Em um dos
tweets recentes
, Ilona Mask era literalmente o seguinte:
A propósito, a SpaceX não planeja mais atualizar o segundo estágio do Falcon-9 para garantir a reutilização. Em vez disso, acelerou o desenvolvimento do BFR. O novo design é impressionante! Ele é realmente contra-intuitivo.
Infelizmente, ainda não há detalhes técnicos de um "design radicalmente novo".
Desde 2016, esta é a quarta revisão do projeto BFR (anteriormente ITS). Antes disso, o diâmetro do foguete e os parâmetros do Raptor diminuíram em 2017 e desenvolveram lemes aerodinâmicos no segundo estágio (também conhecido como BFS) apareceu em 2018. O que pode mudar agora? E essas mudanças são tão contra-intuitivas? Uma tentativa de responder à primeira pergunta abaixo do corte e a resposta à segunda descobriremos apenas depois de um tempo.
Moor fez o seu trabalho
Musk demonstrou repetidamente que qualquer tecnologia, mesmo a mais bonita, para ele é apenas um meio para atingir um fim (humanidade multi-planetária ou capturar o mercado americano de lançamentos - decida por si mesmo). O Faolcon-1 foi colocado sob a faca (não é tão promissor, dado o boom de nanossatélites), o pouso de foguetes Dragon-2, a transferência de combustível para o Falcon-Heavy, o resgate do segundo estágio do Falcon. Agora, parece que é hora de renunciar ao método de resgate do primeiro estágio desenvolvido no Falcon-9.
Mais precisamente, o pouso de mísseis em seus motores pode muito bem permanecer. Mas a frenagem antes de entrar na atmosfera, ao que parece, permanecerá no passado com o Falcon. Deixe-me lembrá-lo de que o Entry Burn foi uma resposta à destruição do primeiro estágio ao entrar na atmosfera. Isso é apenas para a missão marciana. Foi necessário começar a desenvolver um segundo estágio capaz de arrasto aerodinâmico a partir da velocidade hipersônica. Aparentemente, o trabalho está sendo desenvolvido com sucesso - no próximo ano, está planejado começar os testes de salto da segunda etapa, a produção de estruturas de fibra de carbono já foi lançada. Mas apenas para o segundo estágio, o primeiro também é necessário, e é cerca de quatro vezes mais, e os japoneses que ordenaram que a lua voe ao redor provavelmente querem rapidamente. Sim, e o SLS, no mínimo, está quase completo, e seria necessário ultrapassá-lo para aumentar as chances de fechar esse SLS em favor do BFR.
E então surge a pergunta: por que o primeiro passo? O protótipo BFR, que deveria ter uma missão lunar privada, e até agora é construído em Raptors atmosféricos (eles não têm tempo para terminar os de vácuo) e tem um muito bom Delta de Ve de cerca de 5-7 km / s. Então, deixe-o dar o primeiro passo, pelo menos temporariamente! A diminuição do peso inicial é compensada pela falta de frenagem antes de entrar na atmosfera. Agora, o palco pode desacelerar a atmosfera com uma reserva de combustível apenas para aterrissar em uma barcaça. Ou até mesmo mudar para um pouso de avião. Mas o segundo estágio no início pode até ser o segundo estágio do Falcon-9 com o Dragon-2.
De acordo com a apresentação do ano passado, a máscara BFR do segundo estágio (também conhecida como BFS) deve ter um peso seco de 85 toneladas com uma massa de combustível de 1100 toneladas. A proporção entre massa total e massa seca é 13,9, o que é bastante bom, embora o primeiro estágio do Falcon-9 possua esse parâmetro para 20. Mas o Falcon-9 precisa gastar combustível para frear antes de entrar na atmosfera, e o BFS possui proteção térmica. De acordo com a mesma apresentação, um BFS totalmente abastecido com 150 toneladas de cargas úteis em órbita próxima à Terra terá um delta de 6 km / s. Nosso navio terá que acelerar da superfície com motores atmosféricos, mas o recálculo de acordo com a fórmula de Tsiolkovsky fornece 6,45 km / s de delta a 120 toneladas de carga útil, excluindo as perdas aerodinâmicas e gravitacionais. Para levá-los em consideração, subtraímos 1,5 km / s.
