Грубая оценка предельного размера диаметра и массы топлива 1-ступени для моноблока с двумя ступенями одного диаметра.
С одной стороны ограничивает тяга, с другой стороны ограничивает нормальный размер баков на 2-ступени - они не должны быть плоскими.
Баки считаем как идеальный цилиндр.
На 2-ступени высоту меньшего из двух баков примем равную диаметру, как оптимальную - это базовый параметр оценки.
Если сделать шаро-бак, то его объем будет в 1.5 раза меньше - считай как цилиндр в 1.5 раза ниже - для него тоже подсчитаем!
Так как хотим вытащить максимально много, масса топлива 1-ступени будет больше массы топлива 2-ступени только в 2 раза.
Для тяги со старта с ускорением в 1.4 раза, тяга движков 1-ступени будет примерно в 5 больше массы топлива 2-ступени.
По факту мы используем чуть больше половины площади торца ракеты для ракетных сопел.
То есть удельная тяга ракетного сопла на 1 квадратный метр должна быть в 10 раз больше массы топлива 2-ступени приходящийся на 1 квадратный метр торца ракеты.
Эта удельная тяга ограничена давлением в камере сгорания.
Для НК-33, с давлением 147 бар, тягой в 154 тонны и диаметром сопла 1,49 м, удельная тяга на 1 кв.метр = 88 тонн. То есть на 100 бар давления = 60 тонн на кв.метр
Для Мерлин, с давлением 97 бар, тягой в 85 тонн и диаметром сопла 0,92 м, удельная тяга на 1 кв.метр = 127 тонн. То есть на 100 бар давления = 130 тонн на кв.метр
У Мерлина коэф.расширения сделан минимальным, чтобы выжать тяги побольше.
Будем выжимать несколько меньше, чем у Мерлин. На 100 бар давления в камере сгорания будем выжимать 100 тонн на квадратный метр площади сопла.
Так как площадь торца цилиндра в 2 раза больше общей площади сопел ракетных движков, то считаем что на 100 бар давления в камере сгорания будет 50 тонн тяги на 1 кв.метр площади торца ракеты.
То есть в тоннах тяга на 1 кв.метр в двое меньше чем давление в барах в камере сгорания.
Для примера, для Старшипа, диаметр 9 метров, площадь торца 63.6 кв.метров, тяга будет (350 бар / 2)*63,6 = 11133 тонн.
Максимальный диаметр будем считать, помня что высота меньшего бака во 2-ступени равна диаметру ракеты, а тяга должна быть в 5 раз больше чем массы топлива 2-ступени.
1. Метан+кислород. Давление в камере сгорания 350 бар, двойной тракт. Соотношение окислителя 3.5.
Метр высоты метана + кислород к нему на 2-ступени весит = (метан 430 кг/м3) * (1+3.5) = 1.94 тонны.
Максимальный диаметр= (350/2/5) / 1.94 = 18,0 метра
Тяга движков =(350/2)*254.5 кв.метров = 44532 тонны
Максимальный диаметр для шаро-бака (меньший бак на 2-ступени)= 918 метров * 1.5 = 27 метров
Тяга движков для шаро-бака = 44532 тонны * 2.25 = 100197 тонны
2. Пропан+кислород. Давление в камере сгорания 240 бар, кислый тракт. Соотношение окислителя 3.1
Метр высоты пропана + кислород к нему на 2-ступени весит = (пропан 700 кг/м3) * (1+3.1) = 2.87 тонны.
Максимальный диаметр= (240/10) / 2.87 = 8,4 метра
Тяга движков =(240/2)*55.4 кв.метров = 6648 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 8,4 метра * 1.5 = 12.6 метра
Тяга движков для шаро-бака = 6648 тонны * 2.25 = 14958 тонны
3. Аммиак+кислород. Давление в камере сгорания 300 бар, сладкий тракт. Соотношение окислителя 1.4 - (бак кислорода меньше бака аммиака, кислород сильно охлажден).
Метр высоты кислорода + аммиак к нему на 2-ступени весит = (кислород 1250 кг/м3) * (1+1/1.4) = 2.14 тонны.
Максимальный диаметр= (300/10) / 2.14 = 14.0 метра
Тяга движков =(300/2)*153.9 кв.метров = 23088 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 14 метра * 1.5 = 21 метр
Тяга движков для шаро-бака = 23088 тонн *2,25 = 51948 тонны
4. Водород+кислород. Давление в камере сгорания 280 бар, двойной тракт. Соотношение окислителя 6 - (бак кислорода меньше бака водорода, кислород сильно охлажден).
Метр высоты кислорода + водород к нему на 2-ступени весит = (кислород 1250 кг/м3) * (1+1/6) = 1.46 тонны.
Максимальный диаметр= (280/10) / 1.46 = 19.2 метра
Тяга движков =(280/2)*289.5 кв.метров = 40440 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 19.2 метра * 1.5 = 28.7 метра
Тяга движков для шаро-бака = 40440 тонн *2,25 = 90990 тонны
5. Пропилен+амил (тетраоксид азота). Давление в камере сгорания 290 бар, кислый тракт. Соотношение окислителя 4.4
Метр высоты пропилена + амил к нему на 2-ступени весит = (пропилен 614 кг/м3) * (1+4.4) = 3.32 тонны.
