Oggi posto un topic a riguardo della nuova gamma di vettori pesanti commerciali USA, scendendo nel dettaglio, utilizzando tutti i dati tecnici disponibili fino a questo momento e che ho raccolto con il tempo. Ovviamente inutile dire che oggi andremo a parlare di New Glenn, Vulcan e Omega. Inizio dal nuovo vettore di Bezos.
NEW GLENN
Il nuovo vettore Blue Origin è certamente un enorme passo in avanti rispetto al modesto razzo sub orbitale New Shepard. Il nuovo vettore della Blue Origin si sviluppa in 2 stadi, entrambi costruiti in alluminio, e raggiunge un altezza di 96 metri. Questo significa che il New Glenn si colloca facilmente nella categoria degli Heavy Lifter.
PRIMO STADIO E BE-4
Il primo stadio del New Glenn è alto 57.5 metri e ha un diametro di 7 metri. Alla base sulla sezione motori il diametro aumenta a 8.5 metri dato che troviamo la presenza di una “gonna” che va a proteggere i propulsori BE-4 durante il rientro dello stadio. Lo stadio internamente è diviso in 2 serbatoi. Uno contiene LOX (ossigeno liquido) e uno contiene CH4 (metano liquido).
Alla base del primo stadio troviamo 7 motori BE-4. La configurazione è un motore centrale con gli altri 6 disposti circolarmente intorno. La spinta totale al decollo è equivalente a 17100 kN o 17.1 MN. Il primo stadio è dotato di 4 pinne mobili e di 2 pinne fisse di grandi dimensioni che garantiscono maggiore portanza.
Il motore BE-4 ha un range di spinta che va dal 45% al 100% del rated power (rated power è 2.44 MN). Nonostante sia un motore che utilizza metano liquido, i valori di impulso specifico (ISP) non sono stellari per la categoria. 315s al livello del mare e 339s nel vuoto. Valori in linea con il motore RP1/LOX RD-180.
SECONDO STADIO E BE-3U
Il secondo Stadio è semplicemente mastodontico. Quando è messo a confronto con gli stadi superiori di altri vettori EELV, non sussiste paragone. Lo stadio mantiene il diametro di 7 metri e si sviluppa su una lunghezza di 23.4 metri. Più grande del terzo stadio del Saturno 5.
Il secondo stadio è dotato di un “common bulkhead”. Questa soluzione è adottata per ridurre l’altezza dello stadio e il peso complessivo. I 2 serbatoi contengono LOX e LH2 (Idrogeno Liquido). Il secondo stadio è spinto da 2 motori BE-3U.
Il motore BE-3U è un motore a ciclo aperto che brucia una miscela LOX/LH2 e sviluppa 530 kN di spinta nel vuoto. Complessivamente la spinta totale del secondo stadio è 1060 kN o 1.06 MN
ll BE-3U essendo un motore “Hydrolox” ha per natura un impulso specifico elevato. Tuttavia la grande spinta fornita il BE-3U la paga con un ISP non proprio eccezionale per la categoria. Non ci sono ancora numeri ufficiali, ma si parla di un impulso specifico di 430s. L’accuratezza di inizione del payload è nel margine di errore di 3 sigma.
PAYLOAD & PERFORMANCE
Il fairing del New Glenn è un altro punto di forza del vettore. Anche sotto questo aspetto il New Glenn è mastodontico. Il fairing è alto 21.9 metri e largo 7 metri. Il volume del Fairing supera i 458 m3 (disponibili 25 m3 opzionali che portano il totale a 483 m3). Il più vicino competitor oggi è il fairing del D4H o dell’Atlas 5. Entrambi hanno un volume di 233 m3. Inutile dire che il NG è capace di lanciare due payload in una volta sola. Oppure di rilasciare multipli satelliti di dimensioni ridotte per costellazioni satellitari.
La performance del New Glenn è equalmente impressionate. Con il recupero del primo stadio, il NG è capace di portare 45000 kg verso LEO e 13600 kg verso GTO.
