Почему IspIspI_\text{sp} на верхней ступени так важно?

Когда вы сравниваете верхнюю ступень Atlas 5/Delta 4, в которой используется двигатель верхней ступени RL-10, с разгонным блоком Falcon 9, в котором используется версия Merlin 1D Vac, вы видите действительно большие различия в производительности.

RL-10 представляет собой двигатель LOX/LH2 с большим удельным импульсом ( я сп 430-450 с в зависимости от версии) но дрянная тяга всего 20-25 клбс.

Пылесос Merlin 1D представляет собой двигатель LOX/RP1 с так себе я сп (хорошо для РП-1, хотя) на 304 с, но гораздо лучше тяга на 180 Klbs.

Тем не менее, RL-10 считается гораздо лучшим разгонным блоком, чем Merlin 1D.

Конечно, это довольно большой я сп зазор (на 25% больше у РЛ-10), но при такой большей тяге (в 8-9 раз больше у Мерлина) вроде бы не должно быть такой уж большой проблемы.

Я это понимаю я сп является мерой эффективности с точки зрения того, сколько секунд «использования» вы получаете на единицу топлива. Таким образом, RL-10 на 25% эффективнее Merlin 1D. Но пока у вас достаточно топлива/окислителя и есть тяга, почему разница в 8-9 раз в тяге имеет большее значение?

В конечном счете, это, вероятно, вопрос о том, почему я сп имеет такое большое значение в этом контексте?

Это просто еще один пример тирании ракетного уравнения. Вы уже сожгли много топлива, чтобы доставить туда этот фунт топлива.
Ага. Верхняя ступень и ее топливо дорого обходятся вам, потому что вам нужна первая ступень с достаточным количеством топлива, чтобы поднять их достаточно высоко и достаточно быстро. Как только вы преодолеете значительное атмосферное сопротивление и станете достаточно быстры, чтобы избежать немедленного повторного входа в атмосферу, время, необходимое для выхода на желаемую орбиту, не будет стоить так дорого. Тем не менее, масса верхней ступени по-прежнему снижает вашу полезную нагрузку; более эффективная ракета означает большую полезную нагрузку для той же комбинированной массы верхней ступени и полезной нагрузки (т. е. то, что должна увеличить первая ступень).

Ответы (2)

Масса, необходимая для доставки требуемого Δ В зависит от I уд и коэффициента сухой массы стадии. Это не зависит от тяги, за исключением того, что большая тяга увеличила бы требуемую массу из-за большого двигателя и кормы. Для заданного I sp тяга просто определяет, сколько времени потребуется, чтобы использовать все топливо. Для верхней ступени вы не так торопитесь, как для нижних ступеней. Вы уже находитесь на траектории, которая дает вам некоторое время в вакууме, чтобы завершить выход на орбиту. Оказавшись на орбите, у вас есть все время мира для следующего прожигания разгонного блока, если он есть, для перехода на другую орбиту или побега.

Вам просто нужно достаточно тяги, чтобы получить заряд, прежде чем вы начнете падать назад, если он завершает выход на орбиту. Для следующего горения вам понадобится достаточная тяга, чтобы можно было завершить горение до того, как будет набрана большая высота, чтобы максимизировать эффект Оберта (подробнее Δ энергия на единицу Δ В ). Большая тяга не поможет верхней ступени. Это просто больно с большей массой, которая не нужна.

Высокое доверие имеет небольшое преимущество; Вы получите более эффективное сжигание, если сможете оценить его в одно мгновение. (Но этот эффект, конечно, очень мал по сравнению с 25% я с п )
«Для следующего прожигания вам нужна достаточная тяга, чтобы его можно было завершить до того, как будет набрана большая высота, чтобы максимизировать эффект Оберта» — и даже это просто удобство, поскольку переносной прожиг можно разделить на несколько более мелких прогонов. рядом с апоцентром или с экстремальными двигателями ISp вы просто пренебрегаете потерями и уходите по спирали.
Вы имеете в виду перицентр, но да.
@MarkAdler: Да, перицентр. Мне плохо.

Первая часть профиля подъема почти вертикальна, чтобы как можно скорее выйти из плотной атмосферы.

При вертикальном ускорении корабль теряет гравитацию:

введите описание изображения здесь

Каждые 102 секунды, проведенные в вертикальном подъеме, дают вам потерю силы тяжести в 1 км/с.

Желательно сократить время вертикального подъема, чтобы свести к минимуму потери силы тяжести. Насколько быстро корабль поднимается над атмосферой, зависит от отношения тяги к весу, также известного как T/W.

Если тяга ракеты в точности равна силе тяжести, 9,8 м/с^2, T/W=1 и ракета просто парит. Большой T/W помогает кораблю быстрее всплывать.

Как правило, лучший интернет-провайдер означает меньшую нагрузку. Ионные двигатели имеют фантастический ISP, но мизерную тягу.

Так что на самом деле это не вопрос того, что на верхней ступени нужно больше интернет-провайдера. Нам нужен хороший интернет-провайдер для всех этапов. Но разгонная ступень нуждается в большей тяге.

«Каждые 102 секунды, проведенные в вертикальном подъеме, дают вам потерю силы тяжести в 1 км/с». - теперь это вызывающая воспоминания цифра, которая показывает, насколько дорого обходится гравитационное сопротивление!
Почему IspIspI_\text{sp} на верхней ступени так важно?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v