¿Hay demanda de grandes motores líquidos (> 5 MN)?

En otras palabras, ¿por qué se detuvo el programa de motores de cohetes F1? ¿Existe la sensación de que los motores sólidos pueden manejar los casos de alto empuje de una mejor manera? ¿O es una consecuencia desafortunada del final de la carrera espacial?

Respuestas (3)

Es probable que sea una mezcla de ambos factores.

En primer lugar, actualmente hay poca demanda de lanzadores en órbita de 100 o más toneladas como el Saturno V. La exploración robótica del sistema solar es más barata y segura que las misiones tripuladas, y requiere cargas útiles de menos de una décima parte del tamaño. New Horizons, por ejemplo, pesaba solo media tonelada. Para la gran mayoría de los lanzamientos espaciales, la carga útil es inferior a 20 toneladas. No se necesitan motores muy grandes como el F-1 para cohetes de ese tamaño.

En segundo lugar, los cohetes sólidos proporcionan mucho más empuje por dólar en los sistemas consumibles que los líquidos, por lo que la estrategia de la primera etapa del propulsor sólido grande + sustentador líquido medio es la preferida para los grandes lanzadores no tripulados, e incluso algunos tripulados (lanzadera y SLS), aunque muchas personas Desafíe la sabiduría de usar sólidos imparables para vuelos tripulados.

SpaceX cree que la reutilización puede reducir el costo de los grandes lanzadores de combustible líquido hasta el punto en que se manifieste la demanda latente, pero no lo han probado.

Además, SpaceX utiliza muchos motores pequeños en lugar de unos pocos grandes. F1 tuvo problemas de estabilidad de combustión, G9H/BFR/IPS tendrán que demostrar que pueden hacer frente a las oscilaciones de pogo de tantos motores. Además, F1-B era parte del diseño de refuerzo líquido que se estaba considerando para SLS.

La mayoría de los productores y consumidores de motores de cohetes parecen haber aceptado la idea de que más motores significan más posibilidades de falla sin considerar las muchas otras cosas que afectan la confiabilidad, como una buena ingeniería que proporcione pruebas adecuadas y tenga en cuenta todos los factores que afectan la confiabilidad y Amplias pruebas y evaluaciones de motores volados para descartar factores desconocidos que afectan la confiabilidad.

Uno de los principales innovadores en cohetes es SpaceX y su elección de usar muchos motores pequeños fue acertada. A diferencia de la NASA, vieron que reducir los costos era muy importante y tomaron dos decisiones importantes para reducir los costos, lo que también mejoró la confiabilidad.

La primera opción fueron los cohetes reutilizables. Esto devuelve los motores de cohetes a la fábrica para su inspección. Es mucho más fácil analizar un motor intacto para desarrollar fallas (grietas que han comenzado pero que aún no fallan) que un motor que explotó y se quemó.

La segunda elección fue una línea de producción lo más automatizada posible. Además de reducir en gran medida los costos de mano de obra, también significa una calidad más consistente, especialmente para soldaduras mecánicas en lugar de soldaduras manuales.

Finalmente, la disponibilidad de múltiples motores de cohetes significa redundancia potencial, pero el controlador del motor debe poder usarlos bien. En los días del N30 ruso, los controladores tenían una capacidad muy limitada para responder a las fallas del motor. SpaceX ha demostrado que los sistemas informáticos actuales pueden hacer cosas extraordinarias.

Las otras respuestas aquí son incorrectas. Proporcionan buenas explicaciones de por qué no hay más demanda de grandes motores líquidos, pero hay demanda ya que hay uno que todavía está en uso activo. El RD-171 tiene un 7% más de empuje al nivel del mar que el F-1. Se utiliza en el cohete Zenit. Que se lanzó recientemente en diciembre de 2017.

Aunque prefiero una redacción más neutral como "No estaría de acuerdo" en lugar de "equivocado", sí, los motores grandes no están exentos de demanda. El rd-171 ruso también está planeado para el cohete Soyuz-5 (=Zenit mejorado construido en Rusia). China está considerando el diseño del motor YF-660 para el cohete superpesado CZ-9, aunque tal vez no haya decidido finalmente si es mejor que múltiples motores pequeños o propulsores de combustible sólido.
La diferencia entre el RD-170 y el F1 es que el primero usa cuatro cámaras de combustión y el segundo usa una. Creo que la mayoría de las respuestas aquí asumen que los motores de una sola cámara estaban destinados al OP. Además, si bien ha visto un uso reciente, es un diseño antiguo, y creo que la mayoría de la gente entendió que la pregunta significaba por qué no hay demanda de motores de nuevo diseño en ese rango de potencia. Dicho esto, tienes razón, hay demanda. Por ejemplo, F1-A / F1-B estaba bajo seria consideración para el SLS hasta 2015.