Können Flüssigkeitsraketentriebwerke den gleichen Schub wie Feststoffraketentriebwerke haben?

Feststoffraketen haben einen sehr hohen "dichtespezifischen Impuls", dh sie erzeugen viel Schub pro Volumeneinheit, sodass eine äquivalente Flüssigkeitsstufe mit demselben Durchmesser etwas länger wäre, aber nicht unerschwinglich.

Es gibt einige vorhandene Flüssigtreibstoffmotoren, die einen ähnlichen Schub wie die erste Vega-Stufe erzeugen, die verwendet werden könnten. Der Wasserstoff-Sauerstoff -RS-68 erzeugt ausreichend Schub in einem Motor mit 2,43 m Durchmesser, aber aufgrund der geringen Dichte von Wasserstoff würden Sie große Treibstofftanks benötigen, was zu einer sehr langen und dünnen Stufe führen würde. Die BE-4 und Raptor gehören ebenfalls zur gleichen allgemeinen Schubklasse.

Die allergrößten Feststoffraketen-Booster – die SRBs des Shuttles und die ähnlichen 5-Segment-SRBs, die für den Einsatz auf der SLS vorgesehen sind – sind leistungsstärker als jeder einzelne Flüssigtreibstoffmotor, der bisher gebaut wurde (wie der 4-Kammer- RD-170 und die F-1 des Saturn V ), aber viel größere Flüssigkeitsmotoren wurden in Betracht gezogen .

Unter den heute produzierten Motoren wäre der RD-191 wahrscheinlich der beste Kandidat für einen Flüssigkeitsmotor, der die erste Stufe des Vega P80 ersetzen könnte . Bei der gleichen Masse wie die solide erste Stufe hätte sie eine etwas niedrigere Anfangsbeschleunigung vom Pad, was durch den erhöhten massespezifischen Impuls ausgeglichen würde (311 Sekunden auf Meereshöhe gegenüber 280 der P80). Ich schätze, die Bühne wäre etwa 14 Meter lang, nur ein wenig länger als die P80-Festbühne.

Vega ist im Vergleich zu Orbitalwerfern ziemlich klein, aber in dieser Größenordnung sind Flüssigkeitsmotoren in Bezug auf Masse und Volumen mit Feststoffen konkurrenzfähig.

Die Hochschubgrenze für einen Feststoffraketenmotor wäre etwas, das einem explosionsartig geformten Projektil ähnelt. Dies ist offensichtlich nicht etwas, was Sie mit einer Rakete erreichen können, die flüssiges Treibmittel aus Tanks speist. Natürlich ist es auch nicht etwas, das Sie realistisch für den Orbitalstart verwenden würden ... Sie würden seine Funktionalität als Rakete gefährden, um Ihnen mehr Schub zu geben, als Sie verwenden können.

Die erste Stufe P80 von Vega ist in Bezug auf den Schub jedoch nichts Außergewöhnliches. Es erzeugt eine Schubkraft von 3037 kN und hat einen Durchmesser von 3 m. Der Falcon 9 Booster hat einen Durchmesser von 3,7 m und erzeugt insgesamt 7605 kN bei etwas höherem spezifischem Impuls und längerer Brenndauer. Ein mit Flüssigkeit betriebener Booster könnte leicht einen Drop-in-Ersatz für den P80 darstellen.

Die fünf F-1-Raketentriebwerke der ersten Stufe der Saturn V hatten einen Schub von 35,1 MN (alle 5 Triebwerke zusammen).

Die beiden Booster des Space Shuttles hatten 25 MN (beide Booster ohne Flüssigtreibstoffantrieb).

Der Durchmesser der ersten Stufe der Saturn V betrug 10 m, der Durchmesser der Festbrennstoff-Booster jeweils 3,7 m. Ein einzelnes F-1-Triebwerk hatte ebenfalls einen Durchmesser von 3,7 m.

Der Schub einer einzelnen F-1 betrug 6,77 MN, ein einzelner Booster 12 MN.

Wenn wir also nur einzelne Motoren vergleichen, hatte der Festbrennstoff etwa 75 % mehr Schub.