Максимальный диаметр= (290/10) / 3.32 = 8,8 метра
Тяга движков =(290/2)*60.8 кв.метров = 8688 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 8.8 метра * 1.5 = 13.2 метра
Тяга движков для шаро-бака = 8688 тонн *2,25 = 19548 тонны
6. Пропилен+перекись. Давление в камере сгорания 480 бар, кислый тракт. Соотношение окислителя 7.2
Метр высоты пропилена + перекись к нему на 2-ступени весит = (пропилен 614 кг/м3) * (1+7.2) = 5.03 тонны.
Максимальный диаметр= (480/10) / 5.03 = 9,6 метра
Тяга движков =(480/2)*72.4 кв.метров = 17371 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 4.8 метра * 1.5 = 7.2 метра
Тяга движков для шаро-бака = 17371 тонн *2,25 = 39086 тонны
6. Диметиловый эфир+закись азота. Давление в камере сгорания 150 бар, сладкий тракт. Соотношение окислителя 5.7
Метр высоты диметилового эфира + закись азота к нему на 2-ступени весит = (диметиловый эфир 668 кг/м3) * (1+5.7) = 4.48 тонны.
Максимальный диаметр= (150/10) / 4.48 = 3.3 метра
Тяга движков =(150/2)*8.8 кв.метров = 660 тонн
Максимальный диаметр с шаро-баком на 2-ступени= 3.3 метра * 1.5 = 5.0 метра
Тяга движков для шаро-бака = 660 тонн *2,25 = 1485 тонны
PS.
Краткий вывод - метан рулит.
ЦитироватьМаксимальный диаметр для шаро-бака (меньший бак на 2-ступени)= 9 метров * 1.5 = 27 метров
очепятка! 18
Цитата: Prokrust от 10.05.2026 13:39:511. Метан+кислород. Давление в камере сгорания 350 бар, двойной тракт. Соотношение окислителя 3.5.
Метр высоты метана + кислород к нему на 2-ступени весит = (метан 430 кг/м3) * (1+3.5) = 1.94 тонны.
Максимальный диаметр= (350/2/5) / 1.94 = 18,0 метра
Тяга движков =(350/2)*254.5 кв.метров = 44532 тонны
Максимальный диаметр для шаро-бака (меньший бак на 2-ступени)= 918 метров * 1.5 = 27 метров
Тяга движков для шаро-бака = 44532 тонны * 2.25 = 100197 тонны
Старшип V42
Коаксиальные баки рассматривали?
Получается силовая пространственная структура вместо 1 тонкостенного цилиндра. Высота конструкции так же интересует. Вторую ступень можно принять как внутренний диаметр, без конусного переходника.
Но компоненты топлива скорее кислород метан или водород. Для керосина теплоизоляции много.
В журнале "Юный Техник" где-то в начале 80х было про коаксиальные баки кислорода и водорода. Там была такая рубрика типа "уста младенца глаголят истину" или что-то вроде того. Публиковали наименее наивные предложения из почты (например, один умный мальчик догадался до атомной батарейки на бетта-распаде). Там все проблемы описывались - сухая масса баков значительно больше, чем при тандемном расположении. Это не считая массы теплоизоляции.
Цитата: alex1664 от 12.05.2026 18:44:38Коаксиальные баки рассматривали?
Получается силовая пространственная структура вместо 1 тонкостенного цилиндра. Высота конструкции так же интересует. Вторую ступень можно принять как внутренний диаметр, без конусного переходника.
Но компоненты топлива скорее кислород метан или водород. Для керосина теплоизоляции много.
Нет, меня интересуют основы, интерес разобраться в общих возможностях.
Но конечно можно прикинуть.
Я так понимаю у коаксиальных баков будет общая тонкая стенка (что несколько рисково) - и лучше иметь топливо одинаковой температуры. Например кислород (температуры кипения) и пропан. Достигаемое давление в камере сгорания будет немного поменьше, 220 бар.
Чтож, это все считается за один бак, который будет весьма коротким - длиной в диаметр.
Метр высоты кислорода на 2-ступени весит = (кислород 1141 кг/м3) = 1.14 тонны.
Максимальный диаметр= (220/10) / 1.14 = 19.2 метр.
Тяга движков =(220/2)*291.9 кв.метров = 32118 тонн
Такой 2-ступени в качестве Старшипа, будет проще тормозиться об атмосферу куполом, а не боком. Это интересная идея.
PS.
При расчетном соотношении между весом топлива ступеней - и 1-ступень лучше делать с коаксиальными баками.
Немецкая Isar Aerospace , ракета Spectrum, с коаксиальными баками работает. При этом, на топливной паре кислород/пропан.
А если применять схему Н1? В том смысле что с коническим расширением к низу?
Цитата: garg от 13.05.2026 10:49:12А если применять схему Н1? В том смысле что с коническим расширением к низу?