PROFILO DI VOLO E COSTI
Il vettore di Blue Origin è designato per decollare dal Launch Complex 36 a Cape Canaveral. A T-2 secondi avviene l’accensione del primo stadio. Dopo 198 (200) secondi i 7 motori si spengono e a T+ 202 secondi avviene la separazione del secondo stadio. A T+205 secondi avviene l’accensione della coppia di BE-3U e dieci secondi dopo il fairing viene staccato. In una missione LEO a T+805 secondi avviene lo spegnimento del secondo stadio. In profilo GTO lo spegnimento avviene a T+824 secondi. Una seconda accensione della durata di 99 secondi è richiesta per l’inserimento in GTO. Il primo stadio dopo il distacco compie una rotazione e si mette in assetto da “retro burn”. Dopodichè rientra nell’atmosfera ed effettua un suicide burn per atterrare su una drone ship ad oltre 1000 km dalla torre di lancio.
Per quanto riguarda il costo di lancio Blue Origin non ha rilasciato dati a riguardo. Tuttavia è possibile fare stime basandoci sul suo competitor attuale. Il Falcon Heavy. Il FH lancia payload USAF al prezzo di 130 milioni di dollari in configurazione riusabile. Tuttavia il New Glenn non sarà capace di competere con il Falcon Heavy sul prezzo.
Il fairing del NG è molto più grande e costoso rispetto a quello del FH. Fattore ancora più importante è il mastodontico upper stage del NG. Fattore ulteriormente aggravato dall’uso del più complesso e costoso Hydrolox e di 2 motori a perdere LH2/LOX di grandi dimensioni. In poche parole l’hardware che un NG perde ogni lancio vale molto di più rispetto a quello che perde un razzo della famiglia Falcon. Una stima realistica sarebbe di 180 milioni di dollari al lancio. Tuttavia la possibilità di lanciare 2 satelliti di grandi dimensioni in un solo lancio compensa i costi maggiori. Un eventuale lanciatore commerciale pagherebbe quindi 90 milioni per un lancio. Un prezzo certamente competitivo. L’opzione expandable ovviamente esiste anche se non verrà mai utilizzata con ogni probabilità. Full Ex, il New Glenn supera anche la performance del FH Ex. ed è secondo solo ad SLS B1. Tuttavia le dimensioni e la complessità del primo stadio renderebbero un lancio del genere proibitivo in termini di costi. Probabilmente si parlerebbe delle cifre usate per il D4H, ovvero 350+ milioni di dollari.
Al momento il NG è nelle prime fasi di costruzione nella nuova fabbrica della Blue Origin. E’ in costruzione anche la fabbrica per i motori BE-4 e BE-3U. Tra un anno sarà pronta ad iniziare la produzione. Il primo lancio del NG è previsto nel 2021, anche se ci sono buone probabilità che slitti al Q1 2022. Contrattualmente BO deve lanciare il suo HLV prima del termine del Q2 2022.
VULCAN
Il Vulcan rappresenta il nuovo cavallo di battaglia della United Launch Alliance (ULA). Il vettore mira a rendere ULA molto più competitiva in termini di costi rispetto a ciò che la famiglia Delta e Atlas possono fare ora. Il vettore nelle sue iterazioni sostituirà la famiglia Delta e Atlas. Il vettore ha performance che lo classificano come un HLV (Heavy Launch Vehicle). L’altezza del Vulcan varia a seconda del fairing (67 metri nel 562) o della versione (Vulcan Heavy supera i 70 metri di altezza).
PRIMO STADIO & GEM63XL
Il primo stadio del Vulcan è un misto tra propellente liquido e propellente solido, cosi come avviene nella famiglia Atlas. Il primo stadio del Vulcan è alto 32.5 metri ed è largo 5.4 metri. Contiene 2 serbatoi destinati allo stoccaggio di LOX e CH4. Alla base del primo stadio troviamo 2 motori BE-4. Per ulteriori dettagli sul motore basta risalire alla sezione dedicata al primo stadio NG. Ad aiutare a spingere verso l’alto il Vulcan ci sono 6 motori solidi GEM63XL.
