Многоразовая первая ступень для носителя "Пони".

Как правило ракетоносители выводят на орбиту только от полутора, до пяти процентов от стартовой массы.
Большая часть массы ракет, около двух третей, сосредоточена на первой ступени. Первые ступени это самая массивная и дорогая часть ракет носителей. Немотря на высокую цену, первые ступени как правило одноразовые, спасают только иногда твердотопливные ускорители, и проект - "Энергия - Буран", предусматривал спасение жидкостных ускорителей, выполняющих роль первых ступеней.
По весу, цене и уровню технологичности первые ступени сравнимы с реактивными самолетами. Двигатели первых ступеней по весу сравнимы с двигателями авиалайнеров, а это самая дорогая и сложная часть жидкостных ракет. Жидкостные ракеты это сложные и совершенные машины, в их создание вложен труд тысяч людей, и лучшие технологии, запускать такие машины в один конец, как какие ни будь реактивные снаряды не только чрезвычайно затратно, но и просто кощунственно. Это все равно что выбрасывать новый самолет, после одного единственного рейса.
Первые ступени космических носителей традиционно не спасаемые потому что исторически, ракеты носители произошли от мощных баллистических ракет. Когда появилось ядерное оружие и необходимость быстро и гарантированно доставить его на территорию противника, лучшим средством для этой цели оказались межконтиннентальные баллистические ракеты.Только после того как были созданны мощные баллистические ракеты, ученые предложили использовать их для доставки на орбиту космических аппаратов. Для того чтобы вывести полезный груз на орбиту ему нужно придать немного большую скорость чем боеголовке баллистической ракеты. Баллистические ракеты оснастили дополнительным двигателем, и они стали космическими носителями.
Единственная задача межконтиннентальной баллистической ракеты, доставить боеголовку на другой континнент, после выполнения своей задачи ракета больше не нужна. Спасение ступеней баллистических ракет в условиях ядерной войны, это лишняя головная боль. Поэтому многоразовость ракет первоначально не предусматривалась и не заложена в основе их конструкции. Средства выведения на орбиту специально предназначенные для выведения коммерческой нагрузки никогда не разрабатывались. А ступени традиционных ракет из-за особенностей их конструкции спасать сложно и дорого, они имеют слишком большой вес и габариты. Менять конструкцию ступеней ракет, чтобы адаптировать ее для спасения, тоже сложно и дорого. Так как для этого нужно пересматривать и менять всю научно технологическую базу, которая исторически приспособлена для конструирования традиционных ракет.
Единственный серийный носитель который проектировался как многоразовый, американский челнок - "Спейс шаттл", экономически малоэффективный из-за того что его конструкция была плохо продумана на стадии проектирования.
Спейс шаттл состоит из орбитального ракетоплана, двигатели которого работают на жидком водороде и кислороде, большого внешнего топливного бака, вмещающего около 705 тонн топлива, и двух многоразовых твердотопливных ускорителей массой, около 580 тонн каждый.
Ракетоплан вместе с баком приобретает орбитальную скорость, орбитальный ракетоплан играет роль многоразовой верхней ступени. Внешний топливный бак одноразовый.
Жидкостные двигатели шаттла работают на всем активном участке траектории, от земли, до орбиты.
Твердотопливные ускорители, вырабатывают топливо и отделяются от шаттла через 2 минуты после старта.
После отделения ускорителей, в баке шаттла остается около трех четвертей жидкого топлива, бак остается почти полным. Далее шаттл с почти полным топливным баком движется только за счет тяги жидкостного двигателя.
После отделения ускорителей жидкостные двигатели шаттла несут почти всю его массу, это около 660 тонн. Жидкостные двигатели шаттла должны иметь большую мощность для того чтобы нести эту нагрузку, и соответственно они много весят. Каждый двигатель весит 3 тонны, масса трех двигателей составляет 9 тонн.
Жидкостные двигатели шаттла составляют часть ракетоплана, и выводятся на орбиту. Их вес составляет часть выводимой на орбиту суммарной нагрузки. Ракетоплан рассчитанный на массу двигателей должен иметь соответственно большую массу несущих конструкций, сухая масса ракетоплана 68 тонн. Из за большой массы ракетоплан испытывает сильные тепловые нагрузки при торможении в атмосфере. Соответственно нужна сильная теплоизоляция вес которой тоже не малый, у шаттла это около 7 тонн.
А кроме двигателей и ракетоплана часть суммарной нагрузки выводимой на орбиту составляет еще и топливный бак массой - 33,5 тонн.
Получается что шаттл выводит на орбиту около 29,5 тонн полезной нагрузки, и около 118 тонн безполезной.