Это не моноблок-цилиндр.
Разные диаметры у 1-ступени и 2-ступени - свобода для масштабирования. Диаметр 1-ступени будет ограничен только своими баками - слишком плоские не хорошо.
Если бы Маск захотел бы вытащить более 100 тонн на движках Мерлин - он бы конечно воспользовался бы это схемой.
Хотя да, есть альтернатива = 7-блок.
Решил подсчитать предельный диаметр моноблока для движков Мерлин.
Итак, тяга = 845 кН = 86.1 тонн. Диаметр сопла 94 см.
Получаем тягу = 124 тонны/м2.
Метр высоты керосин+кислород на 2-ступени весит = ( керосин 820 кг/м3) * (1+2.6) = 2.95 тонны.
Максимальный диаметр= (124/10) / 2.95 = 4.2 метра
Тяга движков = (124/2)*13,85= 859 тонн.
Если же сделать шаро-бак для керосина на 2-ступени (то есть как цилиндр, высота в 1.5 раза меньше диаметра), то
Максимальный диаметр с шаро-баком= 4.2 метра *1.5 = 6.3 метра
Тяга движков с шаро-баком= 859*2.25 = 1932 тонны.
PS.
Propep помимо УИ считает параметр A*M - отношение площади горловины сопла к массовому расходу, в квадратных дюймах на фунт за секунду. Чтож, проверим на Мерлин.
Для 96 бар A*M= 0.1314
Тяга Мерлин = 845 кН. Тогда Расход топлива в секунду= 845кН / 9,81м/с2 / 312сек = 276 кг.
Площадь горла = 276 кг * (0,1314 *(2,54*2.54/0.453)) = 516.5 см2 (где 2.54 это дюйм в см; 0.453 фунт в кг).
Коэф.расширения сопла = (94см*94см*3,14/4) / 516 = 13.4
Получился ниже чем упоминаемый везде 16. Но, оптимальный коэф.расширения для максимального УИ на уровне моря равен 13. Так что получается Маск движок полностью оптимизировал под тягу во время старта.
PS.PS.
Максимальный диаметр подсчитал как и все, в предположении что общая площадь сопла движков равно половине площади торца цилиндра. Но у Фалкон это не совсем так, при диаметре ракеты 3.7 м и сопла движка 0.94 м, используемая площадь = 58%. То есть
Максимальный диаметр= 4.2 * (0.58/0,5) = 4.8 метра
Тяга движков = 859 *1.34 = 1155 тонн.
Для такой ракеты нужен движок с тягой 128 тонн. Груз на НОО будет равен 26 тонн.
Цитата: alex1664 от 12.05.2026 18:44:38Коаксиальные баки рассматривали?
Получается силовая пространственная структура вместо 1 тонкостенного цилиндра
А смысл? Тема про самый большой диаметр, такие баки не помогут увеличить. Идея сама по себе прорывная конечно
Цитата: Tokarev33 от 12.05.2026 21:07:15Немецкая Isar Aerospace , ракета Spectrum, с коаксиальными баками работает. При этом, на топливной паре кислород/пропан.
Точно? У них же углеволокно вроде?
Цитата: Капитан Бутан от 15.05.2026 00:11:37ЦитироватьНемецкая Isar Aerospace , ракета Spectrum, с коаксиальными баками работает. При этом, на топливной паре кислород/пропан.
Точно? У них же углеволокно вроде?
Вы правы. На Spectrum - совмещенное днище. Коаксиальные баки - на другом пропан/кислородном проекте - Prime от Orbex.
Цитата: Tokarev33 от 15.05.2026 00:41:48Коаксиальные баки - на другом пропан/кислородном проекте - Prime от Orbex.
То есть всё-таки ещё стадия проекта. А там баки из чего, из металла?
Я вижу выгоду от коаксиальных баков только в лёгком сегменте. Мало топлива, диаметр мал, низкое массовое совершенство. Короткий толстый бак не сделаешь, совершенство ещё больше упадёт. И тут коаксиальные позволяют увеличить диаметр без уменьшения длины. Внутренняя стенка утончается, совершенство становится как у больших ракет
Цитата: Tokarev33 от 15.05.2026 00:41:48Цитата: Капитан Бутан от 15.05.2026 00:11:37ЦитироватьНемецкая Isar Aerospace , ракета Spectrum, с коаксиальными баками работает. При этом, на топливной паре кислород/пропан.
Точно? У них же углеволокно вроде?
Вы правы. На Spectrum - совмещенное днище. Коаксиальные баки - на другом пропан/кислородном проекте - Prime от Orbex.
Мне кажется, это там у них только на короткой второй ступени и вызвано это теми же причинами, как на блоке ДМ, блоке Л, вторых ступенях Зенита и Союз-5 - бак горючего в диаметре ступени получается очень короткий и его делали торообразный. А первая ступень длинная и нормально компонуется с тандемными баками.
Теперь подсчитаем Раптор, 350 бар давления в камере сгорания, 275 тонн тяги у Земли, с УИ на уровне моря = 350.
