क्यों फाल्कन 9FT एक उत्कृष्ट कृति है

वाणिज्यिक बाजार में F9 की शानदार सफलता के बावजूद, वैकल्पिक रूप से प्रतिभाशाली नागरिक हैं जो 60 के दशक की तकनीक पर निर्मित होने का दावा करते हैं। मैं खुले डेटा और सरल गणित की मदद से यह दिखाने की कोशिश करूंगा कि यह एक विशाल गिरावट है।

एक ओर, यह तर्क करना मुश्किल है कि पिंटल इंजेक्टर, जो एक विस्तृत श्रृंखला में मेरिलिन के स्थिर संचालन को सुनिश्चित करता है, प्रसिद्ध कंपनी TRW (जिससे थॉमस मुलर बच गए, सूटकेस में सभी प्रौद्योगिकियों को पकड़ लेंगे) चंद्र कार्यक्रम के हिस्से के रूप में विकसित किया गया था। दूसरी ओर, आप देख सकते हैं कि अधिकांश अन्य इंजेक्टर के सिद्धांत 10 साल पहले विकसित किए गए थे। समस्या यह है कि रॉकेट एक जटिल प्रणाली है, जिसकी प्रभावशीलता का पूरी तरह से मूल्यांकन किया जाना चाहिए। और इस मूल्यांकन को देखते हुए, आप तकनीकी स्तर का मूल्यांकन कर सकते हैं, जिसने एक या एक और परिणाम दिया। हम अधिक सख्ती से तैयार करते हैं - केवल परिणाम का विश्लेषण हमें तकनीकी स्तर का आकलन करने की अनुमति देता है ।

फाल्कन 9 एक दो-चरण रॉकेट है (हम अभी तक फाल्कन हेवी के बारे में बात नहीं करते हैं)। सबसे पहले, हमें यह पता लगाने की जरूरत है कि ये कदम क्या भूमिका निभाते हैं। यहां हमें इंटलसैट 35e उपग्रह के प्रक्षेपण के प्रसारण में मदद मिलेगी, जहां पहले चरण की लैंडिंग नहीं हुई थी और इसने अधिकतम गति से काम किया था। पहले चरण में 2.3 किमी / सेकंड की गति से इंजन बंद हो गया। दूसरा चरण उपग्रह को GPO में ले आया। GPO से बाहर निकलने की गति लगभग 10.33 किमी / सेकेंड (7.8 - 1 स्थान + 2.53 संक्रमण) है। यह वायुगतिकीय और गुरुत्वाकर्षण नुकसान को ध्यान में नहीं रखता है, क्योंकि उनमें से लगभग सभी पहले चरण में गए थे। और इसलिए - पहला चरण 2.3 द्वारा फैलाया गया था, दूसरा 7.73 द्वारा। जाहिर है, दूसरा चरण बहुत अधिक महत्वपूर्ण है, और पहले को अवमानक रूप से "बूस्टर" कहा जाता है, क्योंकि इसका लक्ष्य दूसरी डिग्री को ऊंचा उठाना है, जहां वैक्यूम इंजन चालू होगा और सभी काम करेगा। इसलिए, आगे हम पहले चरण पर विचार नहीं करेंगे, लेकिन अपना सारा ध्यान दूसरे चरण पर केंद्रित करेंगे ।

दिलचस्प दूसरा चरण क्या है? दूसरे चरण का प्रत्येक मूर्खतापूर्ण भट्टा किलोग्राम भार का खोया किलोग्राम है। इसलिए, दूसरे चरण वजन डिजाइन की वास्तविक कृति हैं और पूरी तरह से तकनीकी स्तर दिखाते हैं।

हम बहुत उपयोगी साइट पर जाएंगे और प्लेट पर वज़न की विशेषताओं को लिखेंगे। ईंधन के द्रव्यमान के लिए संरचना के द्रव्यमान के अनुपात को संरचनात्मक पूर्णता का गुणांक कहा जाता है।

ईंधन द्रव्यमान	निर्माण का वजन	सकल भार	डिजाइन उत्कृष्टता	भरा हुआ खाली
107.5	4	111.5	26.88	27.88

26 की एक डिजाइन पूर्णता अनुपात वास्तविक कल्पना है! लेकिन इस शानदारता की सराहना करने के लिए, हमें कुछ गणनाएँ करनी होंगी। आगे की गणना की सुविधा के लिए, हमें चरण के कुल द्रव्यमान के अनुपात के गुणांक को खाली एक को याद करना चाहिए।

आइए समझने की कोशिश करें कि क्या हम इस कल्पना के साथ मूर्ख हैं। निर्माता की वेबसाइट से 8 टन का अधिकतम भार उठाएं और देखें कि दूसरा चरण इसे कितना तेज कर सकता है। हम 345 के विशिष्ट आवेग के साथ Tsiolkovsky सूत्र का उपयोग करते हैं:

$$

$$V = 9.8 * I_ {sp} * ln (\ frac {M_ {start}} {M_ {end}}) = 3381 * ln (\ frac {8 + 111.5} {8 + 4}) = 7.77 किमी / डॉल$$

