Kysymys:
Miksi Falcon 9 käyttää RP-1 / LOxia eikä LH2 / LOxia?
CKA
2018-06-13 18:59:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Miksi SpaceX käyttää RP-1: tä rakettiensa ensimmäisessä ja toisessa vaiheessa? Mielestäni ainakin toinen vaihe voisi käyttää vetyä, koska sitä ei tällä hetkellä käytetä uudelleen. Tiedän, että teillä on korkeammat tekniset vaatimukset kuin RP-1: n kanssa, mutta eikö se kannata korkeamman impulssin takia?

johtuuko se siitä, että RP-1: n tallennus on yksinkertaisempaa? Vai olisiko raketti, jossa on LH2 / LOx-säiliöitä, liian hauras, jotta sitä voidaan käyttää uudelleen?

Tällaisista kompromisseista on koko kirja, joka on julkaistu äskettäin: [Ignition: epävirallinen nestemäisten rakettipolttoaineiden historia.] (Https://www.goodreads.com/book/show/677285.Ignition_) Se on sekä informatiivinen tekniset kysymykset ja paikoin erittäin hauska.
Neljä vastused:
UIDAlexD
2018-06-13 19:10:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pitkän tarinan lyhentämiseksi nestemäisen vedyn tiheys on hyvin pieni, vain 70 kg / m3. Toisaalta RP1: n tiheys on hyvin lähellä veden tiheyttä - noin 1000 kg / m3. Tämä tarkoittaa, että tarvitset saman vetypolttoainemassan säiliön, joka on 14 kertaa suurempi . Yhdistä se tarpeeseen pitää LH2 kryogeenisena tai kadottaa se kiehuvaksi, ja siitä tulee hyvin monimutkainen kompromissi tehokkuuden ja monimutkaisuuden välillä.

En voi kertoa tarkalleen, mitä SpaceX: n insinöörit ajattelivat, mutta päivän päätteeksi he päättivät mennä vähemmän tehokkaalla mutta helpommin käsiteltävällä RP-1 / LOX-ratkaisulla ensimmäiseen vaiheeseensa. Tämä ei kuitenkaan ole uusi asia - Saturn V V: n parissa työskentelevät insinöörit kohtasivat täsmälleen samat ongelmat ja löysivät täsmälleen saman ratkaisun. Myös avaruussukkula (ja muut raketit, joissa on ulkoiset vahvistimet) noudatti samanlaista paradigmaa. Käynnistyksen aikana huikeat 82% sukkuloiden työntövoimasta tuli matalan ISP: n mutta suuritiheyksisistä (ja työntövoimasta) SRB: stä.

enter image description here

Esimerkiksi Space Shuttles -vahvistimet kapseloivat lähes täydellisesti matalan ja suuren tiheyden polttoaineiden välisen kompromissin. Neljäsosa työntövoimasta tulee moottoreista, jotka ovat murto-osan massiivisen LH2 / LOX-säiliön kokoisia.

Tietyssä vaiheessa SRB: t olivat paljon lähempänä 0 prosentin luottamusta. (Sinulla on kirjoitusvirhe, mutta se ei riitä, että korjaan ..)
# T.J.L. Kirjoitusvirhe sijainti?
@UIDAlexD: Viimeinen lause: "4/5 luottamuksesta ..."
geoffc
2018-06-13 19:11:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

SpaceX katsoi tehosteen rakennetta raikkailla silmillä. Heidän huolenaiheensa olivat kustannukset ja uudelleenkäytettävyys.

Erilaiset polttoaineet, vaikka tehokkaampia, ovat paljon kalliimpia hallita (kaksi polttoainejärjestelmää) ja kehittää (kaksi erilaista moottoria).

He ottivat käytännönläheisempi lähestymistapa siihen, voimmeko rakentaa tehokkaan tehostimen, joka on edullinen verrattuna erittäin suorituskykyiseen.

RL-10-klusteri Falcon 9: n toisena vaiheena voi parantaa suorituskykyä melko vähän. Mutta asia on, suorituskyky on melko loistava LOX / RP1: n kanssa. Mutta RL-10 on erittäin kallis verrattuna Merlin-moottoriin. Siten SpaceX piti mielessä kustannuksia, millä hinnalla suorituskyky? Tulokset näyttävät puhuvan puolestaan.

