Prototype this по-русски - выпуск 192. Бурка для Сивки...

bigdrum — 09.09.2022

Выдалась свободная минутка - дай, думаю, поизобретаю...

Итак, сегодня мы изобретем бурку. Самую настоящую. Только - космическую. А почему нет? Вещь хорошая, в космосе пригодится...

Ну, поехали.

При использовании криогенных компонент топлива важным моментом является поддержание температуры компонент в баках. Ну потому как наружный воздух - он сильно горячий, чтобы топливо в баках не нагревалось, не испарялось и не улетучивалось сквозь дренажный клапан. Потому в космонавтике используются некоторые хитрости.

Хитрость первая - температура. Криогенная компонента охлаждается ниже точки кипения таким образом, чтобы нагрев от наружного воздуха в течении стартовых процедур не приводил к неприемлемым потерям топлива. В ряде случаев - например, на Фальконе Илона Маска - используется переохлажденный кислород, который в силу более высокой плотности может поместиться в баки, в то время как жидкий кислород при обычной температуре туда не влезет. Это позволяет Маску уменьшить массу ракеты, однако сильно сокращает допустимую длительность стартовых процедур, и представляет опасность при прерванном старте. Ну потому что если через дренажный клапан улетучивается газ - это одно, а если жидкость набухла и пытается выпереть наружу - это уже совсем другой коленкор...

Хитрость вторая - теплоизоляция. Корпус ракеты покрывается пористым составом, который работает как шуба. Оранжевое на баках Шаттла - это не краска, это термоизолирующая пена. Вполне естественно - если надо сохранить тепло или холод, обматываем предмет тряпочкой...



Недостатков здесь два. Во-первых, "тряпочка" имеет вес. И этот вес вычитается из массы ракеты, он бесполезен с точки зрения функционала. Во-вторых, именно исходя из необходимости обеспечения максимального весового совершенства теплоизоляция делается очень легкой, воздушной... И вот потому, что она такая легкая и пористая - внутри нее происходит конденсация влаги из окружающего воздуха. Теплоизоляция превращается в ледяную корку, которая при старте может оторваться и повредить ракету, а еще - которая весит (поскольку лед тяжелый) больше "номинала", и приходится использовать специальные составы, очень недешевые, которые обладают гидрофобностью, чтобы лед осыпался при старте...

Третья хитрость - скорость. Запустить ракету так, чтобы криогенная компонента не успела нагреться...

Давайте объединим все три хитрости в одну. И начнем с третьей.

Время полета ракеты - несколько минут. В любом случае криогенная компонента за это время не успеет (ее много) испариться. Кроме того, ракета очень быстро преодолевает плотные слои атмосферы, а чем разреженнее воздух, тем меньше тепла на единицу объема он имеет - и тем слабее нагрев ракеты от окружающей среды. Опять же - расход топлива при старте. Поскольку у нас топливо расходуется, и расходуется интенсивно, у нас увеличивается свободный объем бака, что сокращает поверхность теплообмена, и потому при старте топливо не нагревается сильно - не успевает.

Вывод - во время полета ракеты нам не нужно, чтобы на поверхности баков было теплоизолирующее покрытие, оно там лишнее...

Теперь хитрость вторая. Тряпочка. Поскольку во время полета ракеты у нас на баках теплоизоляции уже нет - нам не обязательно делать ее очень дорогой и легкой. Мы можем сделать ее любой - даже тяжелой и толстой. И очень-очень дешевой...

Теперь хитрость первая. Температура. Поскольку перед заправкой ракеты криогенными компонентами она захолаживается (для исключения резкого вскипания криогенных компонент в теплых баках), и поскольку баки изолированы от теплого воздуха - мы можем не только эффективнее произвести захолаживание в гарантированных условиях при любой внешней температуре, но и гарантировать стабильность температуры баков в любом состоянии при любой разумной длительности стартовых процедур. На баках не собирается конденсат, он не превращается в лед, и так далее...

Остается одно - сбросить теплоизоляцию перед стартом ракеты, как козак сбрасывает бурку перед тем, как заняться активными физическими мероприятиями с свежем воздухе...

Итак, я считаю что теплоизоляция для ракеты может (и должны) быть выполнена по принципу бурки - то есть греть, пока надо, а перед самым запуском сбрасываться. Здесь можно предложить несколько вариантов, например, сделать быстроразъемные швы, или быстроразрывные, и подать под бурку газ под напором. Охлажденный азот прекрасно продует пространство под буркой, отсоединив ее от корпуса ракеты, и создаст условия для легкого отсоединения. А для того, чтобы бурка не мешала стартовать - ее можно раздернуть скоростными лебедками, или даже пиротехническими средствами (микроракеты). Можно сегментировать бурку, чтобы ее клочки не мешали взлету ракеты - и так далее...

Формулируя одной фразой.

Я считаю, что теплоизоляция ракеты должна быть с функциональной точки зрения исполнена не как часть носителя, а как часть стартового оборудования - просто это оборудование устанавливается на ракете заранее, и сбрасываться в момент старта в циклограмме процедур запуска, например, в момент продувки двигателей.

Таким образом, если подойти с такой точки зрения, можно получить легкую криогенную ракету, пригодную для стартов в любых климатических поясах, с высокой весовой отдачей и энергетикой старта.

УПД. Еще немного подумал, касательно носителей с пакетной компоновкой... Сброс теплозащиты второй ступени, поскольку пакет уже разобран отделением разгонных блоков первой ступени, можно проводить уже в полете, после разделения. В этом случае сегментированная рассыпающаяся теплоизоляция безопасна для ракеты, а уменьшение веса носителя положительно скажется на энергетике старта.



.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив