O drugim stopniu z Raptorem

Na Reddit pojawił się dość ciekawy post porównujący potencjalny drugi stopień z Raptorem vs. drugi stopień z Merlinem. Wynika z niego kilka ciekawostek z których nie zdawałem sobie sprawy. Przede wszystkim Raptor ma zdecydowanie większy impuls specyficzny, co jest bardzo ważne w silniku drugiego stopnia. To powoduje że ta sama masa paliwa i utleniacza daje 10% więcej ciągu. Czyli zakładając że drugi stopień z Raptorem będzie ważył tyle samo co z Merlinem. to udźwig byłby o 10% większy. Jednak tu jest mały problem – ciekły metan jest około dwa razy mniej gęstszy niż kerozyna. A to oznacza że jego zbiornik musi być dwa razy większy żeby pomieścić tą samą masę co zbiornik kerozyny. Oj niedobrze, prawda? W końcu Musk mówił że F9 jest tak wysoki jak to się da przy obecnej technologii a to by oznaczało że drugi stopień z metanem musiał by wziąć mniej paliwa i utleniacza. I pewnie zysk z lepszego ISP byłby na nic. Może w Falconie Heavy dało by się dłuższy drugi stopień włożyć, ale nie w F9. Jednak okazuje się że sprawa jest bardziej skomplikowana. Tak, metan jest mniej gęsty niż kerozyna, ale silnik palący metan używa innego składu mieszanki niż silnik palący kerozynę. W przypadku kerozyny jest to 2.55 więcej masowo ciekłego tlenu niż kerozyny. Zaś w przypadku ciekłego metanu jest to 3.8 raza więcej masowo ciekłego tlenu niż ciekłego metanu. A ciekły tlen jest znacznie bardziej gęsty niż kerozyna! I jak się to weźmie pod uwagę to okazuje się że razem weźmiemy troszkę mniej paliwa i utleniacza niż w przypadku kerozyny, ale większy ISP nam to wynagrodzi. Udźwig takiego drugiego stopnia będzie o 7.8% większy niż w przypadku drugiego stopnia z kerozyną i Merlinem. Co więcej te obliczenia zakładają ciekły tlen w temperaturze wrzenia. Superschłodzony ciekły tlen jest znacząco bardziej gęsty, metan pewnie też ale autor postu nie znalazł odpowiednich danych. W każdym razie wychodzi że używając superschłodzonego paliwa i utleniacza drugi stopień przy dokładnie tych samych rozmiarach i masie co obecny drugi stopień (choć rozmiary poszczególnych zbiorników będą inne) będzie miał udźwig co najmniej o 7.8% większy. Dodatkowo brak problemu utrzymywania ciśnienia w zbiornikach oznacza że można się pozbyć butli z helem a to zwiększa znacząco pojemność zbiorników.

To wszystko oznacza że drugi stopień może mieć wystarczająco paliwa na jakąś próbę deorbitacji. Nie trzeba go wiele, wyhamowanie pustego drugiego stopnia, bez ładunku wymaga znacznie mniej paliwa niż rozpędzenie go z ładunkiem. Dla marzących o lądowaniu na silniku jak pierwszy stopień od razu kubeł wody – te jest nierealne przy obecnych technologiach. Po pierwsze drugi stopień musiał by mieć osobne silniki do lądowania (albo silnik ze zmienną długością dyszy, coś jak Delta IV), po drugie musiał by być znacznie większy tak by po wyniesieniu ładunku mieć wystarczająco paliwa na wyhamowanie i wylądowanie oraz na targanie ze sobą osłon termicznych, nóg, itp. Dlatego należy się spodziewać jakichś innych sposobów ratowania drugiego stopnia – może SpaceX wykorzysta pomysł ULA i będzie ratował tylko silnik i awionikę wyrzucając aluminiową puszkę? Może jak już się uda opanować ratowanie osłon ładunku to użyje się podobnej techniki do ratowania drugiego stopnia? Może zbiorniki drugiego stopnia będą miały dodatkowe zadanie złagodzenia uderzenia przy lądowaniu i składając się jak samochód w czasie wypadku będą zabezpieczały silnik i awionikę przed uszkodzeniem? Nie mam pojęcia co wymyśli SpaceX.

Nie wiadomo jednak czy SpaceX zdecyduje się używać tego metanowego drugiego stopnia na F9, czy raczej będzie on specyficzny dla Falcona Heavy (większy, cięższy) co pozwoli na dodatkową poprawę bilansu paliwa i zostawienie większej ilości na próbę lądowania. Zresztą nie wiadomo czy SpaceX zdecyduje się zbudować taką „hybrydową” rakietę. Możliwe że drugi stopień z Raptorami pojawi się dopiero wraz z pierwszym stopniem z Raptorami i że będzie to dopiero za kilka lat, a w międzyczasie SpaceX będzie używał F9 block 5 i FH block 5 do zarobienia dużo pieniędzy.

admin Opublikowane przez: