РБ Centaur - История и перспективы

[frigate]

Предлагаю новую тему о КВРБ (  ) от НАСА:

- Centaur SEC
- Centaur DEC
- Centaur G
- Wide Body Centaur WBC от Lockheed Martin
- Intermediate Common Evolved Stage ICES от Boeing
- Advanced Common Evolved Stage ACES от ULA

[avmich]

Давай уж тогда подробнее пиши :) . Как там массовое совершенство получалось, соответственно, откуда семейство наддутых баков... Расскажи т про двигатель - как и из каких проектов его делали, и почему...

[Salo]

И ТТХ по всем  девайсам.  :wink:

[Павел73]

Ну и ну! :shock:  Стоило только подумать - бац! - и тема возникла!

[Бродяга]

Сразу смежный вопросик.
 А что мешает сделать баааальшой такой двигатель вроде вот этого - http://www.astronautix.com/engines/rl60.htm
 Только ЕЩЁ больше, как SSME или РД-0120.

[frigate]

"Павел73" Ну и ну! :shock: Стоило только подумать - бац! - и тема возникла!

Ничего подобного ("Я не волшебник - я только учюсь" (C) ,
тему решил открыть после оживленной перепалки "12КРБ против Centaur"
в теме про CZ-5.

По поводу истории создания Centaur - НАСА любезно (на халяву) предоставило 308 страничную электронную версию книги (в PDF формате) из серии "The NASA History Series"

http://history.nasa.gov/SP-4230.pdf (2.3 MB)

Virginia P. Dawson, Mark D. Bowles
Taming liquid hydrogen : the Centaur upper stage rocket, 1958-2002 / (NASA-SP-2004-4230)
ISBN-10: 016073085
Includes bibliographical references and index.
Government Printing Office. 2004 - 303 p

[frigate]

[quote:03007e5009="Бродяга"]Сразу смежный вопросик.
 А что мешает сделать баааальшой такой двигатель вроде вот этого - http://www.astronautix.com/engines/rl60.htm
 Только ЕЩЁ больше, как SSME или РД-0120. [/quote:03007e5009]
Первоисточник:
A Review of United States Air Force and
Department of Defense Aerospace Propulsion Needs.
ISBN 0-309-10247-2
THE NATIONAL ACADEMIES PRESS 2006 - 289 p

Engine Pratt & Whitney RL 60 Specifications
- Thrust 60.0 Klb;
- Isp 460 secs;
- Mixture ratio 5.8;
- Chamber pressure 1250 psia;
- Weight 1200 lb;
- Cycle Closed expander;
- Status Preliminary testing.

Есть еще [b:03007e5009]Rocketdyne MB-60[/b:03007e5009] (тяга 267 kN Status Component testing), [b:03007e5009]Northrop Grumman TR-40[/b:03007e5009] (тяга 178 kN Status
Paper) и [b:03007e5009]Aerojet AJ-60[/b:03007e5009] (тяга 267 kN Status Paper).

Что мешает? :cry:
РД-0120 по своему служебному назначению проектировался
и создавался как маршевый двигатель второй ступени
РН "Энергии".

Давайте прикинем Earth Departure Stage (EDS) для отлётной траектории к Луне c маршевым двигателем РД-0120:
- Идеальная ХС для TLI маневра 3175 m/sec;
- Тяговооружённость связки EDS+ПН примем 0.4;
- Тяга в пустоте - 189000 кгс (1854 kN);
- Isp = 455 sec;
- Начальная масса EDS - 264,588 кг;
- РЗТ EDS - 240,508 кг;
- Конечная масса EDS - 24,080 кг;
- Грав. потери ХС 27 m/sec;
- ПН для TLI маневра 205,237 кг (с учётом грав. потерь ХС);

Чем будем выводить EDS и ПН на LEO :?:

Сравнивать RL 60 (тяга 267 kN) и РД-0120 (тяга 1854 kN) для РБ
"политически некорректно" - они в разных весовых категориях.
"Красноярский край покрывает маленькую Швейцарию как бык
- овцу" (C) М.М.Жванецкий

[frigate]

Кто есть WHO    (или кто есть кто):

Centaur  SEC
РБ Centaur V1 - однодвигательный вариант второй ступени РН Атлас V (Lockheed Martin, серия 400 и 500) с одним кислородно-водородным двигателем RL10A-4-2 (Pratt & Whitney).

