, даже если их 10, и каждый летает хотя бы раз в месяц – это уже дико.
И речь идет об уровне пассажиропотока, при котором потребуются ежедневные рейсы с парком, достигшим трехзначной численности самолетов.
Это коммерчески выгодная космонавтика, в которой за счет использования однотипного транспорта и его полной многоразовости удешевляются любые способы его эксплуатации, включая пассажирские перевозки, обслуживание орбитальных станций, вывод грузов на орбиту и полеты на орбиту.
Луна и ее поверхность.
Да и к тому же, несмотря на многоразовое использование, фактор экономии увеличения производства не исчезает, ведь по сути старшие корабли будут курсировать между базами хранения своих ступеней, так как старшие корабли двухступенчатые, а корабли со своими ступенями Этап будет перевозить пассажиров и срочные грузы — на первых этапах каждый рейс будет возвращаться на стартовую площадку и закрепляться за ней.
Но будет ли это космодром или стартовая площадка, построенная в окрестностях международного аэропорта крупного мегаполиса, особого значения не имеет. И из этой массовости снова вытекает очередной пункт удешевления: базовый набор для обслуживания корабля будет в каждом «Космодроме», а сам корабль полностью универсален.
Это значит, что из Нью-Йорка на нем можно будет полететь не только в Москву, но и на орбитальную станцию, и на Луну.
Это значит, что затраты на логистику сокращаются, и опять же есть польза.
Но нет, конечно, эта штука не доставит на Марс 100 человек; в нем невозможно хранить столько воды, еды, воздуха и снаряжения.
Системы обработки воды и регенерации кислорода для такого количества людей займут очень много места, а достаточное количество еды, даже самой простой сублиматной, и без них займет почти все пространство на корабле.
А вот 10 человек вполне возможно, им будет достаточно места, и при этом они будут чувствовать себя очень свободно, у каждого человека будет комната 4,8 х 4,8 х 4,8 метра.
Конечно, половина из этого будет заполнена ресурсами и грузом, а другая половина - большую часть общего пространства, но вполне возможно установить полноценные каюты, со своим туалетом и душем.
*Примечание: ну, например: «Это очень возможно».
Это возможно, с точки зрения удобства экипажа.
Мы не рассматривали вопрос топлива.
А с ним все очень.
Очень хреново, мягко говоря, вы видите этот рисунок? 
Это визуализация необходимой CV (характеристической скорости) для достижения разных планет нашей системы.
Нас интересует участок от опорной орбиты Земли до поверхности Марса, который легко расходует ~6 километров в секунду запаса топлива.
(Нет, не смотрите на 3800, это нам нужно для взлета, а приземлиться мы будем на аэродинамическом торможении, которое сначала снизит скорость, вместо того, чтобы тратить все 1440 м/с на создание круговой орбиты) парашюты и 500- 600 м/с, чтобы немного притормозить и аккуратно присесть).
Это много или мало? Ну совсем нет, столько в любой зонд напихивают. Если же речь идет только о тех, у кого ЖРД, то либо ракета сама вывела их во второй космос, и они использовали летный модуль для коррекции и торможения ("Кьюриосити"), либо их вытолкнули на геопереходную орбиту, с где они вышли в межпланетное пространство на своей РБ, которую затем сбрасывали по исчерпании топлива (Двухступенчатый полет).
Плюс - "Вояджерам", "Пионерам" и т.д. мы прибавляли к скорости километры в секунду благодаря точным гравитационным манёврам, но вообще большинство этих аппаратов сейчас оснащены ЭРД (ионно-плазменными двигателями, в которых, кстати, наши страна один из лидеров), у которых даже с ядерным реактором на борту нормальной тяги не будет, и полет будет слишком долгим.
Но дело в том, что они маленькие.
А что касается Starship, то.
Ну в общем, смотрите 
Это снимки в момент отделения второй ступени и в момент выхода на орбиту космического корабля «Союз-МС-15».
Скорость корабля в момент запуска двигателя второй ступени ~ 3,6 км/сек, а в момент выхода на орбиту ~ 7,5 км/сек.
Соответственно, на третьей ступени «Союза-ФГ» запас топлива составляет условно ~3,9 – 4,0 км/сек.
Для орбитальных ступеней ракет, выполненных на основе топливной пары керосин-кислород, это в принципе нормально (скорость потока 3475 м/с).
