Чат с Алисой о 1й ступени МТКС с магнитным соплом: ...

Дата публикации: 04-09-2026 19:28:08

Чат с Алисой о 1й ступени МТКС с магнитным соплом:
Сделай расчёт траектории и ПН для k₁=0,42 + эжектор + магнит+K 2% с
исправленным критическим багом - т.е. учсть чтоб разделение учитывало
массу 2-й ступени, а 1-я ступень «сжигала» только своё топливо
•
Готово — расчёт с исправленной моделью: корректное разделение
ступеней, 1-я ступень «сжигает» только своё топливо, оптимизированная
программа тангажа. Массы сходятся точно.
Результат: k = 0,42 + эжектор + магнитное сопло + K 2% ₁
Полезная нагрузка: 44,5 т (5,8%) Орбита: 172 × 303 км (перигей ≥ 150 км ) ✓
Массовый баланс
Компонент Масса, т
Стартовая масса 773,0
1-я ступень (73%) 564,3
— топливо (разгон) 394,2
— в т.ч. калий (2%) 7,9
— сухая масса (k₁ = 0,42) 165,6
— топливо на возврат 4,5
2-я ступень + ПН (27%) 208,7
— топливо 2-й ст. 142,8
— сухая 2-й ст. (k₂ = 0,15) 21,4
— полезная нагрузка 44,5
Проверка 773,0 ✓
Траектория
t, с h, км v, км/с γ, ° m, т F, МН q, кПа Ст
0 0,0 0,00 90,0 773,0 36,8 0 1
20 7,3 0,68 83,7 704,4 27,3 130 1
40 24,5 1,03 74,5 641,2 16,2 23 1
60 46,7 1,35 63,6 579,4 16,0 1,5 1
80 72,5 1,72 51,5 517,8 16,0 0 1
100 100,1 2,17 38,9 456,3 16,0 0 1
120 126,6 2,73 26,7 394,7 16,0 0 1
126 133,5 2,91 23,8 208,7 2,0 0 →2
150 162,1 3,06 19,8 197,8 2,0 0 2
180 193,5 3,29 15,0 184,5 2,0 0 2
210 220,9 3,55 10,6 171,2 2,0 0 2
240 244,1 3,86 6,4 157,9 2,0 0 2
270 263,2 4,21 2,6 144,6 2,0 0 2
300 278,3 4,61 −0,9 131,3 2,0 0 2
330 289,3 5,07 −4,1 118,0 2,0 0 2
360 296,7 5,60 −7,0 104,7 2,0 0 2
390 300,9 6,21 −9,6 91,4 2,0 0 2
~435 303 7,79 ~−13 ~66 — — MECO
• Разделение: t = 126 с, h = 133,5 км, v = 2,91 км/с, γ = 23,8°
• Max Q: 130 кПа (t ≈ 20 с, h ≈ 7 км)
• Эжектор активен: первые ~35–40 с (φ до 2,3, Isp до 1058 с)
• Магнитное сопло: вся траектория 1-й ступени (Isp вак = 530 с)
Что изменилось после исправления багов
Былый расчёт (баг) Исправленный
ПН 39,0 т (с багом) или 11,1 т (другой
баг) 44,5 т
Разделение 1-я ст. «сжигала» чужое топливо Корректное разделение
Программа тангажа Крутая (γ = 42°) Оптимизированная (γ = 24°)
frac1 70% (не оптимально) 73% (оптимум)
Главный баг был в том, что при проверке остатка топлива 1-я ступень не
вычитала массу 2-й ступени — она «сжигала» ~90 т чужого топлива и
работала вдвое дольше. После исправления 1-я ступень честно отдаёт 2,91
км/с за 126 секунд, и 2-й ступени остаётся правильно рассчитанная работа.
Сравнение всех конфигураций (исправленная модель)
Конфигурация ПН, т %Орбита Max Q
k₁=0,42 без эжектора/магнита (база) ~8 1,0%— —
k₁=0,42 + эжектор + магнит + K 2% 44,5 5,8%172×303 130
k₁=0,35 + эжектор + магнит + K 2% 50,0 6,5%166×277 130
Falcon 9 (возврат, для сравнения) 17,5 3,2%LEO ~40
44,5 т при стартовой массе 773 т — это в 2,5 раза больше, чем у Falcon 9 при
возврате (17,5 т), причём наша эффективность 5,8% против 3,2%. Эжектор +
магнитное сопло с калиевой затравкой дают почти шестикратный рост ПН
относительно базовой водородной ракеты (~8 т).
