Aus welchen Gründen auch immer, es scheint, dass der Standardmotor der Oberstufe im US-Inventar der RL-10 ist. Ein Hochleistungsmotor mit schönem spezifischem Impuls (I sp = 450-465 s), aber sehr geringem Schub (25 klbs).
Für Ares-1 war die ursprüngliche Idee, ein Space Shuttle Main Engine (SSME) auf der zweiten Stufe zu testen und es aus der Luft zu starten, was sich als Nichtstarter herausstellte.
SSME ist eine großartige Leistung in I sp (452 Sekunden im Vakuum und 366 Sekunden auf Meereshöhe) und viel höherem Schub (512 KLbs Schub), aber das ist buchstäblich das 20-fache des Schubs.
Aufgrund der Schwierigkeit beim Luftstart (eigentlich Startperiode) eines SSME, wechselten sie zu der Vorstellung, einen J-2X mit gutem I sp (448 s im Vakuum) und etwa der Hälfte des Schubs (294 klbs) zu verwenden.
Die Nutzlast von Ares-1 für LEO war nicht riesig (56 KLbs), verglichen mit beispielsweise einem Delta-4 Heavy , der die RL10 als Oberstufe verwendet.
Eine 20-fache Erhöhung des Schubs scheint also eher ein Hindernis als eine Hilfe zu sein. J-2X mit nur einer 10-fachen Schubsteigerung scheint ebenfalls problematisch zu sein.
Sie können alles drosseln, was Sie wollen, aber eine 10-fache oder 20-fache Schuberhöhung scheint eine große Sache zu sein.
Ich verstehe, dass I SP in oberen Stufen König ist, weshalb der relativ niedrige Schub RL10 so effektiv ist (ähnlich der Diskussion in der Frage, wie ein RD-180-Motor ein vernünftiger Ersatz für 2 NK-33 / AJ-26-Motoren ist auf Antares? ).
SSME wäre nicht verrückt gewesen. RL-10 wird auf relativ leichten Oberstufen verwendet: Centaur und DCSS plus ihre Nutzlasten liegen im Bereich von 20 bis 40 Tonnen, und das Schub-zu-Gewicht-Verhältnis liegt im Bereich von 0,3:1 – nicht genug zum Anheben ausgeschaltet, aber angemessen, um Ihre Umlaufbahn zu kreisförmigisieren, sobald Sie mit der ersten Stufe den größten Teil des Weges zur Höhe erreicht haben.
Wenn Sie den 10-fachen Schub haben, können Sie eine viel größere Nutzlast bei gleicher Beschleunigung schieben, sodass die zweite Stufe von Ares-I ein viel größeres Tier wäre.
Ich weiß nicht genau, wie groß die konzeptionelle SSME-getriebene zweite Stufe von Ares-I gewesen wäre, aber Sie wissen, wie ich Mathematik mit der Rückseite des Umschlags liebe:
Mit einem Shuttle-SRB mit 12000 kN Schub hätte ein Gesamtgewicht von 800 Tonnen mit einem Schub-zu-Gewicht-Verhältnis von 1,5:1 vom Pad starten können, was respektabel ist. SRB ist 600 t, also wäre die zweite Stufe plus Orion auf 200 t gekommen. SSME bei 1860 kN drückt das auf etwa 1: 1 TWR, wenn es aufleuchtet, und erhöht sich, wenn der Kraftstoff abbrennt, was in der Tat viel höher ist als bei den meisten RL-10-Stufen, aber nicht unannehmbar hoch.
Laut Wikipedia scheint es, als würde Orion zu viel von diesem 200-Tonnen-Massenbudget essen:
Kurz nachdem das ursprüngliche Design genehmigt wurde, ergaben zusätzliche Tests, dass das Orion-Raumschiff zu schwer sein würde, als dass der Vier-Segment-Booster es anheben könnte
So entwickelte sich das Design von einer 4-Segment-SRB + SSME-Stufe zu einer 5-Segment-SRB + J-2. Der Fünf-Segment-Booster erhöht den Schub auf 16000 kN (und vermutlich das Gewicht auf etwa 750 t), was Ihnen 1088 t vom Pad bei 1,5: 1 gibt. Die 338-t-Oberstufe, J-2X bei 1310 kN, ergibt einen viel niedrigeren TWR bei der Trennung, etwa 0,4:1 – sehr ähnlich zu dem, was Sie für RL-10-angetriebene Oberstufen sehen.
Gerüchten zufolge war der Luftstart der SSME bei der Stufentrennung machbar, ein Neustart für jede Art von Orbitalverbrennung jedoch nicht. Ich habe nie gesehen, dass dies offen diskutiert wurde, und kann kaum glauben, dass es nicht im konzeptionellen Design angesprochen wurde, aber irgendetwas veranlasste sie, zu J-2X zu wechseln, mit den anschließenden schlimmen Auswirkungen auf das Programm.
geoffc
Organischer Marmor
Erik