Tärkein seuraus on, että Falcon on loistava LEO: lle, melko hyvä GTO: lle, mutta ei kovin hyvä planeettojenvälisille tehtäville verrattuna RL-10-pohjaisiin ylempiin vaiheisiin (Atlas V, Delta 4). Mutta se on ok, valtaosa tehtävistä on kyseisissä parametreissa.

Nyt SpaceX kehittää myös Raptor-moottoria, joka toimii metaanilla (CH4) ja LOX: lla. Raptorin käyttämän toisen vaiheen suorituskykyyn on mennyt paljon spekulaatiota. Mutta sitten tarkastellaan kustannuksia. Uusi infrastruktuuri padissa (mahdollisesti 3 tyynyä, LC-39A, LC-40 ja SLC-4W) ja pohjimmiltaan kaikki uudet ylemmät vaiheet. Kun Falcon 9: n käyttöikä on rajoitettu tulevan BFR-hirviön takia, on epätodennäköistä, että he käyttävät rahaa.

SpaceX kehitti myös Merlin-moottorin 1A ja 1B (Falcon 1: lle) ja Kestrelin (ylempi). F1-vaihe). Sitten kääntyi Falcon 9: een ja ryhmitti moottorit (ja jatkoi Merlinin päivittämistä nykyiseen 1D +++++ -laitteeseen, jolla ne nyt lentävät. 75Klbs: n työntö 190Klbs: n työntövoimaa ansaitsee ++++ -monikerin).

Joten F9-kehitys vaati moottorin parannuksia, mutta ei uutta moottoria, uutta polttoainetta.

Kun tarkastelet siirtymistä F9 1.0: sta 1.1-rakenteisiin siirtymällä Merlin 1C: stä 1D: n jälkikäteen, tämä on hyvä kutsu.

Jos olet menossa LH2 / LOX: lle, haluat sen ylemmässä, ei alemmassa vaiheessa. Alemmilla vaiheilla pärjää paremmin suuremmalla työntövoimalla ja suuremmalla tiheydellä.

Poistu ilmakehästä ja käänny ja anna toisen / kolmannen vaiheen tehdä loput. Esitys on tarkoitettu ylemmälle lavalle.

Joitakin mielenkiintoisia aiheeseen liittyviä kysymyksiä:

RL10-pohjainen Falconin ylempi vaihe olisi paljon parempi suorituskyky, mutta RL10 on tunnetusti kallis moottori rakentaa - joidenkin lähteiden mukaan yli 25 miljoonaa dollaria per (ja listalla hinnoiteltu enemmän kuin 38 miljoonaa dollaria?), verrattuna alle miljoonaan, kun Merlin tuottaa 9 kertaa enemmän työntövoimaa. Merlin on hieman ylivoimainen näyttämölle, joten voit päästä toimeen alle 9 RL10: llä Falconin hydrolox-ylemmässä vaiheessa, mutta se lisäisi dramaattisesti kustannuksia. Kustannusarvioita joistakin Internet-randoista täällä: https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=43053.0
Evan Steinbrenner
2018-06-14 00:40:45 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mielestäni geoffc on oikea. Kyse on ensisijaisesti kustannuksista, ja jos se on suuri huolenaihe, vety on melkein heti pöydältä. Se on hyvä korkean hyötysuhteen yläasteille, mutta kuten molemmat muut vastaukset mainitsivat, se on huono alemmalle tasolle, koska työntövoima on alapäässä ja säiliöt ovat raskaampia. Tarvitset melko edistyneen moottorin, jotta vedyn ensimmäinen vaihe olisi mahdollinen ilman tehostimia.

Voit silti tehdä Keroloxin ensimmäisen vaiheen ja vedyn toisen vaiheen, mutta se on myös lisännyt kustannuksia. Kuten Geoffc totesi, olet lisännyt käynnistyspaikkojen maajärjestelmien kustannuksia ja lisäkustannuksia kahden erityyppisen moottorin kehittämisestä, mutta SpaceX: lle se ylittää edes, koska niillä on merkittäviä yhtäläisyyksiä ensimmäisen vaiheen ja toisen vaiheen välillä. Sen lisäksi, että käytetään samaa moottoria, jota ne tuottavat suhteellisen merkittäviä määriä rakettimoottoreille (~ 150 viime vuonna niiden suorittamista laukaisuista), molemmat vaiheet ovat myös samankokoisia ja käyttävät samoja säiliömalleja, jotta he voivat jakaa työkaluja ja niiden rakentaminen on suurelta osin samanlaista. Tämä auttaa saavuttamaan joitain mittakaavaetuja ja parantamaan kokoonpanoprosessin hyötysuhdetta sen sijaan, että tarvitsisit kahta työkalusarjaa ja prosesseja kahden täysin erityyppisen säiliön kokoamiseen.

