題:
9引擎的Falcon火箭怎麼比單引擎的火箭便宜?
pastullo
2016-02-10 22:16:45 UTC
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據我了解,引擎通常是每枚火箭中最昂貴的部分,不包括有效載荷。

我正在努力了解SpaceX如何在市場上擁有市場上最便宜的發射器之一依靠9引擎配置,而其他許多發射器的引擎卻更少。

製造9台單獨的Merlin引擎的成本在理論上是否不是製造一台大引擎的9倍?

考慮9個本田思域引擎與1個法拉利引擎。
如果製造九個小型發動機的成本是製造一台大型發動機的成本的九倍,那必須意味著製造小型發動機和製造大型發動機的成本相同。到底為什麼會這樣呢?
零件可重複使用?正如最近在火箭著陸部分所展示的那樣。
下面有很好的答案,但是值得注意的是,不僅僅是SpaceX可以做到這一點。聯盟號有5個引擎,但是每個引擎都有4個燃燒室和4個噴嘴,因此您在火箭底部看到20個噴嘴。
@DavidRicherby我認為問題在於,根據其功率/尺寸/推力而定的發動機成本是亞線性的還是超線性的(大型發動機更昂貴,但它們的價格大約是價格的九倍)。它可能比簡單的冪律更為複雜。
我希望簡單的尺寸縮放對成本具有次線性的影響,但是推力或推力重量的增加通常是通過增加複雜性來實現的,我希望它是超線性的。
此外,簡化流程-規模經濟。如果您每年要製造6台發動機,那麼很難證明要啟動一條生產線。如果您每年生產200條,則必須有一條生產線,並且儘管初始成本會增加,但是單位成本會迅速下降。
七 答案:
Rikki-Tikki-Tavi
2016-02-10 22:41:34 UTC
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不,相反。發動機越大,它們就越昂貴。只要看看他們為使Saturn V主級F-1發動機平穩運行而需要進行的大量全面測試。現在想像,您花了所有這筆錢來設計一個大型發動機,並且想要製造它。您將需要一個一流的機庫來做到這一點。製造這樣的發動機包括很多步驟,例如獲得大量的太空合金,然後將其幾乎全部​​銑削掉,使用緩慢的電鍍工藝關閉冷卻通道,也許在這里和那裡進行一些電子射線焊接。

簡單地說,要製造一個大型發動機,您需要大量的原材料,龐大的機器和龐大的固定員工來操作它們。

現在,如果您要要製造幾個小型發動機,設計的風險就會降低,而且您不需要這麼大的機器。而且,由於您現在需要更多的引擎,因此您擁有類似於生產線的東西,並且所有機器都在同一時間運行,而不是每個引擎都在像工廠中那樣進行處理。

在幾乎省錢了,但是幾個較小的引擎通常較重。更大的弊端是,如果您需要讓每個引擎都運轉以使火箭到達軌道,那麼最終失敗的機會就更大。

SpaceX計劃了一些冗餘,但這是在

最終,它降到了客戶到達目標軌道的每公斤成本,而此處影響因素的數量對於SE答案來說太大了。 。 SpaceX押注集群,歐洲將繼續使用大型引擎。只有時間會告訴誰打出更好的電話。

還請注意,土星V擁有其中的五台發動機,比一台接近九::)
@Rikki-Tikki-Tavi好像Musk展示了一個1米級別的著陸階段的CEP。 :)和巡航導彈一樣好。好像是個危險的人現在要生氣。如果他確實有需要,他可以向您提供180,000磅的推力和100,000磅的第一階段的推力。 :)確實是邪惡博士。
@jamesqf通常是有效點,略有問題是9-5 = 4 = 5-1。
就數學而言,@ToddWilcox是正確的,但就哲學和裝配線而言,jamesqf是正確的。
另外-如果一個引擎出現故障或需要更換9引擎集群(在啟動之前),則替換成本要比單引擎出現故障的等效功率要便宜。
@Todd Wilcox:是的,我應該說“更喜歡”而不是“更接近”。我的意思是,在使用多個引擎而不是一個大型引擎的意義上,這是相似的。
@ToddWilcox的減法相等,但這通常不是最佳方法。 [通過xkcd進行的費米估算](https://what-if.xkcd.com/84/)
@ChrisH好點了。 10 **比10更接近於0。:-)我的小數學狗開玩笑地賺了大約60%。費米估計這是100%的笑話。
@ToddWilcox:您確定此處的對數刻度不合適嗎?
Hobbes
2016-02-10 22:34:12 UTC
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傳統上,發動機很昂貴,因為它們需要大量的體力勞動來製造。由於它們的數量很少,因此沒有必要投資可以使其更便宜的自動化工廠。它們還經過優化,以實現最佳性能,需要復雜的結構和昂貴的材料。

SpaceX想要更改該公式。通過每枚火箭製造10台發動機,建立生產線變得具有成本效益。他們還設計了廉價的發動機,即使這會降低性能。

Max Q Lagrange
2016-02-11 03:56:49 UTC
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除了其他答案外,我認為還應注意一些其他要點:

  • 著陸。它只需要使用其中一台發動機,就一直將油門一直推到最小推力,以使平台降落可重複使用(一項關鍵設計功能)。超過此推力量將使降落更加困難。因此,如果使用一個大型發動機代替9個梅林發動機,那麼它將具有額外的設計要求,即能夠以最小推力將所有油門降低至梅林發動機的等效水平,這可能會增加成本。或者使用專用的小型發動機著陸,這會增加重量和成本。

  • 第二階段。該運載火箭的第二階段使用一個梅林。如果在階段1中使用一台大型引擎,那麼將有兩種引擎設計,而不是一種。

  • 冗餘。來自 wikipedia

就像Apollo計劃中的“土星”系列一樣,多個第一級引擎的存在可以完成任務即使一個一級引擎在飛行途中發生故障。

單個大型引擎也無法通過冗餘滿足此安全/可靠性設計要求。因此,它必須具有額外的可靠性要求作為其設計的固有部分,這也會增加成本。

節流方面是重用性的關鍵。大型發動機必須降低油門才能實用。我很驚訝您是唯一提出這一點的人。對我來說,尚不清楚SpaceX最初是否意識到了這一點-似乎更像是Falcon 1的進化,但是不管發生了什麼,這都是一件很棒的事。
在第一次非常重要的獵鷹對國際空間站的訪問期間[九個引擎中的一個失敗了](https://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_CRS-1#Falcon_9_engine_anomaly),無意間“展示了獵鷹9的“引擎熄滅”設計”。
geoffc
2016-02-10 22:34:21 UTC
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這取決於很多事情。 SpaceX選擇了許多小型引擎的實例,這些實例通常比單個大型引擎要簡單,而且複雜性與成本有關。

他們選擇的燃油和燃油循環比大多數引擎都要簡單。他們選擇了可靠且簡單的噴油器。液態氫很難使用且非常昂貴。因此,相比之下,RS-68 / 68A的價格要昂貴得多。 SSME在成本方面屬於自己的一類。

因此,真正的比較就像是一對RD-193或單個RD-180,它們的總推力約為80萬磅。推力。每台Merlin的推力都從75,000磅開始,正逼近180,000磅。

此外,SpaceX表示,他們從特斯拉引進了工藝工程師,專注於與製造大量發動機有關的問題,並從汽車行業尋求降低成本的建議。

如果您一年總共要製造10台發動機,那麼該工廠的所有人員成本將作為這10台發動機的成本分攤。如果您達到400(SpaceX的既定目標),則其分佈範圍更大。

我認為說液態氫價格昂貴,已經過分簡化,以至於不再正確。是昂貴的處理,基礎設施,閥門等,而不是東西本身。
@Rikki-Tikki-Tavi因為我們在談論引擎,所以我同意我正在簡化,但是我暗示整個系統。燃料成本本身並不重要。使用燃油的成本正是我要解決的問題。而且我什至都不是指您提及的項目。 LH引擎本身比RP1或CH4引擎要難得多。
為什麼你這麼想?
@Rikki-Tikki-Tavi發動機本身必須比RP1更耐寒。 LH很容易洩漏,因此發動機管路更複雜。由於材料易碎,因此材料更昂貴。因此,是的,對地面的支持更加困難,但是發動機本身也是如此。
沒錯,但是RP1面臨著自己的挑戰。與LOX-LH2和RP1在冷卻通道中可能結焦相比,LOX-RP1更容易產生不穩定。
當然可以。但就規模/成本而言,LH與RP1是成本差異世界。與較小的規模相比,RP1在較大的規模上也存在更多問題。哦,我的,看來這真的是火箭科學! :)
PearsonArtPhoto
2016-02-11 06:29:06 UTC
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SpaceX的成本,除上述所有其他項目外,更便宜,因為它們是自己建造的所有東西,並且多年來努力降低成本。其他大多數參與者在降低成本方面並沒有付出太多努力,並且幾乎不像SpaceX那樣努力。 SpaceX使用許多非太空額定組件,這些組件已通過實驗工作。所有這些都降低了成本

robert arles
2016-02-11 06:42:19 UTC
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事實上,他們已經為單發發射設計了火箭發動機。將9捆綁在一起是公司打擾沉睡的巨人公司的一種敏捷工作。

Val
2016-02-25 11:16:32 UTC
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  • 繪製每磅推力與發動機尺寸的成本關係圖,您肯定會發現最小的
  • 規模經濟-相似零件的批量生產
  • 冗餘
如果不是那麼簡潔和脫節的話,那會更好。


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