Возьмем, к примеру, ракетную установку «Вега». Его первые три ступени представляют собой твердотопливные ракетные двигатели и сгорают за относительно короткое время. Если я заменю его первую ступень на жидкостный ракетный двигатель, сможет ли этот теоретический двигатель иметь ту же тягу, что и исходный? Или было бы разумнее иметь тяговооруженность больше единицы, но иметь большее время горения?
Возможные ограничения:
Твердотопливные ракеты имеют очень высокий «удельный импульс плотности», то есть они производят большую тягу на единицу объема, поэтому эквивалентная жидкостная ступень того же диаметра будет несколько длиннее, но не чрезмерно.
Есть несколько существующих жидкостных двигателей с тягой, аналогичной первой ступени Vega, которые можно было бы использовать. Водородно-кислородный РС-68 производит достаточную тягу в двигателе диаметром 2,43 м, но из-за низкой плотности водорода вам потребуются большие топливные баки, что даст очень длинную и тонкую ступень. BE -4 и Raptor также относятся к одному классу общей тяги.
Самые большие твердотопливные ракетные ускорители — SRB шаттла и аналогичные 5-сегментные SRB, предназначенные для использования на SLS, — более мощные, чем любой одиночный жидкостный двигатель, построенный до сих пор (например, 4-камерный РД -170 и Saturn V F-1 ), но рассматривались и гораздо более крупные жидкостные двигатели .
Среди двигателей, производимых сегодня, РД-191 , вероятно, был бы лучшим кандидатом на жидкостный двигатель для замены первой ступени Vega P80 . При той же массе, что и у твердой первой ступени, у него будет немного меньшее начальное ускорение вне площадки, что будет уравновешено повышенным удельным массовым импульсом (311 секунд на уровне моря по сравнению с 280 у P80). Я предполагаю, что длина сцены будет около 14 метров, что лишь немного больше, чем цельная сцена P80.
Vega довольно мала по сравнению с орбитальными пусковыми установками, но в этом масштабе жидкостные двигатели могут конкурировать с твердыми по массе и объему.
Пределом большой тяги для твердотопливного ракетного двигателя было бы нечто, напоминающее снаряд, сформированный взрывом. Это явно не то, что вы можете сравнить с ракетой, питающейся жидким топливом из баков. Конечно, это также не то, что вы бы реально использовали для орбитального запуска... вы бы поставили под угрозу его функциональность как ракеты, чтобы дать вам больше тяги, чем вы можете использовать.
Однако первая ступень Vega P80 не является чем-то исключительным с точки зрения тяги. Он развивает тягу 3037 кН и имеет диаметр 3 м. Ракета-носитель Falcon 9 имеет диаметр 3,7 м и производит в общей сложности 7605 кН, с немного более высоким удельным импульсом и более длительным временем горения. Ускоритель на жидком топливе мог бы легко заменить P80.
Пять ракетных двигателей F-1 первой ступени «Сатурн-5» имели тягу 35,1 МН (все 5 двигателей вместе).
Два ускорителя космического корабля "Шаттл" имели тягу 25 МН (оба ускорителя без двигателей на жидком топливе).
Диаметр первой ступени «Сатурн-5» составлял 10 м, диаметр твердотопливных ускорителей — по 3,7 м каждый. Одиночный двигатель F-1 тоже имел диаметр 3,7 м.
Тяга одиночного F-1 составляла 6,77 МН, одиночного разгонного 12 МН.
Так что если сравнивать только одинарные двигатели, то твердотопливные имели примерно на 75 % больше тяги.
Органический мрамор
Мигель
Органический мрамор
пользователь20636