Propep считает A*M = 0.03734
Расход топлива для тяги 275 тонн = 275т / 350сек = 785.7 кг/с.
Площадь горловины = 785.7 * 0,03734 * (2,54*2,54/0,453) = 417.8 см2.
Коэф.расширения = (1.3м*1.3м*3,14/4) /417.8 см2 = 31.8.
Расчетный Propep на уровне моря УИ = 353, в вакууме УИ = 371
Ну и для Раптор получаем тягу на взлете 207.2 тонн на 1 кв.метр сопла.
Максимальный диаметр= (207.2/2/5) / 1.94 = 10.7 метра
Тяга движков =(207.2/2)*89.6 кв.метров = 9280 тонны
Конечно в СуперХеви площадь используется более чем половину от торца цилиндра = 68.8 %.
При таком использовании будет
Максимальный диаметр= 10.7 * (68.8 /50) = 14.7 метров
Тяга движков = (207.2*0.688)*170.2 кв.метров = 24262 тонны
Так что расстановка движков очень важна.
Цитата: Prokrust от 10.05.2026 13:39:51Грубая оценка предельного размера диаметра и массы топлива 1-ступени для моноблока с двумя ступенями одного диаметра.
С одной стороны ограничивает тяга, с другой стороны ограничивает нормальный размер баков на 2-ступени - они не должны быть плоскими.
Баки считаем как идеальный цилиндр.
Материал стенок тоже идеально прочный и жесткий?
Итак, У Раптор коэф.расширения сопла равен 31.2, при этом его оптимальный для уровня моря = 36.
То есть хотя в Мерлин коэф.расширения очень низкий 13.4, он все же чуть выше оптимального, а вот у Раптора - уже ниже. Все ради тяги. Конечно на УИ у моря у Раптора это повлияло мало, всего на 0.3 меньше.
У Суперхеви движки поставлены значительно плотнее, чем у 1-ступени Фалкон, на 68.8%. Что если бы Маск сделал мини-Суперхеви на Мерлин?
Максимальный диаметр = (124 т/м2 /5 * 0.688) / 2.95 = 5.7 метр
Общая тяга = 124т/м2* 0.688* 25.5м2 = 2175 тонн. (это примерно 49 тонн на НОО).
Таки образом тяга 1 движка = 2175 / 33 = 66 тонн. Диаметр сопла = 82 см.
Получается чтобы сделать супертяж на версии движка Мерлин, Маск должен уменьшить его тягу и размер!
Пропан - основной конкурент метану. При плотности 700 кг/м3, он практически не ступает керосину - при этом превосходя его в УИ. Пропановый движок намного проще перезапускать, чем керосиновый.
Более того, пропан самый устойчивый газ к термо-разложению, после метана. Это позволяет делать на нем турбину. Не обязательно так как в Старшип, отдельный ТНА - просто как дополнительную в кислом тракте, добавив давления. Так можно увеличить давление в камере сгорания с 240 бар до 300 и более.
Подсчитаем реализацию Суперхеви на пропане (на 240 бар).
Сначала найдем диаметр сопла для движка тяги 250 тонн.
Propep считает A*M = 0.05333 . Коэф.расширения возьмем оптимальный для уровня моря = 27
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 339.5сек = 736.4 кг/с.
Площадь горловины = 736.4 * 0,05333 * (2,54*2,54/0,453) = 559.3 см2.
Площадь сопла = 559.3см2 * 27 = 1.51 м2. Диаметр сопла = 1.39 м.
Тяга на 1 кв.метр = 165.6 тонн
Как уже считалось, Метр высоты пропана + кислород к нему на 2-ступени весит = (пропан 700 кг/м3) * (1+3.1) = 2.87 тонны.
Максимальный диаметр пропанового Суперхеви= (165.6 /5 * 0,688) / 2.87 = 7.9 метра
Тяга движков =(165.6*0.688)*49.5 кв.метров = 5638 тонн.
Тяга 1 движка = 171 тонн, его диаметр = 1.15 м
PS.
Размер можно увеличить. Например добавить низко-температурную турбину на метане в пару к кислородной турбне и поднять давление в камере сгорания до 300 бар. Но можно проще, пойти по стопам Маска и просто уменьшить коэф. расширения.
Уменьшаем коэф. расширения с 27 до 23. При этом УИ у моря падает на 0.5.
Тяга на 1 кв.метр = 165.6 *27/23 = 194.4 тонны
Максимальный диаметр пропанового Суперхеви= (194.4 /5 * 0,688) / 2.87 = 9.3 метра
Тяга движков =(194.4*0.688)*68.2 кв.метров = 9125 тонн.
Тяга 1 движка = 276 тонн, его диаметр = 1.34 м
Получился полный аналог метанового Суперхеви, только пониже и только с одним кислым ТНА.
Полученный результат по пропану с кислым ТНА - несколько неожиданный.
