Warum waren die SSMEs so viel zerbrechlicher als die J-2-Triebwerke?

In dieser Antwort wird erwähnt, dass die von der zweiten und dritten Stufe des Saturn V verwendeten J-2-Triebwerke wesentlich widerstandsfähiger waren als die "extrem komplexen und empfindlichen" Haupttriebwerke des Space Shuttle. Was führte zu dem Unterschied zwischen den beiden Motoren? War es nur die Natur, von einem Gasgeneratorzyklus zu einer gestuften Verbrennung zu wechseln?

Mir ist aufgefallen, dass wir für einige Fragen ohne Beschreibung ein j-2-Tag haben, also habe ich eine Änderung eingereicht, um eine Beschreibung hinzuzufügen.
gut, Bearbeitung genehmigt. jetzt wird es nicht mehr mit J₂ verwechselt.
Ich denke nicht, dass „zerbrechlich“ eine gute Beschreibung einer Maschine ist, die einem Temperaturgradienten von 6000 Grad F und einem Druckgradienten von 6000 psi standhielt und 135 x 3 Flüge ohne ein mechanisches Problem flog. gebraucht? Das scheint mir eine falsche Prämisse zu sein.
@OrganicMarble Ich bin definitiv offen für Vorschläge zur besseren Formulierung. Ich dachte an "spröde", aber das passt auch nicht wirklich...
Vielleicht "warum waren die SSMEs so wartungsintensiv"? (OM, wissen Sie, ob auf der SSME Ausdauertests durchgeführt wurden, die deutlich außerhalb des Shuttle-Missionsprofils liegen? Bin ich zu leichtgläubig in Bezug auf die J-2?)
@OrganicMarble Sie erlitten im Flug keinen katastrophalen Ausfall, ja. Sie mussten jedoch nach jedem Flug umfassend renoviert werden. Zugegeben, ein Vergleich mit den Einweg-J-2s ist nicht gerade fair. Aber im Vergleich zu ihren Designzielen (wartungsarmer, wiederverwendbarer Motor) fehlten die SSMEs definitiv. Die Designziele waren ziemlich optimistisch (wahrscheinlich nicht ohne erheblichen politischen Druck, Dinge zu versprechen, die nicht geliefert werden konnten, nur um das Programm überhaupt zum Laufen zu bringen).
@Luaan Ich stimme deinen Punkten voll und ganz zu.
@RussellBorogove selbst die Frage so zu formulieren, zeigt nur, dass es ein schlechter Vergleich ist - J-2s erforderten nach einem Flug keine Wartung, da sie nach jedem Gebrauch weggeworfen wurden.

Antworten (2)

Zur Komplexität trugen mehrere Faktoren bei. Die gestufte Verbrennung war definitiv eine große Sache. Die SSME lief auch mit einem viel höheren Kammerdruck als die J-2 , 3000 psi gegenüber 760 psi. Dies scheint statt der üblichen zwei Turbopumpen für jedes der Treibmittel erforderlich zu haben -- es gibt Nieder- und Hochdruck-Turbopumpen für den Kraftstoff (LPFTP, HPFTP) und Nieder- und Hochdruck-Turbopumpen für das Oxidationsmittel (LPOTP, HPOTP). Da Turbopumpen eine der größten Kopfschmerzen in Großmotoren sind, hatte eine Verdoppelung ihrer Anzahl vorhersehbare Auswirkungen auf die Wartung.

Welche Vorteile brachte der höhere Kammerdruck, besserer Isp, mehr Schub?
Das Nettoergebnis war besser Isp. Der Schub zum Gewicht betrug sowohl für den J-2 als auch für den SSME etwa 73: 1. SSME war doppelt so stark und doppelt so schwer.
@DylanSp Ein höherer Kammerdruck führt im Allgemeinen zu einem besseren thermischen Wirkungsgrad . Bei jedem Verbrennungsmotor kann man im Grunde nur dann die ideale Energiemenge aus dem Kraftstoff herausholen, wenn man ihn bei unendlichem Druck verbrennt – das passiert natürlich nie, aber mit 200 bar Druck des RS-25 kommt man dem ziemlich nahe. Als Ergebnis dieser zusätzlichen Energie kann der Auspuff schneller austreten, was Ihnen einen besseren Isp verleiht. (Bei einem bestimmten Motor erhöht eine Erhöhung des Drucks auch den Schub, dies ist jedoch eher eine Funktion der Dichte.)

Es ist wirklich ein Vergleich zwischen Äpfeln und Birnen.

  • J-2 sind Oberstufen-Gasgenerator-Einwegmotoren.
  • SSMEs sind wiederverwendbare Booster-Motoren mit gestufter Verbrennung.

Der Versuch, sie auf diese Weise zu vergleichen, ist wirklich erfolglos. Sie wurden nicht entwickelt, um die gleiche Funktion zu erfüllen.

Warum waren die SSMEs so viel zerbrechlicher als die J-2-Triebwerke?
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