Секретный советский проект: атомный автомобиль
Я не хочу жить в мире где существуют атомные котлы производства Автоваза.
Ставим на ракеты Starship, Энергию-М и Зенит другие двигатели, смотрим что получилось и делаем выводы
Мы часто слышим что один ракетный двигатель в чем-то лучше другого, например давлением в камере сгорания. Но насколько серьезно это может влиять на главную характеристику ракеты - носителя, - полезную нагрузку?
Чтобы выяснить это, я рассчитал полезную нагрузку для ракет Зенит и Энергия-М с разными двигателями, вот что получилось
Сравниваются двигатели одних и тех же компонентов топлива и с мощностями, которые принципиально позволяют их использовать на соответствующей ракете - носителе. Учитывается изменение массы двигательной установки, принято допущение что остальные массы ракет остаются неизменными.
НОО - Низкая Околоземная Орбита.
Под второй ступенью ракеты Энергия, подразумевается центральный блок.
Из этих диаграмм сразу видны причины отказа от F-1 и J-2 после программы Аполлон, они ужасно неэффективны. С ними полезная нагрузка упала на треть. А то сейчас конспирологи любят вспоминать
Видно что СССР создал двигатели на более суровых режимах работы, что на керосине, что на водороде. Трудно сказать насколько это обоснованно экономически, но факт интересный.
До того как провести этот расчет, я был уверен что американцы десятилетиями специализируются на водородных двигателях, и у них они будут самыми эффективными, но нет.
Получается, во времена лунной программы, пока американцы в равной мере делали упор на разработку мощных двигателей на керосине и водороде, советские ученые, создали хоть и менее мощный, но намного более эффективный керосиновый двигатель для работы на всех ступенях Н-1 (У меня еще есть пост: Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1).
НК-33 приятно удивил. Но возник вопрос, а нужно ли тогда было годами разрабатывать линейку РД-170/180/190, кто знает, напишите в комментариях.
Теперь давайте поговорим о Starship Илона Маска. В мире пока не много метановых ракет, это новый тренд, а Starship на других компонентах топлива уже совсем другая ракета, другие массы, другие размеры.
Но меня давно мучает вопрос, а что если бы был аналог Starship на ядерной тяге. Например, как сильно бы это уменьшило размеры сверхтяжелой ракеты при той же полезной нагрузке, и какие бы дало преимущества.
Первая ступень Метан + кислород, предполагается что вторая ступень имеет ядерный двигатель с высоким твр (отношение тяги к весу) по меркам ядерных двигателей (или в случае с LANTR, приемлемым). Рассматриваются различные топлива для второй ступени.
LANTR - The L'OX-augmented Nuclear Thermal Rocket, то есть водородный ядерный двигатель с впрыском кислорода.
Это наиболее изученная технология в сравнении с двигателями остальных ядерных старшипов.
Размеры ступеней меняются в зависимости от массы топлива, плотности топлива, и наилучшего соотношения масс ступеней в каждом отдельном случае.
Я предполагаю, в будущем, основные расходы на эксплуатацию многоразовой ракеты, - топливо.
Чем меньше масса, тем меньше затраты на топливо, тем дешевле полет.
Так же меньшая масса ступеней ракеты означает уменьшение количества двигательных установок, что удешевляет производство и поможет улучшить окупаемость ракеты.
Несмотря на то что водородный вариант получился самым выгодным по стартовой массе, стоит помнить что это одно из самых дорогих топлив в космонавтике.
Итого, ядерные двигатели значительно снизили массу ракеты - носителя, а возможно и расходы (но не факт).
Преимущества ядерных ступеней очевиднее на примерах когда требуется совершать затратный маневр. В случаях когда обычный Starship требует предварительно несколько заправок, его ядерный аналог может потребовать одну, или при некотором уменьшении массы полезной нагрузки, вовсе ни одной. Но это уже тема отдельного поста.
Какому топливу я бы отдал предпочтение? Очень трудно сказать, я рассчитал много месяцев назад, но до сих пор не определился. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.
