SpaceX

Мы часто слышим что один ракетный двигатель в чем-то лучше другого, например давлением в камере сгорания. Но насколько серьезно это может влиять на главную характеристику ракеты - носителя, - полезную нагрузку?

Чтобы выяснить это, я рассчитал полезную нагрузку для ракет Зенит и Энергия-М с разными двигателями, вот что получилось

-------------------------------------------

Примечание

Сравниваются двигатели одних и тех же компонентов топлива и с мощностями, которые принципиально позволяют их использовать на соответствующей ракете - носителе. Учитывается изменение массы двигательной установки, принято допущение что остальные массы ракет остаются неизменными.

НОО - Низкая Околоземная Орбита.

Под второй ступенью ракеты Энергия, подразумевается центральный блок.

--------------------------------------------

Из этих диаграмм сразу видны причины отказа от F-1 и J-2 после программы Аполлон, они ужасно неэффективны. С ними полезная нагрузка упала на треть. А то сейчас конспирологи любят вспоминать

А куда американцы дели F-1

Видно что СССР создал двигатели на более суровых режимах работы, что на керосине, что на водороде. Трудно сказать насколько это обоснованно экономически, но факт интересный.

До того как провести этот расчет, я был уверен что американцы десятилетиями специализируются на водородных двигателях, и у них они будут самыми эффективными, но нет.

Получается, во времена лунной программы, пока американцы в равной мере делали упор на разработку мощных двигателей на керосине и водороде, советские ученые, создали хоть и менее мощный, но намного более эффективный керосиновый двигатель для работы на всех ступенях Н-1 (У меня еще есть пост: Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1).

НК-33 приятно удивил. Но возник вопрос, а нужно ли тогда было годами разрабатывать линейку РД-170/180/190, кто знает, напишите в комментариях.

Starship

Теперь давайте поговорим о Starship Илона Маска. В мире пока не много метановых ракет, это новый тренд, а Starship на других компонентах топлива уже совсем другая ракета, другие массы, другие размеры.

Но меня давно мучает вопрос, а что если бы был аналог Starship на ядерной тяге. Например, как сильно бы это уменьшило размеры сверхтяжелой ракеты при той же полезной нагрузке, и какие бы дало преимущества.

--------------------------

Примечание

Первая ступень Метан + кислород, предполагается что вторая ступень имеет ядерный двигатель с высоким твр (отношение тяги к весу) по меркам ядерных двигателей (или в случае с LANTR, приемлемым). Рассматриваются различные топлива для второй ступени.

LANTR - The L'OX-augmented Nuclear Thermal Rocket, то есть водородный ядерный двигатель с впрыском кислорода.

Это наиболее изученная технология в сравнении с двигателями остальных ядерных старшипов.

Размеры ступеней меняются в зависимости от массы топлива, плотности топлива, и наилучшего соотношения масс ступеней в каждом отдельном случае.

---------------------------

Я предполагаю, в будущем, основные расходы на эксплуатацию многоразовой ракеты, - топливо.

Чем меньше масса, тем меньше затраты на топливо, тем дешевле полет.

Так же меньшая масса ступеней ракеты означает уменьшение количества двигательных установок, что удешевляет производство и поможет улучшить окупаемость ракеты.

Несмотря на то что водородный вариант получился самым выгодным по стартовой массе, стоит помнить что это одно из самых дорогих топлив в космонавтике.

Итого, ядерные двигатели значительно снизили массу ракеты - носителя, а возможно и расходы (но не факт).

Преимущества ядерных ступеней очевиднее на примерах когда требуется совершать затратный маневр. В случаях когда обычный Starship требует предварительно несколько заправок, его ядерный аналог может потребовать одну, или при некотором уменьшении массы полезной нагрузки, вовсе ни одной. Но это уже тема отдельного поста.

Какому топливу я бы отдал предпочтение? Очень трудно сказать, я рассчитал много месяцев назад, но до сих пор не определился. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.