Lisäksi sinun on tarkasteltava, miten raketti kokonaisia ​​teoksia. F9: n ensimmäinen vaihe sammuu suhteellisen aikaisin verrattuna muihin raketteihin, joten se on matalampi ja hitaampi kuin Atlas- tai Delta-ensimmäinen vaihe, kun se on tehnyt työnsä. Tämä lopulta toimii hyvin palautumisen kannalta, mutta tarkoittaa, että toisen vaiheen on tehtävä paljon enemmän. Se on melko isompi kuin useimmat muut vaiheet ja sillä on paljon enemmän työntövoimaa. Vetykäyttöinen F9: n toinen vaihe vaatii paljon voimakkaamman moottorin kuin tyypillinen RL10 tai mahdollisesti kerrannaiset tarvittavan työntövoiman saamiseksi.

Toinen vaihe tarvitsisi myös paljon suurempia säiliöitä kuin delta- tai atlas-toinen vaihe tai jopa nykyinen F9-vaihe. Ensimmäinen vaihe on jo tieliikenteen kuljettajan rajalla, suuremmilla kierroksilla ja se ei mahdu ylikulkutien alle ja pidempään ja kulmat ovat ongelma, joten et voi todella työntää sitä eteenpäin, vaikka voit silti käsitellä palautumista . Toisen vaiheen suurentaminen tarvittavan vetysäiliön käsittelemiseksi saattaa alkaa törmätä samoihin kokorajoituksiin kuin ensimmäinen vaihe osuu. Koko raketti on jo nyt todella pitkä ja laiha, ja pitemmälle ja laihemmaksi meneminen olisi myös vaikeaa.

Maantiekuljetettavuus on tärkeää myös kustannusten kannalta ja kriittinen nykyisen asennustavan kannalta. Raketti on rakennettu Kaliforniassa. Lähetetty Texasiin testattavaksi. Sitten Floridaan tai takaisin Kaliforniaan laukaisua varten. Se tulee paljon vaikeammaksi ja kalliimmaksi, ellei sitä voida kuljettaa maanteillä. Suuremmat raketit rakennetaan tyypillisesti laukaisupaikan lähelle (BO rakentaa New Glenniä Floridassa aivan laukaisupaikan lähellä) tai veden lähellä, kuten BFR: ää rakennetaan LA: n satamaan.

Sinun on myös pidettävä mielessä SpaceX: n ja itse F9: n historia. SpaceX ei ole ensimmäinen rakettiyhtiön käynnistys, mutta ne ovat ensimmäisiä, jotka todella menestyvät. Monet muut epäonnistuivat ja menivät konkurssiin, ja SpaceX oli hyvin lähellä samaa polkua. Palaa syyskuuhun 2008. He ovat epäonnistuneet ensimmäisissä kolmessa yrityksessään käynnistää Falcon 1. Musk on koonnut tarpeeksi rahaa vielä yhdelle yritykselle käynnistää Falcon 1 ennen kuin he menevät konkurssiin. Kaikki on tällä laukaisulla, ja jos se epäonnistuu, SpaceX menee lukemattomien muiden rakettiyhtiöiden startupien tietä, mutta kova työ ja sitkeys maksavat. Heidän lanseerauksensa on onnistunut. Heidän liiketoimintasuunnitelmansa on tässä vaiheessa käynnistää pienemmät hyötykuormat Falcon 1: lle, toivottavasti yrityksen rahoittamiseksi, samalla kun työskentelemme Falcon 1: n parantamiseksi ja lopulta rakentamalla Falcon 5 ja Falcon 9 käynnistämään asteittain suurempia hyötykuormia. Hyppää eteenpäin pari kuukautta vuoden 2008 loppuun mennessä. NASA on tehnyt sinulle sopimuksen kaupallisista toimituspalveluista rahdin toimittamiseksi ISS: ään. Vanha suunnitelmasi on ulos ikkunasta, tarvitset paljon suuremman raketin. Sinun täytyy saada F9 menemään ja suorittamaan toimitusajoja ISS ASAP: lle rakettikehityksen aikatauluissa. Tämä tarkoittaa sitä, että käytät uudelleen niin paljon kuin voit, eikä sinulla ehdottomasti ole aikaa suunnitella kokonaan uutta vetymoottoria ylempään vaiheeseen.