Другие мои посты на Пикабу, которые я считаю удачными:
Был бы рад узнать ваше мнение и мысли в комментариях, спасибо за внимание.
Бутыль
Она празднично сияла на солнце, пузатая, 40-литровая. Судя по узенькому горлышку и внушительной толщине, раньше в ней хранили редкостную химическую гадость. Сейчас она была пуста. Стояла возле институтской помойки одинокая, но гордая – поодаль.
Тот, кто поставил ее так, дал ясный знак – забирайте, люди добрые, мож кому пригодится. Времена были светлые, люди строили коммунизм. На первых его островках, закрытых территориях продвинутых контор, щедро делились чудесными подарками из чего-то государственного, ставшего всенародным.
Юный советский инженер Леня просто не мог пройти мимо такой штуковины. Осторожно помахал ладошкой над горлышком, принюхался. Запах был приятный, еле уловимый. Несомненно от бражки, но какой-то очень породистой. Изысканный аромат. Эту бражку хотелось возобновить.
На дне виднелись засохшие остатки сусла. Хрен их было оттуда выскрести через такое горлышко. Ну и не надо, весело решил Леня. Такими ароматными заквасками не разбрасываются. Унес бутыль домой и приступил к операции. Накупил дрожжей, сахара, залил воду, поставил бутыль у батареи и стал ждать.
Вовремя сообразил главный риск – если оставить бутыль закрытой, то ее взорвет к чертовой бабушке. А если открыть, то никакой браги в принципе не получится: в бродящую среду проникнут молочнокислые бактерии, которые окислят образующийся спирт в молочную и уксусные кислоты.
В попытках решить эту проблему он додумался даже до перчатки с дыркой, «привет Горбачеву!», за полтора десятка лет до ее массового распространения. Немного подумав еще, дошел до идеи водяного клапана.
Эти банальные способы были им, впрочем, отвергнуты – в его распоряжении был уникальный узкопористый материал, разработка его института, из которого он сделал тампон. Газы, образующиеся при брожении, просвистывали через поры с такой околокосмической скоростью, что у молочнокислых не было ни малейшего шанса прорваться в обратном направлении. Бутыль находилась при этом под чудовищным давлением, но толстые стенки выдерживали. Расчетное время изготовления бражки сократилось благодаря этому изобретению с нескольких месяцев до недели-другой.
Проблема оказалась в том, что газов этих было много. Очень много. Изысканный аромат вскоре заполнил его однокомнатку. Постепенно он становился всё ядренее. Наконец даже принюхавшийся Леня сообразил, что вонь у него теперь, хоть топор вешай. Похоже, породистые одноклеточные грибы, принадлежащие к домену эукариотов, в просторечии дрожжи, вдрызг поссорились с обычными покупными и устроили с ними срач.
Леня подгадал глухой час ночной и тщательно проветрил комнату. За окном тревожно завыли собаки. Луна поспешно убралась за горизонт. Ей на смену приперлась склочная бабулька снизу, с претензиями.
Времена были строгие, за приготовление браги в таких количествах ждал товарищеский суд. Могли и вышибить из комсомола. Леня приуныл. Закрыв вид на бутыль от разъяренной бабки собственным телом, он с порога заорал ей радостно: «Извините, карантин! Травлю клопов! Сыплются отовсюду! Смотрите не подцепите!» Бабуля живенько так ретировалась.
Но после очередного проветривания не выдержала, явилась снова. Бдительно вглядывалась внутрь комнаты, пыталась ненароком заглянуть за туловище Лени. Он парировал эти попытки как бы случайными движениями. Бодро отрапортовал: «Клопов уже почти вывел! Ядовитейшая приманка – разработка нашего института! За тараканов вот теперь взялся. Мечутся сволочи! Главное сейчас, чтобы не расползлись отсюда по всему дому. От жеж зараза, по вашему тапку уже пополз!!» Хлоп!
