StarShip на Венере.

[vitus_wagner]

Вот представим себе, что в некоторой планетной системе, очень похожей на Солнечную, на Венере давление не в сотню атмосфер, а около одной, и температура, соответственно, всего градусов на 10-20 теплее, чем на Земле.

И вот цивилизация, развившасяся там на тамошней Земле, примерно до нашего уровня, пытается освоить свою систему с использованием технологий примерно того же уровня, какие сейчас продвигает Маск. То есть да, есть космические корабли способные сесть на Марс и все что меньше, и самостоятельно взлететь. Но для старта с чего покрупнее им нужен бустер. На Земле вопрос решается легко - берем бустер, который поднимает корабль примерно до ста километров и разгоняет до 2 км/с. и потом его аккуратненько тормозим и сажаем. Как сейчас делают с первыми ступенями "Фалькона-9".

А вот как быть с Венерой? На Венере завода по производству бустеров нет. И чтобы его построить надо наладить регулярное грузопассажирское сообщение. То есть сделать так, чтобы садящиеся туда на аэродинамическом торможении Старшипы могли улететь обратно. Ну допустим, метан с кислородом добыть там не проблема. Перегнать туда несколько Старшипов-танкеров для орбитальной дозаправки тоже.

Но вот как доставить на Венеру бустер SuperHeavy? Он же совершенно не рассчитан на вход с в атмосферу со второй или даже с первой космической?

Upd: забавное решение по выводу SuperHeacy на орбиту.

Comments

[sizif73]

Заправить на орбите и аккуратно опустить на движках. Вряд ли на посадку нужно больше горючки, чем на взлет. Ну и укрепленную конструкцию можно разработать, хотя и лишний вес будет.

[vitus_wagner]

А посчитать?

1. Сколько нужно топлива чтобы эту штуку аккуратно вывести на орбиту, не используя аэродинамического торможения.
2. До какой скорости будет заторможен с первой космической скорости этот бустер, если он полностью израсходует свое топливо и будет тормозиться без полезной нагрузки. (тем топливом которе нужно для посадки можно пренебречь).
3. Сколько понадобится гонять старшипов-танкеров по межпланетной траектории, чтобы заправить этот бустер? Ведь поднимать топливо с поверхности планеты нам пока нечем.

Все это вполне считается в пределах школьного курса физики.

В википедии приведены следующие данные

Сухая масса 230 тонн
Масса полностью заправленной ступени 3530 тонн
удельный импульс двигателя Раптор в вакууме - 380с
можно грубо принять скорость истечения за 3700 м/с.

Получается, что вроде заторомзить до скорости явно меньшей той, с которой оно торомзиться при штатном пуске, мы можем. Более того, если мы каким-то образом ухитряемся вывести полностью заправленный буфер на траекторию, по которой он подойдет к Венере со второй космической скоростью, топлива должно хватить на погашение скорости.

Правда, не учтена та скорость, которую он наберет, падая в гравитационном поле Венеры. Но уж столько-то он аэродинамикой погасит.

Осталось решить две задачи:

1. Вывести бустер на околоземную орбиту (скорее всего вторым бустером это реально - сухая масса бустера меньше, чем сухая масса + полезная нагрузка Starship, так что еще на обтекатель останется)
2. Обеспечить сохранность криогенного топлива в баках бустера на протяжении полета по баллистической траектории к Венере.

[vera_croose]

А парашют даже не рассматривается?

[vitus_wagner]

1. Парашютных систем для объектов с сухой массой 230 тонн не существует.
2. Если нам удастся затормозить его до такой скорости, на которой парашют не сгорит мгновенно, то это будет такая скорость, с которой оно умеет штатным образом садится.
3. Для того, чтобы поставить вертикально на площадку трубу длиной 70 метров и диамтером 9, садиться все равно придется на двигателях. Парашюты достаточнйо аккуратности не обеспечивают.

[vera_croose]

А если парашют для 230-ти кусков топлива по одной тонне?
Или даже по 10+ ? :)

[vitus_wagner]

Кусков топлива у нас не бывает. У нас есть большая бочка для топлива с 37 ракетными двигателями на одном конце. Называется "первая ступень" или "бустер". Вместимость этой бочки 3500 тонн, а весит она 230 тонн.