Questi SRB compositi bruciano HTPB e garantiscono elevata performance grazie all’incremento in ISP, spinta e leggerezza. La spinta di un singolo motore è di 2070 kN o 2.07 MN per 84 secondi. L’ISP stimato per questi motori si aggira sui 250s a SL e 275-280s nel vuoto. Il Vulcan ha varie configurazioni. Può volare anche con 0 SRB. Il vettore può avere fino a 6 SRB (0-2-4-6). Nella configurazione più potente (562) il Vulcan sprigiona 17020 kN o 17.02 MN
SECONDO STADIO (CENTAUR V) & RL-10C-1-1
Il secondo stadio è un “classico” stadio Centaur. Lo stadio superiore mantiene lo stesso diametro del primo stadio, ovvero 5.4 metri. Ovviamente lo stadio contiene serbatoi per LOX e LH2. Questo nuovo Centaur contiene 54430 kg di propellente. Alla base dello stadio troviamo 2 nuovi motori a idrogeno liquido. Si tratta degli RL-10C-1-1.
Questa nuova versione del leggendario motore per upper stage fa ampio utilizzo di parti 3D che ne abbattono fortemente il costo e la velocità di manifattura (25-35% meno costo e fino al 50% più veloce nella costruzione). Il Centaur V prende grande beneficio dall’estrema efficenza del motore RL-10. Senza ugello estensibile abbiamo un ISP di 453.8s. L’ugello estensibile non è previsto per ora, ma è in considerazione. La spinta del motore RL-10C-1-1 è di 106 kN. La spinta complessiva dello stadio è di 212 kN. Il motore RL-10 inoltre è garanzia di precisione estrema. Il motore si può riaccendere oltre 12 volte. ULA grazie all’upper stage Centaur vanta la precisione di iniezione migliore del settore. Un “plus” che certamente la United Launch Alliance mira a mantenere, specie per i lanci militari.
SECONDO STADIO (V.H. CENTAUR 5+)
Il Vulcan Heavy debutterà nel 2023, e mira a sostituire il Delta 4 Heavy, che avrà il suo ultimo volo proprio nell’anno in cui è previsto il Vulcan Heavy. L’unica differenza tra il Vulcan base e il Vulcan Heavy è lo stadio superiore. Lo stadio “Centaur +” o “Centaur long” è ulteriormente allargato e in questa versione ospita 77100 kg di propellente. Alla base dello stadio troviamo ben 4 motori RL-10C-1-1. La spinta combinata di questo stadio sarà quindi di 424 kN o 0.42 MN. Questo upper stage ha 3 volte più energia del Centaur III attualmente in uso.
PAYLOAD & PERFORMANCE
Il Vulcan si presenta con un set di 3 fairing. Il diametro di base è identico per tutti e 3 (5.4 metri), ma cambia l’altezza e quindi la volumetria. Le 3 altezze sono le seguenti:
15.5 metri, 20.4 metri e 21.3 metri. I fairing saranno prodotti in america utilizzando tecnologie composite avanzate fornite dalla RUAG. La volumetria sarà superiore a quella offerta attualmente dal D4H quando si userà il fairing più grande.Si parla di ben 317 m3. Inutile dire che ULA già prevede di effettuare lanci “double stack”.
La performance del Vulcan come avviene per l’Atlas cambia fortemente in base al numero di SRB utilizzati. Questo consente al Vulcan di avere una grande flessibilità.
Nella sua versione più potente che sarà disponibile da primavera 2021 il Vulcan avrà performance quasi identiche a quelle del Delta 4 Heavy, e nettamente superiori a quelle dell’Atlas 551. Si parla di 27400 kg verso LEO, 13300 kg verso GTO, e 6000 kg in iniezione diretta in GEO.
Il Vulcan Heavy che sarà disponibile nel 2023 sarà il razzo più potente mai prodotto da ULA, con un payload di 34900 kg verso LEO, 16300 kg verso GTO e 7200 kg in iniezione diretta in GEO.
COSTI E ALTRO
ULA mira ad avere una grande competività con questo lanciatore. Fondamentali sono 2 fattori. Costo e disponibilità. La fabbrica per la produzione dei vettori ULA è stata ampiamente modernizzata. Tanti processi adesso si avvalgono di meccanizzazione avanzata e 3D printing. Il risultato è che la capacità iniziale produttiva di ULA è di 20 Vulcan all anno. Una volta chiuse definitivamente le linee Atlas e Delta questo numero salirà ulteriormente.
Al momento come confermato recentemente dal CEO di ULA, Tory Bruno, l’hardware per il primo Vulcan è in produzione. A breve il signor Tory Bruno ha fatto sapere che pubblicherà immagini a riguardo. A ottobre 2019 un altro pezzo di hardware raggiungera la piena maturità con il test fire del GEM63XL nello Utah. Come Tory ha confermato, tutto rimane on track per Q2 2021.
Per quanto riguarda il costo di lancio Vulcan pare molto competitivo. Il CEO di ULA ha confermato un prezzo per la versione base inferiore ai 100 milioni di dollari. Molto probabilmente la vera cifra per un vulcan 502 (senza booster solidi) è di 95 milioni di dollari. La versione 562 dovrebbe venire a costare 113 milioni di dollari, in quanto ogni singolo GEM63XL vale 3 milioni di dollari. Con la capacità di fare double stack, il costo per un lancio commerciale a bordo del 562 sarebbe di 56.5 milioni. Prezzo estremamente competitivo.
Non ci sono numeri hard per il Vulcan Heavy. Ma l’allungamento dello stadio e l’aggiunta di altri 2 RL-10 porterebbero il conto totale verso i 125 milioni di dollari. ULA ha in programma anche ulteriori versioni come ACES (uno stadio superiore a lunga permanenza nello spazio, rifornibile in volo) e SMART (che permette il recupero dei motori che costituiscono la più grande frazione del costo del veivolo). Tuttavia è argomento per un altra discussione.
Vulcan verrà lanciato da SLC-3E e SLC-41. Ovvero sia da Vandenberg che da Cape Canaveral.
OMEGA
l’ultimo vettore arrivato sulla scena per la competizione EELV e probabilmente anche il più “pazzo” dei 3. OmegA è una creatura sviluppata dalla Orbital ATK sotto l’egida della Northrop Grumman. Essendo acquistata dalla Grumman, adesso la Orbital si chiama NGIS (Northrop Grumman Innovation Systems). OmegA nasce per rimettere in gioco la former O-ATK nel settore dei lanci spaziale. Come per il Vulcan ci saranno 2 versioni. Una base e una pesante. Il vettore è alto 64 metri nella versione base e oltre 80 metri nella versione Heavy con il fairing da 20 metri. OmegA si sviluppa su 3 stadi. La versione medium al lancio pesa 544,3 tonnellate.
PRIMO STADIO & CASTOR 600
Il primo stadio è completamente a propellenti solidi. Il cuore del primo stadio è il CASTOR 600. Largo 3.71 metri e alto oltre 25 metri e con un peso di 335 tonnellate, questo booster composito di nuova generazione brucia HTPB per 122 secondi, sprigionando l’incredibile potenza di 9786 kN o 9.78 MN. Il vettore è dotato di TVC.
Come per il Vulcan, si possono adottare fino a 6 booster solidi “strap on”. C’è una differenza. Questi infatti sono GEM63 XLT. La differenza? Questi booster sono dotati di TVC (Thrust Vector Control). Per il resto le statistiche sono identiche a quelle che trovate sopra nella scheda del Vulcan. Il primo stadio nella versione 562 al lancio sviluppa 22206 kN o 22.2 MN.
PRIMO STADIO HEAVY & CASTOR 1200
La differenza tra Omega base e Omega Heavy è nel primo stadio. Difatti il CASTOR 600 viene sostituito con il 4 segmenti CASTOR 1200. Quando verrà completato questo booster Next Gen sarà il motore a razzo più potente mai prodotto con una spinta di 20000 kN o 20 MN. La versione più potente (sempre 562) sviluppa al lancio 32120 kN o 32.1 MN!!!
OmegA Heavy è di gran lunga il re del “thrust”. Difatti va direttamente a competere con il Saturno 5…
SECONDO STADIO E CASTOR 300 VACUUM
Il secondo stadio in questo razzo folle non può che essere solido. Si tratta di un CASTOR 300 (Ovvero 1 segmento) con un nozzle ottimizzato per la performance nel vuoto. E qui l’HTPB da il meglio di se per quanto riguarda l’impulso specifico. Il CASTOR 300 Vac. sfiora i 305s di ISP. Un numerone per i propellenti solidi.Il propellente contenuto è di 136 tonnellate. La spinta del secondo stadio è di 3500 kN.
TERZO STADIO
Decisamente più normalità nel terzo stadio. Un adattatore aumenta il diametro da 3.71 metri a 5.25 metri. Il propellente scelto è LOX/LH2 e i motori sono come per il Vulcan sono una coppia RL-10C-5-1 (C-1-1 con modifiche per adattarsi a OmegA) . Quindi anche per OmegA si avrà elevate performance verso orbite ad alta energia come GTO e oltre. Lo stadio medium porta 31751 kg di propellente. Quello per l’heavy è allungato e porta 50000 kg di propellente.
PAYLOAD E PERFORMANCE
OmegA ha 2 fairing compositi. Entrambi con un diametro di 5.25 metri. Variano le altezze. Uno è di 15 metri e l’altro di 20 metri. Con il secondo è possibile effettuare lanci double stack. La NGIS ha lavorato anche sui fairing per proteggere il payload dalla furia sonora degli SRB del primo stadio. Per quanto riguarda la performance i numeri sono ottimi. La versione heavy risulta il più potente dei 3 (escluso un NG in versione Ex.). Ovviamente la performance varia in base ai booster aggiunti. Prendendo in considerazioni le versioni più potenti (le 562), abbiamo 10100 kg verso GTO per Omega e 17200 kg per Omega Heavy sempre verso GTO. Omega Heavy porta anche 7800 kg in GEO. OmegA base porta 4580 kg in GEO.
COSTI E ALTRO
i primi 2 lanci di Omega sono previsti nel 2021. i 2 lanci di Omega Heavy nel 2024. Quest’anno ad aprile, agosto e Ottobre ci saranno 3 milestone importanti. Rispettivamente test fire di CASTOR 600, CASTOR 300 e GEM63XL. Quindi tanto hardware sarà pronto quest’anno.
Per quanto riguarda i costi, la filosofia NGIS parla di produzione in casa di tutto il possibile. Quindi pesante verticalizzazione. La nuova generazione di booster solidi è inoltre incredibilmente meno costosa. I risparmi sono uguali al 40%.O-ATK si dice estremamente fiduciosa della competività del veicolo. Non esistono hard number per Omega, ma una stima è possibile. CASTOR 1200 costerà circa 40 milioni. Quindi una buona approssimazione per C600 e C300 sono 20 e 10 milioni di dollari rispettivamente. I GEM63XLT costeranno leggermente di più dei GEM63XL base a causa del TVC. Probabile un prezzo di 3.2 milioni. I fairing date le dimensioni costeranno 8 milioni di dollari. L’upper stage prendendo in cosiderazione i costi degli upper stage ULA sarà intorno ai 20 milioni di dollari.
Sommando il tutto abbiamo 57 milioni per Omega base 502. 76.2 milioni per il 562. OmegA heavy nella versione 562 sfiora i 100 milioni di dollari. Anche mettendo in conto dei margini di errore si tratta di cifre certamente competitive (specie poi se si considerano lanci double stack). OmegA verrà assemblato nel VAB e lancerà dal Pad39B. Al momento NGIS cerca un sito anche per Vandenberg.
COMPARAZIONE
| Veicolo | Costo | N. stadi | Propellenti | Payload in LEO | Payload in GTO | Payload in TLI |
|---|---|---|---|---|---|---|
| New Glenn | 180 milioni $ | 2 | CH4-LH2 | 45000 kg | 13600kg | 9700 kg |
| Vulcan 562 | 113 milioni $ | 2.5 | CH-4-LH2 | 27400 kg | 13300kg | 9650 kg |
| Vulcan Heavy | 125 milioni $ | 2.5 | CH-4-LH2 | 34900 kg | 16300kg | 13000 kg |
| Omega 562 | 76.2 milioni $ | 3.5 | HTPB-LH2 | 20800 kg | 10100kg | 7340 kg |
| Omega Heavy | 100 milioni $ | 3.5 | HTPB-LH2 | 36800 kg | 17200kg | 12500 kg |
fonti:
https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?topic=41146.msg1880487#msg1880487
(BO non ha pubblicato la sua user payload guide. Tuttavia da qui potete scaricarne una versione…)
(Immagini credit ULA, Blue Origin,AJR,NGIS)