उपरोक्त आंकड़ों के साथ बहुत अच्छी तरह से संगत है। आइए उनकी तुलना किसी चीज़ से करने की कोशिश करें। समस्या यह है कि फाल्कन के साथ एक ही कक्षा में कई केरोसिन लॉन्च वाहन नहीं हैं, और वे सभी 80 के दशक की तकनीक के उत्कृष्ट कृति जेनिथ परिवार द्वारा दर्शाए गए हैं।

हम जेनिथ 3 एसएल के डेटा के लिए एक ही उपयोगी साइट पर जाते हैं और टैबलेट लिखते हैं:

ईंधन द्रव्यमान	निर्माण का वजन	सकल भार	डिजाइन उत्कृष्टता	भरा हुआ खाली
81.74	8.31	90.04	9.84	10.84

जैसा कि आप देख सकते हैं, संरचनात्मक पूर्णता का गुणांक बहुत कम है। लेकिन हम सभी को याद है कि ज़ीनत के पास यूआई 350s है, और हमें बताया गया कि 5 सेकंड बहुत है! जेनिथ स्टीयरिंग इंजन के बारे में भूल जाओ और एक ही सूत्र का उपयोग करके 8 टन लोड के लिए गति की गणना करने का प्रयास करें। मैंने ६.१५ किमी / सेकंड की रफ्तार पकड़ी । बेशक, तुलना पूरी तरह से ईमानदार नहीं है, क्योंकि बाज़ का चरण बड़ा है और पहले चरण के समापन के लिए बड़े खर्चों की आवश्यकता है। इसलिए, नए फाल्कनिट रॉकेट से मिलते हैं , जिसका दूसरा चरण 111.5 टन का कुल द्रव्यमान है और ज़ीनिट 9.84, यूआई 350 एस का गुणांक है। कुल द्रव्यमान को 10.84 से विभाजित करने पर हम एक खाली प्रक्षेपण यान का द्रव्यमान ज्ञात करते हैं।

ईंधन द्रव्यमान	निर्माण का वजन	सकल भार	डिजाइन उत्कृष्टता	भरा हुआ खाली
101.21	10.29	111.5	9.84	10.84

यह चरण 8 टन को तेज करता है:

$$

$$V = 9.8 * I_ {sp} * ln (\ frac {M_ {start}} {M_ {end}}) = 3430 * ln (\ frac {8 + 111.5} {8 + 10.29} ) = 6.4387 किमी / डॉल$$

... 6.4387 किमी / एस। काश, यह GPO तक नहीं पहुंचेगा। हम सवाल को दूसरे तरीके से उठाने की कोशिश करेंगे - और यह GPO तक कितनी मात्रा में पहुंच सकता है? कुछ नीच गणनाओं से पता चलता है कि फाल्कन 7.77 किमी / एस के बराबर गति ... 1.43 टन के भार पर प्राप्त की जाती है। इस मान की जाँच की जा सकती है:

$$

$$V = 9.8 * I_ {sp} * ln (\ frac {M_ {start}} {M_ {end}}) = 3430 * ln (\ frac {1.433 + 111.5) {1.433 + 10.25}} ) = 7.7709 किमी / एस$$

संख्या 8 और 1.43 की तुलना "60 के दशक से प्रौद्योगिकी" के मुद्दों में एक गोली डालती है। बेशक, ज़ीनिट सभ्य भार ला सकता है, लेकिन इसके लिए उसे तीसरे चरण का उपयोग करना होगा, जिसे सोवियत परंपरा के अनुसार, त्वरित ब्लॉक कहा जाता है (अमेरिकी हमेशा इसे ऊपरी चरण कहते हैं और इसे रॉकेट चरण के रूप में लेते हैं। यह मिनोटौर परिवार में स्पष्ट रूप से देखा जाता है)। यही कारण है कि जेनिथ का दूसरा चरण छोटा है, क्योंकि इसमें बहुत अधिक बूस्टर ब्लॉक को खींचना है, जो कि एक महंगी और जटिल डिजाइन है, जो कूबड़ के लिए है, इसके काम में विफलताएं पिछले 10 वर्षों में लुल का एक अटूट स्रोत रही हैं। कोई आश्चर्य नहीं कि फाल्कन की उड़ान ने कहा कि कम कदमों से विश्वसनीयता में काफी वृद्धि होती है।

यह उच्चतम भार संस्कृति थी जिसने दो-चरण केरोसीन वाहक (यानी, हाइड्रोजन को छोड़ना, हाय एटलस -5) को बनाना संभव बना दिया था, जो मध्यम और भारी मीडिया के सभी उपलब्ध निशानों को शामिल करता है। और इसके लिए, एक बंद-लूप इंजन और एक विशिष्ट आवेग के अंतिम सेकंड को निचोड़ने की बिल्कुल भी आवश्यकता नहीं है।

Upd। कई टाइपो और असफल घुमावों को ठीक किया, आप सभी को धन्यवाद।