Проблема в том, что эта бочка рассчитана на то, что ее скорость будет не более 2км/с. При старте с поверхности планеты это нормально. Но если бочка прилетела с другой планеты, ее надо с орбитальной скорости до этой затормозить.

[sizif73]

>1. Вывести бустер на околоземную орбиту (скорее всего вторым бустером это реально - сухая масса бустера меньше, чем сухая масса + полезная нагрузка Starship, так что еще на обтекатель останется)

А он сам себя на орбиту закинуть не сможет?

[vitus_wagner]

Сам себя на орбиту? Это ж SSTO будет. Голубая мечта всей мировой космонавтики - Single Stage To Orbit.

По-моему чего-то ему не хватит. В смысле, когда я рассчитывал дельту-вэ для этого бустера без полезной нагрузки, и получил более 10 км/c я не учитывал затрат на подьем от поверхности Земли на высоту орбиты и преодоление сопротивления воздуха. Боюсь что эти два фактора сожрут более 20% скорости и остатка уже не хватит.

[sergey_cheban]

> Правда, не учтена та скорость, которую он наберет, падая в гравитационном поле Венеры.
Падая в гравитационном поле из бесконечности с нулевой начальной скоростью, тело приобретает как раз вторую космическую скорость.

[vitus_wagner]

Оно не из бесконечности падает а с высоты порядка 60-100 километров, на которой кончило реактивно тормозиться. Эта высота будет явно не больше, чем та, на которой произошло бы разделение ступеней при старте с планеты.

[apollo-13.livejournal.com]

Можно использовать несколько Старшипов как полиблочную первую ступень. Мне кажется более сложный вопрос как построить старт для подобного монстра. Даже для одного полностью заправленного Старшипа взлет с неподготовленной площадки мне кажется серьезной проблемой.

[vitus_wagner]

Вопрос в том, какая нужна подготовка площадки.
Достаточно ли ее забетонировать на полметра или еще что-то надо.

Кстати, да. В схеме старта с Земли с дозаправкой нам нужен еще и кран, способный поднять 120-тонный (допустим, незаправленный и незагруженный) старшип на 70 метров и поставить его сверху на бустер.

Насчет использования нескольких старшипов в качестве первой ступени - ну не дюжину же их брать.
А у бустера 37 движков vs 3 у старшипа. То есть тут может быть проблема с тягой при отрыве от планеты.

[apollo-13.livejournal.com]

У Старшипа сейчас 6 двигателей и ничто не мешает поставить сколько нужно. Диаметр тот же что у Супер Хэви. Думаю 3 Старшипа в качестве первой ступени вполне достаточно. По стартовой массе примерно то же. Собирать можно пакетом как 11К37 но без верхней ступени.

[vitus_wagner]

Вообще интересный вариант. Причем, поскольку эта ступень все равно возвращаемая, то можно в качестве нее использовать те же танкеры, которые потом будут дозаправлять вывденный на орбиту корабль.

И в таком варианте венерианская база может функционировать до тех пор, пока там не будет построена достаточно продвинутая верфь, чтобы собрать SuperHeavy, привезенный по частям.

[vitus_wagner]

Получается что нам нужно всего лишь оборудовать старшипы двумя узлами для переливки топлива под 90⁰,чтобы эти узлы при этом держали те механические нагрузки, которые возникают при выведении (отнюдь не весь вес старшипа). Стыкуем квадратиком три танкера и то, что нам нужно вывести (4-й танкер или грузо-пассажитский корабль). Все работают своими двигателями, но питаются поначалу из баков двух танкеров через узлы перелива. Потом два опустевших танкера отстыковвываются и садятся, а третий продолжает кормить выводимый корабль. Потом отстыковывается и садится он, а корабль уже за счет своих баков довыводится.

[angry_elf]

Собсно, один из вариант компоновки старшипа - танкер. Он вполне себе летает до второй космической скорости и обратно на землю.

[vitus_wagner]

Он с Земли (и с Венеры) стартует тоже с бустером.

[permeakra]

>чтобы садящиеся туда на аэродинамическом торможении Старшипы

А зачем его сажать целиком? Почему бы не посадить небольшой возвращаемый модуль и грузовой отсек?

[vitus_wagner]

1. Потому что тормозим со второй космической скорости об атмосферу. После этого торможения потом разгоняться обратно для получения орбиты с перицентром вне атмосферы?
2. Потому что нам нужно заправить корабль для обратного рейса. А для этого поднять с планеты на орбиту много тысяч тонн кислорода и метана. На Земле мы это делаем старшипом-танкером. Значит и на Венере нам нужен старшип, который умеет с нее взлетать. А если он все равно есть, можно и грузы сразу на поверхность доставлять.
3. Потому что одноразовые грузовые отсеки придется возить с Земли. Сотнями.

[permeakra]

>Потому что тормозим со второй космической скорости об атмосферу. После этого торможения потом разгоняться обратно для получения орбиты с перицентром вне атмосферы?

а) Тормозить лбом об стенку для межпланетника на наших технология потребует очень крутой теплозащиты и серьезного каркаса.

б) Там не нужно так уж сильно разгоняться.

> На Земле мы это делаем старшипом-танкером. Значит и на Венере нам нужен старшип, который умеет с нее взлетать.

Надо. Только почему это должен быть *весь* корабль? Чего ради?

>Потому что одноразовые грузовые отсеки придется возить с Земли. Сотнями.

Зачем? Если у нас есть метан и алюмосиликаты, их вполне можно делать на месте. Это на вполне текущих технологиях возможно, просто очень энергоемко. Но если мы летим на сколь-либо длительный срок, эта проблема должна быть тем или иным образом решена.

[vitus_wagner]

Очень крутая теплозащита и серъезный каркас весят меньше, чем толпиво, необходимое для торможения двигателем. Чем больше планета, тем этот эффект сильнее. Но уже для Марса он достаточно велик, чтобы была выбрана эта схема.

Танкер должен быть ВСЕМ кораблем, потому что он должен умепть взлетать с планеты, набирать первую космическую, а потом тормозиться и садиться обратно. И да, нам еще его с Земли пригнать надо.

Нам нет большого делать грузовые отсекии на поверхности Венеры, поскольку они нам нужны. чтобы на нее груузы доставлять, то есть на ее орбите. То есть с поверхности Венеры либо материалы, либо готовые изделия надо все равно доставлять на орбиту.

И да, энергоемко. Учтите, что мы ограничепны в энергетике возможностями современной технолоии. То есть химическим топливом, солнцем и ветром. Поскольку вообще-то существующая эатомня энергетика на единицу массы установки (а для нас доставляюемая с Земли масса - критична) проигрывает в мощности этим видам, а выигрывает у химического толпива только в продолжительности кампании. Поэтому там, куда каждый ТВЭЛ нужно везти десятки миллионов километров, она имеет смысл только при катастрофической нехватке солнечной энергии. То есть где-нибудь на Титане.

Поэтому вместо того, чтобы делать на поверхности Венеры кустарные одноразывае контейнеры, поднимать их на орбиту, а потом сажать в них грузы, проще и дешевле посаддить на Венеру доставивший грузы космический корабль, построенный на Земле с её развитой промышленностью, имеющей в распоряжении самые разнообразные маатериалы и крупногабаритное оборудование, доставка которого она Венеру не возможна при данном уровне транспортных технологий, а потом поднять его обратно на орбиту.

Получится и безопаснее, и дешевле, поскольку производство в заводских условиях всехгда обходится дешевле кустарного.

[permeakra]

>Очень крутая теплозащита и серъезный каркас весят меньше, чем толпиво, необходимое для торможения двигателем.
Это работает, пока вы не упираетесь в предел материалов. С ростом массы аппарата во всю начинает работать закон куб-квадрат. А межпланетник, если на нем людей возить, должен быть очень большим - на нем лететь месяцы, и надо, чтобы долетели не инвалиды, а здоровые люди.

