home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / pc / text / spacedig / v11_0 / v11_067.txt < prev    next >
Internet Message Format  |  1991-07-08  |  16KB

  1. Return-path: <ota+space.mail-errors@andrew.cmu.edu>
  2. X-Andrew-Authenticated-as: 7997;andrew.cmu.edu;Ted Anderson
  3. Received: from beak.andrew.cmu.edu via trymail for +dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl@andrew.cmu.edu (->+dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl) (->ota+space.digests)
  4.           ID </afs/andrew.cmu.edu/usr1/ota/Mailbox/kZsCJOa00VcJI2Zk5K>;
  5.           Tue, 20 Feb 90 01:36:11 -0500 (EST)
  6. Message-ID: <4ZsCJ3600VcJ82Y05z@andrew.cmu.edu>
  7. Reply-To: space+@Andrew.CMU.EDU
  8. From: space-request+@Andrew.CMU.EDU
  9. To: space+@Andrew.CMU.EDU
  10. Date: Tue, 20 Feb 90 01:35:47 -0500 (EST)
  11. Subject: SPACE Digest V11 #67
  12.  
  13. SPACE Digest                                      Volume 11 : Issue 67
  14.  
  15. Today's Topics:
  16.                 SSX vs Phoenix
  17.                   Planets...
  18.         Hydrocarbons vs. Hydrogen for Boosters (long)
  19.              Soviet Shuttle News
  20.        Re: Did SEASAT See More Than It Was Supposed To?
  21. ----------------------------------------------------------------------
  22.  
  23. Date: Mon, 19 Feb 90 13:08:27 CST
  24. From: ewright@convex.com (Edward V. Wright)
  25. Subject: SSX vs Phoenix
  26.  
  27.  
  28. Following a conversation I had with Max Hunter last
  29. week, I would like to correct and clarify some of the
  30. information that I posted previously.
  31.  
  32. SSX appears to differ from Pacific American's Phoenix
  33. in several important respects.  These include:
  34.  
  35. 1) Propellents:  Phoenix uses densified liquid hydrogen
  36.    (hydrogen slush) and LOX.  For SSX, Hunter prefers
  37.    to use liquid methane, although hydrogen has not
  38.    been completely ruled out.
  39.  
  40. 2) Propulsion:  Phoenix uses an aerospike engine
  41.    concept to increase the performance (specific impulse)
  42.    of its engines.  SSX, contrary to my previous
  43.    statements does not. Hunter prefers not to use
  44.    an aerospike because the loss of a single combustor
  45.    causes flow problems, which result in the loss of
  46.    specific impulse as well as thrust.  This makes
  47.    the vehicle harder to save in the engine-out case.
  48.  
  49. 3) Structure:  The Phoenix airframe is primarily
  50.    aluminum, with some composite materials used to
  51.    save weight.  Hunter envisions an all-composite
  52.    airframe and fuel tank.  (LOX tank would still
  53.    be aluminum, due to the inability of most composites
  54.    to withstand exposure to LOX.)
  55.  
  56. 4) Thermal Protection and Reentry: Phoenix reenters
  57.    base-first using a water-cooled heat shield.  SSX
  58.    reenters at a high angle-of-attack using an improved
  59.    version of the quartz-blanket heat shield found on
  60.    the upper surfaces of the Shuttle.
  61.  
  62. ------------------------------
  63.  
  64. X400-Received: by /PRMD=inria/ADMD=atlas/C=FR/;
  65.     Relayed; 19 Feb 90 11:03:53+0100
  66. X400-Received: by /PRMD=SWITCH/ADMD=ARCOM/C=CH/;
  67.     Relayed; 19 Feb 90 11:02:19+0100
  68. Date: 19 Feb 90 11:02:19+0100
  69. From: Joseph C. Pistritto <jcp@cgch.uucp>
  70. Subject: Planets...
  71. To: <space@andrew.cmu.edu>
  72.  
  73. >Mailer: Elm [revision: 64.9]
  74.  
  75.  
  76. If planets are an inefficient way to use mass, we have an alternative:
  77. asteroids...  Theres at least one Mars-sized planet out there,
  78. conveniently disassmbled for us already.  All we need is to go and get
  79. it.  We get our first look  in 1991 I believe, when Galileo will make
  80. a close approach of an asteroid in between its first and second earth
  81. passes, but I believe the presence of carbon and oxygen, as well as
  82. various metals have already been confirmed on the larger asteroids from
  83. spectral analysis.
  84.  
  85. I suspect it will be *A LOT* easier to make an asteroid a place to live
  86. than your typical planet.  And it's always a lot easier to leave if
  87. things go wrong.
  88.  