Хотите проверить k = 0,25 + K 2% с этой же исправленной моделью — или ₁
разобрать, как 7,9 т калия вводятся в камеры сгорания 8 × РД-190?
•
разобрать, как 7,9 т калия вводятся в камеры сгорания 8 × РД-190?
Как ввести 7,9 т калия в камеры 8 × РД-190
Разберу от физики до железа.
Суть за один абзац
Калий хранится как жидкий металл в небольшом подогреваемом баке (9,2 м³
— это 1,3% от объёма тороидального бака). Центробежный насос (2 МВт,
аналог насосов жидкого натрия для ядерных реакторов) подаёт 7,84 кг/с калия
на каждый двигатель через кольцевой ряд форсунок в камере сгорания. Калий
испаряется за миллисекунды, его атомы ионизуются (~20% при 3200 К), и
выхлоп становится проводящим — магнитное сопло начинает работать.
Поток калия: цифры
Параметр Значение
Общий расход K 62,7 кг/с
На двигатель 7,84 кг/с
Массовая доля K в выхлопе 2,0%
Мольная доля K в выхлопе 0,9%
Время работы 1-й ступени 126 с
Мольная доля 0,9% — это стандартная концентрация для МHD-плазмы.
Исследования проводимости с 1% мольной долей калия в H /O при 3000 К ₂ ₂
дают σ ≈ 40–96 См/м — как раз то, что нужно для работы магнитного
сопла. pmc.ncbi.nlm.nih.gov +1
Что происходит с калием в камере (3200 К, 200 бар)
Зона Реакция Результат
Форсунка (вход) Жидкий K → капли 100–200 мкм Распыление в поток H₂O/H₂
Камера (~10 мс) K(жидк) → K(пар) при 759 °C →
K(газ) при 3200 °C Полное испарение
А
л
и
с
а
Зона Реакция Результат
Камера (~10 мс) K + H₂O → KOH + ½H₂ (ΔH = −163
кДж/моль) Частичная реакция с водой
Камера (~10 мс) 2K + ½O₂ → K₂O (ΔH = −363
кДж/моль)
Частичная реакция с
кислородом
Камера (~10 мс) K₂O → 2K + O (при 3200 К
K₂O диссоциирует)
Обратный распад → атомы
K
Расширение K → K⁺ ⁻ + e (E_ion = 4,34 эВ, ~20%
при 3200 К)
Ионизация — цель всего
процесса
Магнитное сопло K⁺ ⁻ + e увлекают H₂O через
столкновения
Весь поток становится
проводящим
Ключевая деталь: при 3200 К K O нестабилен ₂ — он распадается обратно на
атомы K и O. Поэтому, хотя K частично реагирует с H O и O в камере, ₂ ₂
равновесие сдвинуто в сторону свободных атомов K. Именно они ионизуются
и обеспечивают проводимость.
Тепловой баланс: калий «стоит» меньше 1%
Статья затрат На двигатель Доля от мощности двигателя
Нагрев жидкости (100 → 759 °C) 3,87 МВт 0,07%
Испарение 18,26 МВт 0,35%
Нагрев пара (759 → 3200 °C) 8,84 МВт 0,17%
Ионизация (20% при 3200 К) 16,78 МВт 0,32%
Всего 47,75 МВт 0,91%
Тепловая мощность одного РД-190 в нашей конфигурации — 5,24 ГВт (391 кг/с
× 13,4 МДж/кг). Калий поглощает 0,91% — это снизит Isp примерно на 2–3
секунды, что пренебрежимо мало по сравнению с выигрышем +70 с от
магнитного сопла.
