¿Por qué los SSME eran mucho más frágiles que los motores J-2?

Esta respuesta menciona que los motores J-2 utilizados por la segunda y tercera etapa del Saturno V eran sustancialmente más resistentes que los motores principales "extremadamente complejos y sensibles" del transbordador espacial. ¿Qué llevó a la diferencia entre los dos motores? ¿Fue simplemente la naturaleza de pasar de un ciclo de generador de gas a una combustión por etapas?

Noté que tenemos una etiqueta j-2 para algunas preguntas sin descripción, así que envié una edición para agregar una descripción.
bueno, edición aprobada. ahora no se volverá a confundir con J₂.
No creo que "frágil" sea una buena descripción de una máquina que resistió un gradiente de temperatura de 6000 grados F y un gradiente de presión de 6000 psi, y voló 135 x 3 vuelos sin problemas mecánicos. ¿usado? Esto me parece una premisa falsa.
@OrganicMarble Definitivamente estoy abierto a sugerencias sobre una mejor redacción. Pensé en "frágil", pero eso tampoco encaja...
¿Quizás "por qué las MIPYMES requerían tanto mantenimiento"? (OM, ¿sabe si se realizaron pruebas de resistencia significativamente fuera del perfil de la misión del transbordador en el SSME? ¿Estoy siendo demasiado crédulo con el J-2?)
@OrganicMarble No sufrieron una falla catastrófica en vuelo, sí. Sin embargo, requerían una extensa renovación después de cada vuelo. De acuerdo, comparar eso con los J-2 de un solo uso no es exactamente justo. Pero en comparación con sus objetivos de diseño (motor reutilizable de bajo mantenimiento), los SSME definitivamente carecían. Los objetivos de diseño eran bastante optimistas (probablemente no sin una presión política significativa para prometer cosas que no se podían cumplir solo para poner en marcha el programa en primer lugar).
@Luaan Estoy completamente de acuerdo con tus puntos.
@RussellBorogove, incluso al formular la pregunta de esa manera, solo muestra que es una mala comparación: los J-2 no requirieron mantenimiento después de un vuelo porque se desecharon después de cada uso.

Respuestas (2)

Varios factores contribuyeron a la complejidad. La combustión por etapas fue definitivamente grande. El SSME también funcionó a una presión de cámara mucho más alta que el J-2 , 3000 psi frente a 760 psi. Esto parece haber requerido dos turbobombas para cada uno de los propulsores en lugar de la habitual: hay turbobombas de baja y alta presión para el combustible (LPFTP, HPFTP) y turbobombas de baja y alta presión para el oxidante (LPOTP, HPOTP). Dado que las turbobombas son una de las mayores fuentes de dolores de cabeza en los motores grandes, duplicar su número tuvo un efecto predecible en el mantenimiento.

¿Qué ventajas dio la mayor presión de la cámara, mejor Isp, más empuje?
El resultado neto fue mejor Isp. El empuje al peso fue de aproximadamente 73: 1 tanto para el J-2 como para el SSME. SSME tenía el doble de empuje y el doble de peso.
@DylanSp una presión de cámara más alta generalmente le brinda una mejor eficiencia térmica . Con cualquier motor de combustión interna, básicamente, solo puede extraer la cantidad ideal de energía del combustible si lo quema a una presión infinita; por supuesto, eso nunca sucede, pero la presión de 200 bar del RS-25 lo acerca bastante. Como resultado de esa energía adicional, se puede hacer que el escape salga más rápido, que es lo que le brinda un mejor Isp. (Para un motor dado, aumentar la presión también aumentará el empuje, pero esto es más una función de la densidad).

Es realmente una comparación de manzanas con naranjas.

  • Los J-2 son motores de etapa superior, generadores de gas y de un solo uso.
  • Los SSME son motores de refuerzo, de combustión por etapas y reutilizables.

Intentar compararlos de esa manera es realmente inútil. No fueron diseñados para realizar la misma función.

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