Delta-4 Heavy

[ALexpert]

21 декабря 2004 года в США прошли испытания нового тяжелого ракетоносителя Delta-4 Heavy, главным назначением которого станет вывод на орбиту Земли крупногабаритных военных спутников. Delta 4 Heavy сконструирована корпорацией Boeing. Помимо гигантских размеров (70 м в высоту), ракета выделяется и внешним видом: фактически это три ракеты, расположенные в ряд. На старте используются три водородных двигателя RS-68 производства Rocketdyne. После того, как они сбрасываются, в дело вступают двигатели Pratt & Whitney RL 10 на сжиженном водороде и сжиженном кислороде.

Разве таким должно быть пламя у водородных двигателей?
Кто-нибудь может объяснить в чем прикол?

http://science.compulenta.ru/52860/

[anovikov]

В достаточно низком давлении на выходе из сопла, почитай спеки RS-68.

Вообще Delta IV Heavy - достаточно неправильная ракета, концептуально.

[ALexpert]

Во-первых: давление в камере сгорание и впрямь не очень высокое, всего 100 атм., но как-то все же не верится, что у водяного пара (по-моему, именно он образуется при реакции водорода с кислородом) может быть такой яркий оранжево-желтый цвет, как будто керосин жгут.

Во-вторых: у европейского двигателя Vulkan, используемого на РН Ariane-5, давление в камере сгорания не на много больше, всего 108 атм. Однако у него, как и у всех кислородно-водородных двигателей, пламя полупрозрачное бледно-голубого цвета.

Данные по кислородно-водородным двигателям: http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/content/numbers/230/32.shtml

P.S. Про давление на выходе из сопла ничего не нашел.

[hoarfrost]

Во-первых: давление в камере сгорание и впрямь не очень высокое, всего 100 атм., но как-то все же не верится, что у водяного пара (по-моему, именно он образуется при реакции водорода с кислородом) может быть такой яркий оранжево-желтый цвет, как будто керосин жгут.

И я не знаю. Но если брызнуть водой на пламя газовой горелки, то оно станет оранжевым.

[anovikov]

А в чем собственно вопрос-то?

Буржуи попытались сделать дешевый водородный двигатель, хорошо работающий на уровне земли. У них это получилось - достаточно relaxed design движка и всей ступени, удельный импульс в вакууме 420 секунд, т.е. как у J-2, у Земли 365с, т.е. самый большой среди водородников. Если поставить высотное сопло - получится неплохой двигатель для мощной верхней ступени с импульсом 450 секунд примерно.

В ракете плохо пакетная схема - использовать ее на водородниках прямо-таки расточительно. Вот пятиблочная ракета с 4 блоками первой ступени и 1 блоком второй (центральным), запускаемым только после отработки топлива в первой, была бы куда оптимальней и выводила бы более чем вдвое большую нагрузку - тонн 50 на LEO. Просто таких нагрузок сейчас нет.

[anovikov]

Хотя нет, посчитал - не получится такая ракета, тяга первой ступени не вытянет. Придется все равно включать вторую ступень на старте секунд на 30. Это, конечно, уже не такой waste массы, как 60с у Delta IV Heavy, но все равно. Главное - ваккумного сопла на центральном блоке не получится.

Тогда остается вариант 6x блоков первой ступени - тут первая ступень вытащит всю сборку, если полагать возможность форсировки RS-68 на 9%, как у SSME. Но это уже 95+ тонн на LEO - фантастика по нашим временам, на Луну лететь можно с современными-то разгонными блоками. Прикольно, что такую ракету, если понадобится, можно будет построить буквально за полгода - все компоненты серийные, понадобится только модифицировать (без увеличения массы) узел подвески боковух на центральный блок и усилить конструкции старта. Может быть и сделают что-то подобное для Moon, Mars and Beyond. Причем может быть даже дешево по масштабам таких заморочек.

[ALexpert]

А в чем собственно вопрос-то?

Меня просто удивил цвет пламени у этих движков. До сих пор все кислородно-водородные ЖРД (насколько я знаю) отличались характерным пламенем бледно-голубого цвета. А тут.

[anovikov]

Почитал форумы, где тусуются разработчики RS-68 - причина в применяемом в нем абляционном охлаждении сопла. Т.е. камера, критическое сечение и небольшая часть сопла примыкающая к нему, имеют регенеративное охлаждение как обычно, а внешняя часть, где давление уже невелико - абляционное. Химикаты, применяемые в качестве абляционного покрытия, и меняют цвет пламени.