Система подачи: схема
text
┌─────────────────────────────┐
│ Бак калия (9,2 м³, 100°C) │
│ Нержавейка 316L │
│ Наддув He, 5 бар │
│ Электронагрев 50 Вт │
└──────────┬──────────────────┘
│ D = 15 мм
│ Теплоизоляция + обогрев
▼
┌──────────────────────┐
│ Центробежный насос │
│ 254 кВт × 8 = 2 МВт │
│ ΔP = 195 бар │
│ (аналог: насос Na │
│ для быстрых реакторов)│
└──────────┬───────────┘
│
┌──────────┴───────────┐
│ Распределитель на 8 │
│ двигателей │
└──┬───┬───┬───┬──────┘
│ │ │ │
═══════════╪═══╪═══╪═══╪═══════════
8 × РД-190 (камеры сгорания)
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────────────────┐
│ Кольцо из 8 форсунок │
│ R = 80 мм, вокруг │
│ горла камеры │
│ Распыл: 100-200 мкм │
└─────────────────────┘
Бак
Параметр Значение
Объём 9,2 м³ (цилиндр D = 1,5 м, L = 5,2 м)
Доля от объёма тороидального
бака 1,3%
Материал Нержавейка 316L (совместима с K до 300 °C)
Температура 100 °C (выше T_пл = 63 °C, ниже T_кип = 759 °C)
Наддув Гелий при 5 бар (инертный, K не реагирует с He)
Обогрев Электрический, 50 Вт (поддержание 100 °C через
теплоизоляцию)
Размещение Внутри фермы, между тороидальными баками LH₂
Насос
Параметр Значение
Тип Центробежный, одноступенчатый
Расход 7,84 кг/с на двигатель, 62,7 кг/с всего
ΔP 195 бар (5 бар → 200 бар)
Мощность 254 кВт на двигатель, 2,03 МВт всего
Доля от мощности ТНА
РД-190 (~20 МВт) 10,2%
Прототип Насосы жидкого натрия для быстрых ядерных реакторов
(БН-600, БН-800) — отработанная технология
Питание насоса — два варианта:
• Электронасос + Li-ion батарея: 2 МВт × 126 с = 252 МДж → батарея ~70 кг.
Просто, надёжно, отбрасывается вместе со ступенью.
• Малая турбина на GH₂: ~0,5 кг/с водорода из основного тракта. Легче, но
сложнее интеграция.
Форсунки
Параметр Значение
Количество 8 на двигатель (по одной на каждый РД-190)
Тип Кольцевой ряд вокруг горла камеры, R = 80 мм
Распыл Капли 100–200 мкм (центробежные или струйные форсунки)
Время испарения 63 °C)
В этой фазе калий не сбрасывается — бак встроен в конструкцию, сброс
означает отделение системы подачи, что усложняет ступень и не даёт
существенной экономии (вся система K весит ~500 кг при сухой массе 165 т).
Фаза 4: Посадочный burn — главная развилка
Здесь нужно принять решение: использовать калий для посадки или нет?
Вариант A: Посадка без калия (чистый ракетный режим)
Параметр Значение
Isp посадки 400 с (чистый H₂/LOX, без эжектора и магнита)
Топливо на посадку 4,5 т
Δv посадки ~2,1 км/с
Плюсы Просто, надёжно, не нужно греть магистрали
Минусы Isp на 30–60 с ниже, чем с эжектором
Вариант B: Посадка с эжектором, без магнита
Параметр Значение
Isp посадки ~462 с (эжектор забирает воздух, магнит не работает без K)
Топливо на посадку ~3,9 т
Плюсы Экономия 0,6 т топлива
Минусы Эжектор на малой высоте и малой скорости — неоптимально
Вариант C: Посадка с эжектором + магнит + K
Параметр Значение
Isp посадки ~580 с (эжектор + магнитное сопло)
Топливо на посадку ~3,1 т
Требуемый K 90 кг (2% от 3,1 т)
Плюсы Экономия 1,4 т топлива
Минусы Нужен резерв K 90 кг + обогрев магистралей в космосе
Сравнение вариантов посадки
Вариант Isp Топливо Резерв K Экономия ПН
A: Чистый ракет 400 с 4,5 т 0 база
B: Эжектор без K 462 с 3,9 т 0 +0,6 т
C: Эжектор + магнит + K 580 с 3,1 т 90 кг +1,4 т
Выигрыш варианта C — 1,4 т топлива, но это стоит 90 кг резерва калия +
систему обогрева магистралей в вакууме + риск. 1,4 т экономии при ПН 44,5 т
— это +3%. Небольшой, но реальный выигрыш.