  89. Do the available surface area alone, I would expect the vast majority
  90. of the human race will exist on asteroid like objects in say 1000 years
  91. (or 2000...) from now.  In fact, the most efficient use of the remaining
  92. planets in the solar system may be to turn them into asteroids first, then
  93. live on them...
  94.  
  95. For instance, an earth sized planet (radius 4000km), would produce
  96. 1E9 bodies of radius 4km, with 1E6 times the surface area of the earth.
  97. Assuming you took the entire population of the earth now, and transferred
  98. them, only 5 people would inhabit each object on average.  (roughly
  99. 50sq. km. per object).  Now that sounds like serious elbow room...
  100.  
  101. I'll even make it easier for you.  I can think of, say 10 people I'll take
  102. with me to my asteroid.  More room for the rest of 'ya.
  103. The only 'Limit to Growth' is a stunted imagination...
  104.  
  105.                                         -jcp-
  106.  
  107. ======================================================================
  108. Joseph C. Pistritto  HB9NBB N3CKF
  109.                     'Think of it as Evolution in Action' (J.Pournelle)
  110.   Ciba Geigy AG, R1241.1.01, Postfach CH4002 Basel, Switzerland
  111.   Internet: bpistr@cgch.uucp                  Phone: (+41) 61 697 6155
  112.   Bitnet:   bpistr%cgch.uucp@cernvax.bitnet   Fax:   (+41) 61 697 2435
  113.   From US:  cgch!bpistr@mcsun.eu.net
  114.  
  115. ------------------------------
  116.  
  117. Date: 17 Feb 90 18:42:31 GMT
  118. From: van-bc!rsoft!mindlink!a752@ucbvax.Berkeley.EDU  (Bruce Dunn)
  119. Subject: Hydrocarbons vs. Hydrogen for Boosters (long)
  120.  
  121.  
  122.      A number of recent postings have discussed the relative merits of hydrogen
  123. and hydrocarbons (RP-1, propane, methane) as fuels for boosters.  For those
  124. interested in literature references, the following are worth reading.  I have
  125. summarized relevant results for those who do not have access to the papers, and
  126. calculated some figures from other information given in the papers.  Paper 1
  127. was published in American units, which I have mostly converted to SI - all
  128. other papers were in SI to start with.
  129.  
  130. 1) Kelly, W.D. 1983  Integrating Engine Performance and Trajectory Analysis in
  131. Designing Future Shuttle Systems.  Paper AIAA-83-1189, given at the
  132. AIAA/SAE/ASME 19th Joint Propulsion Conference June 27-29, 1983 in Seattle.
  133.  
  134. - Kelly is from Martin Marietta
  135.  
  136. - Part of this paper is an analysis of replacing the solid rocket boosters on
  137. the Shuttle with liquid rocket boosters fueled with RP-1, methane, propane
  138. (normal boiling point) or hydrogen (all with LOX as the oxidizer).  All
  139. boosters were designed to give a nominal 45,000 kg payload (up from original
  140. nominal payload of 29,500 kg with solids).
  141.  
  142. - Reading off a graph, for booster engines with 3500 psi chamber pressure and
  143. 50:1 expansion ratio, Isp at specified MR (mixture ratio = oxidizer mass/fuel
  144. mass) is approximately:
  145.  
  146.      hydrogen: 390 sea level, 450 in vacuum at 6.0 to 1 MR (SSME)
  147.      methane : 320 sea level, 360 in vacuum at 3.2 to 1 MR (optimum)
  148.      propane : 315 sea level, 350 in vacuum at 3.1 to 1 MR (optimum)
  149.      RP-1    : 310 sea level, 340 in vacuum at 2.7 to 1 MR (optimum)
  150.  
  151. - Note that the MR of 6.0 for hydrogen is far from that giving the optimum
  152. specific impulse.  Lowering the MR (adding more hydrogen to the mix) raises the
  153. Isp at least down to a MR of 4, but the added tankage for the hydrogen kills
  154. off the advantage of the Isp.  The Space Shuttle Main Engine MR of 6 is a
  155. compromise between tankage mass and Isp.
  156.  
  157. - The engine installation mass per booster was assumed to be identical for all
  158. engines at 9500 kg, for a predetermined vacuum thrust of 2.5 million pounds.
  159. This looks awful low to me, but I will accept it as written for the purposes of
  160. calculating total booster dry mass.
  161.  
  162. - Kelly assumes a 4.6 m diameter booster for hydrocarbons and a 6.1 m diameter
  163. booster for hydrogen.  For volumes of propellant around 600 cubic meters,
  164. tankage dry mass from his figures can be calculated to be approximately 74
  165. kg/cubic meter for hydrogen/oxygen and 81 kg/cubic meter for
  166. hydrocarbon/oxygen.
  167.  
