SpaceX семейство метановых двигателей Raptor

[vlad7308]

без расчета это пустые слова.

Так если у нас верхняя ступень не 100 тонн а 300

Не понял? Откуда взялась верхняя ступень в 300т? Речь же про ФХ? Там 120т примерно.

Так выше предложили поставить большую метановую ступень с раптором, чтобы выводить много-много тонн.
Вес по логике х3 с обычной от Ф9.

Лично я отвечал на вот это сообщение

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Какие законы физики это запрещают?

И интересовало меня именно и только это.

[Demir_Binici]

Лично я отвечал на вот это сообщение

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Какие законы физики это запрещают?

И интересовало меня именно и только это.

Да никаких законов это не нарушает. Полностью заправленная верхняя ступень вмещает предположительно 107.2 тонны. Если некоторый спутник массой скажем 10 тонн, выводится на некоторую, неважно какую, целевую орбиту, а опорная орбита в этом запуске как раз круговая 200 км, то 107.2-63.8-10=33.4 тонны топлива остаётся на вывод этого спутника, куда там ему надо. Если спутник ровно 63.8 тонны, то никуда уже далее его не вывести - топливо израсходовано полностью. Вывод 63.8 тонн для Falcon Heavy, как и для всех прочих ракет, лишь некоторый показатель, предназначенный для оценки энергетических возможностей. В реальности никто на круговую орбиту 200 км ничего никогда не выводит и не собирается. Опорные орбиты обычно или эллиптические или круговые, но 170-180 км. Целевые орбиты выше.

Обладает ли Falcon Heavy достаточной конструктивной прочностью, чтобы просто выдержать установку болванки массой 63.8 тонн мы не знаем. Даже если и нет, то практического значения это не имеет. Также как не имеет практического значения, может ли болванка массой 22.8 тонны быть установлена на Falcon 9. Более 17.5 тонн пока не ставили и пока никому не надо ставить. Когда будут запускать модули околоземных космических станций и если для их запуска выберут какой-либо Falcon, то и посмотрим, что там с прочностью конструкции.

Например, поверх третьей ступени на Протон-М (фаза IV), для которого декларируется возможность вывода 22.4 тонны на 200 км круговую орбиту может быть установлен заправленный Бриз-М с полезной нагрузкой. Причём, так как чаще всего вывод идёт через опорную орбиту 180 км, то общая масса может быть даже не 22.4, а 23.1 тонны. Возможно у Бриза тоже есть какие-то ограничения по максимальной массе спутника. Но в голову никому обсуждать, можно ли туда, скажем 18 тонн взгромоздить и куда-нибудь запулить или нет.

Как в случае Falcon Heavy, так и в случае Протон-М на опорную орбиту в основном (по массе) выводится топливо.

[vlad7308]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

[Prokrust]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.
2. При применении Раптора для 2-ступени, помимо разработки этой 2-ступени, потребует кардинальной переделки центрального блока - смысла его ускорять отдельно уже не будет.
По факту новая ракета, но уже для НОО. При этом мы теряем более сложный Растор вместо простого Мерлина. Фалкон по  цене доставки на кило будет дешевле. Такие движки Раптор эффективнее применять внизу, а не вверху.
Технически Маск мог бы сделать ракету на Рапторах как большой Фалкон. Но дешевле Falcon по доставке кило на орбиту и эта ракета не будет. Зачем тогда?
PS.
И кстати да, Безос делает нечто похожее, только проблему запуска на ГСО он решил оригинально, используя водород на 2-ступени. Полагаю таким образом он сильно потеснит Falcon Heavy.

[vlad7308]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

[Demir_Binici]

Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу.

Да. Если трактовать "заточен", что в этом был смысл его создания.

На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан.

Возможно. Однако нет никаких подтверждений, что он конструктивно не выдержит болванки, скажем в 50 тонн, которую потребно например будет вывести на орбиту МКС. И напротив, нет подтверждений того, что выдержит.

В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

Можно спорить, достаточно ли она прочна для этого. Верно. Кроме того, сразу встаёт вопрос, достаточно ли прочны нижние ступени.

При применении Раптора...

Если даже конструкция ступеней вдруг недостаточно прочна для установки тяжёлых ПН, причём тут Raptor вообще? Двигатель тут вообще ни при чём. Если имеется ввиду большая тяга Raptor, то она не нужна. Если больший УИ, то он какой-то выигрыш наверное даст, но у него и абсолютная масса больше, что ухудшит массовое совершенство ступени.

Как я писал выше, Falcon Heavy в полностью расходуемом варианте может вывести на 200 км круговую орбиту 10 тонный спутник и в баках стандартной второй ступени будет ещё останется 33.4 тонны топлива. Если спутник будет тяжелее, топлива останется меньше. При гипотетическом 63.8 тонном спутнике - топлива не останется. Только и всего.

Технически Маск мог бы сделать ракету на Рапторах как большой Фалкон.

Вполне себе хорошая схема, памятуя, что копии Falcon 9 на чём только сейчас не проектируют. Все кому не лень. С некоторыми вариациями в числе двигателей и временем разделения ступеней.