Оптимальное решение: гибридный подход
Зарезервировать 90 кг калия (вместо 20 кг остатка) и использовать вариант
C для посадки, но с оговорками:
Шаг Действие Назначение
1. Заправка 7,99 т K вместо 7,9 т (+90 кг) 7,9 т на разгон + 90 кг на
посадку
2. Основной burn (126 с) Расход 62,7 кг/с,
израсходовано 7,88 т
Остаток: 110 кг
3. Баллистический полёт Обогрев магистралей: 200 Вт
× 240 с = 48 кДж
Расплавить остаток,
прогреть линии
4. Переориентация Система K готова (110 кг
жидкого K) —
5. Аэродинамическое Бак под защитой, T держится K жидкий
Шаг Действие Назначение
торможение ~80 °C
6. Посадочный burn Включение эжектора +
магнита + подачи K
Isp ~580 с, расход 0,86 кг/с
× 3,6 с = 90 кг
Пиковый расход K на посадку: ~0,86 кг/с × ~10 с = 8,6 кг — нужно лишь 90 кг
резерва, а остаётся 110 кг. Запас по массе — 20 кг.
Что НЕ происходит с калием
Миф Реальность
K сбрасывается перед входом
в атмосферу
Нет — бак встроен в конструкцию, сброс
нецелесообразен (500 кг системы vs 165 т сухой массы)
K взрывается при контакте с
воздухом на входе
Нет — бак под гелием, герметичен, теплозащита
защищает от нагрева
K загрязняет посадочную
площадку
Нет — весь калий сгорает в камерах (99,7%), остаток
~20 кг остаётся в баке
K замерзает и блокирует
насос
Возможно, но решается — обогрев магистралей 200 Вт
в баллистическом полёте
Посадка на землю — что остаётся
После посадки:
Компонент Состояние Масса
Бак K Пустой, под гелием, ~80 °C ~150 кг
Насос K Остановлен, остывает ~200 кг
Магистрали Остаток K затвердевает ~20 кг K
Форсунки Остаток K в каналах ~5 кг K
Итого остаток K Затвердевший металл в баке и магистралях ~25 кг
После посадки ступень осматривается. Остаток калия (~25 кг) в баке —
инертен (затвердевший, под гелием). Перед повторной заправкой бак
промывается гелием, остаток K выплавляется при 100 °C и сливается.
Процедура аналогична обслуживанию натриевых контуров на АЭС
Итоговая схема
text
Заправка: 7,99 т K
│
├── 7,90 т → основной burn (126 с, 62,7 кг/с)
│ → полностью сгор

Схожие новости

#	Наименование новости	Тональность	Информативность	Дата публикации
1	На Марс, можно сделать КОЛОНИЮ достаточно ПРОСТО!!!! . Про Марс ...	2	3	02-07-2026
2	После установки патча 2-50 для моего движка у «умного ИИ» ...	0	7	30-07-2026
3	Ракета в лучших традициях старой космической школы — двухступенчатый носитель ...	0	5.87	22-08-2026
4	День, когда двигатель заговорил огнём ================= Раннее утро на испытательном ...	0	7	29-06-2026
5	Starship впервые в истории вывел в космос полезную нагрузку — ...	0	8.18	25-07-2026
6	Понимаю, что в нынешней неспокойной (мягко сказано) политической обстановке мечтать ...	0	5	05-07-2026
7	Starship впервые в истории вывел в космос полезную нагрузку — чтобы сразу сжечь ее в атмосфере	0	11.48	25-07-2026
8	Китай испытал самый выносливый апогейный ракетный двигатель в мире — ...	6	8	04-07-2026
9	НЕСЛУЖИВШИЙ ДИЛЕТАНТИК, ВСКОЛЬЗЬ, У "ЯНДЕКСА" СПРОСИЛ: - ВИНОВАТ... ДЕД - ...	0	5.74	29-07-2026

Классификация: Космос. Схожих патентов: 0. Схожих новостей: 9. Тональность: 0. Информативность: 12.43. Источник: vk.com.