На какую высоту можно было бы поднять груз массой 2 т если бы удалось

О том, почему нам не нужна супертяжелая ракета-носитель для полетов на Луну и Марс | Автор топика: Eoforwine

Прогресс техники дело обычное, но до сих пор непривычное для участников технических перемен.

Вот и для ракетных технологий наступает время перемен. К сожалению, это сопровождается когнитивным диссонансом, жертвы которого отказываются признавать очевидное и изо всех сил цепляются за привычные стереотипы, навязывая будущему худшие варианты развития.
Вот нечто подобное происходит и с анализом вариантов развития космонавтики. За основу берется та же ракета, но более тяжелая. Вот предложения по супертяжу: «2027 год - создание РН грузоподъёмностью 80-100 тонн. 2033-2040 год - создание РН грузоподъёмностью 160-180 тонн».
Планы создания сверхтяжелых ракет критикуются, ведь дело это очень дорогое – от 15 до 30 млрд. долл. Основной аргумент – объекты необходимой массы можно собирать на орбите, благо технология стыковок хорошо освоена.
Другим дополнительным аргументом против супертяжей является и быстрое развитие техники трехмерной печати из металла. Европейская программа AMAZE предусматривает изготовление космических аппаратов при помощи 3D-принтеров, что так же уменьшает потребность в разовом выводе свертяжелых объектов в космос – достаточно использовать обычные ракеты-носители для заброски малыми порциями металлического сырья на орбитальные платформы со станками трехмерной печати.
Можно указать еще один, решающий на этот раз аргумент против грандиозных трат денег налогоплательщиков на супертяжи. Есть новые транспортные технологии, внедрение которых решает проблему вывода больших квантов груза обычными ракетами. Информация о таких технологиях есть в предыдущем «посте» (см. «На Марс за счет запасов потенциальной энергии Луны»).

1 – старт корабля.
2 – сброс многоразовых ракетных ускорителей и аэродинамического покрытия.
3 – полет по баллистической траектории и коррекция скорости в соответствии с расчетной циклограммой подъема.
4 – поворот на 90 градусов для выставления буферной плиты в рабочее положение.
5 – создание низко плотных сгустков рабочего вещества: кортеж микро-спутников (800-1000 шт., или на порядок больше) выпускает в перпендикулярном (или близком к нему) направлении относительно траектории полета поток капель жидкого вещества (жидкие азот, кислород, тетраоксид азота, вода, метан, гидразин, дициан, водород или еще многое другое) по способу близком к способу к генерации капель в капельном холодильнике либо выдвигает тонкую пластину с низкой плотностью или мембрану из полиэтилена и т.п.
6 – зависание при помощи двигателей на заданной высоте и разгон под действием импульсного потока рабочего тела. Порции рабочего тела сталкиваются с буферной плитой и передают импульс движения.
Смысл новой технологии в том, что бы использовать потенциальную энергию лунного вещества в гравитационном поле Земли для энергоснабжения стартующих с Земли кораблей.
Для выброса тел с Луны требуется скорость около 2,4 км/с, а при подлете к Земле на минимальную высоту недалеко от линии Кармана скорость этого тела достигнет почти 11 км/с. Если сравнивать по затратам и приросту кинетической энергии, то энергетический доход почти в 20 раз больше энергозатрат. Как воспользоваться это даровой энергией для запуска космических кораблей, можно увидеть в анимационных роликах, размещенных ниже.
Фрагмент видео о КТС с кинетическими двигателями
Поная версия видео по КТС с кинетическими двигателями
Итак, как можно заметить после просмотра видео, теперь ракета не нужна для разгона кораблей до космических скоростей. Её роль стала более скромная – поднимать космические корабли на небольшую высоту (110-150 км), где дальнейший разгон до первой космической скорости совершается в результате столкновения с орбитальным потоком вещества. Для подъема на такую высоту ракете не нужно много топлива и её полезный груз может быть раз в десять больше обычного. А увеличение массы груза ракеты означает уменьшение удельных затрат на транспортировку. К тому же такая ракета может иметь и дополнительный запас топлива, который может быть использован для торможения двигателями при посадке, что означает (вспомним опыты Э. Маска) многоразовое использование такой суборбитальной ракеты.
Если использовать одноступенчатую суборбитальную ракету, изготовленную на базе РН «Протон-М», то при равной стартовой массе равной 705 тоннам, масса полезного груза (т.е. космического корабля) такой ракеты составит 250 тонн ( при подъеме на высоту в 120 км, удельном импульсе ЖРД в 3000 м/с и запасе топлива для гашения скорости падения при возвращении 200-300 м/с). Масса корпуса корабля с буферной плитой и амортизаторами, если рассматривать вариант близкий проекту «Орбитрон 2», будет равна 50-100 тоннам. Соответственно, на долю полезной нагрузки корабля останется 150-200 тонн. Таким образом, использование космических кораблей, оснащенных кинетическими двигателями и орбитальными системами подачи рабочего тела в двигатели, решает задачу вывода квантов груза массами от 80-100 тонн и до 160-180 тонн, без затрат денег и времени на разработку сверхтяжелых ракет типа «Сатурн-5» и «Энергия».
А теперь о возможности создания подобной системы до создания ресурсо-добывающих баз на Луне или астероидах. На этапе внедрения описываемая транспортная система может работать за счет рабочего тела, запасы которого создаются поставками не с лунных баз, а обычными средними ракетами с Земли. Экономический выигрыш здесь несомненный: критики проекта суперракеты отмечали ее неизбежно малую частоту пусков, которая приведет к большим издержкам эксплуатации и повышению удельной стоимости доставки грузов в космос. Так вот, получается, что при запуске нагрузок массой до 250 тонн упрощенными одноступенчатыми многоразовыми суборбитальными ракетами аналогичными РН «Протон-М», нет простоев ракеты-носителя. А потому эксплуатационные расходы, с учетом выросшей в разы грузоподъемности и обеспечения многоразовости, сокращаются. Плюс к этому экономится не менее 15 млрд. долл. на разработку классической суперракеты. Эти средства пойдут на создание более совершенной воистину революционной космической транспортной системы: оснащение космических кораблей кинетическими двигателями обеспечит доступ к Луне, Марсу и другим важным объектам Солнечной системы.
Приложение 1: Учебный фильм о КТС с кинетическими двигателями
Приложение 2: Анимация проекта "Орион" - космического корабля с ядерным пульсирующим двигателем.

Tags: На какую высоту можно было бы поднять груз массой 2 т если бы удалось

Физика На какую высоту можно поднять груз массой 3 т, используя энергию, полученную при сжигании 0,2