Таки да, если бы у нас было нормальное развитие с кислым ТНА, то есть бы не искали бы в замену керосину точно тоже самое, с чуть большим УИ и плотнее, потому что керосин был удобен для тех кто искал, добавляя нафталин и прочее - а просто перешли бы к более легким углеводам, повышая так УИ, но с достаточно хорошей плотностью - а у пропана 700 кг/м3, то выбор был бы очевиден.
Пропан более удобен для ракеты с жидким кислородом, более удобен для двигателя - проще зажигать, как и метан и лучше горит. И на пропане тяга в 300 тонн - очень даже достижима, а вот с керосином как-то нет.
При этом пропан устойчив к термо-разложению и можно добавить низко-температурную турбину в пару и так добавить давления.
Однако пропановый Суперхеви можно сделать только на одном кислом ТНА с одной турбиной!
Все как у нас любят. Но нас не любят пропан, он для них "неудобен".
Это поразительно! Это невозможно для метана - там только два ТНА, только хардкор.
Итак, кислый ТНА для СуперХеви подсчитали, время подсчитать сладкий ТНА!
Аммиак. Газ, объем которого больше чем кислорода в паре. У аммиака хорошая теплоемкость, что позволяет давить 300 бар в камере сгорания. Никаких взрывов из-за агрессивного кислорода! Чем не мечта?
Минус в меньшим пустотным УИ = 350 сек. Но основной минус - аммиак горит неохотно. Как сделать камеру сгорания с большой тягой?
Чтож, нужна добавка газа, который очень хорошо горит. Диметиловый эфир. Смешивается с аммиаком в любой пропорции. Смесь позволит сделать камеру с хорошей тягой. Диметиловый эфир как и аммиак обладает хорошим соотношением с кислородом и теплоемкостью, так что разницы в давлении большой не будет.
Подсчитаем СуперХеви просто для аммиака.
Propep считает A*M = 0.04175 . Коэф.расширения возьмем оптимальный для уровня моря = 27
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 327.6сек = 763.1 кг/с.
Площадь горловины = 763.1 * 0,04175 * (2,54*2,54/0,453) = 453.8 см2.
Площадь сопла = 453.8см2 * 27 = 1.23 м2. Диаметр сопла = 1.25 м.
Тяга на 1 кв.метр = 203.2 тонн
Как уже считалось, Метр высоты кислорода + аммиак к нему на 2-ступени весит = (кислород 1250 кг/м3) * (1+1/1.4) = 2.14 тонны.
Максимальный диаметр аммиак-Суперхеви= (203.2 /5 * 0,688) / 2.14 = 13 метров
Тяга движков =( 203.2 *0.688)*132.7 кв.метров = 18556 тонн.
PS.
Чтож, для Суперхеви это отличный вариант. Скорее всего движков потребуется намного больше и с меньшей тягой, чем для метанового варианта - все таки с очень большой тягой будут сложности.
Зато сладкий тракт!
Гидразин+Тетраоксид азота. Кислый тракт. Соотношение окислителя 1.4
Давление в камере сгорания = 220 бар. Расчетный УИ на уровне моря = 320.3
Propep считает A*M = 0.05654 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 20
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 320.3сек = 780.5 кг/с.
Площадь горловины = 780.5 * 0,05654 * (2,54*2,54/0,453) = 628.5 см2.
Площадь сопла = 628.5см2 * 20 = 1.26 м2. Диаметр сопла = 1.26 м.
Тяга на 1 кв.метр = 198.9 тонн
Метр высоты гидразина + амил к нему на 2-ступени весит = ( гидразин 1021 кг/м3) * (1+1.4) = 2.45 тонны.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 198.9 /5 * 0,688) / 2.45 = 11.2 метров
Тяга движков =( 198.9 *0.688)*98 кв.метров = 13409 тонн.
Чтож, эта пара очень хорошо годится в топливо СуперХеви.
Пропилен+тетраоксид азота. Кислый тракт. Пропилен углеводородная альтернатива ядовитому гидразину. От пропана отличается тем что дает чуть больший УИ и температуру за счет двойной связи - реакция идет активнее, что лишним не будет.
Давление в камере сгорания 290 бар. Соотношение окислителя 4.4. Расчетный УИ на уровне моря = 318.7
Propep считает A*M = 0.04117 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 30
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 318.7сек = 784.4 кг/с.
Площадь горловины = 784.4 * 0,04117 * (2,54*2,54/0,453) = 460 см2.
Площадь сопла = 460см2 * 30 = 1.38 м2. Диаметр сопла = 1.32 м.
Тяга на 1 кв.метр = 181.2 тонн
Метр высоты пропилена + амил к нему на 2-ступени весит = (пропилен 614 кг/м3) * (1+4.4) = 3.32 тонны.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 181.2 /5 * 0,688) / 3.32 = 7.5 метров
Тяга движков =( 181.2 *0.688)*44.3 кв.метров = 5522 тонн.
Не хватает тяги. Однако можно повторить трюк со снижением коэф.расширения, скажем при 25, тогда УИ уровня моря снизится на 0.5.