  168. - The following information is given or can be calculated about the various
  169. boosters (at optimum MR for hydrocarbons, or at 6.0 for hydrogen).  Tank volume
  170. is from a graph, tank dry mass is from the volume times either 74 or 81 (see
  171. above), total dry mass is tank dry mass plus engine mass, and total booster
  172. mass is from a graph.
  173.  
  174. hydrogen: tank volume 1020 cubic meters, tank dry mass 75,500 kg
  175.           total dry mass 85,000 kg, total booster mass 441,000 kg
  176.  
  177. methane:  tank volume 540 cubic meters, tank dry mass 43,500 kg
  178.           total dry mass 53,000 kg, total booster mass 510,000 kg
  179.  
  180. propane:  tank volume 510 cubic meters, tank dry mass 41,500 kg
  181.           total dry mass 51,000 kg, total booster mass 514,000 kg
  182.  
  183. RP-1:     tank volume 450 cubic meters, tank dry mass 36,500 kg
  184.           total dry mass 46,000 kg, total booster mass 516,000 kg
  185.  
  186. - If the dry masses seem high relative to the mass of an ET, remember that the
  187. liquid boosters, unlike the ET:
  188.    1) are meant to withstand the strains of recovery
  189.    2) must transmit very large thrust forces throughout their length
  190.    3) must support the vehicle on the launch pad
  191.  
  192. - Clearly, when designing with a clean sheet of paper (assuming for instance
  193. that you can have any engine you want) hydrogen gives the lowest booster gross
  194. mass but the largest booster dry mass.  Roughly speaking, dry mass is
  195. proportional to cost.  The main reason that hydrogen is still being given
  196. serious consideration for liquid fueled boosters is that hydrogen fueled SSMEs
  197. are available but hydrocarbon engines would have to be developed (unless NASA
  198. were to get smart and build a slightly updated F-1).  Note that in this
  199. analysis, RP-1 gives the lowest dry mass.  However, if subcooled propane rather
  200. than normal boiling point propane had been considered, it probably would beat
  201. RP-1.
  202.  
  203.  
  204.  
  205. 2) Martin,J.A. 1983 Hydrocarbon Rocket Engines for Earth to Orbit Vehicles.
  206. Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 20, pp 249-256.
  207.  
  208. - Martin is with NASA Langley.
  209.  
  210. - I have not read this, but some of its data are quoted in Martin 1984 (see
  211. below).
  212.  
  213. - Modeling is done of a single-stage-to-orbit vehicle, varying the vehicle
  214. parameters to give a constant 13,600 kg payload to low earth orbit. [note that
  215. the paper is all in SI, as is journal policy, although since 13,600 kg equals
  216. 30,000 lbs, it looks like the original modeling was done in American units and
  217. the editor required the conversion - another good reason to start with SI !]
  218.  
  219. - A hydrocarbon engine comparison shows that for gas-generator engines, in
  220. terms of minimizing ultimate vehicle dry mass, subcooled propane easily beats
  221. RP-1 which in turn easily beats methane. Staged-combustion engines beat
  222. gas-generator engines with the same propellant, and for staged-combustion
  223. engines subcooled propane marginally beats RP-1, and both are markedly superior
  224. to methane.
  225.  
  226. - For detailed analysis a staged-combustion subcooled propane engine is
  227. assumed, coupled with an SSME with a two-position nozzle.
  228.  
  229. - Both hydrogen and propane are burned during the early part of the flight,
  230. then the vehicle stops burning propane at a point which can be optimized by the
  231. model.
  232.  
  233. - An all-hydrogen vehicle has a dry mass of 119,000 kg to deliver 13,600 kg to
  234. orbit, while adding propane engines reduces the dry mass to approximately
  235. 94,000 kg (reading from a graph) for the same payload.
  236.  
  237.  
  238.  
  239. 3) Martin, J.A. 1984 Two-Stage Earth-to-Orbit Vehicles with Dual-Fuel Orbiter
  240. Propulsion. Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 21 pp. 65-69
  241.  
  242. - Similar analysis to that in Martin 1983, but for two stage systems burning
  243. hydrogen and subcooled propane in both the lower stage and the orbiter.  Both
  244. stages are winged, and are oriented belly to belly with all engines in one
  245. plane.  Both stages burn in parallel during takeoff. The lower stage crossfeeds
  246. propellant to the upper stage while attached, and is recovered aerodynamically
  247. after staging.
  248.  
  249. - Adding propane to hydrogen is useful not only for the lower stage, but also
  250. for the upper stage.
  251.  
  252. - The total dry weight of an optimized vehicle is 82,000 kg for a 13,600 kg
  253. payload (vs. approximately 94,000 kg for the best single-stage-to-orbit vehicle
  254. in Martin 1983)
  255.  
  256.  
  257.  
  258. 4) Martin, J.A. 1986  Comparison of Methane and Propane Rockets. Journal of
  259. Spacecraft and Rockets, Vol. 23. p. 658
  260.  