Centaur  DEC
РБ Centaur V2 - двухдвигательный вариант второй ступени РН Атлас V (Lockheed Martin, серия 400 и 500) с двумя кислородно-водородными двигателями  RL10A-4-2 (Pratt & Whitney).

Centaur G-Prime (Shuttle)
Centaur G (Shuttle)
2 варианта РБ выводимых на орбиту а грузовом отсеке орбитального корабля космической транспортной системы "Space Shuttle".
После катастрофы "Челленджера" возобладало мнение о том, что использовать кислородно-водородный РБ на шаттле слишком рискованно.

Centaur G (Titan IV)
Модифицированный РБ  Centaur G (Shuttle) использовался совместно с тяжелой РН типа "Titan 4" для вывода КА на геостационарные, геопереходные и высокоэллиптические орбиты, а также на межпланетные траектории. Не используется в  настоящее время.

РБ 12КРБ приведён для сравнения с РБ Centaur (чтобы было с чем сравнивать и не ломать копья...).

[frigate]

Этапы большого пути:


Centaur G (Shuttle) в музее US Space & Rocket Center, Hunsville (штат Alabama):






Схема размещения РБ Centaur G-Prime в грузовом отсеке Space Shuttle (NASA Technical Memorandum 89825
Design, Development, and Test of Shuttle/Centaur G-Prime Cryogenic Tankage Thermal Protection Systems
Richard H. Knoll Lewis Research Center)


Схема размещения и запуска РБ Centaur G в грузовом отсеке Space Shuttle




Схема РБ Centaur G  (Titan IVB)


Из книги С. П. Уманский Ракеты-носители. Космодромы. - М.,  Рестарт*. 2001 - 216 с.

[Дмитрий В.]

Centaur G (Shuttle) в музее в Hunsville:

Красавец! Наверное, даже в экспозиции наддутый стоит :roll:

[frigate]

Wide Body Centaur Booster for Atlas Evolution program:

• 5.4-m Diameter Centaur Tank, 1 to 4 RL10 engines;
• Upgradeable to six RL10s;
• Existing Launch Site Infrastructure;
• Modular to Enable 1.5-6x Propellant Mass;
• Atlas Evoluiton Stage 1 LV (3 series) allows to launch 9-36 metric tonnes on LEO.

Lockheed Martin is developing evolutionary enhancement concepts that
will allow Atlas to successfully, incrementally increase its performance and capabilities
necessary to satisfy future Air Force and NASA launch requirements. These enhancements,
to both the Centaur and Atlas stages, provide up to a three-fold increase in performance.

The Centaur diameter would be increased to 5.4 m, increasing the propellant capacity and
load carrying ability, and improving Centaur's industry leading mass fraction and
performance. This development can be accommodated using existing tank structural
technology and maintaining existing site infrastructure, avionics, pneumatics and other
subsystems. Once implemented, this wide-body Centaur would replace the existing
Atlas V Centaur and become the new common upper stage element for the Atlas fleet.

To satisfy a wide range of mission needs, the wide-body Centaur would be
designed to accommodate multiple propellant volumes through the addition of tank
length. This allows the propellant mass to vary from 1.5 to 6 times the current
Centaur's propellant mass. Similarly, the propulsion system would be designed to
accommodate from one to six RL10 engines. Multiple RL10 engines provide the thrust
required by the larger versions of the wide-body Centaur and also enable possible
Centaur engine-out capability.

Source: Atlas® Evolution Launching the Future Lockheed Martin poster

[Дмитрий В.]