И тогда Тяга на 1 кв. метр станет 217.4 тонн.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 217.4 /5 * 0,688) / 3.32 = 9 метров
Тяга движков =( 217.4 *0.688)*63.7 кв.метров = 9540 тонн.
Так лучше, и это топливо годится для СуперХеви, впритык но годится.
Однако будет сложно достичь тяги в 290 тонн на 1 камеру сгорания - в амиле керосин горит неохотно. Конечно пропилен будет гореть пободрее, но все же. То есть движков потребуется больше количеством.
Пропилен+перекись. Кислый тракт. Здесь также считаем пропилен, который по УИ несколько лучше пропана и двойная связь дает дополнительную энергию для более активного сгорания. Считаем чистую перекись, считая что есть возможность сделать турбину, выдерживающую температуру продуктов распада чистой перекиси. При этом получаем просто невероятное количество энергии для сжатия! То что перекись имеет большую плотность, еще больше увеличивает сжатие, так как энергии меньше нужно (меньше объем жидкости - меньше энергии).
Давление в камере сгорания 480 бар, Соотношение окислителя 7.2. Расчетный УИ на уровне моря = 321.4
Propep считает A*M = 0.02452 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 43
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 321.4сек = 777.8 кг/с.
Площадь горловины = 777.8 * 0,02452 * (2,54*2,54/0,453) = 271.6 см2.
Площадь сопла = 271.6см2 * 43 = 1.17 м2. Диаметр сопла = 1.22 м.
Тяга на 1 кв.метр = 214 тонн
Метр высоты пропилена + перекись к нему на 2-ступени весит = (пропилен 614 кг/м3) * (1+7.2) = 5.03 тонны.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 214 /5 * 0,688) / 5.03 = 5.8 метров
Тяга движков =( 214 *0.688)*26.9 кв.метров = 3965 тонн.
Для перекиси не хватает тяги, из-за большого соотношения масс горючего и окислителя.
Однако так как очень большое давление, то и коэф.расширения очень большой и его есть куда снижать.
На этот раз придется снизить много и лучше пересчитать. И так, делаем коэф.расширения = 27.
При этом УИ на уровне моря = 319.2 (на 2.2 ниже оптимального).
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 319.2сек = 783.2 кг/с.
Площадь горловины = 783.2 * 0,02452 * (2,54*2,54/0,453) = 273.5 см2.
Площадь сопла = 273.5см2 * 27 = 0.74 м2. Диаметр сопла = 0.97 м.
Тяга на 1 кв.метр = 338.5 тонн
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 338.5 /5 * 0,688) / 5.03 = 9.3 метров
Тяга движков =( 214 *0.688)*67.3 кв.метров = 15689 тонн.
Итак. Конечно движки с такой тягой, это 475 тонн получается (при 33 движках), создать вряд ли получится. Придется утроить их количество. И давление в камере сгорания, 480 бар - это конечно очень много.
Тем не менее, СуперХеви на перекиси более чем возможен.
Диметиловый эфир+закись азота. Сладкий тракт. Диметиловый эфир выбран из-за сладкого тракта, в нем нет углеродной связи. Конечно СуперХеви на закиси не получится, но все же интересно посчитать в сравнении с Мерлин.
Давление в камере сгорания 100 бар. Соотношение окислителя 5.7 Расчетный УИ на уровне моря = 268.5
Propep считает A*M = 0.10916 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 11
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 268.5сек = 931.1 кг/с.
Площадь горловины = 931.1 * 0,10916 * (2,54*2,54/0,453) = 1447.5 см2.
Площадь сопла = 1447.5см2 * 11 = 1.59 м2. Диаметр сопла = 1.42 м.
Тяга на 1 кв.метр = 157 тонн
Метр высоты диметилового эфира + закись азота к нему на 2-ступени весит = (диметиловый эфир 668 кг/м3) * (1+5.7) = 4.48 тонны.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 157 /5 * 0,688) / 4.48 = 4.8 метров
Тяга движков =( 157 *0.688)*18.2 кв.метров = 1973 тонн.
Таким образом тяга 1 движка = 1973 / 33 = 59.7 тонн. Диаметр сопла = 70 см.
Чтож, закись проиграла Мерлину, хоть и немного, по стартовой тяге
С выводом на НОО будет хуже из-за пустотного УИ. При грубой оценке в 60% от Мерлин, получим 27 тонн на НОО.
Пропан+закись азота. Сладкий тракт. Не ядовитое и дешевое топливо. И уж точно с сажей на турбиной не будет хуже чем у Маска, у него там вообще керосин. Однако пропана мало, и давление будет не большим.
Давление в камере сгорания 60 бар. Соотношение окислителя 9.9 Расчетный УИ на уровне моря = 258.2
Propep считает A*M = 0.18235 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 8
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 258.2сек = 968.2 кг/с.
Площадь горловины = 968.2 * 0,18235 * (2,54*2,54/0,453) = 2514.5 см2.
Площадь сопла = 2514.5см2 * 8 = 2.01 м2.
Тяга на 1 кв.метр = 250 / 2.01 = 124.4 тонн
Метр высоты пропана + закись азота к нему на 2-ступени весит = (пропан 580 кг/м3) * (1+9.9) = 6.32 тонны.
