Pitanje:
Bi li SRB SRB-a shuttle-a mogao sam doseći orbitu?
SF.
2015-11-25 17:14:44 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kad bi netko opremio SRB poput onih korištenih u Shuttle-ima sustavima za kontrolu minimalnog položaja i lansirao ga kao samostalnu raketu bez korisnog tereta - koju bi brzinu postigao? Bi li bio sposoban ući u Zemljinu orbitu?

Općenitije, kakva je održivost (etapnih ili ne) raketa-nosača samo za SRB?

SPARK, ili "Super Strypi", trostupanjska je raketa potpuno čvrsta. Prvi let nedavno nije ispao najbolje, ali vjerojatno će poslati stotine kilograma u orbitu u roku od godinu dana. Čvrsto u svemir čini se mogućim, ali trenutno nije konkurentno tekućem gorivu za veće nosivosti.
Jeste li pogledali [hibridne raketne motore] (https://en.wikipedia.org/wiki/Hybrid_rocket)?
Postoji nekoliko solidnih višestupanjskih lansera. Potraži na Googlu.
Dva odgovori:
Brian Lynch
2015-11-25 18:25:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ne, brzi izračun daje $ \ Delta v $ od oko 4,6 km / s i trebate oko 9 km / s da biste stigli do niske orbite Zemlje. Izgubit ćete dosta te brzine zbog aerodinamičkog otpora kao i vertikalnog dijela leta, pa bi gruba procjena konačne brzine pri izgaranju bila negdje oko 3 km / s - ili oko 10 000 km / h.

Upotreba specifikacija iz članka Wikipedia SRB-a (koji doduše ima nekih sukoba):

$ m_ {full} = 590000 kg $

$ m_ {prazno} = 91000 kg $

$ I_ {SP} = 250 s $ (242 na razini mora, 268 u vakuumu, veći dio leta je u atmosferi pa " ll zaokružiti na 250)

$ \ Delta v = g_0 I_ {SP} \ ln \ frac {m_ {full}} {m_ {empty}} $

Evo simulacija lansiranja sastavljenog od vertikalnog leta do postizanja 100 m nadmorske visine, zatim prebacivanja na konstantni nagib od 85 stupnjeva do dostizanja 1000 m visine, a zatim vraćanja u gravitacijski zavoj pod kutom napada 0 stupnjeva. To šalje SRB na nadmorsku visinu preko 500 km, s najvećom brzinom od oko 3,7 km / s pri izgaranju.

enter image description here

enter image description here

Evo pogleda na visinu tona, kut puta leta (smjer kretanja) i napadni kut (razlika između visine tona i kuta puta leta) kao funkcija nadmorske visine. Iako bi moglo izgledati čudno da se raketa počinje naginjati nakon samo 100 m leta, to je neophodno da bi se postigla dovoljna brzina da se dosegne orbita - raketa se i dalje penje tijekom većeg dijela leta.

enter image description here

Imajte na umu da za gustoću zraka koristim jednostavan atmosferski model:

$ \ rho = 1.225 e ^ \ frac {h} {8000} $

I konstantni koeficijent otpora od $ C_D = 0,8 $:

$ D = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 C_D A $

Pretpostavlja se da je brzina protoka mase konstantna, izračunava se iz navedenog potiska na razini mora (12 MN) i specifičnog impulsa (242 s), dok se specifični impuls izračunava na temelju jednostavnog pravila smjese:

$ I_ {SP} = I_ {SP, more} \ frac {\ rho} {\ rho_ {more}} + I_ {SP, vac} \ lijevo (1 - \ frac {\ rho} {\ rho_ {more}} \ desno) $

Tada se potisak izračunava iz određenog impulsa i protoka mase:

$ T = \ dot {m} g_0 I_ {SP} $

Imajte na umu da jednadžbe gibanja u 2D su:

$ \ ddot {r} = - \ frac {\ mu} {r ^ 2} + r \ dot {\ theta} ^ 2 + \ frac {T} {m} \ sin \ phi - \ frac {D} {m} \ sin \ gamma $

$ \ ddot {\ theta} = - \ frac {2 \ dot {r} \ dot {\ theta}} { r} + \ frac {T} {mr} \ cos \ phi - \ frac {D} {mr} \ cos \ gamma $

Gdje su $ r $ i $ \ theta $ polarne koordinate oko središte Zemlje, $ m $ je masa vozila, $ \ phi $ je nagib vozila, a $ \ gamma $ je kut puta leta (smjer brzine) - oba su ta kuta u odnosu na lokalni horizont.