Но дешевле Falcon по доставке кило на орбиту и эта ракета не будет.

С чего бы? Именно, что будет. Вернее, была бы, пожелай SpaceX такое сотворить.

Спойлер

Однако SpaceX считают схему SS/SH ещё более перспективной.

[свернуть]

Даже если цена двигателей на единицу тяги выше, высокий УИ на двигателях закрытого цикла увеличит выводимую ПН, а их стоимость нивелируется многократным использованием первой ступени. За счёт метана снизится стоимость межполётного обслуживания. Потенциально ступень с Raptor может выполнить больше полётов. Для большинства вариаций на тему Falcon 9 сейчас, как раз закрытая схема выбрана, т.е. с потенциально более дорогими, но более эффективными двигателями.

OFF про New Glenn:

Спойлер

Безос делает нечто похожее, только проблему запуска на ГСО он решил оригинально, используя водород на 2-ступени.

Почему бы вам не послушать, что сам Безос по этой теме говорит? Уверяю, это полезнее пустых фантазий.

Полагаю таким образом он сильно потеснит Falcon Heavy.

Он и обычный Falcon 9 потеснит и всех потеснит. Сферический в вакууме. New Glenn превосходит Falcon 9 во всём. Только к тому времени, когда он полетит первый раз, Falcon 9 уже отметит 400-й успешный запуск. А для большинства заказчиков самый важный критерий выбора - надёжность. А предложение сейчас ой как сильно превышает спрос. Launch manifest SpaceX ломится от заказов, а как с этим у Blue Origin? Поинтересуйтесь. Например, сколько пусков заказал Amazon. Есть ли другие заказчики на New Glenn. Поинтересуйтесь планами пусков ULA, MHI и Arianespace заодно. Кто вообще чего-то собирается выводить и ещё публично не определился, на чём именно. В частности, многого ли GEO спутников заказано изготовить и для скольких из них уже подписаны контракты на запуск.
Ракета хороша, спору нет. Но дорога ложка к обеду.

[свернуть]

[vlad7308]

В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

Можно спорить, достаточно ли она прочна для этого. Верно. Кроме того, сразу встаёт вопрос, достаточно ли прочны нижние ступени.

Насчет нижних ступеней вообще никаких вопросов не встает
При гипотетическом выведении ФХ максимально возможной ПН на НОО (вместе с уменьшением заправки 2ст) нагрузка на них не меняется.
Вы же сами писали выше (и я тоже) - нижним ступеням все равно, стоит на них 110т топлива + 10т ПН или 70т топлива + 50т ПН.

[Demir_Binici]

Насчет нижних ступеней вообще никаких вопросов не встает

Пожалуй. Нижние ступени выводят верхнюю ступень и всё что в ней и на ней на максимально для них возможную комбинацию высоты и скорости. Масса примерно постоянная вне зависимости от массы ПН. Если лететь далеко, то нужно много топлива. Если лететь недалеко, топлива нужно немного. Тяги двигателей достаточно в обоих случаях.

[Prokrust]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

Законы физики таки не мешают вам тратить деньги нерационально.
Но зато Маск их тратит рационально.

[vlad7308]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

Законы физики таки не мешают вам тратить деньги нерационально.
Но зато Маск их тратит рационально.

Значит, вот с этим всё?

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Теперь уже в принципе может, но это не нужно\не рационально? С этим я вполне согласен

[vlad7308]

Насчет нижних ступеней вообще никаких вопросов не встает

Пожалуй. Нижние ступени выводят верхнюю ступень и всё что в ней и на ней на максимально для них возможную комбинацию высоты и скорости. Масса примерно постоянная вне зависимости от массы ПН. Если лететь далеко, то нужно много топлива. Если лететь недалеко, топлива нужно немного. Тяги двигателей достаточно в обоих случаях.

угу, именно.

И хотя точно мы не знаем (и знать не можем), выдержит ли вторая ступень 50т ПН, я таки предполагаю, что, скорее всего, либо выдержит как есть, либо потребуется совсем небольшое усиление. В конце концов, в первом приближении самые большие нагрузки на 2ст - в ее низу, где на нее давит и ПН, и вес всего топлива. И эти нагрузки не меняются при размене "топливо на ПН".

ЗЫ Кстати, не встречали случайно, какое давление наддува в верхнем баке 2ст Ф9?

[Demir_Binici]

Кстати, не встречали случайно, какое давление наддува в верхнем баке 2ст Ф9?

Не встречал.

[Demir_Binici]

И хотя точно мы не знаем (и знать не можем), выдержит ли вторая ступень 50т ПН

Это точно. И весьма вероятно, так никогда не узнаем. Так что сама постановка вопроса отдаёт схоластикой.

Нет пока таких потребностей. А Starlink и прочие "сыпучие грузы" просто выгоднее выводить Falcon 9 ASDS, чем Falcon expendable, а тем более Falcon Heavy.

Если/(надеюсь когда), такие модули на НОО выводить потребуется, будут другие, более дешёвые средства доставки - Starship, New Glenn. Пока, если брать орбиту МКС, то калькулятор NASA сообщает, что Vulcan VC6 способен вывести туда 24.7 тонны, а New Glenn - 34.1 тонны.

