¿Por qué la forma de Falcon 9 es tan alta y delgada?

En comparación con la mayoría de los cohetes que conozco, el Falcon 9 de Space X parece inusualmente alto y delgado. La versión v1.1 tiene casi 70 m de alto, pero solo 3,6 m de grosor.

A modo de comparación, Atlas V tiene 58 m de alto y 3,8 m de grosor, Proton-M tiene 58 m de alto y 7,4 m de grosor, etc.

Entonces, ¿cuál es la razón de la forma de Falcon 9? Sin ningún conocimiento particular sobre cohetes, puedo imaginar que un cohete más corto y grueso podría ser más estable y duradero. ¿Cuáles son las ventajas (y desventajas) de este enfoque?

solo relacionado periféricamente pero aún divertido como diablos astrodigital.org/space/stshorse.html

Respuestas (3)

SpaceX fabrica su propulsor en Hawthorne, CA. Luego lo transportan en camión por las carreteras a McGregor, TX, para probarlo con los 9 motores.

Luego está de vuelta en un camión para conducir a Florida a LC-40 en la estación de la Fuerza Aérea para su lanzamiento.

El diámetro del propulsor de 12 pies/3,6 metros es el más grande al que podrían llegar y aún ser transportable por carretera.

En comparación, Delta IV se construye en Decatur, AL y se envía en barcaza al Cabo o Vandenberg para su lanzamiento, ya que es demasiado ancho.

El Falcon 9 original, la versión 1.0, tenía el tamaño apropiado para su ancho a fin de tener suficiente combustible y oxidante para una misión en órbita en función de cuánto tiempo necesitaban los motores Merlin-1C para funcionar para esa misión.

La versión 1.1 cambió el motor a Merlin-1D, un motor de mayor empuje, lo que significa que también consumía más combustible y oxidante, por lo que los tanques tenían que agrandarse para contener el propulsor adicional. No podían ser más anchos y seguir siendo transportables por carretera, por lo que recorrieron más tiempo.

Las patas se transportan por separado y se unen en el sitio de lanzamiento, ya que las hacen demasiado altas para transportarlas.

Curiosamente, es la altura, no el ancho, el factor limitante. Pero para un escenario redondo esa distinción no tiene diferencia.

No es el votante negativo, pero esta respuesta parece tener mucha información sin relevancia demostrada. La última frase necesita explicación. En mi opinión, la palabra divertidamente sería apropiada en el chat, pero no en una respuesta fáctica.
Le vendría bien algunas referencias, pero todo es relevante. La altura de un transporte por carretera está limitada por puentes, etc. 3,6 m es aproximadamente el cilindro más grande que puede caber en un camión de carga baja y conducir por el país de una manera razonablemente rutinaria. Podría ir mucho más ancho (tomando dos carriles) si está preparado para cerrar tramos de carretera para el paso del transporte, pero como dijo Geoff, si desea que el escenario sea cilíndrico, entonces el ancho adicional disponible no sirve de nada. y estás limitado por las restricciones de altura.
@andy256 Me resulta divertido, ya que piensas que la gordura no es alta como el problema en la vida normal. (Alto suele ser bueno, gordo suele ser malo).
La realidad es que llevar algo de más de 14 pies de altura (altura total del vehículo, no solo su carga) por el camino implica muchos dolores de cabeza y, a veces, ni siquiera es posible (si no puede evitar pasar por debajo de un puente en alguna parte). Dado que hay un transportador y luego la distancia al suelo por debajo del cohete, 12' es aproximadamente el límite.
@Hobbes ¿De qué manera es relevante que geoffc se divierta?
@ andy256 Vamos, no está 'en contra de las reglas' mostrar emoción aquí. Está señalando algo irónico, está perfectamente bien.
¡Gracias geoffc y @VedantChandra por sus respuestas! Es bastante fascinante para mí que el diseño de un cohete se base principalmente en razones logísticas, no técnicas "reales".
Los anchos de vía ferroviarios son un factor limitante para los diámetros de los propulsores soviéticos/rusos. Los bloques BVGD para cohetes R-7 se diseñaron teniendo en cuenta estas limitaciones, además de otros factores, por supuesto.
Es interesante notar que 8K82 Proton tiene solo 7,44 m de ancho en su primera etapa, que tiene ~ 20 metros de largo; El resto del cuerpo tiene un diámetro de 4,15m, llegando a 3,6 metros en la cuarta etapa del Bloque D/DM.
@JuniorMiranda ¿Es ese ancho de 7,44 m con los tanques de combustible laterales? Parecen propulsores de correa en Proton, pero en realidad son los tanques de combustible y los motores. Considere el núcleo principal en su lugar, creo.
sí, la marca de 7,44 m se refiere a los tanques laterales de la primera etapa, en Proton. La verdadera razón por la que utilizan los 6 tanques fue el ancho de vía soviético en los años 60. Proton fue concebido como un misil balístico intercontinental para una enorme bomba H.
La logística es una razón técnica real: cada ingeniero de producto debe tener en cuenta el montaje y la entrega de su producto. De nada serviría construir un gran cohete que se atasca en el primer puente después de la fábrica. Hay otras opciones (mover la fábrica, construir un VAB gigante como el transbordador), pero también cuestan dinero, y SpaceX tiene que ver con la optimización de costos.
Iba a preguntar por qué SpaceX no transportó el Falcon 9 por ferrocarril para aprovechar los espacios libres más altos... y luego descubrí que, si bien la altura máxima permitida es mayor para el ferrocarril, el ancho máximo está limitado a sólo 3,25 metros , lo que requeriría hacer que el Falcon 9 fuera aún más pesado .

