Lo que pasa con los sólidos es que pueden tener cantidades asombrosas de empuje en comparación con los motores líquidos, como puede ver en esta colección de impulsores y niveles de empuje:
En comparación con los motores líquidos:
Pero su ISP (explicación de ISP en la parte inferior del enlace) generalmente apesta.
Entonces, con ATK (fabricante de propulsores sólidos de EE. UU.) presionando para reemplazar la primera etapa de Antares con una sólida, y tal vez incluso la primera etapa de Atlas V con una sólida, la pregunta que tengo es, ¿funcionan los números?
ISP es menos importante que el empuje (per se) durante los primeros segundos y minutos de vuelo. Tienes que despegar la maldita pila antes de que importe la eficiencia. Las etapas superiores dependen del ISP, pero menos de la primera etapa.
La pregunta que tengo es, ¿cuánto? Es decir, ¿puede realmente tener sentido una primera etapa sólida en competencia con motores líquidos de alto rendimiento?
Ejemplos contrarios serían:
Por supuesto, Ares-1 fue cancelado. Y es poco probable que Ariane 6 termine como un refuerzo de base sólida. Minotaur, Taurus y Pegasus apenas se lanzan en estos días. Vega es muy caro.
Los cohetes sólidos son más baratos y fáciles de mantener. También tienen un tiempo de respuesta más rápido y, a menudo, se usan para misiles como tales. Se consideran más seguros y, en general, tienen muchas ventajas.
Como dijiste, tienen algunas desventajas significativas, a saber, un ISP deficiente y menos flexibilidad. Creo que podrías hacer algunos cohetes que funcionarían, pero casi todos los lanzamientos serios de cohetes son líquidos, debido al mayor rendimiento. Los sólidos se guardan para algunas circunstancias especiales, o para dar un ligero impulso en el despegue, donde pueden ser de gran ayuda en el lanzamiento de un vehículo.
En pocas palabras, vale la pena estudiar los cohetes sólidos para ver si aún brindan el rendimiento requerido, pero es más probable que los líquidos en general le brinden el rendimiento que desea.
Todo esto depende de los motivos de la competencia, ya sea el desarrollo del vehículo de lanzamiento o los costos de operación, la seguridad del sistema o simplemente el rendimiento.
A menudo, los propulsores sólidos se citan como más simples de desarrollar y volar, ya que no requieren sistemas de plomería y no separan los "tanques" de los motores. Es probable que las etapas de propelente líquido presenten motores más complejos (en muchos casos, más de una cámara) y es posible que también deban tener en cuenta los problemas de almacenamiento criogénico. Esto quizás se mitiga con diseños de combustible líquido alimentado a presión (como Sea Dragon). Además, con los avances de las empresas comerciales, la reutilización pronto permitirá que las etapas líquidas simplemente se rellenen y vuelen. Los SRB deben volver a lanzar su propulsor en un largo proceso que implica cierto desmontaje, si quieren volver a volar.
La seguridad del sistema es el juego de cualquiera en vuelo, aunque parece más inclinado hacia los combustibles líquidos por su capacidad para apagar la propulsión en un escenario de aborto. Los motores de combustible sólido no pueden acelerar (pero los perfiles de empuje se pueden adaptar antes del lanzamiento) y no pueden apagarse. Sin embargo, debemos recordar que la mayor complejidad de muchos lanzadores de combustible líquido actuales brinda la posibilidad de muchos más modos de falla potenciales.
Pero comúnmente veo que el análisis de seguridad solo se extiende a los peligros en vuelo. Es crucial recordar que un cohete pasa mucho tiempo preparándose en tierra mientras espera el lanzamiento, y aquí los motores de combustible sólido pierden. La carcasa de un motor debe tener su propulsor fundido mucho antes del lanzamiento, y esto incluye durante el montaje del vehículo. Como tal, los trabajadores se colocan en presencia de escenarios en vivo (piense en Shuttle en el VAB). El combustible líquido por etapas solo necesita ser alimentado en la plataforma, justo antes del lanzamiento.
El rendimiento es el juego del combustible líquido en su mayor parte, con su impulso específico generalmente mucho más alto. Sin embargo, la batalla por Isp no es más importante durante la primera parte del ascenso. A partir de la lectura de documentos sobre los programas de refuerzo de líquido Shuttle propuestos, es la 'densidad de impulso' la que gana aquí. En lugar de simplemente la velocidad de escape, un motor debe combinar eso con la masa de reacción para lograr cifras óptimas (o algo así, ¿¡dónde está ese papel de todos modos!?) Como puede ver, esto parece decir que lo que necesita es un alto empuje y almacenamiento de combustible. está buscando, y los SRB lo tienen todo: propulsor denso y velocidades de combustión masivas. Esto también es válido para muchas etapas de cohetes líquidos: la gran masa de lanzamiento de la primera etapa del Saturno V y el bajo impulso específico fueron un problema menor, porque combinado con su empuje masivo podría generar delta-V contra la resistencia de la gravedad y las pérdidas por arrastre. Son estas pérdidas las que finalmente definen el diseño de las etapas inferiores.