[Дем]

Если некоторый спутник массой скажем 10 тонн, выводится на некоторую, неважно какую, целевую орбиту, а опорная орбита в этом запуске как раз круговая 200 км, то 107.2-63.8-10=33.4 тонны топлива остаётся на вывод этого спутника, куда там ему надо. Если спутник ровно 63.8 тонны, то никуда уже далее его не вывести - топливо израсходовано полностью. Вывод 63.8 тонн для Falcon Heavy, как и для всех прочих ракет, лишь некоторый показатель, предназначенный для оценки энергетических возможностей.

Только на практике, чтобы вывести полуполную топлива верхнюю ступень - мы вынуждены тащить наверх и центральный блок - а он как бы 30 тонн. Которые пусть и не полностью, но придётся вычесть.

[Demir_Binici]

Только на практике, чтобы вывести полуполную топлива верхнюю ступень - мы вынуждены тащить наверх и центральный блок - а он как бы 30 тонн. Которые пусть и не полностью, но придётся вычесть.

Откуда вычесть и причём здесь центральный блок? На  какой верх? Близкой к орбитальной скорости центральный блок не набирает. Даже при пуске Viasat-3 всего 4.66 км/с.

Если при выводе некоего спутника у нас промежуточной орбитой является 200 км круговая, то на ней оказывается исходный спутник массой 63.8 тонн и пустая верхняя ступень. Либо, если масса спутника меньше, то еще и топливо - 63.8 тонн минус масса спутника. Полностью пустой центральный блок отделяется до того, а ранее отделяются пустые блоки.

[Prokrust]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

Законы физики таки не мешают вам тратить деньги нерационально.
Но зато Маск их тратит рационально.

Значит, вот с этим всё?

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Теперь уже в принципе может, но это не нужно\не рационально? С этим я вполне согласен

Что значит в принципе может? В принципе если вы возьмете готовую ракету и попытаетесь вытащить скажем тонн 50, то вас ждет фиаско.

[vlad7308]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

Законы физики таки не мешают вам тратить деньги нерационально.
Но зато Маск их тратит рационально.

Значит, вот с этим всё?

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Теперь уже в принципе может, но это не нужно\не рационально? С этим я вполне согласен

Что значит в принципе может?

откуда я знаю? Это ж Вы написали Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО. 

В принципе если вы возьмете готовую ракету и попытаетесь вытащить скажем тонн 50, то вас ждет фиаско.

тогда объясните, почему. Без использования необоснованных предположений.

ЗЫ кажется, это заход на третий круг

[Prokrust]

Да, всё именно так, на мой взгляд.

Поэтому я и спросил Prokrust, "Какие законы физики это запрещают?". На его взгляд

1. Falcon Heavy заточен на вывод на ГСО и ГПО. Он решает эту конкретную задачу. На вывод чего-то на НОО он не рассчитан. Соответственно на нагрузку тяжелой болванки он не рассчитан. В нем используется обычная 2-ступень Falcon.

понятно.
Никакие законы физики не запрещают. Энергетика (в варианте с расходуемыми бустерами) позволяет. Прочность нам не известна.
В сухом остатке - ничего никуда не заточено. Есть просто некое мнение. Без оснований.

Законы физики таки не мешают вам тратить деньги нерационально.
Но зато Маск их тратит рационально.

Значит, вот с этим всё?

У Фалкон Неви две боковушки разгоняют центральную. Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО.

Теперь уже в принципе может, но это не нужно\не рационально? С этим я вполне согласен

Что значит в принципе может?

откуда я знаю? Это ж Вы написали Эта ракета в принципе не может вытащить что-то реально тяжелое на НОО. 

В принципе если вы возьмете готовую ракету и попытаетесь вытащить скажем тонн 50, то вас ждет фиаско.

тогда объясните, почему. Без использования необоснованных предположений.

ЗЫ кажется, это заход на третий круг

Именно, по кругу. Перечитайте объяснение и попытайтесь понять.
Полностью обоснованные преподложения, с конкретным инженерным расчетом, почему не получится,  может дать только сам Маск - документация у него.
А вот примерную инженерную оценку можно дать и без Маска.

[Prokrust]

Можно сформулировать задачу так - на сколько больше вытащит 2-ступень, если ее старт произойдет ближе к скорости 4 км/с ? (Сразу скажу, цифра наобум, я не в курсе насколько маскимально может разогнаться центральный блок при посадке боковых).
Получается где-то вдвое больше, чем просто Фалкон при посадке 1-ступени.
Нашел картинку из презентации:

[Шлангенциркуль]

Можно сформулировать задачу так - на сколько больше вытащит 2-ступень, если ее старт произойдет ближе к скорости 4 км/с ?

Тут можно сказать, что на этапе конца работы предыдущей ступени для такого случая при приемлемых гравитационных потерях можно использовать гораздо меньшее ускорение, чем при обычном запуске Ф9. Соответственно, можно больше нагрузить на вторую ступень при сохранении прочности.