Что делает Falcon Heavy с 3 бустерами в 4 раза мощнее, чем F9 с одним бустером?

Число 53 метрических тонны связано с использованием поперечной подачи пороха . И только при использовании пороховой поперечной подачи. Когда он не используется, полезная нагрузка на LEO ниже, но я не могу найти ссылку на этот номер.

Поперечная подача означает, что центральный сердечник имеет соединения с боковыми сердечниками, направляя топливо и окислитель с каждой стороны к двигателям центрального сердечника. Таким образом, когда два боковых ускорителя сгорают, центральное ядро ​​​​в основном заполнено топливом / окислителем, превращаясь из двухступенчатого транспортного средства в функциональное трехступенчатое транспортное средство. Боковые ускорители питают только три двигателя, ближайших к боковому ускорителю. Таким образом, 6 из 9 двигателей имеют поперечное питание, а средние три средней активной зоны питаются от родного бака.

Затем центральное ядро, выступающее в качестве второй ступени, может сжечь большую часть полного ядра Falcon, чтобы вывести верхнюю ступень (теперь уже третью ступень) на орбиту, чтобы завершить миссию.

Удивительно, насколько большое значение имеет перекрестная подача. Увы, оказалось, что SpaceX решила, что это не стоит усилий. Вместо этого они пошли на запуск со всеми 27 двигателями на полной тяге, а вскоре после их движения дросселировали 9 двигателей из среднего ядра, чтобы боковые ядра сгорели раньше и все еще давали сценический эффект.

Delta 4 Heavy сжигает все три ядра в основном с одинаковой скоростью, хотя они могут рассмотреть возможность запуска на полной тяге, дросселирования центрального ядра, разделения ядер и сжигания центрального ядра немного дольше, чтобы получить эффект псевдотретьей ступени.

Ангара 3 или 5, которые будут летать с несколькими страпонами, могут иметь возможность делать что-то подобное с троттлингом, но если он не будет встроен с самого начала, потом будет очень сложно добавить поперечную подачу.

Но дросселирование центрального ядра для более длительного горения после разделения боковых ядер не так эффективно, как гораздо более быстрое опорожнение боковых ускорителей, более раннее включение, выброс всей этой лишней массы, а затем более длительное горение более легкой «второй» ступени. Однако в конце концов SpaceX решила использовать дросселирование вместо перекрестной подачи.

Скорее всего, это связано с тем, что ни одному платному клиенту на самом деле не требовалась полная грузоподъемность для миссии. Таким образом, они достаточно близко подходят к троттлингу. Кроме того, между тем временем, когда они объявили о первой итерации Falcon Heavy, и первым запуском, ускоритель ядра Falcon значительно улучшился.

Производительность Falcon 9 1.0 (первые 5 ускорителей) сильно отличается от Falcon 9 Block 5. Они увеличили полезную нагрузку LEO с 10 450 кг до 22 800 кг, а предпоследний Falcon Heavy будет использовать более новые ускорители.

В первой миссии Falcon Heavy на самом деле используются боковые ускорители Block 3 (ранее это были ускорители Block 3). Центральное ядро ​​​​уникальное и новое, но считается (доказательств пока нет) не совсем похожим на блок 5. Ожидается, что будущие полеты будут использовать три ядра Block 5.

Большая часть этого повышения производительности связана с Merlin, где Merlin 1A / 1B из оригинального Falcon 1 имел тягу всего около 75 000 фунтов.

Merlin 1C, используемый в Falcon 9 1.0, был большим улучшением при тяге, близкой к 125 000 фунтов на уровне моря.

Тяга Merlin 1D, используемая в Falcon 9 1.2/Full Thrust, приближается к 170 000 фунтов тяги.

Окончательная версия, которая, как ожидается, будет использоваться в Блоке 5 (официально название еще не изменено), как ожидается, снова увеличится, приблизившись к 190 000 фунтов.

Таким образом, они более чем удвоили производительность одной рукояти с момента объявления Falcon Heavy до ее первого запуска.

Это позволило им вернуть полезную нагрузку к тому, что они изначально прогнозировали, без необходимости более сложной перекрестной подачи.

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9 Полезная нагрузка Falcon 9 на LEO: 22,8 тонны на GTO: 8,3 тонны

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy Falcon Тяжелая полезная нагрузка на LEO: 63,8 тонны на GTO: 26,7 тонны

Производительность FH всего на 180% больше для LEO, но на 220% больше для GTO.

Итак, нет, это НЕ в 4 раза больше для LEO, который использовал перекрестную подачу, от которой отказались, потому что это слишком рискованно, сложно и не нужно для существующих миссий. SpaceX видит достаточно рыночных возможностей для

С поперечной подачей FH может сбрасывать на НОО более 70 тонн, возможно, в 4 раза больше.

Почему это ? Два дополнительных боковых усилителя не увеличивают производительность линейно. 3 ускорителя работают как первая ступень FH, а затем, когда боковые ускорители сбрасываются, только центральный ускоритель работает как вторая ступень. Это улучшает производительность нелинейно. Без поперечной подачи боковые ускорители должны оставаться прикрепленными дольше, что сокращает время горения конфигурации 2-й ступени. При поперечной подаче боковые ускорители подают топливо центрального ускорителя до разделения, обеспечивая полностью заправленный топливом центральный ускоритель после разделения, что существенно увеличивает время горения 2-й ступени. В этом мыслительном процессе верхняя ступень теперь является 3-й ступенью.

Еще одна причина, по которой от перекрестной подачи отказались, заключается в том, что центральный ускоритель догорает слишком быстро и слишком высоко, поэтому для его восстановления платформа ASDS могла быть расположена в 2-3 раза дальше от стартовой площадки, чем при F9. Поскольку переработанный FH Block V без перекрестной подачи теперь может выполнять все миссии, для выполнения которых была нанята SpaceX, логично упростить восстановление всех трех ускорителей, что гораздо важнее, чем производительность, за которую заказчик не хочет платить.