Наглядно о ракетном топливе

5В закладки

Вчера в обмене твиттами у меня возникла интересная коллизия.
Кто-то написал, что Delta IV Heavy самая большая из эксплуатируемых ракет в мире. Я удивился. Разве Дельта больше, чем Falcon Heavy? И вынужден был признать, что — да. По габаритам Delta больше.
По высоте, Дельта выше на 2 метра (72 м против 70 м).
По диаметру УРМа первой ступени 5,1 м против 3,7 м.
По общей ширине первой ступени 15,5 м против 12,2 м.
И при этом, стартовый вес Delta Heavy 733 т, а Falcon Heavy 1420,8 т — Falcon почти вдвое тяжелее Delta.

При этом, Delta IV Heavy может поднять на НОО до 28,8 т, а Falcon Heavy имеет теоретический лимит 63,8 т.
Показатель весового совершенства
— Delta IV Heavy — 28,8/733=3,92%,
— Falcon Heavy — 63,8/1420,8=4,49%.

Экономическая часть

Цена запуска:
Delta IV Heavy:
— коммерческая $350 миллионов;
— для госзаказа $440 миллионов;
Цена запуска Falcon Heavy (без возврата бустеров) — $150 миллионов.
Удельная цена на НОО:
— Delta IV Heavy коммерческая — 12533 $/кг
— Delta IV для NRO — 15235 $/кг
— Falcon Heavy — 2351 $/кг

Это сухие цифры, но они наводят на размышления.
Итак, в чем же причина?
Ответ очевиден: Delta использует в качестве топлива пару водород/кислород, а Falcon — керосин/кислород.
Ну, это, кроме цены. По финансам, там ещё играет фактор производителя. Конечно, всё, что выходит из ULA, по благосклонности государственных заказчиков, обходится в разы дороже аналогов, предлагаемых SpaceX.

Водород против керосина

К великому сожалению, после лунной программы, на этапе реализации программы спейс-шаттл, NASA стала вырождаться, превращаться из разумной научно-инженерной организации, в классическую тупую бюрократическую контору.
Собственно, смысл и путь применения водорода в качестве топлива показал Вернер фон Браун, сделав 2 верхние ступени Saturn V водородными, с двигателями J-2, обеспечивающими высокий УИ (425 с в вакууме). Правда, при этом, фон Браун отказался от водорода на первой ступени (двигатель М-1), потратив массу сил, энергии, времени и средств на доведения керосинового F-1.
Потом был спейс-шаттл.
Вроде бы водород, но не совсем.
Фактически, двигатели шаттла выполняли роль второй ступени, а первой ступенью были твердотопливные ускорители. Роль трех RS-25 на этапе работы первой ступени была относительно незначительной.
А дальше NASA переклинило на водороде. И следствием сего стала Delta IV. Ни мало сумнявшись, NASA возжелала иметь и первую, и вторую ступени водородными. Дорого? Конечно. Зато высокий УИ! А высокий УИ — признак эффективности!
В результате, получили огромные ракеты, с малой технической плотностью, с невысокими показателями и запредельно дорогие.
Хочу напомнить, что в 2011 году NASA вкладывала в каждый запуск шаттла ~$450 миллионов и это казалось запредельно дорогим. А за Delta IV Heavy тот же госбюджет платит по $440 миллионов и не считает это чем-то из рук вон дорогущим.
Военным, сенаторам и администраторам для «своих» не жалко. А «своими» для них были и остаются Боинг, Локхид и их совместная контора United Launch Alliance.
Если бы не было альтернативы, то это было бы не так заметно. Но Альянс, усилиями Маска, через судебные тяжбы, лишился монополии на рынке госзаказов. Вложив собственные средства, SpaceX создал, испытал и ввел эксплуатацию Falcon Heavy. Появилась возможность сравнения.
Ну так что лучше для первой ступени?
Экономичность двигателей на водороде или иметь в меньшем объёме больше керосина?
Опыт показывает, что большее количество керосина и меньшая экономичность двигателей первой ступени дают значительный прирост грузоподъемности и снижение цены.

Топливная альтернатива — метан

Метан, в качестве топлива, занимает компромиссное положение между высокой энергетичностью с малой плотностью водорода и менее высокой энергетикой, но большей плотностью керосина. Метан, грубо говоря, это и «рыбку съесть и… куда-то сесть».
К тому же, метан значительно лучше керосина для многоразовых ЖРД, которые сейчас стали обязательным трендом. И метан можно получать не только на Земле. Ну, к примеру, вся атмосфера Титана — метановая. Метан можно производить на Марсе, используя местный углекислый газ и воду. Метан открывает возможность заправлять баки ракет на других планетах и лунах, что открывает перспективы расширения границ пилотируемых полетов вплоть до системы Сатурна.

А NASA продолжает упираться рогом в водород…
Так может «в консерватории надо что-то подправить»?

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

47
Войдите, чтобы видеть ещё 118 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Сергей Королёв
Вечность назад

>Ну, к примеру, вся атмосфера Титана — метановая. Атмосфера Титана в целом на 98,6 % состоит из азота, а в приповерхностном слое его содержание уменьшается до 95 %. (Википедия)

Фёдор Дмитриевич
Вечность назад

Отлично! Спасибо, Stevе. Видео - просто ОГОНЬ! :) Но все равно - Баб Яга будет против... :)

Космическая Альпака
Вечность назад

> Ну, к примеру, вся атмосфера Титана — метановая "А мужики-то не знают". Состав атмосферы Титана: Азот - 94,2% Метан - 5,7% Водород - 0,1%

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.