А во-вторых,


>Танкер должен быть ВСЕМ кораблем,
Зачем? =). Он должен уметь как минимум взлетать - да. Но вот для разгона до второй космической и для межпланетного полета выгоднее по суммарному времени полета и доставляемой массе использовать не химию, а высокоимпульсные двигатели. Возить их и сопутствующую им энергоустановку в гравитационный колодец нет никакого резона. Даже если тормозить лбом об стену.

>Поэтому вместо того, чтобы делать на поверхности Венеры кустарные одноразывае контейнеры,

Это какой-то сон разума, не знаю, где вы это прочитали. Я нигде не предлагал делать одноразовые кустарные контейнеры, а говорил про грузовой отсек в составе возвращаемого модуля. Но вообще вы подали отличную идею! По крайней мере поначалу основной поток грузов будет С Земли, при этом груз будет упаковываться в них на Земле. Тащить это избыточное количество грузовых отсеков порожними на Землю нет никакого смысла. Поэтому да, грузы с Земли будут возиться в одноразовых контейнерах на внешней подвеске.

[inkelyad]

> Тормозить лбом об стенку для межпланетника на наших технология потребует очень крутой теплозащиты и серьезного каркаса.

Каркас и теплозащита, говорите...

Если нам не очень жалко посадочную зону и груз не совсем хрупкий, то вмораживаем груз в глыбу какого-нибудь армированного пенопайкерита и прямо так и скидываем вниз. Большая часть этой конструкции, конечно, сгорит и отвалится, но наверняка можно подобрать размер булыжника так, чтобы груз целым оставался.

[fhunter]

Смотря по метеоритам, как то печально получается. Ну если только таким способом не терраформировать венеру :)

[apollo-13.livejournal.com]

Еще вариант сделать маленький возвратный корабль и использовать Старшип как первую ступень для него.

[vitus_wagner]

А смысл? Нам старшип нужен. Вся эта катавасия затевается ради того, чтобы возвращать с Венеры старшипы.
В смысле, у нас есть несколько десятков, ну может сотен старшипов, и нам надо на них грузы возить по всей системе.
То есть основная цель данного мероприятия - обеспечить возможность доставки грузов на Венеру старшипом с последующим возвращением этого старшипа для следующего грузового рейса.
У нас не флаговтык, у нас колонизация.

[inkelyad]

Очень-очень-очень большой аэростат. Такой, что плавучесть получается там, где атмосфера достаточно разреженная, что даже на первой космической мы не сгораем.
Надуваем на орбите, и потом годами тормозим об верхние слои атмосферы, сбрасывая скорость так медленно, как можно.

[vitus_wagner]

Не бывает. Как упыря.
Сгорать мы начинаем гораздо выше, чем атмосфера способна держать аэростат.

[tzirechnoy [lj.rossia.org]]

А почему, собственно, аэродинамическое торможэние не использовать?

По-моему, нормально.

Жэлательно, не одно, и возможно -- что одноразовым колпаком.

[vitus_wagner]

Перегрузки большие. Не рассчитана тонкая стальная бочка ни на тепловые, ни на механические нагрузки, возникающие при аэродинамическом торможении.

Собственно поэтому Маск отказался от планов по возвращению второй ступени "Фалькона-9", и стал вместо этого сразу Старшип строить. Что для аэродинамического торможения с космической скорости нужна совсем не такая архитектура аппарата.

[vlad_suh]

Надувной щит? Вроде бы, были теоретически рабочие проекты.

PS
Не покидает ощущение, что это ветка по Kerbal Space Programm.

[vitus_wagner]

В KSP условия ну немножко слишком шоколадные. Там стартовая планета размером чуть ли не с Марс.

[vlad_suh]

Для реализма там есть мод RSS/RO. Тем не менее, даже в оригинальной 10-кратно уменьшенной КСП сложность буквально заградительная для 90% игроков.

[tzirechnoy [lj.rossia.org]]

И да, вопрос твой не очень теоретический -- поскольку на венере, там, где примерно земное давление -- так и есть градусов на 10-20 теплее, насколько я помню.

Правда, там много серной кислоты и мало твёрдых метариалов для постройки всяких заправочных станцыей -- но это вопрос в впринцыпе решаемый.

[sizif73]

У антигидрогена в ЖЖ был пост о терраформировании Венеры.

