forum.kosmonautix.cz

Ahoj,
nedávno jsem četl knihu Liftoff od Erica Bergera. V té je uvedeno, že SpaceX pro následovníka rakety Falcon 1 původně zamýšlela vyvinut nový, větší a výkonnější motor. Kvůli nedostatku času tak nakonec neučinila a použila 9 stávajících motorů Merlin. Stejná architektura, tedy větší množství méně výkonných motorů, je nakonec použita i pro Starship.
Je tento přístup obecně výhodnější? Nevěděli byste o nějakých materiálech, které by oba přístupy porovnávaly? Dá se návrh rakety s malým počtem výkonnějších motorů už považovat za zastaralý?
Děkuji
V.

Volba vhodného výkonu a počtu motorů na nově konstruované kosmické raketě je určitě zajímavé a celkem i složité téma.
V maximální stručnosti by se na tvou otázku dalo odpovědět Ano.

V současné době je všeobecným trendem zlevňovat způsob vynášení nákladu do kosmu zejména pomocí znovupoužitelnosti nosiče, nebo aspoň některých jeho částí. Aby to bylo umožněno, je vhodné/nutné použit větší množství "menších" motorů na prvním i druhém stupni (pokud ho chcete taky znovupoužívat), protože s raketovým stupňěm hodláte na zemi přistát pomocí stejných motorů, jaké byly použity na vzlet (abyste nevozil nahoru mrtvou váhu nějakého separátního přistávacího zařízení - padáky, křídla, atd.).
Při přistávání je raketový stupeň téměř prázdný, s minimem paliva = je velmi lehký a přistávací zážeh musíte provést typicky s 1 motorem, u něhož dokážete seškrtit tah na poměrně nízkou hodnotu. Pokud by ten 1 motor byl moc velký/silný, nedokážete ho řízeně používat za dostatečně nízkého tahu. Raketový motor střední a větší velikosti pracuje spolehlivě jen do cca 40-50% nominálního tahu. Nebo raději ještě vyšší procenta. Když jej začnete škrtit pod 50% tahu, hrozí nestability v hoření, ztráta výkonu čerpadel, velké problémy, atd.
Z toho plyne, že na znovupoužitelné raketě, třeba na 1. stupni, nechcete mít 5 obrovských motorů, jako na Saturnu V, ale raději větší množství slabších motorů, které můžete spolehlivě za letu zažehovat a řídit i při návratu a přistání. A pak opakovaně používat při dalším letu jen s minimem údržby.
Dalším faktorem je spolehlivost raketového stupně při poruše. Když vám z 5 velkých motorů 1 selže, je to dost problém. Dá se to překonat, ale je to mnohem menší problém, když máte na stupni motorů 33. To vám můžou klidně selhat i dva a je to stále řešitelné.
Třetím faktorem je velikost vývojových nákladů. Obecně platí, čím větší/silnější motor, tím větší vývojové náklady.
A takto by se dalo pokračovat dál a dál.

Vývoj v kosmonautice jde dál, posledních 15-20 let celkem podstatně díky SpaceX a to co bylo super high-tech řešení před 50-60 lety, to už je v dnešní době překonáno. Z velké části díky výpočetní technice, novým materiálům a výrobním technologiím. A něčí odvaze riskovat.

Doplním ještě jednu část úvah

se slabším motorem obecně můžete hodně lavírovat architekturu nosiče, nemáte tak dva různé motory pro první a druhý stupeň, ale jenom různý počet stejných motorů, to je v ekonomice nosiče hrozně důležitá věc

dál bych upozornil na to, že raptor není slabý motor, udávaný tah je 2,5 až 3 MN a v současném seznamu je na 10 místě
F1 Saturnu V měl tah 6,7 až 7,7 MN, to je jenom 2,5 x víc
RS25 má tah okolo 2 MN

Superheavy je prostě šílená raketa a snažit se jí stavět na malém počtu extra silných motorů je mimo možnosti