Buscando explorar el punto inverso de esta pregunta:
¿Qué desafíos existen para más motores de combustible líquido más pequeños en lugar de uno grande?
Como se indicó en la respuesta a la pregunta anterior, menos motores más grandes reducen el número de piezas y aumentan la confiabilidad a expensas del rango de empuje (relevante para los propulsores reutilizables como el Falcon 9), pero ¿qué sucede cuando quiere ir realmente grande?
El motor de combustible líquido con una sola cámara de combustión más grande jamás volado con éxito fue el F1 de Saturno V , que voló por última vez hace 45 años . Hoy en día no tiene igual (sin considerar los propulsores de combustible sólido como los SRB del transbordador); incluso los motores principales del transbordador espacial desarrollan sólo la mitad de ese empuje.
El Falcon 9 demuestra que nueve motores son suficientes para proporcionar el rango variable de empuje necesario para aterrizar un propulsor gastado. Entonces, ¿qué compensaciones llevan a SpaceX a emplear una gran cantidad de motores para sus grandes propulsores pesados propuestos (una propuesta pedía 42 motores, otra pedía 31) en lugar de desarrollar motores más grandes para usar en cantidades más pequeñas?
Sé que un problema al que se enfrentó durante el desarrollo de la F1 fue la inestabilidad de la combustión. ¿Es este el factor dominante que inhibe el desarrollo de motores más grandes, o hay otros, y si es así, cuáles? El "punto de referencia" moderno parece ser el SSME; ¿Qué impide el desarrollo de algo sustancialmente más grande, como, por ejemplo, el Sea Dragon (nuevamente, limitando la pregunta a los motores de combustible líquido)?
En primer lugar, la agrupación de motores ahorra mucho trabajo de ingeniería. Solo diseñas un motor, en lugar de más de uno. Esto es especialmente valioso en el mundo extremadamente conservador de la industria aeroespacial clasificada por el hombre. Se reduce a la modularidad.
En segundo lugar, si es sensible a los costos y está tratando de producir un barco en masa, el agrupamiento le permite producir motores en masa. Para casi todos los métodos de producción, excepto (e incluso incluyendo) la impresión 3D y la construcción manual artesanal, cualquier cosa que pueda hacer para aumentar la cantidad de cosas idénticas construidas reduce en gran medida el costo por artículo individual.
En tercer lugar, varios motores le permiten ajustar el empuje encendiéndolos y apagándolos. Debe entenderse que la etapa inferior del Falcon 9 en realidad no puede flotar; con los tanques vacíos, no puede acelerar lo suficiente como para flotar y, en cambio, debe "flotar".
En cuarto lugar, es más probable que grandes grupos de motores tengan una falla individual, pero no perderán una cantidad significativa de empuje por una sola falla. El Saturn V se estrellaría si un motor F-1 fallara lo suficientemente pronto, ya que eso le quitaría 1/5 del empuje total.
Quinto, los motores de cohetes grandes son problemáticos . Es más probable que sufran "inestabilidades de combustión" del tipo que hace que el cohete explote. Esto fue parte de la razón por la que la F-1 tardó tanto en desarrollarse, como lo mencionó Uwe, y es parte de la razón de la tendencia de Rusia a usar clústeres. El SSME se considera un motor de muy alto rendimiento con un costo extremo concomitante. En términos más generales, a menudo hay problemas que conducen a un "punto óptimo" entre pequeño y grande: las máquinas pequeñas a menudo tienen un rendimiento/peso deficientes, y las grandes chocan contra los componentes desfavorables de la ley del cubo cuadrado tanto como aprovechan los favorables, un problema particular para los recipientes a presión.
russell borogove
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