Плохо продуманная схема делает спейс шаттл экономически малоэффективным.
Удельная стоимость выведения на орбиту полезной нагрузки спейс шаттлом в несколько раз превышает стоимость одноразовых носителей. Использовать шаттл как средство выведения не рентабельно. Но для снабжения пилотируемых станций и обслуживания некоторых особенно ценных космических аппаратов использовать шаттл выгодно. Собственно шаттл изначально проектировался как средство для орбитального монтажа, и обслуживания космических боевых платформ, которые планировалось создавать по программе стратегической оборонной инициативы США, в начале 80 годов.
Шаттл используется в основном как средство монтажа и снабжения МКС, и для обслуживания телескопа Хаббла, выполняя те задачи для которых создавался.
Но как альтернативное многоразовое средство выведения концепция шаттла себя не оправдывает, так как выведение на орбиту одноразовыми носителями обходится в несколько раз дешевле.

Проект космопорта предполагает использование многоразовых первых ступеней в одной связке с одноразовыми сверхдешевыми носителями.
Проект предусматривает несколько типов многоразовых первых ступеней, и возможно одноразовых, на первых стадиях реализации.
Самый простой вариант первой ступени для носителя пони, это одноразовая неспасаемая твердотопливная ступень.
Особенности двигателей управления позволяют полностью отказаться от автоматизации первой ступени. Полное отсутствие автоматов и механизмов делает первую ступень такой же простой по устройству как реактивный снаряд или авиационный твердотопливный ускоритель такого же размера.
Саму одноразовую ступень можно сделать из дешевых материалов и снарядить дешевым топливом.
Но даже предельно удешевленная одноразовая ступень все равно чего ни будь да стоит. И ее приблизительная стоимость должна быть сравнима с хорошим легковым автомобилем, а потому терять ее накладно. Спасаемая первая ступень в любом случает выгоднее чем одноразовая.
Многоразовую твердотопливную первую ступень проще всего спасать с помощью парашютно реактивной системой спасения. Эта система сначала замедляет падение с помощью транспортного парашута, затем, непосредственно перед каксанием с поверхностью ступень полностью тормозится небольшими но мощными твердотопливными ускорителями.
Парашутно реактивная система не удобная и относительно дорогая, из за дороговизны транспортных парашютов и средств доставки упавшей ступени на космодром. Твердотопливные ступени к тому же нуждаются в трудоемком и длительном обслуживании в процессе подготовки к повторному запуску.
Твердотопливные ускорители для первых ступеней как правило делают не спасаемыми, потому что выгода от спасения не большая, а сложностей связанных с ним много.
Для ракет пони спасение отработавших твердотопливных первых ступеней определенно должно быть выгодно. Так как сами ракеты легкие, их вес без топлива не должен превышать 10 тонн, для них не нужен специализированный транспорт. Постоянные и частые запусти ракет пони потребуют создания поточной линии по спасению и восстанавлению твердотопливных ступеней. Из за того что сами ракеты легкие, а их запуски частые, эта спасательная поточная линия не потребует больших затрат и будет быстро окупаться.
Для космодромов ракет пони использование простых твердотопливных ракет и традиционной системы спасения выгодно, но все равно традиционная технология спасения имеет свои недостатки, которые делают ее неудобной в дальней перспективе.
Неспасаемые твердотопливные первые ступени для пони, могут быть выгодными на первых этапах реализации проекта, скорее всего только на стадии экспериментов, так как не нужно создавать инфраструктуру поточного спасения. Поэтому неспасаемые ступени могут быть только полумерой выгодной на первое время.
В дальнейшем такой же полумерой станет и традиционная технология спасения. Каждую отдельно взятую ракету нужно искать и вести на космодром, задействуя для этого отдельное транспортное средство. К тому же создают дополнительные накладки парашюты и двигатели торможения.
Традиционная технология спасения используется для спасения ускорителей шаттлов, запуски шаттлов по сравнению с пони очень редкие и не регулярные. При этих условиях спасаемые ракеты проще время от времени вылавливать из моря, чем оснащать их собственными средствами спасения.
Ракеты пони должны запускаться постоянно, сотнями и тысячами, их запуски должны быть регулярными как старты самолетов с аэродрома. При постоянном транспортном потоке системы спасения многоразовых ступеней должны иметь большую степень автономности.
Для поточной технологии спасения самый удобный вариант, такой, при котором многоразовые ступени не нуждаются в специальных средствах спасения, и после использования возвращаются на космодром самостоятельно. Автономные системы спасения делают процесс спасения быстрым и гарантированным, так как каждую отдельную спасаемую ступень не нужно искать и вести на космодром.