Поскольку эти ступени работают исключительно в космосе и имеют жидкостные ракетные двигатели, оптимизированные для работы в условиях вакуума, они обладают самым большим дельта-запасом.
Плюс они разгоняют до максимального значения сам корабль, но это не имеет значения, ведь речь идет об атмосфере, которая съедает большую часть дельта-V первой ступени и часть второй.
Единственное, что имеет значение, — это чистая характеристическая скорость.
Наш Starship-Superheavy-BFG летает на метано-кислородных двигателях Raptor; у них немного более высокий CV, чем у их керосин-кислородных аналогов, поскольку само топливо имеет более высокую ценность.
Самая высокая КВ среди жидкостных ракетных двигателей у топливной пары водород-кислород - 4440 м/с, но одним из недостатков является очень серьезная криогенность топлива; если кислород и метан имеют близкие температуры испарения, то жидкого водорода требуется гораздо меньше, и он «испаряется» из резервуаров гораздо быстрее.
Но это все второстепенное дело.
Вернемся конкретно к нашему красавцу.
Итак, у него всего два шага.
У каждой дельты должно быть больше.
Даже если у него дельта около 5+ км/сек, допустим, везём его на ГПО.
Пристыковываем к нему один танкер, второй в дополнение к тем 5-6, которые заправляли его на НОО.
Кроме того, мы принимаем, что сама ракета имеет дельту, как у Сатурна, 10,5 км/сек, то есть на разгонном блоке дельта еще больше.
Даже идеальные условия, когда дельта, необходимая для попадания на Марс, падает, а Луна в состоянии пролететь мимо нее, сэкономив немного топлива, и мы в идеале упадем в гравитационный колодец Марса - можно спасти, ну, может быть скажем метров еще 500-600 в придачу.
Даже в самых идеальных условиях, если его характерная скорость будет больше 5 км/с, у нас на самом корабле не хватит топлива, чтобы достичь даже поверхности Марса; оно закончится.
Где-то во время попытки ухода с орбиты на поверхность, в процессе приземления.
В результате полностью заправленный корабль вряд ли сможет доставить нас на Марс, не говоря уже о том, чтобы вернуться.
Для возврата нужно потратить всю красную линию из схемы выше, а это уже столько же, сколько мы потратили на полет на Марс, даже чуть больше.
Плюс нам бы хотелось иметь сверху запас в 1 км/сек, который мы могли бы потратить на пути к Марсу для коррекции и при возвращении на Землю.
Все это без выхода на орбиту, просто с использованием чистой аэродинамики, которая на Земле превратится в вход со скорости полета (выше второй космической скорости).
Итого, нужно куда-то вынести дельту 14 км/сек для полета.
Не считая 9,3 км/сек для вывода груза на низкую околоземную орбиту.
Что делать?
Нет, Супер-СуперХэви просто не хватит, если добавить к бортам два ускорителя, то Звездолет придется либо пустовать, либо, еще лучше, переносить топливо на нижнюю ступень при выходе на орбиту, и весь структуре потребуется за 5-7 рейсов дозаправка 3 - 3,5 тыс.
тонн топлива.
Ну или приобретите не два, а четыре РБ, тогда можно не беспокоиться о заливе топлива, а заправлять только частично использованный центральный блок.
Но даже в этом случае этого будет недостаточно, так как целый, полностью заправленный СуперХэви имеет характерный запас скорости всего ~10,5 км/сек (И это мое предположение, что это как Сатурн 5).
И нам понадобится еще около трех километров.
То есть с точки зрения дизайна SuperHeavy — еще один аналогичный шаг.
И оказывается, что для того, чтобы Starship вернулся, нужно запустить на Марс трёхступенчатую, почти двухсотметровую ракету, которая на старте будет весить столько же, сколько атомная подводная лодка, которая хрен ещё и умеет отправить в космос.
Игроки КСП теперь будут шутить про кучу морковки, но это правда.
Можно, конечно, рассчитывать на дешевизну ступеней, но это все шутки, а на самом деле - когда ты уже сжигаешь вторые десять тысяч тонн топлива - то сгорят его только десятки миллионов, а пуски сами по себе в 100 раз дешевле из-за многоразовости.
При этом ракеты упадут в цене только пропорционально спросу на них, в 2-3 раза, не более.
Никто, конечно, не будет подвергаться таким издевательствам.
Фактически, наш план полета на Марс остался прежним.