E assim, temos 120 toneladas, dispersas para 5,95 km / s. Com um impulso específico do vácuo “Merlin” e 100 toneladas de combustível, temos um incremento de 6,09 km / s. Com a massa seca do segundo estágio do Falcon em 5 toneladas, temos mais de 15 toneladas no Dragon-2 e quase 1 km / s de reserva. De fato, obtemos uma capacidade de carga um pouco maior que a versão única do Falcon-Heavy, mas com a salvação do primeiro grau. Na minha opinião, um passo lógico.
O que vem a seguir?
Obviamente, a solução descrita acima é em geral paliativa e projetada para atingir um objetivo específico (voar pela lua) com custos mínimos, mantendo a possibilidade de modernização para alcançar o mesmo Marte. Você ainda pode construir o primeiro estágio com o já tradicional pouso na SpaceX com um impulso de freio. Você pode usar o antigo projeto Triamic Twins
proposto pela General Dynamics como um conceito para o futuro Shuttle. Mas a opção mais interessante é usar as conquistas dos "amigos juramentados" da ULA na economia cislane.
No projeto original, Mask deveria reabastecer com navios-tanque lançados da Terra. Mas a Lua, no sentido de um poço gravitacional, é muito mais acessível e há água a partir da qual o hidrogênio e o oxigênio podem ser produzidos. Atualizar o Raptor para hidrogênio ou criar um átomo de hidrogênio a partir do zero, em vez de metano, não parece fantástico. No final, o BlueO lidou com sucesso com a segunda tarefa. Além disso, a água em Marte também está disponível.
Um resultado interessante da transição de um pouso de foguete completo do primeiro estágio para o aerodinâmico é uma diminuição no incremento de velocidade do segundo estágio necessário para entrar em uma órbita baixa da Terra. Portanto, no exemplo considerado acima, esse incremento foi um pouco mais de 2 quilômetros por segundo. Ao mesmo tempo, o conceito do Sistema de Transporte Interplanetário era originalmente baseado no fato de que o segundo estágio, ao salvar o primeiro nos motores, exigia um delta de 6 a 7 km / s, o que possibilitou reexecutar o estágio em órbita e voar para Marte em uma trajetória rápida. Mas com uma velocidade de separação mais alta do primeiro e do segundo estágio, você terá que reduzir o incremento máximo possível da velocidade do navio ou ir para o IEO com tanques que não estão totalmente desenvolvidos, o que aproxima ainda mais o BFR do projeto ULA.
Uma nave interplanetária de hidrogênio com uma massa total de 120 toneladas, dispersa pela primeira etapa nos mesmos 5,95 km / s, gastará apenas 45 toneladas de combustível para chegar à NOU. Após reabastecer os gastos, ele poderá adicionar 3,85 km / s com uma massa final de 50 toneladas. Isso não é 85 + 150 toneladas na velocidade de +6 km / s que Ilon prometeu, mas a massa inicial do sistema ao partir da Terra é de apenas 1305 toneladas, contra ~ 5000 toneladas da "antiga" BFR. Infelizmente, a partir de Marte para a Terra terá sucesso apenas com uma massa final de cerca de 35 toneladas. No total, temos 20 toneladas de PN, que deixamos em Marte antes de sair de casa. E assim, o PN é quase 8 vezes menor, o foguete é menor que 5 vezes. O ganho não é perceptível. Despercebido até levarmos em conta os navios-tanque. O BFR precisava de 6 peças, mas nosso foguete “não muito grande” precisava de apenas 1. Porque trocamos para o hidrogênio e sacrificamos a velocidade do vôo para Marte.
Repito, o exposto acima foi apenas um cenário hipotético para o desenvolvimento do projeto do Sistema Interplanetário de Transportes. O que exatamente resultará no tempo da SpaceX dirá.