[vitus_wagner]

Терраформирование - это сильно не сегодняшний уровень техники. Когда у цивилизации будут технические средства для терраформировании, вывод тысяч (или миллиардов)тонн грузы за пределы гравитационного колодца планеты для нее не будет представлять сложности.

[vitus_wagner]

Ну если не предпринимать решительных мер вроде описанных Розовым в "Дне Астарты", то для того, чтобы что-то строить на Венере в области, где давление примерно равно земному, сначала придется непонятно каким способом закинуть туда много-много техники, способной работать при давлении 100 атмосфер и температуре 400 градусов и разрабатывать там ресурсы, которые как-то поднимать наверх.

Серная кислота там по-моему, в основном чуточку ниже. Во всяком случае горизонт, где ее еще мало, а давление уже достаточно комфортно, вроде есть.

[slobin]

Случайно вместо "Старшипы" прочитал "Страшилы". Потом прочитал правильно, но мой вариант мне всё равно нравится. Можно использовать для какой-нибудь фантастики-альтернативки ближнего прицела. Возможно, как закрепившееся жаргонное название (за что их могли так прозвать?).

... Мимореальный музей ...

[vitus_wagner]

Вот посмотрим мы видео посадки первого старшипа после орбитального полета, и поймем, за что его так могли прозвать.

[vitus_wagner]

Еще представилась судоходная компания. называющая свои космические корабли именами персонажей соответствующих произведений, причем Баума и Волкова в перемежку. То есть там одновременно летают
"Элли", "Дороти", "Гудвин", "Озма","Страшила", "H.M.Bug" и т.д.

[legolegs]

Почему бы просто не доставить пакет двигателей и всякого прочего, а корпус и баки сварить из нержавейки? Нержавейку и сварочный аппарат доставить не проблема. Программа для аппарата и иструкции для сварщика разработаны и отработаны дома, на производстве остальных бустеров.

[vitus_wagner]

Потому что для этого портребуется организовать что-то типа вервфи. Кстати, пкакт двигателей в сборе тоже не доставишь, поскольку его диаметр равен диаметру корабля.
Потребуются краны и еще кое-какая оснаастка.

То есть это минимум 3-4 грузовых корабля. Которым придется сидеть на планете и ждать, пока бустер соберут. Плюс к этому минимум один корабль на завод по производству топлива и сжидению кислорода.

То есть всем этим можно развлекаться если у нас есть хоть какой способ выпихивать прибывающие грузовые корабли обратно. Вот тут выше было предложение использовать три корабля в качестве бустера для четвертого. Вот если у нас такая временная схема есть и работает, тогда можно конечно неспеша оборудовать верменную верфь и на ней бустеры собирать.

[hellmaus]

Аэродинамическое торможение бустера - не такая плохая идея. В первом полете "Энергии" центральный блок, входя в атмосферу на 7,8 км/с, плюхнулся в Тихий океан достаточно целым, чтобы плавать на воде и его пришлось расстреливать из корабельных орудий, чтоб не достался американцам. Просто у этой пустой бочки 1) центр тяжести смещен сильно к корме, где движки и 2) на днище была стекловолоконная теплоизоляция для защиты от ИК-излучения факелов двигателей. Этого хватило для сохранения целостности бочки, хотя сопла двигателей (они бронзовые) заметно поплавились.

Соответственно, схема такая:
1) выводим (частично) заправленный бустер на межпланетную траекторию
2) тормозим на несколько км/с перед Венерой
3) после этого надеваем на двигатели колпак с теплоизоляцией
4) входим в атмосферу колпаком вперед
5) на скорости ниже 1 км/с в атмосфере колпак сбрасываем, запускаем двигатели для управляемой посадки.

Всего нам надо погасить около 13-14 км/с скорости, из них 10,4 - вторая космическая Венеры (ее приобретает тело, прилетающее издали, в гравитационном поле Венеры), остальное 2,5-3,5 - скорость на межпланетной траектории. Сколько из этого гасить движками до атмосферы, а сколько аэродинамически, надо считать с конкретными параметрами теплозащиты. Характеристическая скорость полностью заправленного бустера без груза и теплозащиты - почти 10 км/с.