Бабульку смело с порога. А Леня принялся горестно размышлять, что список известных ему вредоносных насекомых заканчивается. Оставались еще конечно в запасе перспективные катастрофические нашествия – вшей там, блох, мух це-це. Но всё это реально могло закончиться вызовом милиции.
Брага, между тем, стала уже достаточно забористой. Но она продолжала бродить, как океан Солярис. Одаривала всё новыми изысканными ароматами и окатывала изумительными миазмами. Породистые и беспородные очумевшие грибы явно устроили там гражданскую войну.
Что особенно встревожило Леню - в его квартире в самом деле исчезли тараканы. Перестали навещать мыши. Улетели мухи, сворачивали в полете под окном птицы.
Менее решительный человек давно бы уже вылил эту гадость подальше от дома. Но у Лени была небольшая зарплата. Жалко ему было потраченных денег и усилий. По некотором размышлении, решил он перегнать эту чертову бутыль в чистый этиловый спирт.
Сейчас, глядя на этого представительного, абсолютно порядочного 70-летнего инженера стратегически важной отрасли, которого уже который год упрашивают не уходить на пенсию, я начинаю думать, что в каждом мужике затаился закоренелый преступник. Самогоноварение в СССР было уголовно наказуемым деянием. Леня легко на него решился. Потому что ему в голову пришла интересная идея - каждая молекулярная фракция его бодяги имела свою температуру конденсации. Оставалось их последовательно испарить, осадить и удалить. Кроме спирта. Для этого Леня придумал самогонный аппарат собственной конструкции. Назвал его «химический холодильник».
О конструкциях нормальных самогонных аппаратов Леня не знал решительно ничего. В библиотеках той эпохи их чертежи найти было трудно. С тех пор этой темой не интересуется, но полный чертеж своего аппарата легко нарисовал по памяти.
Долго его описывать, но мне лично понравилась стеклянная трубка, пронизанная изнутри множеством стеклянных тончайших иголок, выдутых снаружи стеклодувом. Чисто эстетически. Эдакий ежик навыворот. «Ну да, изобрел велосипед!» - ехидно прокомментировали опытные самогонщики – «обычный дефлегматор!». Пару страниц с описанием его функций пропускаю. Вроде бы согласились суровые критики, что эта штуковина в ленином аппарате была нужная.
Еще там был змеевик, названный так Леней в шутку – ну какой же самогонный аппарат без змеевика. Что такое змеевик, Леня не имел ни малейшего понятия. Ему важно было придумать самому. Свою главную камеру он так назвал из-за формы ее стеклянной сердцевины. Она напоминала питона, который сожрал несколько кроликов.
Вообще говоря, вышеупомянутые опытные самогонщики со всей конструкции в целом оборжались. Эти жлобы привыкли видеть на выходе 95% спирт. У Лени же получилось не понять чё. Особенно им доставили его финальные упражнения с получившейся жидкостью. Методом процеживания на кофейных зернах. По мысли Лени, хорошо прожаренные зерна представляли собой прекрасный сорбент с нанопорами, в которых сивушные масла могли застрять, а спирт выйти наружу (специалисты отрицают, что это возможно).
Из дальнейшего подозреваю, что ленина самогонка попутно накачалась изрядной дозой кофеина. После перегонок весь продукт уместился в трех трехлитровых банках. Он взял парочку из них на природу, похвастаться перед друзьями. Вышел конфуз. Самогонка его пилась легко, как вода, но ни малейшего опьянения не вызывала. Леню засыпали подколками. А потом вдруг главный приколист глянул чёртом, опрокинул еще стакан, и зачем-то полез высоко на ближайшую березу, откуда вскоре горько заплакал. Изумленная этим событием, компания обнаружила, что никто не в состоянии даже встать. Зато всех пробило на тупейший ржак.
Боль в башке наутро была такой, что больше Леня к самогоноварению не возвращался. С изысканными ароматами завязал, с тех пор пьет только водку. Аццкую бутыль вернул на прежнее место.