Sobre los cohetes que enumeró: el transbordador, Ariane 5 y Titan IV. ¿Notas alguna similitud entre sus diseños?
Los tres cuentan con dos SRB alrededor de una etapa de núcleo de combustible líquido de alto rendimiento y combustión prolongada. Los propulsores sólidos proporcionan la mayor parte del empuje en el despegue y luego se separan después de un breve encendido, mientras que el núcleo hace la mayor parte del trabajo para alcanzar la velocidad orbital. Esto convierte al núcleo en lo que se conoce como 'sustentador'. Básicamente, es lo que hace que un cohete de dos etapas tenga un diseño reforzado de "etapa y media" (la primera etapa de Titán es quizás menos adecuada para esto, pero su núcleo no es una etapa LH2 y es menos eficiente que la otros, por lo que tiene más etapas superiores). La primera etapa, según esto, son los dos refuerzos sólidos Y el núcleo, juntos. La segunda etapa es ese mismo núcleo, sin refuerzos. El núcleo presenta un motor con Isp alto pero menor empuje y masa de combustible, excelente para una etapa superior pero no para la primera. Los propulsores cuentan con un Isp bajo pero un empuje y una capacidad de combustible masivos, por lo que, cuando se combinan, los propulsores elevan el núcleo y el combustible a través de la resistencia atmosférica, mientras que el núcleo aumenta ligeramente el Isp general de la primera parte del ascenso. Es como tener una primera etapa normal que es un poco más eficiente que los propios impulsores.
Respuesta larga corta: los sólidos no deberían tener que competir: son mejores cuando trabajan con líquidos, no solos.
Simplemente no pierdas el tiempo cuando la cosa está en el suelo...
Alabama.
(Por cierto, eso de la 'densidad de impulso' se me ha escapado por el momento. Espero que sea correcto, pero si no, ¡perdonen mi olvido!)
Algunas razones más contra los cohetes sólidos:
Como dijiste, para la primera etapa, ganar empuje durante los primeros minutos es mucho más importante que la eficiencia, y los propulsores sólidos proporcionan mucho más empuje que los propulsores líquidos. además son comparativamente más baratos. Debido a la presencia de una alta presión atmosférica, las etapas más bajas de los cohetes están diseñadas para dar un empuje muy alto, de modo que el cohete pueda ascender a gran altura muy rápido donde la presión atmosférica será baja. Para hacerlo, se utilizan motores de cohetes sólidos o múltiples etapas de motores líquidos o criogénicos. El vehículo de lanzamiento LVM3 usó dos propulsores de propulsor sólido S200 para el despegue. El impulso específico para estos fue de 274,5 segundos y el empuje proporcionado fue de 9316 KN. La etapa central de LVM3 consistió en la etapa L110, que utiliza dos motores Vikas (líquidos), con un impulso específico de 293 seg y el empuje proporcionado fue de 1598 KN.
bien, entonces... los combustibles líquidos usan un ISP más alto y un empuje más bajo, pero los SRB usan un ISP más bajo y un empuje más alto, durante la parte más densa de la atmósfera lo que quieres es luchar contra la gravedad de la tierra y la atmósfera, la eficiencia no importa, para maniobrar una vez en órbita, el empuje no importa, el punto aquí es la eficiencia y la precisión, para entrar en órbita necesita un punto medio tanto en eficiencia como en empuje, si está tratando de entrar en órbita con una etapa de empuje baja, entonces lo hará Si no puedes acelerar lo suficientemente rápido, retrocederás.
El punto de todo esto es que PUEDES usar SRB como primeras etapas y DEBES usar motores líquidos como etapas superiores... sin embargo, he visto cohetes con etapas superiores SRB, no son etapas grandes pero son etapas SRB. son pequeños y, por lo tanto, no tienen tanta consideración de seguridad, pero con las primeras etapas necesitará grandes SRB, siempre que tome suficientes medidas de seguridad, puede tener una primera etapa hecha de un SRB, mire Omega y Ares -1, Omega utilizará un propulsor de cohete sólido gigante como primera etapa, y el Ares-1 lo hizo. ¿Qué tienen en común? Bueno, el SRB no es realmente tan grande, uno pensaría que tendría que ser tan grande como una primera etapa normal, pero eso tendría tanto empuje que terminaría destruyendo el cohete o la carga útil, en su lugar, puede reducirlo hasta obtener la cantidad exacta de empuje que desea,
david ratti
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SF.
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Mármol Orgánico
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spsubíndice en) es la abreviatura estándar de impulso específico , que es la medida de cuánto empuje * tiempo (impulso) obtiene de una masa determinada de propulsor (las unidades funcionan en segundos , y más es mejor). ISP es la medida de eficiencia más común para motores de cohetes (aunque hay otras); es un término muy común por aquí. Los cohetes de combustible sólido suelen tener un ISP más bajo que los de combustible líquido (para el transbordador, 269 en los propulsores sólidos, 455 en los motores principales de H2/O2).