Wat zijn de redenen om 9 motoren te gebruiken in de eerste fase van de Falcon 9? Waarom niet 8 of 10? Kijkend naar de Raptor-motor, lijken ze weer naar 9 motoren te kijken. Is er een specifiek voordeel bij het gebruik van 9 engines?
SpaceX was aanvankelijk op zoek naar een motor, maar kon er geen op de markt vinden waarmee ze hun doelen konden bereiken.
Toen ze eenmaal besloten om hun eigen motor te ontwikkelen, moesten ze hun doelen overwegen: Betrouwbaarheid en lagere kosten.
Negen engines betekent dat je op bijna elk moment in het vluchtprofiel een engine-out-gebeurtenis kunt afhandelen. De Saturn V met 5 F-1-motoren heeft dit meegemaakt, en er zijn voordeel mee gedaan. Een SpaceX Falcon 9 1.0 op een CRS-missie verloor een motor en bleef de primaire lading in een baan om de aarde brengen. (Secundaire lading had kunnen worden geleverd, maar NASA-veiligheidsregels rond ISS-banen betekenden dat ze niet voldeden aan de criteria om de lading met voldoende zekerheid vrij te geven dat het geen invloed zou hebben op het ISS als er iets mis zou gaan).
Afgezien van een eenvoudige lancering, hebben ze al heel lang plannen voor herstel. De theorie is dat je de prijzen niet serieus kunt verlagen als je de hardware elke vlucht blijft weggooien.
Om een eerste trap te laten landen, moet je deze langzaam genoeg door de atmosfeer krijgen om te overleven. Parachutes werkten niet, maar retrothrust wel.
Een eerste fase, bij de lancering, heeft alle stuwkracht nodig die deze kan krijgen, aangezien deze voor meer dan 90% uit brandstof en oxidatiemiddel bestaat.
Een eerste trap bij de landing is slechts 10% van het gewicht, en in feite is het probleem dat je de motoren niet laag genoeg kunt gas geven.
Maar door een groot (9) aantal motoren kunt u de stuwkracht regelen door alle negen naar behoefte te smoren en indien nodig motoren uit te schakelen. Tijdens de lancering hebben ze halverwege de vlucht twee motoren uitgeschakeld om de stuwkracht te verminderen, aangezien het voertuig brandstof en oxidatiemiddel verbrandt.
Voor herstel van de eerste trap vuren ze drie motoren af (het is onduidelijk of de eerste twee van drie brandwonden gebruiken drie motoren, of alleen de eerste), en tenslotte heeft één motor, die zo laag mogelijk is afgenomen, nog steeds te veel stuwkracht om daadwerkelijk te zweven. Maar het stelt hen in staat om de 'hover-slam'-benadering te doen die ze gebruiken. (Kom snel binnen, stuwend om te vertragen zodat je de grond raakt met 0 m / s).
Het gebruik van 9 motoren (of 5, of 3) geeft ze een centrale motor, die uitgebalanceerd is om te landen. Het maakt throttling mogelijk. Het maakt het mogelijk de motor uit te schakelen. Het is niet gek zoals de N-1 met 30 motoren. Het is een redelijke afweging die tot nu toe goed lijkt te werken met een tiental vluchten.
Na de Falcon 1 plande SpaceX aanvankelijk een raket met vijf motoren (rond 2003). Deze Falcon 5 zou de minimale configuratie zijn met de mogelijkheid om de motor uit te schakelen op basis van de Merlin-engine.
Rond 2005 veranderden de plannen. Vanwege klantwensen wilde SpaceX een versie met 9 motoren. Ze breidden de 1 + 3 + 1-configuratie uit tot een 3x3-raster, wat maximale gemeenschappelijkheid oplevert.
De Falcon 5 werd uiteindelijk geannuleerd, maar tegen die tijd was het Falcon 9-ontwerp bijna klaar om af te ronden dat ze de 3x3-rasteropstelling bleven gebruiken voor de eerste paar lanceringen.
De opstelling werd later gewijzigd in de 8 + 1 "Octaweb" die we zien op de Falcon 9v1.1, die een efficiëntere (lichtere) structuur gebruikt om de stuwkracht van de motoren naar de romp over te brengen .
Veel raketfabrikanten gebruiken verschillende motoren voor verschillende fasen die op maat zijn gemaakt voor hun doel.
SpaceX daarentegen probeert kosten te besparen door zoveel mogelijk gestandaardiseerde onderdelen te gebruiken. Dus in plaats van vanaf het begin nieuwe motoren te ontwikkelen voor elk afzonderlijk doel, hebben ze slechts één raketmotor ontwikkeld voor de lagere trappen van al hun raketten: de Merlin. Ja, er zijn de varianten 1A, 1B, 1C en 1D, maar dit zijn incrementele technische verbeteringen voor een motor die allemaal hetzelfde doel dienen. De enige variant van de Merlin die een spin-off is en geen incrementele verbetering, is de vacuümversie van de C- en D-motor, die in veel opzichten sterk lijkt op de normale versie.
Maar wat doen ze wanneer hun motor te zwak is en ze meer vermogen nodig hebben, zoals op de eerste trap van een medium-lift raket zoals de valk 9? Ze gebruiken er gewoon meer van. 9-motoren is de ideale verhouding tussen stuwkracht en gewicht voor de eerste trap van de Falcon 9-raket.
Naarmate het aantal raketmotoren toeneemt, ontstaan er bepaalde problemen. Tegendruk neemt toe, trillingen nemen toe, - In beide gevallen denk ik dat dit komt door het feit dat alle motoren op een gegeven moment allemaal moeten leiden naar een enkele brandstofleiding vanaf de brandstoftank waar de effecten van een enkele motor allemaal beginnen samengesteld worden - ik veronderstel stabiliteit in het algemeen. Samenvattend: u kunt niet simpelweg meer motoren toevoegen en meer vermogen verwachten zonder ernstige negatieve gevolgen - het is echt een compromis. Hopelijk kan iemand met meer expertise mijn antwoord toelichten.