Кирилл В (vakhnenko) wrote,
Кирилл В
vakhnenko

Шесть запусков многоразовой ракеты

Перечитываю тут Губанова, и наконец-то понял откуда растут ноги у часто педалируемого в спорах о SpaceX тезиса "чтобы многоразовая ракета стала экономически оправдана, ей надо в среднем летать минимум по шесть раз".

Из 39ой главы третьего тома:

Выгодна ли многоразовость? Для упрощения рассуждений представим себе для сравнения две ракетно-космические транспортные системы: одна - ракета-носитель, одноразовая, другая - многоразовая, обе грузоподъемностью 30 т. Понятие грузоподъемность у ракетчиков подразумевает массу полезного груза, выводимого на опорную орбиту. Стартовая масса многоразовой в два раза больше, чем одноразовой. Эти цифры взяты из реальных проектов, и все остальные условия для сравниваемых ракет одинаковы. Имеется в виду, что старт вертикальный, количество заправляемых компонентов пропорционально массе ракеты, производственные мощности и экспериментальная база специализированы, надежность ракетных систем принята на уровне 0,9. Отличие многоразовой ракеты в принципе связано с наличием на ее борту средств возврата всех элементов системы и с необходимостью выполнения определенного объема работ после посадки ракеты, связанных с восстановлением части элементов и систем, профилактикой и приведением в состояние готовности к пуску.

Для оценки примем, что жизненный цикл многоразовой ракеты составляет десять полетов. Для осуществления десяти уверенных пусков потребуется, исходя из принятой надежности, одиннадцать одноразовых ракет. При этом на низкой околоземной орбите окажется 300 т полезного груза. Многоразовая система в такой же операции потребует, с учетом расчетной надежности, две ракеты.

Если принять, то трудовые затраты на изготовление, сборку, профилактику и регламент пропорциональны массе ракеты, а это предположение подтверждается данными по реальным ракетным системам с определенной для экономических расчетов точностью, то количество ракет, необходимых для многоразовой системы, следует увеличить на 40 %. Эта величина соответствует среднему объему работ на восстановление ракеты к новому полету. Таким образом, многоразовых ракет должно быть 2,8. Если же привести эту цифру к одноразовым, следуя тому же принципу, необходимо ее увеличить в два раза, учитывая степень превышения массы многоразовой ракеты по сравнению с одноразовой. Итак, получаем, что необходимы затраты, соответствующие производству 5-6 одноразовых ракет. Значит, для выполнения программы запуска на орбиту одинаковой массы полезных грузов одноразовых ракет потребуется в два раза больше. После пяти-шести пусков одноразовые ракеты, по затратам на реализацию программы, уже не выгодны.




...

Стоимость создания средств многоразового использования складывается из разработки авиационных средств возврата - крыльев, стабилизаторов, щитков, шасси, системы управления и приведения на посадку, теплозащитного и теплоизоляционного покрытия, которая составляет 19-20% от общей суммы. Изготовление конструкций и проведение наземной экспериментальной отработки и летных испытаний по стоимости весит от 13,7 до 20 %. Доработки ракетной части блоков, бортовых систем, подтверждение кратности применения блоков составляют по затратам около 10%. Доработка и дооснащение средств наземного обеспечения достигают 20%.

Следующая компонента в структуре затрат - оплата аренды или отчуждение земель под районы падения отделяющихся частей ракет-носителей, которая, в основном, относится только к одноразовым системам. Стоимость отчуждаемых полей падения определяется соответствующими законами правительства страны, на территории которой находятся эти зоны. По оценке, затраты на отчуждение превышают стоимость создания одноразовой системы в 3-4 раза. Эта, характерная для наших условий, компонента является весьма существенной, так как она приближает затраты на создание одноразовой системы к затратам на многоразовую.

...

При расчете затрат на послеполетное обслуживание и ремонтно-восстановительные работы многоразовых систем были использованы имеющиеся фактические данные, полученные разработчиками в результате наземных стендовых и летных испытаний, а также эксплуатации планера орбитального корабля "Буран" с теплозащитным покрытием, самолетов дальней авиации, жидкостных двигателей многократного применения, типа РД-170 и РД-0120. По результатам исследований, затраты на обслуживание и послеполетный ремонт составляют менее 30% от затрат на изготовление новых ракетные блоков. При этом установлено, что увеличение стоимости послеполетного обслуживания и ремонтно-восстановительных работ на 20% приводит к снижению экономического эффекта в расчетной программе на 12%, а увеличение в два раза дает снижение эффекта на 30%.




Понятно что пока Falcon 9 не является полностью многоразовой ракетой -- возвращается только первая ступень (и скоро будут возвращать весьма недешевый обтекатель); вторая ступень пока что одноразовая. Однако даже с учетом этого нужно указать на очевидные отличия девятки от описываемой Губановым системы.

Во-первых надежность F9 выше 0.9. На настоящий момент она 47/48 = 0.979. Впрочем даже если в неудачные засчитать CRS-1 (в котором не была выведена вторичная нагрузка) и Amos-6 (который взорвался до старта, и в статистику пусков не вошел), то и тогда выходит 46/49 = 0.938

Во-вторых никаких навороченных "авиационных средств возврата" у F9 с многоразовой ступенью нет, всё отличие от одноразовой версии -- "ноги" да воздушные рули. В этом она выгодно отличается и от первоначального многоразового блока А Энергии, и от более поздних проектов многоразового блока А и от Байкала-Ангары.

В-третьих никаких отчуждаемых полей падения не требуется, ступень садится либо обратно на космодром, либо на баржу.

В-четвертых регламентные работы на восстановление ракеты к новому полету у F9 вряд ли равны 30-40% от стоимости новой ракеты. Первую ступень пятого блока девятки обещают пулять с довольно минимальной профилактикой между стартами. Маск вообще в идеале хочет, чтобы между стартом одной и той же ступени проходили всего сутки.

Ну и при всём при том, в следующий раз когда мне попадется очередной пикейный жилет, доказывающий что многоразовость ракет экономически неоправдана (потому что Шаттл, бла-бла-бла), я ему обязательно процитирую то, чем Борис Иванович заканчивает эту главу:

В нашем представлении, развитие многоразовых систем зависит менее от технических проблем, чем oт эмоционально-психологических. Наше убеждение - следует преодолеть этот барьер. Не приходит же мысль использовать самолет только на один рейс или автомобиль на одну поездку. Почему же ракеты-носители выбрасываются в океан и разрушаются при падении на Землю? Ракеты-носители своим рождением обязаны боевым ракетам, где вопрос многоразовости не возникал в принципе. Боевые ракеты проектировались на основе получения максимальной энергетической отдачи. На разработке боевых ракет росла та интеллектуальная сила, которая в настоящее время с большой инерцией перестраивается на рельсы неусложненного представления о ракетных транспортных системах.
Tags: космос
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 117 comments
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →
Previous
← Ctrl ← Alt
Next
Ctrl → Alt →