Орбитальная дозаправка
Apr. 19th, 2024 03:56 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
jayrandomБезотносительно того, насколько сложной технически окажется реализация идеи орбитальной дозаправки, у меня появилась мысль о том, как проще всего было бы визуализировать её экономику на примере Старшипа.
Обычная развёртка во времени, хотя и являясь в каком-то смысле наглядной (например, сначала взлетает двухступенчатый корабль, долетая до низкой околоземной орбиты почти пустым, а потом его друг за другом догоняют N двухступенчатых заправщиков, заливая его обратно до полного состояния - либо, напротив, сначала взлетает "депо", потом N заправщиков, и потом уже корабль), но простота и наглядность Формулы Циолковского при этих всех переливаниях очень сильно страдает.
Поэтому для лучшего понимания именно того, как продолжает работать Формула Циолковского, я предлагаю следующую визуализацию:
Предположим для начала, что у нас только один двухступенчатый корабль и один двухступенчатый заправщик. Понятно, что в реальной жизни кто-то из них будет взлетать сначала, второй потом, они как-то должны будут синхронизироваться в плоскости, догонять друг друга по фазе, стыковаться, и т.д. Опустим для начала эти сложности, и представим, что эти два стека взлетают одновременно с соседних площадок, сразу на одну и ту же орбиту. Ещё допустим, что полезная нагрузка у них имеет одинаковый вес, и первые ступени налиты под завязку. В этом случае легко предположить, что высота и другие параметры разделения у них будет одинаковыми. Тогда почему бы не соединить их (мысленно) ещё на земле, соответствующими ступенями.
Итого имеем пару бустеров, поднимающую пару вторых ступеней (корабль+заправщик). Когда бустеры долетают до высоты разделения (не важно, предполагается ли повторное использование: если да, то разделение чуть ниже, и остаток топлива уходит на возвращение, если нет, то бустеры выгорают досуха), то происходит одновременное отделение первых ступеней от вторых, и первые покидают нашу картину.
Дальше используем cross-feed (не знаю русского термина) - обе вторые ступени используют сначала всё топливо из заправщика, потом пустой (или почти, в случае повторного использования) заправщик отделяется, и корабль с полными баками готов к транспланетному перелёту.
Если же дозаправочных полётов не один, а N, то представим их все с самого начала вместе с бустерами, мысленно также соединим в один общий пакет из N+1 стека, и запустим одновременно. На высоте разделения отделяются одновременно N+1 бустер, потом благодаря cross-feed-у работают двигатели N+1 кораблей/заправщиков (но на топливе только из N заправщиков), и наконец в момент второго разделения картину покидают N пустых (или почти) заправщиков, оставляя полностью заправленный корабль.
Разумеется, эта идеализированная картина, и обязательно будут потери на догон, переливание и выкипание, то она позволяет оценить верхнюю границу возможного.
(эта идея пришла мне 10 дней назад, но чуть не потерялась в глубине комментариев на Reddit-е, а жалко - она хорошая, дадим ей ещё шанс)
Обычная развёртка во времени, хотя и являясь в каком-то смысле наглядной (например, сначала взлетает двухступенчатый корабль, долетая до низкой околоземной орбиты почти пустым, а потом его друг за другом догоняют N двухступенчатых заправщиков, заливая его обратно до полного состояния - либо, напротив, сначала взлетает "депо", потом N заправщиков, и потом уже корабль), но простота и наглядность Формулы Циолковского при этих всех переливаниях очень сильно страдает.
Поэтому для лучшего понимания именно того, как продолжает работать Формула Циолковского, я предлагаю следующую визуализацию:
Предположим для начала, что у нас только один двухступенчатый корабль и один двухступенчатый заправщик. Понятно, что в реальной жизни кто-то из них будет взлетать сначала, второй потом, они как-то должны будут синхронизироваться в плоскости, догонять друг друга по фазе, стыковаться, и т.д. Опустим для начала эти сложности, и представим, что эти два стека взлетают одновременно с соседних площадок, сразу на одну и ту же орбиту. Ещё допустим, что полезная нагрузка у них имеет одинаковый вес, и первые ступени налиты под завязку. В этом случае легко предположить, что высота и другие параметры разделения у них будет одинаковыми. Тогда почему бы не соединить их (мысленно) ещё на земле, соответствующими ступенями.