Строительство здорового транспортного корабля на орбите, достаточно лёгкого и с атомной силовой установкой.
Вы не можете положиться на SpaceShip. Но, если он все-таки станет коммерчески успешным, то либо его можно будет использовать для сборки этого корабля, либо к тому времени все исследования по двигателю VASIMR будут завершены (А может, полетит и наш многострадальный атомный буксир, раз уж мы речь о 2040-х годах) - из него смогут сделать спецверсию, с нормальным плазменным двигателем и мощными ядерными реакторами, оставив только один маршевый двигатель и дельту для взлета с Марса (Который как бы еще должен будет 4 км/сек, и займет значительную часть этапа обслуживания, подойдет. Поиграются с соотношением, после выхода из атмосферы сразу включится ядерный двигатель (Но только если у него будет достаточная тяга не только для межпланетных полетов полет, но и противостоять гравитации Марса).
Но в целом для полетов предпочтительнее массовые корабли; борт, подобный «Пегасу» из «Марсианина», или аналогичный корабль стоит десятки миллиардов долларов, на его постройку уходят годы, и сначала он должен отбить себя.
Даже если его собрать с помощью дешевых старших кораблей, затраты на запуск будут меньше стоимости самого корабля.
Ну, даже если такой корабль можно будет эксплуатировать столько, сколько летает МКС, никто на нем летать 35 лет не будет, слишком он устареет, он может и будет работать сколько угодно, но это страшно, и это страшно менять, переписывать и патчить оборудование - проще построить новое.
Результаты приведены ниже:
Starship — это не корабль для Марса; он просто не доберется туда с людьми на борту, не говоря уже о возвращении.
Даже если мы устроим ему такой топливный баланс, чтобы перед посадкой ему хватило топлива, его придется дозаправлять на поверхности Марса.
А для этого сначала нужно построить там базу по добыче и переработке топлива.
Даже с ядерным электроракетным двигателем, или ядерным жидкостным ракетным двигателем (Тип РД-0410), перспективы самостоятельного полета на Марс весьма туманны.
ЖРД имеет КВ всего в 2 раза выше, чем у аналогичного простого ЖРД + масса реактора, даже если все пойдет хорошо, пары километров дельты все равно не хватит. Но это не значит, что его нужно забрасывать помидорами, корабль сам просто в ужасе, если он выстрелит, будущее принадлежит ему, остальная планета его догонит, а Илон будет еще чаще шутить по этому поводу.
что его хотят убить спецслужбы РФ и Китая.
Для баллистических гиперзвуковых пассажирских полетов корабль хорош, но не лучший.
Лучше этого был бы гиперзвуковой шаттл с комбинированным режимом работы, как «Скайлон».
Никаких ступенек, приземление на любую полосу, дешевле в обслуживании, но.
Во-первых, на взлетающем шаттле с ВВП и комбинированной двигательной установкой долететь до Луны с вменяемой полезной нагрузкой (если это вообще возможно, учитывая УИ его двигателей) крайне сложно, и ограничатся только наземные полеты, максимум, для доставки людей на станции на уровне орбиты МКС, а Starship только на Луну были бы слишком дороги.
А во-вторых, где этот Скайлон? Проект старше меня, а самому мне уже исполнилось 25, после пары новостей о том, что наши хотят инвестировать в британский проект, пришли санкции, и без них дальше разговоров дело бы не продвинулось.
Я был рад как безумец, когда узнал, что они что-то тестировали в ноябре, но оказалось, что это даже не масштабная модель, а полноразмерный прототип будет доступен только через год, в общем, я уверен, что SpaceShip появится раньше британского шаттла.
SpaceX хотя бы только что анонсировали корабль, два года его перепроектировали и все, уже построили пару летающих звездокопов, один из которых в шутку чуть не взорвали, а второй почти размером с будущий корабль .
В общем, это наш график нового корабля от SpaceX, и с вами был Мирон_Блик, и всем спасибо за внимание! Теги: #Космонавтика #космос #Марс #Илон Маск #spacex #Звездный корабль #ракета
-
Как Начать Ссылочную Кампанию
19 Oct, 24 -
Html-Парсер В Стиле Jquery
19 Oct, 24 -
Безопасность, Инструкции И Интеграторы
19 Oct, 24 -
10 Слайдов С Agiledays 2014
19 Oct, 24 -
Seti@Home Помогла Вернуть Украденный Ноутбук
19 Oct, 24
