•  
    D.........s via Android

    +92

    pokaż komentarz

    Pierwszy lot w 2020 roku? Wątpię by w 4 lata skonstruowali takiego kolosa, skoro dotychczas stworzyli jedynie niewielką rakietkę suborbitalną. Ale mimo wszystko i tak im kibicuje ( ͡° ͜ʖ ͡°)

  •  

    pokaż komentarz

    Na razie niech origin opuści atmosferę to pogadamy dalej. Na razie odlecieli na 40km... To trochę za mało.

  •  

    pokaż komentarz

    Dobra, ok, piszę, bo wołajo i wołajo.

    pokaż spoiler Dosłownie -- zawołali aż 2x ;-)


    Florydziak spoko to opisał, tylko doczytajcie koniecznie fragmenty, które dodał w kolejnych edycjach. Bo początkowy tekst powstał najwyraźniej zanim spłynęły bardziej szczegółowe informacje. Było w nim więc sporo spekulacji, no i autor niestety w wielu wypadkach minął się z prawdą. Jak to zwykle bywa, gdy spróbujemy chałupniczo analizować rocket-science, nie mając zbyt wielu danych.

    Wobec tego, pozwolę sobie dorzucić ciut więcej analizy, oczywiście wykraczając poza dane, jakie mamy :P

    Przede wszystkim: super fajny i zaskakujący news. Nikt się chyba nie spodziewał, że rakieta orbitalna Blue Origin będzie tak potężna. Czyli jak potężna?

    Cóż: potężniejsza niż wszystko co lata obecnie. Dziś najmocniejsza jest Delta IV Heavy, która ciśnie na niską orbitę (LEO) niecałe 30 ton. Patrząc na obrazek warto zwrócić uwagę, że nowa rakieta B.O. jest sporo większa niż się wydaje w porównaniu do Delty. Tak, Delta ma 3 rdzenie, ale są one sporo cieńsze. A Falcon 9 jest jeszcze cieńszy (F9 powinien pocisnąć ok. 20 ton na LEO gdy nie zostawimy w nim paliwa na lądowanie, tj. spiszemy rakietę na straty).

    Falcon Heavy, czyli potrójny Falcon, ma mieć większy ciąg niż rakieta B.O. I Falcon może być cięższy. A jednak, rakieta B.O. może być od niego silniejsza. Czemu?

    Silniki
    Bo B.O. używa bardziej zaawansowanych silników. Falcony używają Merlinów. To nowoczesne silniki z nowoczesnych materiałów, ale pod pewnymi względami, jako pierwsze duże silniki od SpaceX, zostały zaprojektowane z myślą o prostocie. Chodzą na najprostsze paliwo rakietowe RP-1 (coś jak... diesel, czy raczej nafta lotnicza) i ciekły tlen (LOX). Dodatkowo, są oparte na najprostszej konstrukcji: mają otwarty cykl spalania z generatorem gazów. W uproszczeniu chodzi o to, że potężne pompy paliwowe napędzane są turbiną gazową, która spala to samo paliwo, które jest spalane w głównej komorze spalania silnika. Ale turbina gazowa (generator gazów) spala to paliwo niezbyt efektywnie. Spalone w niej gazy wylatują za burtę nie dając praktycznie żadnego ciągu. Można więc powiedzieć, że część paliwa się marnuje. To, co się nie marnuje, musi być spalane szybko i nie jest rozpędzane do zbyt wysokich prędkości, bo cząsteczki RP-1 są duże i złożone i ciężko je rozpędzić. I efektywnie spalić.

    To wszystko daje Merlinom bardzo wysoki ciąg jak na ich masę i pozwala na prostą konstrukcję, ale... daje niską efektywność. Każda tona paliwa szybko opuszcza rakietę, nie dając jej aż tak dużego kopa.

    Blue Origin korzysta z zupełnie innego rozwiązania. Po pierwsze, ich nowa rakieta nie chodzi na RP-1/LOX, tylko na ciekły metan (CH4) i LOX (tę kombinację można nazwać "metalox"). CH4 ma lżejsze, mniejsze cząsteczki. Łatwiej je dokładnie spalić. Łatwiej je rozpędzić. To paliwo samo w sobie jest efektywniejsze.

    Ale to nie wszystko. B.O. skorzysta z silników BE-4. To ich nowe silniki, które mają zupełnie inną konstrukcję niż Merliny. Korzystają z zamkniętego, wielostopniowego cyklu spalania, ze spalaniem wstępnym bogatym w tlen. Znowu, upraszczając oznacza to, że spalony wstępnie metan, po napędzeniu pomp paliwowych nie jest wywalany za burtę, tylko leci do komory spalania. I tam jest dopalany.