Максимальный диаметр = ( 124.4 /5 * 0,688) / 6.32 = 2.7 метров
Тяга движков =( 124.4 *0.688)*5.7 кв.метров = 490 тонн.
Вернемся к метану. Посчитаем какого размера ракету мог бы сделать Безос, если бы в точности скопировал Фалкон, но с метановым движком на кислом тракте.
Итак, давление в камере сгорания 130 бар. Соотношение окислителя 3.5 Расчетный УИ на уровне моря = 329.5
Propep считает A*M = 0.09952. Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 16
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 329.5сек = 758.7 кг/с.
Площадь горловины = 758.7 * 0.09952 * (2,54*2,54/0,453) = 1075.4 см2.
Площадь сопла = 1075.4см2 * 16 = 1.72 м2.
Тяга на 1 кв.метр = 250 / 1.72 = 145.3 тонн
Метр высоты метана + кислород к нему на 2-ступени весит = (метан 430 кг/м3) * (1+3.5) = 1.94 тонны.
Максимальный диаметр = ( 145.3 /9 * 0,56) / 1.94 = 4.7 метров (здесь 56% использования площади торца ракеты для 9 движков).
Тяга движков =( 145.3 *0.56)*17 кв.метров = 1383 тонн. Тяга одного движка 154 тонны. С диаметром сопла 1.18 м.
PS.
Исправил счет на 9 движков. И вот.
Чтож, для чисто кислого тракта на метане, схема с 9 движками как у Фалкон, имеет сильное ограничение. Но все же тонн 30 груза на НОО так выводится.
PS.PS.
Однако, ограничение в данном случае, высота бака не меньше диаметра бака, для совмещенного бака метана и кислорода, не так существенно.
Поэтому ракету можно просто расширить, чтобы влезли движки на 250 тонн тяги, не меняя высоту бака.
Диаметр ракеты станет = 4.7м * квадратный корень(250/150) = 6 метров
Высота метанового бака будет где-то 77% от диаметра, 4.6 метров в среднем.
Диаметр сопла 250 тонного движка будет = 1.5 м.
Вывод на НОО где-то не менее 50 тонн.
Так что да, Безос мог сделать так, не используя водород.
Аммиак+закись азота. Сладкий тракт. Закись проиграла открытому движку, решил подсчитать, что может изменить аммиак, благодаря лучшему соотношению к окислителю и соответственно большему давлению в камере сгорания.
Давление в камере сгорания 165 бар. Соотношение окислителя 3.9 Расчетный УИ на уровне моря = 270.0
Propep считает A*M = 0.06589 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 14
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 270сек = 925.9 кг/с.
Площадь горловины = 925.9 * 0.06589 * (2,54*2,54/0,453) = 868.9 см2.
Площадь сопла = 868.9см2 * 14 = 1.22 м2.
Тяга на 1 кв.метр = 250 / 1.22 = 205.5 тонн
Метр высоты аммиака + закись азота к нему на 2-ступени весит = (аммиак 680 кг/м3) * (1+3.9) = 3.33 тонны.
Максимальный диаметр = ( 205.5 /5 * 0,688) / 3.33 = 8.5 метров
Тяга движков =( 205.5 *0.688)*56.6 кв.метров = 8006 тонн.
Никогда не думал, что с помощью закиси азота можно сделать что-то настолько тяжелое.
Однако движки получаются по 240 тонн тяги - а это будет крайне сложно сделать, аммиак горит не очень.
И конечно вывести заветные 100 тонн все равно не получится - с теоретическим пустотным УИ в 306.6, то есть на практике будет где-то 295. С посадкой на баржу, будет только где-то 1% от тяги 1-ступени. Это тонн 80 на НОО.
Довольно интересная пара гидразин-перекись. С довольно приличным УИ, возможностью обеспечения самовоспламенения (в парогазе перекиси гидразин будет самовоспламеняться), высокой плотностью и возможностью использовать однокомпонентные ТНА, причем с достаточно большим давлением (особенно если взять две ТНА, одну на перекиси, вторую на гидразине).
Цитата: AlexV от 31.05.2026 21:18:16Довольно интересная пара гидразин-перекись. С довольно приличным УИ, возможностью обеспечения самовоспламенения (в парогазе перекиси гидразин будет самовоспламеняться), высокой плотностью и возможностью использовать однокомпонентные ТНА, причем с достаточно большим давлением (особенно если взять две ТНА, одну на перекиси, вторую на гидразине).
Как я понимаю, это сладкий ТНА на гидразине (возможно с добавкой аммиака). С чистым гидразином (если турбина выдержит) давление можно поднять, где-то до 210 бар.
Однако не совсем понятно, зачем использовать с гидразином закись азота, когда есть тетраоксид диазота?
По сравнению с гидразином, амил почти безвреден.
Цитата: Prokrust от 31.05.2026 22:34:02Однако не совсем понятно, зачем использовать с гидразином закись азота, когда есть тетраоксид диазота?
