Eine "Halbstufe" ist eine Raketenstufe, die sich mit ihren Triebwerken, aber nicht mit Treibstofftanks abtrennt. Gängige Beispiele sind Atlas (1,5 Stufen), Atlas-Agena (2,5 Stufen) und Atlas-Centaur (2,5 Stufen).
Auf dem Papier könnte man eine "eineinhalbstufige" Rakete bauen. Es brennt eine Weile und lässt dann einige Motoren fallen. Dann brennt es etwas mehr und lässt mehr Motoren fallen. Es verbrennt dann seine verbleibenden Triebwerke in die Umlaufbahn.
Alternativ ist theoretisch auch eine "zweieinhalbstufige" Rakete möglich. Es brennt eine Weile, lässt einige Motoren fallen, brennt noch mehr und lässt seine untere Stufe fallen. Die Oberstufe brennt eine Weile, lässt einige Triebwerke fallen und beendet dann ihre Verbrennung in den Orbit.
Ich bin mir sicher, dass ein solches Design zahlreiche Nachteile hätte (du kannst gerne in den Kommentaren darauf hinweisen). Gibt es jedoch Vorteile gegenüber anderen Designs?
Verwandt:
Eine 1,5-Stufe könnte sanftere Beschleunigungskurven haben als Atlas. Dieser von einem ICBM-Design abgeleitete Werfer beschleunigte steil auf etwa 7 g, ließ den Booster-Abschnitt fallen und beschleunigte dann von 1,3 g zurück auf fast 8 g auf dem Träger .
Mit zwei separaten Booster-Sektionen und einem kleineren Sustainer könnte es seinen Schub in kleineren Schritten reduzieren, wodurch die G-Kraft-Spitzen niedriger und die Täler höher gehalten werden, eine ähnliche durchschnittliche Beschleunigung beibehalten wird, während die Nutzlast weniger belastet wird.
Der große Nachteil ist natürlich, dass eine Booster-Sektion, die sich sicher von einer Rakete im Flug lösen kann, schwerer ist, als die gleichen Motoren wären, wenn sie fest angebracht wären. Ich stelle fest, dass der Booster von Atlas etwa doppelt so viel wiegt wie ein Paar H-1-Triebwerke, während er einen vergleichbaren Gesamtschub erzeugt.
Ein großer Vorteil der Halbstufe in der ersten Stufe der Rakete – ähnlich dem Vorteil der Verwendung von kurzbrennenden SRBs als Booster, wie bei Arianne 6: hoher TWR zu Beginn.
Ein hohes Schub-Gewichts-Verhältnis zu Beginn ist sehr wünschenswert, da die Gravitationsverluste dank der frühzeitigen Erhöhung der Geschwindigkeit erheblich reduziert werden: Bei einer höheren Anfangsvertikalgeschwindigkeit geschieht alles früher: Gravitationsdrehung, Orbitaleinführung - und das bedeutet viel weniger Gravitationsverluste . Das bedeutet aber auch, MaxQ früher zu erreichen - und in dichterer Atmosphäre, also "härter". In diesem Fall kann eine Reduzierung des Schubs durch die Entsorgung zusätzlicher Triebwerke eine praktikable Option sein.
Das Problem mit zusätzlichen Motoren in der 2. Stufe ist, dass sie normalerweise leicht genug ist, um von einem einzigen Motor angetrieben zu werden. Falls dies nicht der Fall ist, kann es wünschenswert sein, die zusätzlichen Triebwerke fallen zu lassen, um die TWR am Ende der Verbrennung zu reduzieren (um die Nutzlast und die Raketenstruktur zu schützen) - ohne Effizienzverlust; gedrosselter Motor verliert einen erheblichen Anteil des spezifischen Impulses: weniger Verbrennungsprodukte; niedrigerer Kammerdruck; niedrigere Abgasgeschwindigkeit. Das Entsorgen von Triebwerken wird die Effizienz nicht verringern, aber den Schub verringern - und Masse loswerden, die bei dem reduzierten Schub nicht mehr benötigt wird. Die Praktikabilität ist jedoch fraglich: Vakuumoptimierte Düsen sind groß und tragen zur Motoreffizienz bei - und oft ist einfach kein Platz, um mehr als eine in den Durchmesser einer oberen Stufe zu quetschen. Und Sie tragen immer noch die leere Tankmasse, die nicht mehr benötigt wird.
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Uwe
Uwe
Russell Borogove
Vikki