Što se tiče lansirnih raketa s potpuno krutim gorivom, postoji niz njih koji su bili i još uvijek se koriste (poput obitelji Minotaur). No, kao što je LocalFluff naglasio, oni su obično razumni samo za manje korisne terete. Lunar Prospector lansiran je na Mjesec na posve krutoj Ateni II, iako izgleda kao da je gornji stupanj koristio hidrazin (nije čvrst, ali nije ni složeni tekući motor).

Hvala. To je odgovor vrijedan nagrade i sigurno ću vam ga dodijeliti kad sustav to dopusti.
Super, sigurno se ne osjećate obaveznima! Doista bih trebao koristiti ovaj kod da provjerim je li Atlas-B mogao izaći u orbitu bez izbacivanja pojačivača, o čemu se govorilo u [ovom pitanju] (http://space.stackexchange.com/questions/12552/has- čovječanstvo-lansirano-a-ssto-ever / 12553 # 12553).
Dok ste već kod toga, provjerite može li Atlas-B biti SSTO s 2 Merlina ...
Morat ćemo otvoriti novo pitanje - počnite prikupljati sve parametre mase, Isp, potiska itd.!
Merlins neće puno pomoći. Specifični impuls tek je malo bolji od XLR-89, a sami motori manji su od polovice mase sklopa pojačala.
Ali Atlas-B je već gotovo SSTO. Moraju samo izbacivati ​​motore.
@Joshua:, ali prazni SRB-ovi puno su mrtve težine koju treba nositi dugo nakon što izgori ako odete u SSTO. Osobno sam razmišljao o drugom pristupu: može li se razviti SRB koji bi izgorio cijeli; unutarnja "šupljina" gori na takav način da se cijelo vrijeme oblikuje u mlaznicu, samo dovoljno vanjske ljuske kako plamen ne bi putovao prema van (ali ljuska bi polako izgarala ili otpadala u malom prstenu segmenti u kontaktu s plamenom) - u osnovi SRB s ekstremnim omjerom pune: prazna težina, prazna težina blizu nule.
.
Okomiti let od samo 100m?
@immibis: Sve dok je potrebno da se postigne dovoljno brzine da peraje "uhvate vjetar". Aerodinamički stabilizatori su beskorisni pri malim brzinama pa se raketa ne može "nagnuti" ili će se prevrnuti. Ali čim mogu početi ispunjavati svoju funkciju, raketa počinje graditi horizontalnu (orbitalnu) komponentu brzine - u omjeru (vs vertikalnom) proporcionalnom gustoći zraka i preostalom vertikalnom faktoru (potrebnom za dostizanje ciljne visine) Tako vrlo malo rano na, potpuno vodoravno kasno.
@immibis: Zašto ne? Okomiti let zaista je potreban samo za čišćenje kule. Što duže čekate da započnete s bacanjem, više ćete morati presijecati zrak pod velikim kutom napada - što rezultira većim otporom i nižom učinkovitošću. Imajte na umu i da ne govorimo o vertikalnom i vodoravnom, raketa leti gotovo vertikalno prvih nekoliko kilometara. Pogledajte ažurirani odgovor.
Pozdrav, gospodine, (izvan teme) koji softver koristite za izradu tih parcela?
dotancohen
2015-11-26 02:34:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ares I-X bio je modificirani STS SRB s simulatorom gornjeg stupnja. Koliko znam, ovo je bilo jedino samostalno pokretanje SRB hardvera. Čak i originalni SRB nisu bili testirani u letu prije lansiranja s posadom.

Let Ares IX imao je apogej od 46 kilometara , manje od polovine od 100 kilometara nadmorske visine Karmanove linije, koja se smatra rubom svemira i ispod koje su putanje orbite nemoguće zbog otpora zraka. Zbog jednadžbe rakete možemo jasno vidjeti da nijedna količina složenih komponenata SRB ne bi toliko udvostručila nadmorsku visinu, stoga možemo zaključiti da jedan SRB ne može sam letjeti u orbitu jak>.

Korisnik SF. izračunava da će etapirani SRB možda moći pokrenuti značajan teret u orbitu:

Sam - u redu. Scenski - vrlo vjerojatno izvedivo. Iz vršne brzine od 1,7 km / s i mase 3 stupnja u odnosu na 2 stupnja (odavde) mogu pronaći ISp. Zamjenjujući drugi stupanj s drugim takvim potisnikom, dobivam 1,8 km / s od stupnja 1, još 4,9 od stupnja 2, ukupno 6,7 km / s za 172 tone stupnja 3. Sada, ako ostavimo 50 tona suhe mase , i žrtvujemo 122 tone za SRB gorivo (isti ISp i dalje!), dobivamo još 3,9 km / s za ukupno 10,6 km / s. Tamo je 50 tona u orbiti na 3 SRB-a.