Для самостоятельного спасения ступени должны обладать крыльями, системами управления и воздушными двигателями.
Крылатые многоразовые первые ступени представляют собой ракетопланы приспособленные для выполнения специфических задач, вывод в суборбитальный полет носителей пони, и так же возмоно в качестве многоразовых дополнительных ускорителей для тяжелых носителей.
Поэтому крылатым многоразовым ступеням было бы логично дать собственное название соответствующее их функции - "Суборбитальные разгонщики".
Суборбитальные разгонщики представляют собой ракетопланы с треугольным моно крылом (Одним крылом имеющим форму треугольника, напоминающим бумажный самолетик). В центре по оси симмерти моно крыла, расположен тубус для носиателя пони. Тубус защищает ракету пони от давления воздуха и скоростного нагрева во время полета разгонщика в атмосфере, и способствует более точной ориентации при старте в космосе.
Суборбитальные разгонщики могут быть двух основных типов.
Плоское монокрыло - Разгонщик в виде плоского крыла похожего на авиационное, в центре которого с низу, прикреплен тубус для пони. В приборных отсеках между тубусом и крылом расположены другие системы - система ориентации и электронника системы управления, топливные баки для реактивной системы управления, гидравличекие механизмы для воздушной системы управления, и т.д.
На плоском монокрыле используются твердотопливные и вытеснительные ракетные двигатели.
Ракетные ускорители прикрепляютя к монокрылу на подвесках, подобно дополнительным топливным бакам для истребителей.
Ускорители сменные, это делает аппарат более удобным в обслуживании.
Плоское монокрыло, это форма разгонщика одапрированная для твердотопливных и жидкостных вытеснительных двигателей. Так как баки для твердотопливных и ветеснительных двигателей должны иметь циллиндрическую форму, из за высокого внутреннего давления.
Разгонщик в виде плоского монокрыла позволяет разгонять носители пони до скорости, от полутора - двух с половиной, километров в секунду с твердотопливными ускорителями, до двух - трех километров в секунду с жидкостными двигателями.
Разгонщик с несущими баками, имеет топливные баки сделанные в форме крыла, жидкое ракетное топливо расположенно в полостях несущего крыла. В центре аппарата расположен тубус для пони.
Несущее крыло, схема адаптированная для жидкостных двигателей с насосной подачей топлива. Несущие баки совмещают функции топливных баков и крыльев. Схема несущего монокрыла имеет самое высокое массовое совершенство. Эта особенность позволяет придавать скорость ракетам пони до 4 километров в секунду. 4 километра в секунду это половина орбитальной скорости, такая стартовая скорость позволяет увеличить полезную нагрузку для носителя пони до 800 килограмм, или до 1 тонны, при стартовой массе пони в 10 тонн.
После выведения носителя пони суборбитальные разгонщики должны возвращаться в атмосферу и планировать подобно шаттлу гася гиперзвуковую скорость. Когда скорость погашена разгонщики должны приземляться в планирующем режиме на промежуточный аэродром, используя воздушные двигатели как вспомогательное средство движения. После посадки на промежуточный аэродром, разгонщики заправляются авиационным топливом, и возвращаются на космодром как дистанционно управляемые самолеты.
Такая система посадки оптимальна с точки зрения массового совершенства разгонщиков. Она позволяет при старте на суборбиту не брать на борт большой вес авиационного топлива, необходимого для возвращения на космодром.
Система управления разгонщиков телеметрическая (Дистанционная с транслируемой на пульт управления видео картинкой от камер обзора аппарата), с коррекцией на радиомаяки. Радиомаяки позволяют более точно определять высоту и направление аппарата на самых сложных этапах полета, при взлете и посадке. В перспективе ориентация на радиомаяки позволяют создать полностью автоматезированную систему управления.
Для разгонщиков можно использовать воздушнореактивные двигатели от легких реактивных поссажирских самолетов. Они лучше всего подходят по соотношению масса - мощность.
Так же возможно использование более легких и дешевых, но менее экономичных "Пульсирующих прямоточных двигателей", технологический уровень этих двигателей настолько низкий что их создание возможно даже любителями в кустарных условиях.

В отличии от других проектов перспективных многоразовых систем выведения, связка - пони, мнгоразовая первая ступень только наполовину многоразовая. У этой связки отсутствует многоразовая орбитальная ступень. Но благодаря этой особенности связка имеет высокую экономическую эффективность.
Читать дальше - http://barbados444.narod.ru/Razgonshick12.html