С чего начать создание своей ракеты

в 11:23, , рубрики: космонавтика, проектирование, ракетостроение, ракеты-носители, частная космонавтика

Для тех, кто не испугался того, что ракету (а по правде космический ракетный комплекс) должна создавать достаточно внушительная команда специалистов, попытаюсь рассказать с чего надо начинать.

Опять же считаем, что вы хотите создать жидкостную сверхлёгкую ракету для выведения спутников. Обычно все в качестве первого этапа рассматривают именно такую задачу. Но думаю и для других задач многое будет актуальным.

Компоновочная схема двухступенчатой ракеты-носителя сверхлёгкого класса Falcon-1
Компоновочная схема двухступенчатой ракеты-носителя сверхлёгкого класса Falcon-1

Так с чего же начать? А начать опять-же надо с команды. Вам необходимо собрать команду 3-4 специалистов, которые смогут выполнить небольшую научно-исследовательскую работу (НИР) по той ракете (комплексу), которую вы хотите создать. Этот этап совсем не формальность. Вы должны будете определиться с основными параметрами ракеты, требованиями, которые вы к ней предъявляете, последовательностью действий по её созданию и потребными ресурсами, которые нужны для воплощений ваших идей. По сути это инвестиционная презентация или бизнес-план с картинками, параметрами, деньгами и сроками. Такую презентацию можно и на коленке сварганить без расчётов и раздумий. Но этот вариант я не рассматриваю в качестве цели, так как целью должно являться не облапошивание инвестора или заказчика, а реальное создание и полёт ракеты. Но самый первый шаг придётся делать на коленке, ибо это лучше, чем чистый лист. А дальше уже надо начинать создавать!

Состав работ

Так вот, какие же работы надо на первом этапе сделать? А их примерный список такой:

  • Оценка рынка и его потребностей. Тут должны быть определены целевые орбиты и потребные массы полезного груза, а также цена таких запусков у конкурентов.

  • Формирование облика своей ракеты с комплексом. Сравнение с конкурентами и объяснение почему вы будете на рынке жить, а не умирать.

  • Формирование состава работ по созданию ракеты и комплекса, их увязку в график и назначение стоимости каждому этапу.

  • Определение цены изготовления и запуска ракеты, затрат на содержание инфраструктуры и т.п.

  • Формирование финансовой модели проекта, где показывается схема привлечения средств и окупаемость проекта.

Это достаточно укрупнённый и не полный список, но это база, без которой нельзя. В принципе всё это нужно больше не инвестору или заказчику, а больше вам самим для понимания того, что вы сами хотите сделать. Инвестору и заказчику нужно будет ответить всего на три вопроса:

  • Что вы предлагаете делать?

  • Кто это всё будет делать?

  • Какие для этого нужны ресурсы?

Уверяю вас, что развёрнутые ответы на эти вопросы однозначно определят судьбу проекта.

Какую ракету делать и как определить её технический облик

Теперь хотел бы пояснить по основным работам и как прийти к развёрнутым ответам. В принципе оценку рынка каждый себе "фантазирует" сам и тут сильно нечего комментировать, рыночную нишу просто надо уметь выбирать и в неё попадать. Часто для решения этой задачи в ход пускается волюнтаризм. И самое интересное, что такой ход зачастую может быть оправдан и даже имеет смысл. По результатам выбора рыночной ниши вы должны определиться на какую орбиту вы должны выводить полезный груз и какая у него должна быть масса.

А вот дальше уже идут достаточно сложные технические вопросы. Так вот для техники вам надо увязать облик ракеты и комплекса. Для этого под нишу в рынке (или куда вы ткнули пальцем) надо выполнить проектно-баллистический анализ и определиться с основными параметрами ракеты. Основными проектными параметрами ракеты являются:

  • Количество ступеней ракеты и тип их соединения.

  • Тип применяемого топлива и удельные импульсы тяги двигателей.

  • Тяговооружённости ступеней (тяга двигателей).

  • Распределение масс по ступеням (заправки) или относительные конечные массы ступеней.

  • Диаметр ракеты или нагрузка на мидель.

Дополнительно рекомендуется выбирать:

  • Точка старта (космодром).

  • Дальность полей падения отделяющихся частей.

  • Ограничения на условия сброса головного обтекателя.

  • Максимальные действующие перегрузки в полёте.

  • Тип и схема разделения ракетных блоков.

  • Требования по "захоронению" верхней ступени.