Схема РБ Centaur  (Delta IV)

Вообще-то, это уже не Центавр - у РБ Дельты-4 с ним ничего общего :wink:

[frigate]

Вообще-то, это уже не Центавр - у РБ Дельты-4 с ним ничего общего :wink:

Ok, РБ Delta IV убрал.

[Дмитрий В.]

Вообще-то, это уже не Центавр - у РБ Дельты-4 с ним ничего общего :wink:

Ok, РБ Delta IV убрал.

Может, и зря. Крайне любопытно сравнить с Центавром. Ведь в верхней ступени Дельты-4 использована идеология конструирования, близкая к советско-российской: максимальная простота конструкции, даже в ущерб массовому совершенству (никаких совмещенных днищ и наддутых тонкостенных баков, применение недефицитных алюминиевых сплавов), "отыгрывание" проигрыша в массе высоким УИ ЖРД.  :roll:

[Чебурашка]

Не фига себе простая конструкция.
Самый большой в мире выдвижной неохлождаемый сопловй насадок.

З.Ы. Прошу вторую ступень Дельты вернуть в таблицу  :twisted:

[Дмитрий В.]

Не фига себе простая конструкция.
Самый большой в мире выдвижной неохлождаемый сопловй насадок.

Ну, и что? Собственно насадок - не сложен, выдвигается еще до запуска ЖРД (это Вам не 11Д57М, на котором выдвижение насадка "на струе" 30 лет назад отрабатывалось).

[frigate]

Не фига себе простая конструкция.
Самый большой в мире выдвижной неохлождаемый сопловй насадок.

З.Ы. Прошу вторую ступень Дельты вернуть в таблицу  :twisted:

Я ведь только картинку убрал - Дельты в таблице не было!  

[C-300]

Несколько фотографий "Центавра" и цифирь по модификациям: http://space.skyrocket.de/index_frame.htm?http://space.skyrocket.de/doc_lau/atlas-5.htm

[Salo]

C сайта Норберта Брюгге:

Atlas - Centaur:

http://www.b14643.de/Spacerockets_2/United_States_3/Atlas-Centaur/Description/Frame.htm

Upper stage Centaur

Атлас-II:

http://www.b14643.de/Spacerockets_2/United_States_3/Atlas-Centaur/Description/Frame.htm

Centaur D-2A




Атлас-III:

http://www.b14643.de/Spacerockets_2/United_States_3/Atlas_III/Description/Frame.htm

Centaur (SEC)

Атлас-V:

http://www.b14643.de/Spacerockets_2/United_States_3/Atlas_V/Description/Frame.htm

Centaur D-3B SEC (AV-007)

[frigate]

THE ACES STUDY
The Advanced Cryogenic Evolutionary Stage (ACES) Study was funded by NASA/KSC NAS10-00-060 to evaluate new technologies applied to the Centaur Cryo Stage specifically to access the potential of adapting such a stage for missions of from 1 month to 1 year duration.

Study ha been performed by Lockheed Martin Space Systems.

The goal was to reduce the projected model of LH2 boiloff to less than 0.1%lbm/day. This is an improvement of a factor of 20 or more over today's vehicle characteristics.

The present day Centaur vehicle looses upwards of 17-20 % lbm of Hydrogen per day (Ref: Centaur Upper Stage Applicability for Several-Day Mission Durations with Minor Insulation Modifications, by Jeffery DeKruif, AIAA Space 2006.).

The study has three primary areas of focus:
- cryo management using thermal insulation;  
- long-duration engine effects;
- long-duration system impacts.
A summary of these initiatives is shown in Fig-2:


Wide Body Centaur Concept


Ref: Centaur Extensibility For Long Duration
Gerard Szatkowski PhD, Mike Holguin, Bernard Kutter, with Sherri Ahlbrandt, Jeff DeKruif, Sam Lucas, Buzz Lanning, Carl Sterling, and Frank Zegler, AIAA Space 2006 Conference