Evo videozapisa o lansiranju, zajedno s prikazima kamera na brodu:

Vrhunski SRB za treću fazu. Dodajte još jedan ispod njega za drugu fazu .. Za prvu fazu omotajte još 6 oko donjeg SRB-a. Svakako da djeluje, ali kakav gubitak.
Sama - u redu. Scenski - vrlo vjerojatno izvedivo. Iz vršne brzine od 1,7 km / s i mase 3 stupnja u odnosu na 2 stupnja (od [ovdje] (http://www.astronautix.com/lvs/ares.htm)) mogu pronaći ISp. Zamjenjujući drugi stupanj s drugim takvim potisnikom, dobivam 1,8 km / s od stupnja 1, još 4,9 od stupnja 2, što ukupno iznosi 6,7 km / s za 172 tone stupnja 3. Sada, ako ostavimo 50 tona suhe mase , i žrtvujemo 122 tone za SRB gorivo (isti ISp i dalje!), dobivamo još 3,9 km / s za ukupno 10,6 km / s. Tamo 50 tona može orbitirati na 3 SRB-a.
@SF .: Večeras ću razmotriti vaše nalaze i urediti odgovor, ili ako želite da ste i vi dobrodošli da ga uredite. Hvala vam što ste pružili taj uvid!
Zašto uopće brinuti o tim nečujnim "predavanjima"? Jednostavno su sami poništeni.
@dotancohen: Slobodno provjerite moj pristup ima li pogrešaka. http://pastebin.com/a4XZnyLx
Također, vjerujem da je osnovni problem u tome što su SRB-ovi trenutno dizajnirani da nose ogromno opterećenje pri smiješno velikom potisku, što znači debelu, tešku, vrlo izdržljivu ljusku. Vjerujem da bi SRB dizajniran s obzirom na to da ima SSTO - puno lakši, sa sastavom koji smanjuje potisak u kasnijoj fazi leta - što je u osnovi rezultiralo znatno nižom suhom masom - mogao to učiniti.
@SF .: Iznesena je argumentacija glede strukturnog dizajna SRB-a. Ali to bi se smatralo drugim vozilom, sličnim SRB-u, ali ne samo "modificiranim SRB-om", i zahtijevalo bi vlastiti program certificiranja leta. Potisak shuttlea bio je prilično dovoljan da orbiter sam pokrene u orbitu, ali dva masivna SRB-a zajedno s njim lansirala su 750 000 kilograma bez pogona ET. Treba imati na umu da je ET sam izgubio, mislim da je 10% svoje suhe mase nakon pet ili šest lansiranja uklonjeno nekim komponentama (strukturne i druge), tako da naknadna ugradnja nije bez presedana.
Čvrste rakete nisu dobra strategija za SSTO; njihov specifični impuls je jednostavno prenizak. Visokotlačni vodikov motor poput SSME s vakuumskim specifičnim impulsom od 452 može raditi SSTO s masenim omjerom 9,5: 1 (mokro i suho); shuttle SRB-ovi s Isp od 269 zahtijevaju omjer mase 41: 1. Ne vjerujem da je bilo koja velika raketa uspjela s nešto tako ekstremnim omjerom mase.
@RussellBorogove: I dalje vjerujem u njih zbog malih nosivosti - jer mogu pružiti prilično ekstremne omjere mokro i suho s pravom konstrukcijom. Također, shuttle SRB imao je jako loš ISp. Čini se da Ares I-X ima zdravih 325-ih.
... plus konstrukcija se stvarno može pojednostaviti (think3d-printer koji stvara pravi sastav goriva po volumenu, miješajući podloge u pravom omjeru kako se nanose), što bi moglo djelovati kao ekonomija razmjere, stvarno dobra cijena po kg sa samo 1 kg za orbitu u jednom potezu.
Izvor za te 325-e?
AilipjfiruCMT http://pastebin.com/a4XZnyLx
Ti su brojevi Astronautixa za (samo papir) Ares 5 - 2 SRB-a koji pojačavaju 3-SSME stupanj, zapravo puno bliži SLS-u nego Aresu 1. Uopće nije ista raketa. Nažalost, imam problema s pronalaženjem dobrih brojeva Ares 1. Nijedan čvrsti raketni pojačivač za koji znam nije imao Ispsa u 300-ima; shuttle SRB je blizu teorijskog maksimuma za svoju kemiju.


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...