    Oszczędzając szczegółów, to powoduje, że a) samo spalanie może być efektywniejsze (bo spalasz już wstępnie spalony gaz) i b) ponieważ nie wyrzucasz nic niepotrzebnie za burtę, nie marnujesz ani kropli paliwa.

    BE-4 będą więc znacznie wydajniejsze niż Merliny. Miarą wspomnianej wydajności (efektywności paliwowej) jest impuls właściwy oznaczany skrótem Isp.

    Dla Merlinów ma on wartość 282 s w atmosferze (jednostką Isp są sekundy "s" -- proszę, nie pytajcie). W próżni, gdy silnik nie musi wypychać gazów przeciw ciśnieniu atmosferycznemu, wydajność wzrasta do 311 s. Drugi stopień Falcona ma specjalnego Merlina z wielką dyszą, która w atmosferze by wybuchła, ale przecież drugi stopień operuje dopiero w próżni -- i tam, z tą dyszą, wyciąga 348 s.

    Wartości Isp dla BE-4 nie są jeszcze znane. Przy użyciu CH4/LOX i zamkniętego cyklu spalania należy się spodziewać, że Isp w atmosferze to będzie minimum 310-320s. W próżni 340-360s.

    Każde 10s Isp to kilka % ładunku więcej.

    Rakieta B.O. jest więc nie tylko po prostu duża. Jest też wydajna.

    Ciekawy jest opcjonalny trzeci stopień rakiety, przydatny w wyjątkowo trudnych misjach. On nie korzysta już nawet z paliwa metaloxowego.

    Wiecie, co można spalić nawet czyściej niż metan i co jest najlżejszym z pierwiastków, a więc zapewnia najwyższą wydajność?

    (c.d., cliffhanger!)
    @Obruni:
    @beliver:

    •  

      pokaż komentarz

      @Sh1eldeR:
      Wodór. Trzeci stopień rakiety B.O. ma chodzić na ciekły wodór (LH2) i LOX, czyli "hydrolox". Nie znamy specyfikacji silnika wodorowego Blue Origin, BE-3. Ale z pewnością osiąga on Isp dobrze powyżej 400s. Powiedziałbym, że minimum 420s, bo tyle wyciągają nawet najprostsze silniki hydroloxowe z otwartym cyklem spalania. Jeśli zaś zastosuje się lepszy cykl spalania, można wycisnąć nawet ponad 450s!

      Czemu więc w ogóle nie używać wodoru we wszystkich stopniach rakiety? Ano temu, że hydrolox ma co prawda świetną wydajność paliwową, ale jest bardzo ciężki w obsłudze -- jest ekstremalnie zimny (-250C), niszczy orurowanie, a jego cząsteczki są tak małe, że uciekają ze zbiornika. Co gorsza, silniki wodorowe są dość ciężkie i mają stosunkowo niewielki ciąg. W dolnych stopniach rakiety to problem: potrzebujesz jak najlepszego stosunku ciąg/masa, by jak najszybciej wyrwać się z atmosfery i dostać się na orbitę. Ale jak już jesteś na jakiejś orbicie, nie ma problemu, żebyś był trochę słabszy i trochę cięższy i rozpędzał się trochę wolniej -- nie spadniesz, bo już orbitujesz.

      Kiedyś za optymalne do pierwszego stopnia uznawaliśmy RP-1, ale dziś już wiemy, że metalox daje wystarczająco dobry stosunek ciąg/masa, a jednocześnie sporo lepsze Isp. Nie mamy jeszcze rakiet na metalox, ale firmy rzuciły się do projektowania silników, które wykorzystają to "nowe" paliwo. #spacex przygotowuje swojego Raptora, a B.O. swój BE-4.

      Co ciekawe, B.O. sprzedaje te silniki firmie ULA (#ulacwel) do ich nowej rakiety, Vulcana. Ale Vulcan będzie korzystał z dwóch silników BE-4. I będzie trochę silniejszy od używanego obecnie Atlasa. Nowa rakieta od B.O. będzie miała tych silników... siedem (!!!). Będzie więc miała naprawdę dobre osiągi.

      Przypomnę też, że Falcon Heavy -- tak jak Falcon 9 -- jest rakietą typowo na RP-1/LOX. Więc B.O. ma nad FH sporą przewagę w wydajności.

      Mimo iż FH ma mieć wyższy ciąg, rakiety te mogą mieć porównywalne osiągi. A nawet propozycja B.O. może być spokojnie mocniejsza. Szczególnie na bardziej wymagających orbitach, gdzie hydroloxowy trzeci stopień pomoże jeszcze bardziej.