John Bode
2018-06-14 01:31:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

SpaceX optimoi suorituskyvyn kustannukset , ja kaikki mitä SpaceX tekee Falcon-arkkitehtuurin suhteen, toimii tämän tavoitteen saavuttamiseksi. SpaceX käy mielellään kauppaa muutamalla m / s ΔV: llä, jos a) se säästää huomattavia määriä rahaa ja b) on tarpeeksi jäljellä tehtävien suorittamiseen suurin osa asiakkaidensa tarpeista .

Yksi merkittävä kustannusoptimointi on käyttää samoja materiaaleja, moottoreita ja työkaluja sekä paineenkorotuksessa että yläasteessa. Ainoa ero Yhdysvaltain Merlinin ja tehostimen Merlinsin välillä on suurempi suutin. Tämä ei yksinkertaista vain ajoneuvon rakennetta, se myös yksinkertaistaa tyynyn rakennetta ja toimintaa (vain yhden tyyppinen polttoaineletku, johon voi sekoittaa, tarvitsee vain yhden tyyppinen varastosäiliö jne.), Mikä vähentää kustannuksia entisestään. Ja vaikka LH2 itsessään on suhteellisen halpa (se on nestemäistä ilmaa, c'mon), se on kallista varastoida eikä tuota itsestään paljon työntövoimaa (syystä SLS jatkaa SRB: n käyttöä). Ja sen pieni tiheys vaatii paljon suurempia (ja vastaavasti painavampia) säiliöitä.

Kyllä, suorituskyky on selvä. Vaikka F9 voi lähettää LEO: lle suurempia hyötykuormia kuin Atlas, Atlas, jossa on Centaur hydrolox -ylempi vaihe, voi nostaa raskaampaa hyötykuormaa korkeammille kiertoradoille kuin F9. F9 on kuitenkin tehokas tarpeeksi tyydyttää useimpien comsat-operaattoreiden tarpeet, paljon halvemmalla kuin Atlas.

SpaceX yrittää vääntää mahdollisimman paljon suorituskykyä F9: stä, he tulevat vain toiseen suuntaan (kevyemmät materiaalit, 3D-painetut moottorin komponentit, tiivistetyt ponneaineet jne.) .

Uskon, että Merlin 1D Vacuum -moottorissa on muutama ero merenpinnan Merlin 1D: ssä kuin pelkästään tyhjöoptimoidulla suuttimella. Lisävarmuus (ei 8 muuta moottoria, jotka voi hakea sinulle, jos jokin menee pieleen), paremmat lämpö toleranssit (pitkät kiertoradarannikot saattavat jäätyä kaikesta, joka ei ole auringonvalossa; uskon, että heidän täytyi lisätä eristys sytytysjärjestelmään esimerkiksi tukeakseen käynnistä uudelleen pitkien rannikkojen jälkeen), ja mahdollisesti jotkut muutokset kardaanikykyyn tulevat kaikki mieleen asioina, jotka luulen kuulleeni mainitsemani. * Tämän sanottuaan *, kyllä, samanlainen muotoilu säästää paljon rahaa.
Toinen harkittava optimointi on * suunnittelukustannukset *. Toiset ovat maininneet, että LH2 asettaa korkeammat tekniset vaatimukset. Tämä tarkoittaa monimutkaisempaa, enemmän suunnittelutyötä, enemmän testausta. Ottaen huomioon, että he yrittävät tehdä teknisesti hulluja asioita, kuten * maalla käytettyjä raketteja veneessä *, on järkevää, että he vähentäisivät monimutkaisuutta muualla. Tämä on tavallaan kuin Pythonin käyttämistä C: n sijaan - 90% ajasta, nopeampi kehitys on paljon arvokkaampaa kuin nopeampi koodi, ja lyön vetoa, että analogia raketteihin on hyvä.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 4.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...