Эти параметры, требования и ограничения не являются полными, но их вполне достаточно для того, чтобы определиться с обликом ракеты. Перебирая основные проектные параметры, вы влияете на всё, в том числе на стоимость и сроки создания, а также на стоимость пусковых услуг. Основные проектные параметры выбираются на основе расчётов баллистики, так что, либо ищите себе в команду проектного баллистика, либо изучайте сами. Также при расчёте баллистики нужны относительные весовые коэффициенты или попросту массы элементов конструкции. Желательно, чтобы у вас был специалист, который умеет эти массы считать с достаточно высокой степенью точности и обосновывать их на основании статистики. Что такое весовые коэффициенты, можете почитать в 15 главе книги "Проектирование средств выведения космических аппаратов", В.К. Сердюк. В принципе баллистику и веса вполне может считать один человек, это даже было бы самым правильным. Но тогда на специалиста может лечь сильно большая нагрузка, что скажется на сроках и качестве. Единственное, стоит учитывать, что при выборе проектных параметров вы должны максимизировать или минимизировать некую функцию. В учебной литературе предлагается обычно улучшать весовое совершенство ракеты. Но скорее всего вам нужно будет минимизировать стоимость пуска или сроки и стоимость разработки (создания). Обычно эти критерии противоречат друг другу, так что придётся выбирать. Но самое сложное в этой работе то, что достоверных моделей (функций) стоимости и сроков нет. Либо формируйте зависимость от основных проектных параметров сами на базе учебной литературы и статей, либо волюнтаристически выбирайте параметры, которые как вам кажется обеспечат вам то, что нужно.

Упаковываем результат и расширяем уровень знания о ракете

После выполнения проектно-баллистического анализа у вас на руках появляются все параметры ракеты и массы всех её систем. Вы можете нарисовать её облик в виде компоновочной схемы и заполнить табличку с характеристиками. Обычно в учебной литературе и в институтах на этом заканчивают проектирование и дальше дают только разрозненные дисциплины. Но вы видите, что из перечня работ на первом этапе (НИР) мы с горем пополам сделали только второй пункт. Думаю, объяснять, как сравнить с конкурентами разрекламировать полученный облик ракеты не нужно.

А как-же выполнить все остальные работы? А для этого необходимо определиться с составом комплекса. Наилучшим образом для этого подходит схема деления.

Примерный вид схемы деления космического ракетного комплекса
Примерный вид схемы деления космического ракетного комплекса

На схеме деления вы определяете структуру и состав комплекса и его составных частей. Вы должны всё расписать на такую глубину, чтобы у каждого кубика был определён исполнитель по проектированию, изготовлению и испытаниям. Это может быть кооперация, а можете туда вписать свою компанию. Каждому кубику вы расписываете этапы их создания, не забывая вопросы организации производства и испытаний. Для чего это делается?

Каждому этапу и кубику вы можете присвоить значение сроков и стоимости создания. Лучше всего на основании статистики и переговоров с кооперацией и специалистами. Можно и из головы взять, это всё равно будет точнее, чем ничего. Все сроки (этапы) вы увязываете в последовательность с отслеживанием их зависимости друг от друга. При этом следует учесть, что без неких выполненных этапов одного кубика нельзя начать выполнение этапов других кубиков. Кажется довольно сложным, но голова у нас всегда боится, а руки делают. Как только вы начнёте это прорисовывать, то увидите, что это всё надо просто прорисовать. Хотя всё это отнимает много времени и сил. В итоге вы получаете возможность сформировать взаимоувязанный план-график работ, график затрат, перечень кооперации и даже потребность в специалистах. Поставив каждому кубику цену изготовления и услуги при подготовке и проведению пуска, вы сможете сформировать цену пуска. На выходе вы будете знать всё о своём проекте. Не выполнив эту работу, вы будете знать - ничего! Ну а если вы постараетесь и всё сделаете правильно, то финансовый план у вас получится сам. Также к данным кубикам и их этапам вы можете приписывать количество людей, их квалификацию, площади помещений, оборудование и всё, что потребуется.

Заключение

Вот с чего необходимо начинать создание своей ракеты. Если вы хотите сэкономить силы и этого не делать, то вы просто начнёте начинать создание позже, а до этого вы будете готовиться к первому этапу. Сама же глубина и точность проработки на первом этапе (НИР) может быть относительно небольшая, но сформированная модель, структура и состав позволят вам достаточно уверенно идти вперёд и решать новые совершенно непонятно откуда взявшиеся задачи.

Данная статья написана на базе моего личного опыта и надеюсь будет особо полезна студентам, которые только начинают изучать проектирование ракет-носителей. Статья носит обзорный и вводный характер и написана общедоступным языком (по крайней мере старался). Если вам будет интересно, то могу попробовать написать статью про проектно-баллистический анализ с формулами и расчётами.

Автор: Павел Пушкин

Источник


* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js