Итого имеем пару бустеров, поднимающую пару вторых ступеней (корабль+заправщик). Когда бустеры долетают до высоты разделения (не важно, предполагается ли повторное использование: если да, то разделение чуть ниже, и остаток топлива уходит на возвращение, если нет, то бустеры выгорают досуха), то происходит одновременное отделение первых ступеней от вторых, и первые покидают нашу картину.
Дальше используем cross-feed (не знаю русского термина) - обе вторые ступени используют сначала всё топливо из заправщика, потом пустой (или почти, в случае повторного использования) заправщик отделяется, и корабль с полными баками готов к транспланетному перелёту.
Если же дозаправочных полётов не один, а N, то представим их все с самого начала вместе с бустерами, мысленно также соединим в один общий пакет из N+1 стека, и запустим одновременно. На высоте разделения отделяются одновременно N+1 бустер, потом благодаря cross-feed-у работают двигатели N+1 кораблей/заправщиков (но на топливе только из N заправщиков), и наконец в момент второго разделения картину покидают N пустых (или почти) заправщиков, оставляя полностью заправленный корабль.
Разумеется, эта идеализированная картина, и обязательно будут потери на догон, переливание и выкипание, то она позволяет оценить верхнюю границу возможного.
(эта идея пришла мне 10 дней назад, но чуть не потерялась в глубине комментариев на Reddit-е, а жалко - она хорошая, дадим ей ещё шанс)
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
no subject
Date: 2024-04-21 01:04 am (UTC)Cross-feed на практике не работает - слишком сложно. SpeceX пытались для Falcon Heavy этот фокус провернуть, и отказались - доп. оборудование для перекачки всю выгоду съедает.
Если же дозаправочных полётов не один, а N, то представим их все с самого начала вместе с бустерами, мысленно также соединим в один общий пакет из N+1 стека, и запустим одновременно. На высоте разделения отделяются одновременно N+1 бустер, потом благодаря cross-feed-у работают двигатели N+1 кораблей/заправщиков (но на топливе только из N заправщиков), и наконец в момент второго разделения картину покидают N пустых (или почти) заправщиков, оставляя полностью заправленный корабль.
Сложность одновременного запуска N кораблей растет, скорее всего, как N^2. Плюс еще проблема безопасного отделения использованных бустеров (от Ангары А7 в том числе из-за этого отказались).
no subject
Date: 2024-04-21 07:35 am (UTC)Cross-feed на практике не работает - слишком сложно. SpeceX пытались для Falcon Heavy этот фокус провернуть, и отказались - доп. оборудование для перекачки всю выгоду съедает.
Сложность одновременного запуска N кораблей растет, скорее всего, как N^2. Плюс еще проблема безопасного отделения использованных бустеров (от Ангары А7 в том числе из-за этого отказались).
я же специально вначале на обоих языках объяснил, зачем вообще ставится задача, которую я этой визуализацией решаю!
Это не оптимизация никакая. Это приём мышления, позволяющий свести дозаправочную многоходовку к "ракетному уравнению" (формуле Циолковского). На уровне оценки количества топлива, полезных нагрузок и куда эти нагрузки можно добросить. И всё. Не предполагается в реальности запуска супер-широких пакетов, не предполагается в реальности использования кросс-фида.
Кстати, от кросс-фида в системе Falcon отказались не из-за самостоятельной сложности/невыгодности реализации, а потому что хотели сохранить унификацию (боковой бустер FH структурно совпадает с единственным бустером F9, кроме съёмного колпачка). Иначе часть системы кросс-фида, которая устанавливается в боковушку FH пришлось бы зазря таскать на F9, к которому она никакого отношения не имеет. Де-факто одноразовость центрального бустера FH (хотя его и пытались поначалу спасать, но не судьба) привела к тому, что всё различие двух систем оказалось проще всего реализовать именно в нём.