Мы часто слышим что один ракетный двигатель в чем-то лучше другого, например давлением в камере сгорания. Но насколько серьезно это может влиять на главную характеристику ракеты - носителя, - полезную нагрузку?
Чтобы выяснить это, я рассчитал полезную нагрузку для ракет Зенит и Энергия-М с разными двигателями, вот что получилось
Примечание
Сравниваются двигатели одних и тех же компонентов топлива и с мощностями, которые принципиально позволяют их использовать на соответствующей ракете - носителе. Учитывается изменение массы двигательной установки, принято допущение что остальные массы ракет остаются неизменными.
НОО - Низкая Околоземная Орбита.
Под второй ступенью ракеты Энергия, подразумевается центральный блок.
Из этих диаграмм сразу видны причины отказа от F-1 и J-2 после программы Аполлон, они ужасно неэффективны. С ними полезная нагрузка упала на треть. А то сейчас конспирологи любят вспоминать
А куда американцы дели F-1
Видно что СССР создал двигатели на более суровых режимах работы, что на керосине, что на водороде. Трудно сказать насколько это обоснованно экономически, но факт интересный.
До того как провести этот расчет, я был уверен что американцы десятилетиями специализируются на водородных двигателях, и у них они будут самыми эффективными, но нет.
Получается, во времена лунной программы, пока американцы в равной мере делали упор на разработку мощных двигателей на керосине и водороде, советские ученые, создали хоть и менее мощный, но намного более эффективный керосиновый двигатель для работы на всех ступенях Н-1 (У меня еще есть пост: Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1).
НК-33 приятно удивил. Но возник вопрос, а нужно ли тогда было годами разрабатывать линейку РД-170/180/190, кто знает, напишите в комментариях.
Starship
Теперь давайте поговорим о Starship Илона Маска. В мире пока не много метановых ракет, это новый тренд, а Starship на других компонентах топлива уже совсем другая ракета, другие массы, другие размеры.
Но меня давно мучает вопрос, а что если бы был аналог Starship на ядерной тяге. Например, как сильно бы это уменьшило размеры сверхтяжелой ракеты при той же полезной нагрузке, и какие бы дало преимущества.
Примечание
Первая ступень Метан + кислород, предполагается что вторая ступень имеет ядерный двигатель с высоким твр (отношение тяги к весу) по меркам ядерных двигателей (или в случае с LANTR, приемлемым). Рассматриваются различные топлива для второй ступени.
LANTR - The L'OX-augmented Nuclear Thermal Rocket, то есть водородный ядерный двигатель с впрыском кислорода.
Это наиболее изученная технология в сравнении с двигателями остальных ядерных старшипов.
Размеры ступеней меняются в зависимости от массы топлива, плотности топлива, и наилучшего соотношения масс ступеней в каждом отдельном
Я предполагаю, в будущем, основные расходы на эксплуатацию многоразовой ракеты, - топливо.
Чем меньше масса, тем меньше затраты на топливо, тем дешевле полет.
Так же меньшая масса ступеней ракеты означает уменьшение количества двигательных установок, что удешевляет производство и поможет улучшить окупаемость ракеты.
Несмотря на то что водородный вариант получился самым выгодным по стартовой массе, стоит помнить что это одно из самых дорогих топлив в космонавтике.
Итого, ядерные двигатели значительно снизили массу ракеты - носителя, а возможно и расходы (но не факт).
Преимущества ядерных ступеней очевиднее на примерах когда требуется совершать затратный маневр. В случаях когда обычный Starship требует предварительно несколько заправок, его ядерный аналог может потребовать одну, или при некотором уменьшении массы полезной нагрузки, вовсе ни одной. Но это уже тема отдельного поста.
Какому топливу я бы отдал предпочтение? Очень трудно сказать, я рассчитал много месяцев назад, но до сих пор не определился. Каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.
Канал и временно заброшенный чат в телеграмме
Другие мои посты на Дзене, которые я считаю удачными:
Когда мы узнаем намного больше о Землеподобных экзопланетах?
Пилотируемые межзвездные перелеты в следующем веке (на чем и куда)
Наглядно о том, почему Сатурн-5 полетела раньше чем Н-1
Был бы рад узнать ваше мнение и мысли в комментариях, спасибо за внимание.