  261. - A more detailed comparison of subcooled propane and normal boiling point
  262. methane coupled with hydrogen in the same single-stage-to-orbit vehicle
  263. analyzed in Martin 1983.
  264.  
  265. - Subcooled propane, with a dry vehicle mass of 94,000 kg beats methane with a
  266. dry vehicle mass of 107,000 kg.
  267.  
  268. - Reading from a graph, gross mass for the vehicle is approximately 1,100,000
  269. kg for an all-hydrogen vehicle, compared with 1,115,000 for a methane-hydrogen
  270. vehicle and 1,050,000 for a subcooled propane-hydrogen vehicle.
  271.  
  272.  
  273.  
  274. Conclusions:  Hydrocarbon boosters have a lower dry mass than hydrogen boosters
  275. (and a lower propellant cost, considering the cost of liquid hydrogen vs.
  276. hydrocarbons).  Gross vehicle mass however is generally higher, and vehicles
  277. using both hydrocarbons and hydrogen need two types of engines instead of one,
  278. and three propellant tanks instead of two.
  279.  
  280. - Bruce Dunn
  281.  
  282. ------------------------------
  283.  
  284. Date: 18 Feb 90 21:11:13 GMT
  285. From: cs.utexas.edu!swrinde!zaphod.mps.ohio-state.edu!mips!prls!philabs!briar.philips.com!rfc@tut.cis.ohio-state.edu  (Robert Casey)
  286. Subject: Soviet Shuttle News
  287.  
  288. copied from amateur radio packet:
  289.  
  290. From: kd2bd@nn2z.ampr.org (John)
  291.  
  292. The following is excerpted (without permission, but hopefully
  293. they won't mind too much) from Via Satellite magazine, 2/90 issue,
  294. page 15:
  295.  
  296. Soviet Shuttle--No Flights until 1991
  297.  
  298. The reusable Soviet space shuttle Buran, lying idle since its maiden flight
  299. a year ago, is to undertake its next mission in 1991, the Soviet Union's
  300. chief rocket designer, said yesterday.
  301.  
  302. Yuri Semyonov told Soviet television that Buran would make an unmanned
  303. flight in the first half of 1991, with a manned mission to follow a year
  304. later.  Long-range plans call for Buran to dock with the orbiting station
  305. Mir with the possibility of astronauts moving between the two to simulate
  306. a rescue operation.
  307.  
  308.  
  309. M. Baker
  310. AT&T-BL, Holmdel, NJ
  311.  
  312. (Via Satellite is published monthly by Phillips Publishing, Inc. at 7811
  313. Montrose Road, Rockville, Maryland 20850, (301) 340-2100.  Circulation is
  314. free to qualified recipients.)
  315.  
  316. 0626z, 1279 msgs, #18716 last @KD6TH-4 MailBox>
  317.  
  318. ------------------------------
  319.  
  320. Date: 20 Feb 90 01:31:20 GMT
  321. From: tahoe!chaos!jay@apple.com  (J.A. MacDonald)
  322. Subject: Re: Did SEASAT See More Than It Was Supposed To?
  323.  
  324. In article <46@newave.UUCP> john@newave.mn.org (John A. Weeks III) writes:
  325. >
  326. >    "JPL's study of options for its radar orbiter
  327. >    took as its base NASA's ocean-scanning SEASAT
  328. >    spacecraft, which in 1978 used synthetic aperture
  329. >    radar from a circular orbit so successfully
  330. >    that it showed things in the world's oceans
  331. >    that the Navy neither expected nor wanted to
  332. >    have shown."
  333. >
  334. >Does anyone know exactly what is being alluded to here?
  335.  
  336.  
  337.   From what I know about radar it has the ability to detect very subtle
  338. features on ocean surfaces. I've seen Seasat images of ocean scenes that
  339. contained a peculiar "wake" shaped (i.e. V shaped) pattern with no
  340. surface vessel at the point of the V. One possible explanation of these
  341. patterns that has been put forth is that they are the wake of a
  342. submarine in motion. When one considers the mysterious nature of the
  343. shutdown of the Seasat system (I know there was some "official" excuse
  344. released, but do you believe everything your government tells you) as
  345. well as the general power of the military in this country, this does not
  346. seem to be too far fetched an idea. Who's to say, eh? 8-)
  347.  
  348. JaM
  349.  
  350. Real BMWs have two wheels
  351. ==================================================================
  352. jay-m@unrvax.unr.edu    |  I lit out from Reno 
  353. jay@chaos.unr.edu    |  I was trailed by twenty hounds...
  354. ==================================================================
  355.  
  356. ------------------------------
  357.  
  358. End of SPACE Digest V11 #67
  359. *******************
  360.