Моя группа в ВК

Канал и временно заброшенный чат в телеграмме

Другие мои посты на Пикабу, которые я считаю удачными:

Когда мы узнаем намного больше о Землеподобных экзопланетах?

Пилотируемые межзвездные перелеты в следующем веке (на чем и куда)

Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1

Большие и гигантские Лунные пещеры

Был бы рад узнать ваше мнение и мысли в комментариях, спасибо за внимание.

17 декабря 2019 года в 3:10 по МСК запланирован запуск РН Falcon 9 со спутником JCSAT-18/Kacific-1 с площадки SLC-40 космодрома на Мысе Канаверал, Флорида, США.

Коммерческий спутник JCSat-18/Kacific-1 представляет собой спутник связи массой в 6800 килограммов. Он создан в интересах SKY Perfect JSAT Corporation и Kacific Broadband Satellites Pte Ltd. Назначением космического аппарата станет обслуживание Азиатско-Тихоокеанского региона.

Спутник будет запущен на ГПО с параметрами 20000 x 200 км, с наклонением в 27°.

Первая ступень Falcon 9 B1056.3 ранее использовалась в миссиях CRS-17 и CRS-18.

Посадка первой ступени запланирована на платформу OCISLY в 651 км от места старта в Атлантическом океане.

Так же будет предпринята попытка одновременной ловли обтекателя кораблями Go Ms Tree и Go Ms Chief в 773 км от места старта.

Статистика запуска: 6-й коммерческий запуск в этом году для компании SpaceX, 13-я миссия в этом году, 77-й запуск Falcon 9 и 85-я миссия для компании за всё время.

Raptor — это метановый двигатель, который SpaceX разрабатывает для своей системы Starship (первая ступень Super Heavy + корабль Starship).

До сих пор SpaceX использовали два горизонтальных стенда в Макгрегоре для огневых испытаний Raptor. Однако во время пуска ракеты двигатели Raptor не ориентированы горизонтально. Кроме того, по словам Маска, "износ вала насоса и дренаж" лучше в вертикальной конфигурации. Поэтому для повышения производительности Raptor и проведения испытаний, более точно приближенных к реальному полёту, SpaceX добавляет вертикальный испытательный стенд.

Вертикальный стенд также увеличивает возможную мощность огневых испытаний. С ростом производительности Raptor существующим испытательным стендам становится всё труднее "укрощать нрав" двигателя SpaceX.

"Тренога" была построена Beal Aerospace и использовалась для испытаний двигателей с конца 90-х и до 2000 года, когда компания закрылась. Затем в 2003 году SpaceX переехала на испытательный полигон МакГрегор. С 2008 по 2015 год "треногу" использовали для проведения статических огневых испытаний первой ступени Falcon 9.

Но SpaceX решили создать новый испытательный стенд для этой цели по причине того, что Falcon 9 продолжала становиться всё более мощной. Этой осенью началось переоборудование "треноги" для проведения испытаний Raptor.

Всего через 2 месяца реконструкция была завершена. На свежих фотографиях можно видеть Raptor SN15 перед первым его прожигом на этом стенде.

Между тем, новый испытательный стенд для второй ступени также готов к началу эксплуатации [ред. — см. 2 фото]. Последние аэрофотоснимки впервые показали нам вторую ступень Falcon 9 на стенде. Предполагается, что в конце этого месяца SpaceX произведут огневые испытания на новом объекте.

Однако, не было подтверждений касательно того, является ли данная ступень на стенде испытательным образцом или же это часть лётного оборудования.

Этот стенд расположен на большом расстоянии от других ключевых испытательных стендов, а это означает, что SpaceX сможет эксплуатировать его, не мешая другим операциям, происходящих в МакГрегоре. А это особенно важно для 2020 года, так как ожидается, что SpaceX стремительно увеличит частоту запусков спутников Starlink — до 1 запуска в каждые 2—3 недели, и это не учитывая запуски компании, не связанные со Starlink.

Источник