¿Por qué SLS Block I traerá menos masa a LEO que el sistema de transporte STS?

El Sistema de Transporte Espacial (STS) podría poner en órbita un transbordador completamente cargado de 109 toneladas (o tal vez vacío + carga útil 68 + 25 = 93 toneladas). El Bloque I del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) se basa en STS, pero se dice que puede elevar solo dos tercios a tres cuartos de eso, 70 toneladas, a LEO. Hubiera pensado que el SLS sería más poderoso que la pila de lanzamiento del transbordador.

SLS tiene un quinto segmento adicional en sus propulsores sólidos y cuatro en lugar de tres de los mismos motores principales. Además, tendrá una etapa superior con 26 toneladas de combustible en comparación con el sistema de maniobra orbital más pequeño del transbordador. El empuje es mayor para el SLS en cada una de las etapas. Entonces, ¿a qué se destina toda la potencia extra? Si la medida vaga de masa a LEO es inútil aquí, ¿cuál sería una buena medida comparativa de sus capacidades? ¿Podría el SLS Block I transportar un transbordador completamente cargado si pudiera acoplarse a él?

Refuerzo sólido (mismo isp 269 seg):

STS 15.000 kN

SLS 16.000 kN (+6%)

Primera etapa (mismo vacío isp 452 seg):

STS 5.250 kN

SLS 7.440 kN (+40%)

Estadios superiores OMS versus ICPS:

STS 2x27 kN e isp 316 seg

SLS 110 kN e isp 462 seg

De Wikipedia para STS y SLS .

El STS tenía algo parecido a una etapa superior, el OMS. Sin usar el OMS, el STS no podría alcanzar una órbita. Seguiría el tanque externo de regreso a la atmósfera. El OMS también se utilizó para la quema de desorbitar.
@Uwe Ah, sí, por supuesto. Pero eso también parece ser más débil que la etapa superior SLS ICPS, con 2x27 kN e isp 316 segundos.
El servicio de traslado es de ~100 toneladas , incluida la carga útil . Es muy difícil hacer comparaciones de manzanas con manzanas con la capacidad STS, porque es parte del iniciador y parte de la carga útil. SLS pone en órbita tanto la carga útil como la segunda etapa (seca), otras 3,5-4 toneladas allí.
Se puede confiar en @RussellBorogove Encyclopedia Astronautica , pero allí la masa bruta y vacía son prácticamente las mismas, ¿así que tal vez sea un error tipográfico? (Es un enlace antiguo, "Estado: En producción"...) Aún así, el SLS más poderoso solo sería capaz de levantar un transbordador vacío. ¿Cómo se suma eso?
WP lo tiene como 68,5 t vacío, 25 t de carga útil, peso máximo de lanzamiento 109 t. es.wikipedia.org/wiki/…
El resto sería principalmente propulsor OMS, del cual el transbordador podría transportar hasta 21 toneladas (para cargas útiles pequeñas y órbitas difíciles de alcanzar).
La NASA afirmó que era capaz de poner en órbita el tanque de combustible externo y dejarlo allí, todos los planes de "taller húmedo", convertir el tanque en un hábitat, etc., si había alguien interesado. Eso implica que OMS fue una elección, no una necesidad para alcanzar la órbita.
Para la última parte del programa, STS voló un perfil de "inserción directa" que permitió omitir la quema de OMS-1. OMS-2 circularizó la órbita y fue necesario para evitar una salida de órbita temprana. Para salvar el ET, tendría que hacer OMS-2 antes de la separación del ET.
El Bloque 1 pondrá 70t en una órbita de 1800kmx93km. El alto apogeo es probablemente lo que reduce la carga útil. además, el transbordador tenía solo 27,5 t de carga útil útil, ni mucho menos 100 t. Para la ISS, esto se redujo a 16 t. llevar 70t a 1800kmx93km es bastante impresionante, en mi humilde opinión.
@Polygnome Un transbordador transbordador sin tripulación podría haber quedado en órbita. Eso sería alrededor de 100 toneladas para LEO. ¿La definición LEO de la órbita de 1800 km x 93 km para SLS-I tiene algún propósito o razón en particular? ¿Es adecuado para ensamblar una nave espacial interplanetaria a partir de múltiples lanzamientos? 1.800 km es un poco en el interior van Allen Belt y 93 km suena aerofrenado bajo (con el riesgo de chocar con un vuelo turístico de Virgin Galactic).
Ajá, eso es EM-1: 70 toneladas a 1800x93 sin usar el ICPS . El perigeo bajo asegura el reingreso y la eliminación de la etapa central, y el ICPS realizará una quema de inyección translunar a 1800 km. Mi simulador de lanzamiento sugiere que SLS + ICPS puede obtener ~77,5 toneladas de carga útil en una órbita circular de 200 km, pero podría estar bastante equivocado.
@LocalFluff Es para EM-1 y perfiles de vuelo similares, el perigeo de 93 km garantiza una separación segura de la etapa central que volverá a ingresar y se quemará. La etapa superior hará el encendido TMI u otras maniobras requeridas.

Respuestas (1)

Siempre es difícil hacer comparaciones de manzanas con manzanas entre el transbordador espacial y otros lanzadores, porque el orbitador es ambiguamente parte lanzador y parte carga útil. Esto se ve agravado por la amplitud del término "LEO"; las cargas útiles del transbordador fueron a una variedad de altitudes e inclinaciones.

Sin embargo, dado que el título de la pregunta especifica "masa a LEO" en lugar de carga útil útil, podemos comenzar allí. En el MECO del transbordador espacial, está en una órbita excéntrica de quizás 300 km x 70 km; esto es comparable a una órbita circular de 185 km. La masa total en esta trayectoria, suponiendo que el OMS no se haya utilizado para la asistencia de ascenso, es como máximo:

  • 109 toneladas de orbitador , incluida la carga útil y el propulsor
  • 26,5 toneladas de tanque externo ( SLWT vacío )

o 135,5 toneladas.

La misión SLS EM-1 tiene la intención de poner una nave espacial ICPS y Orion en una órbita más alta que eso, 1800 km x 93 km; esta es la trayectoria en la etapa central de corte del motor principal (MECO), sin que el ICPS se haya disparado todavía. El perigeo bajo garantiza que la etapa central volverá a entrar en la atmósfera de la Tierra y se quemará. En este punto, tenemos una masa total en órbita de:

  • Etapa central vacía de 85 toneladas
  • Etapa ICPS cargada de 31 toneladas
  • 5 toneladas entre etapas
  • Nave espacial Orion de 26 toneladas

Para un total de 147 toneladas en esta órbita superior.

Mi referencia dice que la carga útil del transbordador se redujo en 25 kg por km de altitud, lo que sugiere que el transbordador tendría que renunciar a unas 19 toneladas de carga útil para coincidir con la trayectoria del SLS EM-1, lo que hace que la comparación sea de 147 toneladas a 116,5 toneladas.

Entonces, parece que los SRB más grandes y el cuarto SSME le dan un mayor rendimiento al SLS del Bloque 1: aproximadamente un 25% más de masa que el LEO, lo que parece intuitivamente razonable.

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