Su suposición es correcta, un cohete más corto y más grueso es obviamente más estable en el suelo. Sin embargo, el propósito de un cohete no es mantenerse firme en la plataforma de lanzamiento para siempre. ;)

Cuando se trata de despegar realmente hacia la estratosfera y más allá, un cohete debe ser aerodinámico . El arrastre (resistencia del aire) depende del área de la sección transversal de un cuerpo, en este caso el grosor del cohete. Por lo tanto, al ser un cohete más delgado, el Falcon atraviesa la atmósfera con menos resistencia, desperdiciando menos combustible al empujar contra la atmósfera.

Con referencia a las comparaciones que hiciste; tanto Atlas V como Proton M se transportaron por ferrocarril, lo que permitió un ancho más grueso. SpaceX mueve su propulsor de California a Texas y luego a Florida por carretera . El diseño delgado es lo suficientemente pequeño como para cargarlo en un camión y conducirlo.

Lo que pasa con un cohete es que deja la atmósfera apreciable bastante rápido, por lo que la aerodinámica es un problema menor.
@geoffc El punto principal es el transporte IMO, que ha detallado mejor en su pregunta.
El argumento sobre la aerodinámica es una simplificación excesiva. No solo el área de la sección transversal de un cuerpo, sino también su área de superficie general son los principales contribuyentes a la resistencia. Este último es partidario de formas más bajas y gruesas. Por otro lado, también se puede desear la resistencia para maximizar el frenado aerodinámico .
Tenga en cuenta que el transporte ferroviario no ayudaría aquí, ya que los gálibos de carga de carga de EE. UU. no permiten más de 3,25 metros de ancho y, a veces, incluso menos .

Lo que pasa con un cohete es que la mayor parte del combustible gastado sale de la atmósfera y una gran parte de la energía gastada se desperdicia en fuerzas aerodinámicas. atmósfera a una velocidad más rápida los efectos de la gravedad se reducirían todo es un juego de equilibrio y la aerodinámica es una de las dos principales resistencias durante el vuelo.

La pregunta comienza "En comparación con la mayoría de los cohetes que conozco"; otros cohetes generalmente son diseñados por equipos competentes plenamente conscientes de los costos de la resistencia adicional, al igual que el equipo de diseño de Falcon 9. Entonces, no hay una razón obvia por la cual F9 cambia tanto el juego de equilibrio en una dirección; no es que SpaceX sea la primera organización en darse cuenta de cuánto más barato sería si esa atmósfera molesta no estuviera ralentizando tanto las cosas.
¿Por qué la forma de Falcon 9 es tan alta y delgada?
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