Was macht Falcon Heavy mit 3 Boostern viermal leistungsfähiger als F9 mit einem einzelnen Booster?

Falcon Heavy wird voraussichtlich viermal mehr Masse zu LEO bringen als Falcon 9 (53 statt 13 Tonnen). Sind größere Raketen im Allgemeinen etwa 4/3-mal leistungsfähiger pro Treibstoffmasse und Triebwerksschub? Es scheint für Delta IV Heavy im Vergleich zu Delta IV nicht zuzutreffen. Seine 3 gemeinsamen Kern-Booster verleihen LEO dreimal mehr Nutzlastmasse. (9 und 27 Tonnen).

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Die Zahl von 53 metrischen Tonnen stammt aus der Verwendung von Treibmittel-Querzufuhr . Und nur bei Verwendung von Treibmittel-Quertransport. Wenn es nicht verwendet wird, ist die Nutzlast für LEO geringer, aber ich kann keinen Hinweis auf diese Nummer finden.

Quereinspeisung bedeutet, dass der Mittelkern Verbindungen zu den Seitenkernen hat, wodurch Brennstoff und Oxidationsmittel von jeder Seite zu den Motoren des Mittelkerns geleitet werden. Wenn die beiden seitlichen Booster ausbrennen, ist der mittlere Kern auf diese Weise größtenteils mit Kraftstoff / Oxidationsmittel gefüllt und wird von einem zweistufigen Fahrzeug in ein funktionsfähiges dreistufiges Fahrzeug umgewandelt. Die Seitenbooster speisen nur die drei Motoren, die dem Seitenbooster am nächsten sind. Somit werden 6 der 9 Motoren quergespeist, und die mittleren drei des mittleren Kerns werden von seinem ursprünglichen Tank gespeist.

Dann kann der mittlere Kern, der als zweite Stufe fungiert, den größten Teil eines vollen Falcon-Kerns verbrennen, um die obere Stufe (jetzt wirklich eine dritte Stufe) in die Umlaufbahn zu bringen, damit sie die Mission beenden kann.

Es ist erstaunlich, wie viel Cross-Feed ausmacht. Leider stellt sich heraus, dass SpaceX entschieden hat, dass sich der Aufwand nicht lohnt. Stattdessen starteten sie mit allen 27 Triebwerken bei voller Schubkraft und drosselten kurz nachdem sie sich bewegt hatten, die 9 Triebwerke vom mittleren Kern, sodass die seitlichen Kerne früher ausbrannten und immer noch einen Bühneneffekt ergaben.

Delta 4 Heavy verbrennt alle drei Kerne im Grunde mit der gleichen Rate, obwohl sie vielleicht erwägen, den vollen Schub zu starten, den mittleren Kern zu drosseln, die Kerne zu trennen und den mittleren Kern etwas länger zu verbrennen, um einen Pseudo-Drittstufeneffekt zu erzielen.

Angara 3 oder 5, die mit mehreren Strapons fliegen, haben möglicherweise die Fähigkeit, etwas Ähnliches mit Drosselung zu tun, aber wenn es nicht von Anfang an eingebaut ist, ist es sehr schwierig, Quervorschub nachträglich hinzuzufügen.

Aber den mittleren Kern zu drosseln, um länger zu brennen, nachdem sich die Seitenkerne getrennt haben, ist nicht so effektiv wie das Entleeren der seitlichen Booster viel schneller, das Staging früher, das Wegwerfen der ganzen zusätzlichen Masse und das längere Brennen der leichteren „zweiten“ Stufe. Allerdings hat sich SpaceX am Ende für Throttling statt Crossfeed entschieden.

Dies liegt höchstwahrscheinlich daran, dass kein zahlender Kunde tatsächlich die volle Nutzlastkapazität für eine Mission benötigte. Damit kommen sie beim Throttling nah genug ran. Darüber hinaus hat sich der Falcon Core Booster zwischen der Ankündigung der ersten Iteration von Falcon Heavy und dem ersten Start erheblich verbessert.

Die Leistung des Falcon 9 1.0 (die ersten 5 Booster) unterscheidet sich stark von Block 5 Falcon 9. Sie stiegen von einer LEO-Nutzlast von 10.450 kg auf 22.800 kg und der vorletzte Falcon Heavy wird die neueren Booster verwenden.

Die erste Falcon Heavy-Mission verwendet tatsächlich Block 3-Seitenbooster (Sie sind zuvor Block 3-Booster geflogen). Der mittlere Kern ist einzigartig und neu, aber es wird angenommen (noch keine Beweise gesehen), dass er nicht ganz dem Design von Block 5 entspricht. Die zukünftigen Flüge werden voraussichtlich drei Block 5-Kerne verwenden.

Ein Großteil dieser Leistungssteigerung ist auf Merlin zurückzuführen, wo der Merlin 1A / 1B des ursprünglichen Falcon 1 nur etwa 75.000 Pfund Schub hatte.

Der im Falcon 9 1.0 verwendete Merlin 1C war eine große Verbesserung bei einem Schub von fast 125.000 Pfund auf Meereshöhe.

Der in Falcon 9 1.2/Full Thrust verwendete Merlin 1D liegt näher an 170.000 Pfund Schub.

Die endgültige Version, die voraussichtlich in Block 5 verwendet wird (offiziell noch keine Namensänderung), wird voraussichtlich wieder zunehmen, näher an 190.000 Pfund.

Damit haben sie die Nutzlastleistung eines einzelnen Steuerknüppels zwischen der Ankündigung von Falcon Heavy und seinem ersten Start mehr als verdoppelt.

Dies ermöglichte es ihnen, die Nutzlast wieder auf das zu bringen, was sie ursprünglich vorhergesagt hatten, ohne dass ein komplexerer Quervorschub erforderlich war.

IIRC, die Nutzlast für LEO ohne Crossfeed beträgt etwa 40-45 Tonnen, aber ich werde verdammt sein, wenn ich die Quelle dafür noch einmal finden kann.
Außerdem wird FH nur teilweise gekreuzt. Drei der neun Triebwerke im mittleren Kern verbrennen weiterhin Treibstoff aus dem mittleren Kern, wodurch der Tank größtenteils voll bleibt.
@Antilogical Das 40-45 scheint ohne Crossfeed viel zu hoch zu sein. Soweit ich mich erinnere, war es erschreckend kleiner.
Ich habe gerade die FH-Seite von SpaceX überprüft: "Für Missionen mit mehr als 45.000 kg bietet SpaceX ein einzigartiges Crossfeed-System". Wer weiß, wie wahr das ist.
Früher waren das laut einem alten NSS-Artikel 50 Tonnen . Jedenfalls erinnere ich mich an keine "offiziellen" Zahlen dafür, aber ich erinnere mich an diese Analyse von Paul Kautelian .
@Antilogical: Haben Sie eine Quelle für die Aussage "3 Motoren verbrennen weiterhin Treibmittel aus dem mittleren Kern"? Beim F9 werden alle Motoren von einem einzigen Verteiler gespeist. Der einfachste Weg, Crossfeed zu implementieren, besteht darin, den Kraftstoff in die Tanks der Hauptstufe zu pumpen. Ihr Vorschlag würde erfordern, den gekreuzten Kraftstoff zu den Motoren der Hauptstufe zu leiten, wo Sie 3 Verteiler erhalten würden, die die Motoren anstelle von einem versorgen. Außerdem müssten Sie 6 Motoren von Crossfeed auf Hauptstufentanks umschalten, wenn sich die Booster trennen. Oder entspricht die Crossfeed-Rate nur dem Kraftstoffverbrauch von 6 Motoren?
Wenn Sie jemals Kerbal Space Program spielen, versuchen Sie dies. Sie werden sehen, wie viel weiter Sie eine Rakete mit Treibmittel-Crossfeed schicken können als ohne.
Eine schnelle und schmutzige Tabellenkalkulation, die ich basierend auf den bei Spaceflight101 angegebenen Zahlen durchgeführt habe, deutete auf etwa 20 Tonnen weniger Kapazität (dh etwa 33 Tonnen Nutzlast) ohne Crossfeed hin, aber ich würde annehmen, dass SpaceX etwas weiß, was ich nicht weiß.
Ad Astra Pro Spargel.

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_9 Falcon 9 Nutzlast für LEO: 22,8 Tonnen für GTO: 8,3 Tonnen

https://en.wikipedia.org/wiki/Falcon_Heavy Falcon Schwere Nutzlast für LEO: 63,8 Tonnen für GTO: 26,7 Tonnen

Die FH-Leistung ist nur 180 % höher für LEO, aber 220 % höher für GTO

Also, nein, es ist NICHT 4x mehr für LEO, das Cross-Feed verwendet hat, was aufgegeben wurde, weil es zu riskant und komplex ist und für bestehende Missionen nicht notwendig ist, für die SpaceX genügend Marktchancen sieht

Mit Cross Feed könnte FH mehr als 70 Tonnen zu LEO werfen, vielleicht mehr als 4x so viel

Warum ist das so ? Die beiden zusätzlichen seitlichen Booster erhöhen die Leistung nicht linear. Die 3 Booster fungieren als erste Stufe der FH und wenn die seitlichen Booster abgeworfen werden, fungiert der mittlere Booster allein als zweite Stufe. Dies verbessert die Leistung nicht linear. Ohne Querzufuhr müssen die seitlichen Booster länger angebracht bleiben, was die Brenndauer der Konfiguration der 2. Stufe verkürzt. Bei Querzufuhr speisen die seitlichen Booster den Brennstoff des mittleren Boosters bis zur Trennung, wodurch ein vollständig betankter mittlerer Booster nach der Trennung bereitgestellt wird, wodurch die Brenndauer der 2. Stufe erheblich verlängert wird. In diesem Gedankengang ist die obere Stufe jetzt eine 3. Stufe

Der weitere Grund für den Verzicht auf Cross Feed ist, dass der mittlere Booster damit viel zu schnell und viel zu hoch zu Ende brennt, sodass eine ASDS-Plattform zur Wiederherstellung möglicherweise 2- bis 3-mal so weit von der Startrampe entfernt positioniert werden musste wie bei F9. Da der überarbeitete Block V Non Cross Feed FH jetzt alle Missionen bewältigen kann, für deren Ausführung SpaceX eingestellt wurde, ist es logisch, die Wiederherstellung aller 3 Booster zu vereinfachen, was weitaus wichtiger ist, als eine Leistung zu haben, für die kein Kunde bereit ist zu zahlen.

Was fügt dies der Antwort von vor fast drei Jahren hinzu?
Es scheint auch identisch mit einer Antwort zu sein, die derselbe Benutzer im März gepostet hat und die von Moderatoren gelöscht wurde.
Die ursprüngliche Antwort wurde bearbeitet, dann wurde mir klar, dass ich sie nicht wiederherstellen konnte, also habe ich eine neue gepostet. Wenn die Mods auf dieser Seite mit diesem Trigger glücklich sind, ist es gut zu wissen, also poste ich hier nie wieder. Wenn Sie nicht die Mittel haben, die Antwort zu verstehen und zu validieren, sollten Sie vielleicht kein Mod sein. Diese Antwort befasst sich ausführlich mit der Frage. Lesen Sie es, verstehen Sie es, und wenn Sie anderer Meinung sind, wie wäre es, wenn Sie mir eine technische Begründung geben würden?
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