[anovikov]

Кстати, там же читал что следующий вариант Delta - то же самое, но с 12x твердотопливными ускорителями от Delta IV Medium, по 4 на каждом блоке. RS-68 на центральном блоке при старте работает на 58% тяги, потом глушится. Нагрузка - 50 тонн на LEO и 24 на ГПО. Видимо к Луне - тонн 20. По двухпусковой схеме - реально. Или по однопусковой, если на Луне будет водородная заправка

[ALexpert]

Спасибо, что разъяснили по поводу цвета пламени. В принципе, я сам думал примерно о том же.

к Луне - тонн 20. По двухпусковой схеме - реально. Или по однопусковой, если на Луне будет водородная заправка

Реально что? Запустить корабль аналогичный Аполлону? Но этого явно недостаточно на нынешнем этапе освоения Луны! Сейчас необходимы корабли, способные обеспечить длительное пребывание человека на Луне (не менее 2-х недель, а может и нескольких месяцев). Зачем повторять то, что было 35 лет назад?

P.S. Вы не могли бы дать ссылку на тот форум?

[anovikov]

Массовое число будет у такого аппарата меньше 2. Ведь для посадки на Луну нужно 3000 м/с, для взлета - меньше. Так что если аппарат есть чем там заправить, в конце может быть допустим 2.5т. посадочный узел (исходя из относительного его веса в конструкции советского корабля), от силы 1.5 тонны тормозная ступень (уменьшенная почти в 2 раза Centaur-C с небольним количеством теплоизоляции на 3 дня полета) и 6 тонн Союз с космонавтами. Сухой Союз весит 5.8 тонны, минус 0.4 на маршевую ДУ и топливные баки для нее, плюс 600 кг нагрузки вместе с космонавтами. Даже бытовой отсек и соответственно возмжность полета троих остается.

[anovikov]

Главный прикол что такая ракета реально есть в планах, и она не потребует ну вообще никакой дополнительной разработки - уже существующий старт выдержит ее, и большего количества жидкостных ракет не понадобится, даже узлы крепления SRB на ступенях уже есть. И стоят SRB копейки, цена такой ракеты будет миллионов 230 максимум. Учитывая цену Союза и Центавра это означает <300 M на round trip 3 человек на Луну. Только сначала водородная заправка там понадобится.

Форум - нет, я его нагугловал за пару минут, второй раз не хочется гугловать

[ched]

Мощная ракета! 
А главное - экологически чистая! 

[anovikov]

Ну, это D-IV Heavy чистая (сравнительно, т.к. пара тонн довольно ядовитого бериллиевого сплава с абляционных сопел в атмосферу все-таки попадает). D-IV Medium нифига не чистая, т.к. там есть SRB, которые в плане экологии - самые плохие топлива (имеется в виду при штатной работе, т.е. в смысле ядовитости продуктов сгорания, в случае аварий НДМГ+АТ вне конкуренции ).

[ALexpert]

Ну, это D-IV Heavy чистая (сравнительно, т.к. пара тонн довольно ядовитого бериллиевого сплава с абляционных сопел в атмосферу все-таки попадает).

Мне интересно, зачем им понадобилось использовать абляционные покрытия в соплах? Неужели нельзя было использовать что-то другое?

[ALexpert]

Массовое число будет у такого аппарата меньше 2. Ведь для посадки на Луну нужно 3000 м/с, для взлета - меньше. Так что если аппарат есть чем там заправить, в конце может быть допустим 2.5т. посадочный узел (исходя из относительного его веса в конструкции советского корабля), от силы 1.5 тонны тормозная ступень (уменьшенная почти в 2 раза Centaur-C с небольним количеством теплоизоляции на 3 дня полета) и 6 тонн Союз с космонавтами. Сухой Союз весит 5.8 тонны, минус 0.4 на маршевую ДУ и топливные баки для нее, плюс 600 кг нагрузки вместе с космонавтами. Даже бытовой отсек и соответственно возмжность полета троих остается.

Интересно, а у нас есть подобные наработки? Можем ли мы создать на базе имеющихся у нас двигателей ракету, аналогичную Delta-4 Heavy, или той, о которой вы пишите?

P.S. Насколько я понял, вы достаточно хорошо разбираетесь в ракетодинамике. Не могли бы вы ответить на мой вопрос, размещенный тут