    •  

      pokaż komentarz

      @Sh1eldeR: Vulcain 2 uzywa wodoru i tlenu, wiec nadal jest to paliwo stosowane w pierwszych stopniach.

    •  

      pokaż komentarz

      @Spring_is_coming:
      Oczywiście, że jest! I to nie tylko w Ariane 5 (z Vulcainem). Delta IV, a więc i Delta IV Heavy, też używa ciekłego wodoru już w pierwszym stopniu. Ba: wahadłowce też go używały od samego startu aż po osiągnięcie orbity!

      Sęk w tym, że to -- paradoksalnie -- niezbyt efektywne. Tak, paliwo będzie spalane efektywniej. Ale napęd wodorowy ma też wady, które uwidaczniają się szczególnie przy pierwszym stopniu. Napęd wodorowy daje gorszy stosunek ciąg/masa. Wodór ma tak niską gęstość, że niewielka ilość wymaga sporego zbiornika. Z wodorem ciężko się obchodzić, bo jest tak cholernie zimny, tak bardzo przeciska się przez zbiornik.

      Tymczasem, pierwszy stopień to największa część rakiety. Zbiorniki na tym stopniu są często największymi strukturami w całej rakiecie. Wymagają dużo wodoru. Dobre zbiorniki są stosunkowo ciężkie i drogie do zrobienia. Dodatkowo, oprócz swojej własnej wagi, pierwszy stopień musi nieść na głowie drugi stopień i ładunek i musi to zrobić szybko, aby jak najszybciej opuścić atmosferę i wyrwać się z głębokiej studni grawitacyjnej.

      Efekt jest m.in. taki, że rakiety na wodór w pierwszym stopniu często mają niewystarczający ciąg. I tak np. Ariane 5 zawsze startuje z rakietami pomocniczymi na paliwo stałe (SRB). Prom też. Delta w wersji Heavy nie musi, bo trzy rdzenie wodorowe są w stanie w miarę rozsądnie unieść jeden drugi stopień+ładunek. Ale Delta z jednym rdzeniem już prawie zawsze leci z SRB. Prom musiał lecieć z SRB. Japońska H-IIB z wodorem też musi lecieć z SRB.

      Co mają wspólnego Delta IV, Delta IV Heavy, prom i Ariane?

      To, że są drogimi rakietami, nieefektywnymi kosztowo. Ariane na rynku broni się tym, że lecąc na GTO wynosi po dwa satelity naraz, więc cena spada praktycznie na pół (plus jeszcze rząd francuski dopłaca do każdego lotu). Ale koszt całego startu Ariane też jest bardzo wysoki. Delta IV Heavy to najdroższa używana obecnie rakieta; start kosztuje ze 400 mln USD. Dość powiedzieć, że nawet wariant z jednym rdzeniem (Delta IV Medium) został wycofany przez Tory'ego Bruno, bo był on po prostu nieefektywny kosztowo i nie mógł konkurować z Atlasem. Co do kosztów, to chyba nie muszę mówić, jak drogie były wahadłowce? Tam ceną wywoławczą było coś około miliarda i teraz pytanie było, czy dana misja kosztować będzie trochę mniej, czy trochę więcej.

      Generalnie wygląda na to, że jest kilka cech, które sprawiają, że rakiety są drogie w budowie i operowaniu. To trochę kontrowersyjne, ale można powiedzieć, że takimi rzeczami jest konieczność stosowania SRB i użycie ciekłego wodoru.

      Ciekły wodór w wyższych stopniach daje duże benefity no i w sumie nie jest go dużo, bo wyższe stopnie są małe. Ale w pierwszym stopniu? Niewiele to pomaga (chyba że robisz SSTO, ale to inna historia), a bardzo dużo kosztuje.

      Żeby było śmieszniej, ESA projektuje Ariane 6, która ma konkurować cenowo z nowymi rakietami, m.in. tymi od SpaceX. I co będzie miała nowa Ariane? Ciekły wodór od pierwszego stopnia, wspomagany parą lub czwórką SRB.

      Dla porównania, to co robi Blue Origin wydaje się znacznie efektywniejsze. Nie ma SRB. W pierwszych dwóch stopniach nie ma wodoru, tylko tańszy w obsłudze metan. Gdy trzeba krytycznej wydajności, dorzucamy trzeci stopień z wodorem.

      ULA robi trochę podobnie. Vulcan też będzie na metan w pierwszym stopniu i będzie jak najbardziej mógł polecieć bez SRB, choć będą one opcją (Atlas V też sprawnie radzi sobie bez SRB -- to najpopularniejszy wariant -- mimo że są też wersje z 1-5 SRB).