Предыдущая - часть 4.3
Пройдемся теперь по всему процессу запуска второй ступени Сатурн-5.
Разделение ступеней у Сатурн-5 - "холодное". Чем оно отличается от "горячего"?
При "горячем" разделении ступеней следующая ступень запускается при работающей предыдущей. Что это дает? Работающая нижняя ступень создает перегрузку (особенно в конце работы) обеспечивая стабильность топлива в баках верхней ступени и дополнительный "подпор", то есть давление при входе на насосы ТНА. Это давление суммируется с давлением наддува и уменьшает опасность кавитации насосов. Это особенно актуально для топлива низкой плотности - водород или метан.
Илон Маск на Старшип плюс СуперХеви со второго полета перешел на "горячее" разделение ступеней.
"Холодное" разделение ступеней помимо увеличенной опасности кавитации насосов неприятно еще и тем, что в момент разделения топливо в баке может за счет инерции и упругости стенок бака "сыграть" наверх, а "пузырь" того или иного газа, который создает наддув, может откатится вниз и попасть в трубопроводы, а в последующем и в насосы.
Кавитация насосов
Для предотвращения кавитации на насосах используют преднасосы (РД-0120, RS-25) или повышенное давление наддува (на малых "водородниках").
Что у J-2? Ничего... Этот вопрос просто проигнорировали.
Захолаживание насосов водорода.
Как правило - несколько секунд. Чем больше двигатель (и больше насос) тем дольше захолаживание. У J-2 на второй ступени, по имеющейся информации - всего одна секунда. Для такого размера двигателя это весьма мало.
Продувка гелием.
При запуске у земли, где любую свободную полость заполняет воздух, а воздух в смеси с водородом образует взрывоопасную смесь, продувка всех полостей гелием - обязательна. Из за наличия атмосферы (противодавление) количество гелия на эти цели - сравнительно немного.
В вакууме, если подать гелий в какую то полость - вакуум тут же его "вытащит". Как сделал это с воздухом или любым иным газом, находящимся в полостях. То есть с одной стороны, продувать гелием в вакууме неэффективно, а с другой стороны - бессмысленно.
Почему же в описании присутствует продувка гелием?
Могу предположить, что от наземных испытаний.
J-2 испытывался на земле, в атмосфере, со всеми особенностями атмосферного запуска. Отсюда и продувки гелием, от стационарного источника, отсюда отсутствие баллонов с гелием на второй ступени.
Третья ступень испытывалась на Сатурне-1Б. Насколько успешно - сложно сказать. Но во всяком случае вопросы наличия баллонов с гелием, вопросы захолаживания, вопросы наддува баков выглядят значительно более проработанными, нежели у второй ступени Сатурн-5.
Зажигание/запуск газогенератора
Газогенератор, вместе с отводящими трубопроводами, имеет вид достаточно длинной "трубы" с различными расширениями и сужениями. У J-2 это собственно сам газогенератор, трубопровод до турбины привода насоса водорода, сама турбина, трубопровод до турбины привода насоса кислорода, сама турбина и сбросной трубопровод вместе с коллектором на средней части сопла - это немного видно на фото выше, и на ранее приведенных схемах.
Будучи заполненный взрывоопасной смесью водорода и кислорода этот объем в момент воспламенения неплохо "хлопнет".
Давление, которое развивается при этом, не столь велико, что бы повредить трубопроводы или сам газогенератор. Но этот скачек давления может доставить неприятности клапанам управления и другим подобным исполнительным элементам.
А так же скачек давления может остановить подачу топлива в газогенератор, если это давление больше, нежели суммарное давление наддува и давление насосов.
Обратите внимание на пневмогидравлическую схему RS-25 (схема выше).
Давление водорода на входе в бустерный насос - 0,2 МПа - 2 атм. Затем бустерный насос. Потом основной насос. И система запуска в атмосфере с продувкой инертным газом полостей, что мы минимизировать объем воспламеняемой смеси и тот самый скачек давления.
J-2? Ничего этого у него нет. Есть в описании продувка гелием от непонятных источников, но для вакуума от этого мало пользы. У его ближайшего "родственника" (по схеме) LE-5 тоже нет преднасосов. Но давление наддува 7 атм, маленький объем газогенератора и запуск газогенератора тогда, когда основной насос уже работает (по описанию двигатель развивает 25% тяги). Потому скачек давления в LE-5 сколь нибудь серьезно повлиять на процесс подачи топлива не может. У J-2 полное давление на подачу (наддув и насос) около 4 атм (оценивали в предыдущих частях) в момент запуска газогенератора, и весьма большой объем полости, где может "бахнуть".
Все эти "прелести" не делают запуск мощного "водородника" наверху абсолютно невозможным. Но вероятность успешного запуска - крайне низка. А двигателей на второй ступени - 5. Потому водорода на второй ступени Сатурна-5 не было (с большой долей вероятности).
А что же тогда было?
Мой читатель и подписчик с ником Андрей Б высказал такой вариант - "вонючки". Я вначале воспринял это "в штыки" - не может быть! Но затем спокойно рассмотрел все аспекты - а почему бы и нет?
Об этом поговорим в
Продолжении - часть 4.5