[AR] Re: Falcon Heavy use cases

  • From: "Troy Prideaux" <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Fri, 9 Feb 2018 12:00:14 +1100

Yeah, well, “Pain In The Arse” has 2 acronyms in rocketry – 1 is “PITA”, the 
other is “$$$$”


Troy

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Randall Clague
Sent: Friday, 9 February 2018 11:27 AM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Falcon Heavy use cases

 

Hydrogen is a monster PITA. If only its upper stage performance wasn't all 
that. But its upper stage performance is all that. My conclusion was that if 
you can do it, you have to do it.

 

-R

 

On Thu, Feb 8, 2018 at 3:31 PM Henry Vanderbilt <hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx 
<mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> > wrote:

GMTA!

On 2/8/2018 4:13 PM, Jonathan Goff wrote:

Henrys,

And to be clear, I wasn't saying it would make sense for SpaceX to
switch to LH2 at this point--I was just saying that back when they
decided to do Falcon Heavy, or say the first time they almost canceled
it, it might have made more sense to do a LOX/LH2 upper stage instead.
But at this point, now that they have sunk the cost, and have Falcon
Heavy flying, it wouldn't make sense to go down that road.

~Jon

On Thu, Feb 8, 2018 at 3:57 PM, Henry Vanderbilt
<hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx <mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx>  
<mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx ;<mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx> >> 
wrote:

    To be clear, I'm not trying to say there's a commercial business
    case for SpaceX to build its own LH2 upper stage for F9H.  The
    near-term likely markets, primarily LEO and GEO with occasional
    planetary probes, look to me served fine by all-kero F9H as-is.

    I can see no justification for SpaceX committing the funding and
    development-bandwidth an in-house LH2 stage would take.  (A lot of
    both, especially as they'd be starting up on LH2 largely from scratch.)

    I'm talking about the hypothetical case of a government initiative
    to expand human operations to Luna and cislunar space, and to do so
    far more quickly and affordably than a traditional NASA HSF program.

    *They* would be well-advised to look at combining F9H (as by far the
    highest-performance flight-proven lower stage available) with an
    appropriately-sized long-endurance LH2 upper stage along the lines
    of ULA ACES.  (Or, to the degree it might be
    nearer-term/lower-cost/mission-appropriate, a stretch Centaur with
    some ACES enhancements.)

    Henry V


    On 2/8/2018 3:06 PM, Troy Prideaux wrote:

        If what you're implying is true (and I'm of the perhaps naïve
        opinion it's close to it), then it's also a good reason for not
        shifting to LH for the upper stage.

        Troy.



            Just because a typical cost-plus vendor would cheerfully
            allow an upper stage
            engine's mechanical and procedural details to diverge
            radically and expensively
            from the sea-level version doesn't mean SpaceX would.  A
            difference in
            fundamental motivations: Cost-plus means higher cost equals
            *higher* profits.
            Commercial fixed-price, the opposite.  SpaceX demonstrably
            understands this.

            So I'd be seriously surprised if SpaceX allowed the vast
            majority of vac Merlin
            parts and procedures to diverge at all from the sea level
            version, for the precise
            reason you cite, cost.

            There's the vac nozzle extension, of course - but that's a
            passive radiator,
            simple formed sheet metal (relatively expensive metal, yeah)
            and I'd be amazed
            if it's involved during test-fires rather than bolted on
            after.  Simple mechanical
            testing separate from the engine should reveal any nozzle
            extension problems
            far cheaper than doing upper-stage engine tests in
            (expensive!) separate
            vacuum facilities.

            The mechanical attachment provisions for the extension on
            the cooled nozzle
            are likely the biggest single physical part difference -
            assuming they don't just
            put those on all nozzles for commonality.

            And ignition provisions may or may not be slightly different
            between sea level
            and altitude lightoff.  I'd guess, not much mechanical
            difference at all (maybe
            some software procedural?) given that they relight
            core-stage sea-level engines
            in vac for the initial braking burns.

            Bottom line, I doubt SpaceX allowed vac Merlin costs to grow
            very much.


                    Which all begs the real question, as far as I'm
                    concerned: F9H cries
                    out for a high-energy upper stage.

                    In the best of all worlds, an ACES stage scaled for
                    the F9H would
                    provide very, very interesting capabilities.


                Yes, and now that you've suggested it, I'm going to have
                to model that
                combination.  I'll let you handle the politics of a
                ULA-SpaceX joint
                venture.


            I'd be fascinated to see what you might be able to share there.
            Intuitively, it should make modest difference in F9H payload
            to LEO, with
            increasing payload mass benefit the farther/faster the mission.

            As for the politics, the obvious way to bypass that is if
            the government is the
            too-high-volume-to-ignore customer for both SpaceX and ULA.
            Or for SpaceX
            and Blue Origin - a BE-3U might actually be sized about
            right for an F9H-lofted
            upper stage.  And Blue also has current hydrogen-stage
            experience.  Not to
            mention an existing stage flying in roughly the right size
            range - maybe check
            out performance of a stripped-down BE-3U New Shepard on top
            of an F9H
            also?..

            (All this is in the context of a government program aimed at
            significant results
            in relatively few years, of course.  In a context either
            purely commercial, longer-
            term, or both, there's far less likelihood of such
            multi-vendor booster
            cooperation - all three mentioned have their own long-term
            high-performance
            integrated booster plans.)


                Also, Schilling's three rules of space launch propulsion:

                1. It is foolish to use anything but cheap, dense
                propellants in your
                Earth launch stage.   You need thrust against gravity,
                and you
                shouldn't much care about weight when it's just cheap
                rocket fuel and sheet

            metal.


                2. It is foolish to use anything but LOX/LH2 for your
                orbital
                insertion stage.  You need Isp to build delta-V, and
                every pound of "cheap"
                propellant has to be lofted halfway to orbit by an
                expensive booster.

                3. It is foolish to use different propellants on
                different stages of
                your rocket, because that makes every bit of hardware
                and every
                operational procedure a complete duplication of effort.

                Now go design a not-foolish space launch vehicle.  Elon
                has made his
                choice, and in my experience most rocket scientists are
                fairly
                stubborn about which of the three rules is "obviously"
                wrong or at
                least less important than the other two.  Rocket
                plumbers may be more
                pragmatic, of course, but I don't take Elon to be a plumber.


            Well, Delta 4 certainly illustrates Rule 1.  With
            considerable help from Aerojet
            doing a seriously piss-poor job of balancing sea-level and
            vac performance in
            the RS-68, in my view... (Their answer: Neither!)

            I tend to agree with Rule 2.  Working with LH2 isn't
            trivial, but XCOR served as
            proof it's far short of fluorinated devil-juice.

            Rule 3 is I think overstated.  I can see the advantages of
            embracing it for SpaceX
            in getting this far, in that it reduced demands on their finite
            engineering/development bandwidth to a (barely) sustainable
            level while still
            allowing them to field a (very) commercially viable initial
            low-orbit transport
            system with useful (albeit not optimal) GEO capability.

            But I think SpaceX's apparent continuing embrace of
            carved-in-stone Rule
            3 may well provide their currently-behind rivals with
            competitive windows they
            can occupy and expand.  We'll see.

            Henry V








Other related posts: