Falcon Heavy verfügt über einen standardmäßigen Falcon 9 Full Thrust (FT)-Raketenkern mit zwei Anschnallboostern, die von der ersten Stufe des Falcon 9 FT abgeleitet sind. Was ist mit einem schwereren Falcon Heavy mit vier Anschnallboostern (oder vielleicht drei), vor welchen Herausforderungen wird SpaceX stehen? Ich frage mich für einige mögliche Herausforderungen.
Mit 45 beim Start gezündeten Merlin 1D-Triebwerken besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass ein Triebwerksausfall die Zerstörung der gesamten Rakete verursachen könnte. Aber würde es Probleme mit Vibrationen wie Pogo-Oszillation geben, selbst in diesem Fall, in dem Triebwerke in fünf Boostern zu je 9 gruppiert sind und nicht in einem einzigen Kern-Booster alle miteinander verbunden sind (wie eine N1-Rakete mit noch weniger Triebwerken). 30 aber immer noch nicht erfolgreich)? Der N1 hatte stärkere Motoren (NK-15) und dies verursachte möglicherweise höhere Vibrationen. Wahrscheinlich ein Grund dafür, dass Falcon Heavy noch nicht geflogen ist und viele Verzögerungen hat, könnten Vibrationen sein, die bei Startsimulationstests verursacht werden. Die andere Sache, was ist mit dem zentralen Kern? Würde es zu viel Druck von den seitlichen Boostern und durch das Gewicht einer größeren zweiten Stufe mit mehr Motoren ausgesetzt sein, mehr Treibstoff und eine neue größere Zwischenstufe? Etwas anderes vielleicht der Luftdruck, könnte es ein Problem sein? Andere Herausforderungen könnten in anderen Dingen liegen.
Vor welchen Herausforderungen würde SpaceX bei einer solchen Rakete stehen?
Die meisten Motorausfälle führen zum Abschalten des Motors ohne Schaden für seine Nachbarn, und Merlin scheint ein zuverlässiger und sicherer Motor zu sein. Ein Cluster mit 45 Motoren würde den Verlust von einem oder zwei kaum bemerken.
Ich bin mir über die Auswirkungen von Vibrationen nicht sicher, aber es scheint, als ob die Pogo-Minderung jetzt besser verstanden wird als 1970. Ich bin mir nicht sicher, ob andere Probleme mit Vibrationsresonanzen verstärkt würden oder nicht - mehr Masse, um Dinge zu dämpfen, und weniger konzentriert Rauschspektrum gegenüber mehr Gesamtschwingungsenergie.
Die Belastung des mittleren Kerns wäre beim Start tatsächlich höher; Ich weiß nicht, ob der strukturelle Festigkeitsspielraum ausreicht oder ob sie ihn überarbeiten müssten.
Aerodynamischer Druck sollte kein Problem sein; Unter der Annahme einer ähnlichen Trajektorie bleibt die Kraft pro Querschnittsfläche unverändert. An der aerodynamischen Stabilität sollte sich nicht viel ändern.
Ohne Crossfeed würden sie einige der Booster-Triebwerke während der Fahrt abschalten wollen, aber das ist leicht zu bewerkstelligen. Sie könnten sogar einige durch max-Q herunterfahren und sie dann wieder anzünden, wenn das effizienter ist als das Herunterdrosseln. „Spargel“-Crossfeed wäre natürlich am besten, wenn man die oberen und unteren Booster in die Links-Rechts-Booster entleert, während das Links-Rechts-Paar in die Mitte entleert wird und jeweils ein Paar fallen lässt. Sie möchten von oben und unten zu beiden Nachbarn gleichzeitig fließen, da sonst der sich bewegende Kraftstoff ein erhebliches Drehmoment ausüben und das Schiff rollen würde.
Das größte Problem könnte sein, dass Falcon horizontal integriert ist - zusammengebaut, während es auf der Seite liegt. Es könnte möglich sein, die Mittel-, Nutzlast- und LR-Booster zusammenzubauen, sie am Pad anzuheben und dann die TB-Booster anzubringen, aber ich denke, eine vertikale Montage wäre wahrscheinlicher.
Interessanterweise hat ULA White Papers veröffentlicht, die 4-Booster- und sogar 6-Booster-Delta-IV-„superheavy“-Konfigurationen mit etwa 100 Tonnen bis LEO-Nutzlastkapazität zeigen. Einerseits deutet dies darauf hin, dass ULA denkt, es sei nur „eine kleine Frage der Technik“, dies zu tun; Andererseits deuten die Geschäfts- und PR-Praktiken von ULA darauf hin, dass sie nicht mehr als eine oberflächliche Machbarkeitsstudie durchgeführt haben.
Auf jeden Fall würde ich, selbst wenn es machbar ist, nicht erwarten, dass SpaceX einen Falcon Superheavy verfolgt. F9/FH wird für fast alle kommerziellen Nutzlasten ausreichen, und sie werden sich für die wirklich großen Missionen an BFR wenden.
Pogo-Oszillationen könnten durch negativ vibrierende gegenüberliegende Motoren behandelt werden. Wie bei der Schallunterdrückung würde dies zu einer Gesamt- oder Nettovibration von Null führen. Der Trick besteht darin, alle Motoren zu synchronisieren, um den Effekt von Pogo aufzuheben. Ich bin kein Raketenwissenschaftler, sondern ein Querdenker. Wenn wir ( Querdenker ) auf eine Mauer stoßen, gehen wir entweder nach links oder nach rechts. Das ist immer besser, als zu versuchen, die Wand zu durchbrechen. Das System könnte auf allen Falcon 9 Block Fives und den modifizierten Falcon Heavy Cores verwendet werden. Die negativen Auswirkungen von Pogo sind kumulativ, wenn also jeder der drei Abschnitte des Heavy keine Nettovibration aufweist, dann würde der Pogo-Effekt für das gesamte Fahrzeug innerhalb der Toleranzen liegen. Aerodynamisch sehe ich keine wirklichen Probleme mit dem Heavy. Sie behandeln es als ein aufsteigendes Körperdesign. Nutzung der breitesten Stelle des Fahrzeugs, um beim Aufstieg zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen. Der Vorteil wäre gering, könnte aber andere Probleme, einschließlich Max-Q, ausgleichen.
jkavalik
äh
James Thorpe
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