Я имел ввиду не закись азота, а перекись водорода. Т.е. пару N2H4-H2O2.
Ещё одна экзотическая пара, но по некоторым аспектам интересная, нитрометан-AT. Тоже высококипящая, плотная, и с относительно неплохим УИ. Причем на на нитрометане возможен монотопливны ТНА со сладким газом.
Цитата: AlexV от 31.05.2026 22:46:20Цитата: Prokrust от 31.05.2026 22:34:02Однако не совсем понятно, зачем использовать с гидразином закись азота, когда есть тетраоксид диазота?
Я имел ввиду не закись азота, а перекись водорода. Т.е. пару N2H4-H2O2.
А-а понятно. По пустотному УИ перекись уступает амилу на 11 сек (с гидразином), но можно больше получить давление. Посчитаю вечером.
Перекись водорода+ гидразин. Кислый тракт. Соотношение окислителя 2.1
Давление в камере сгорания = 380 бар. Расчетный УИ на уровне моря = 319.9
Propep считает A*M = 0.03188 . Коэф.расширения оптимальный для уровня моря = 31
Расход топлива для тяги 250 тонн = 250т / 319.9сек = 781.5 кг/с.
Площадь горловины = 781.5 * 0.03138 * (2,54*2,54/0,453) = 349.3 см2.
Площадь сопла = 349.3см2 * 31 = 1.08 м2.
Тяга на 1 кв.метр = 230.9 тонн
Метр высоты гидразина + перекись к нему на 2-ступени весит = ( гидразин 1021 кг/м3) * (1+2.1) = 3.17 тонны.
Максимальный диаметр Суперхеви= ( 198.9 /5 * 0,688) / 3.17 = 10 метров
Тяга движков =( 198.9 *0.688)*78.9 кв.метров = 12534 тонн.
Как и ожидалось, эта пара очень хорошо годится в топливо СуперХеви.
PS.
Самое плотное топливо, плотнее чем гидразин+амил.
Можно сделать оба тракта, энергии поднять давление хватит до 600 бар! Конечно это уже лишнее.
Сложно сказать, на сколько хватит одного сладкого тракта, но где-то 280 бар можно выжать в смеси с аммиаком.
PS.PS.
Горючее конечно гидразин, исправлено.
Цитата: AlexV от 31.05.2026 23:37:25Ещё одна экзотическая пара, но по некоторым аспектам интересная, нитрометан-AT. Тоже высококипящая, плотная, и с относительно неплохим УИ. Причем на на нитрометане возможен монотопливны ТНА со сладким газом.
Нитрометан это же хорошая взрывчатка, детонирует от давления. Вероятно можно попробовать сделать РБ на низком давлении, но на нитрометане точно не будут взлетать с Земли.
Цитата: Prokrust от 01.06.2026 20:14:56Перекись водорода+Тетраоксид азота. Кислый тракт. Соотношение окислителя 2.1
Давление в камере сгорания = 380 бар. Расчетный УИ на уровне моря = 319.9
Два окислителя? И будет гореть?
Цитата: Prokrust от 01.06.2026 21:46:32Нитрометан это же хорошая взрывчатка, детонирует от давления. Вероятно можно попробовать сделать РБ на низком давлении, но на нитрометане точно не будут взлетать с Земли.
Сам по себе нитрометан довольно стабилен. В лаборатории можно использовать как обычный растворитель, огнеопасный, но не представляющей особой взрывоопасности. В этом смысле похож скорее на нитрат аммония. Т.е. при большом желании взорвать можно, но на практике, чтобы он взорвался звезды должны каким-то особым образом сойтись. Нитрометан может взрываться от гидроудара, но вот про то что он взрывается просто от давления вроде нигде не встречал.
Цитата: AlexV от 02.06.2026 00:45:26Цитата: Prokrust от 01.06.2026 21:46:32Нитрометан это же хорошая взрывчатка, детонирует от давления. Вероятно можно попробовать сделать РБ на низком давлении, но на нитрометане точно не будут взлетать с Земли.
Сам по себе нитрометан довольно стабилен. В лаборатории можно использовать как обычный растворитель, огнеопасный, но не представляющей особой взрывоопасности. В этом смысле похож скорее на нитрат аммония. Т.е. при большом желании взорвать можно, но на практике, чтобы он взорвался звезды должны каким-то особым образом сойтись. Нитрометан может взрываться от гидроудара, но вот про то что он взрывается просто от давления вроде нигде не встречал.
В ракете гидроудары возможны. Так что...
Для орбитального ракетного двигателя - да, там небольшое давление и тяга.
Что интересно, пишут что у нитрометана пустотный УИ чуть больше чем у гидразина, но Propep считает его намного больше = 296 сек. Это странно.
Если посчитать смесь перекись+нитрометан (соотношение 1.2), то расчетный пустотный УИ = 340.
Как топливо - оченть плотное, вполне можно выжать на перекиси 300 бар.
Так что в теории на нем можно сделать СуперХеви. Но на практике никто этого делать не будет, дураков нести ответственность не будет.