Ein weiterer Ansatz zur Beantwortung besteht darin, die sowjetische N-1-Rakete zu betrachten, die sich tatsächlich entwickelt hat, um eine sowjetische Version der von Apollo durchgeführten Strategie des Lunar Orbit Rendezvous zu versuchen. Den Sowjets fehlte ein gut entwickelter Wasserstoffmotor, es war alles Kerlox.
Ihr Ansatz ergriff mehrere Maßnahmen, um das betroffene Raumschiff erheblich zu erleichtern, eine Version von Sojus und einen Lander namens LK, der auf einem Kerosin-Sauerstoff beruhte. " Crasher ", um den LK von der Umlaufgeschwindigkeit auf etwa einen halben Kilometer über dem Landeplatz zu senken - und was noch wichtiger ist als Höhenverlust, nahm den größten Teil der Umlaufgeschwindigkeit ab. Somit war der LK selbst im Gegensatz zum amerikanischen LM eine einstufige Stufe, im Grunde ein kleineres Analogon des LM-Aufstiegsmoduls mit zusätzlichem Kraftstoff für den endgültigen Abstieg, das Schweben und die Landung. (Es hatte auch einen kompletten Backup-Motor für den Fall, dass sein Hauptmotor ausfiel, mit dem gleichen Schub, aber ohne Drosselklappenfähigkeit, zum Abbruch oder als Backup-Aufstiegsmotor). Der LK konnte nur einen Kosmonauten für einen viel kürzeren Aufenthalt auf der Mondoberfläche bewältigen, und als er im Orbit zum Sojus zurückkehrte (und an Bord ging, um abzusteigen), musste der Kosmonaute einen Weltraumspaziergang machen - keinen Transfertunnel.
Unter Verwendung effizienterer gepumpter Kerosin-Sauerstoff-Motoren als der amerikanischen druckgespeisten Hypergole erforderte der sowjetische Ansatz den Start eines leichteren Stapels zum Mond, jedoch aufgrund des geringeren Wirkungsgrads von Kerosin im Vergleich zu Wasserstoff, der vierten Stufe würde dazu dienen, diesen Stapel zu senden, um dem Mond zu begegnen, musste im Verhältnis größer sein. Mit dem Kerosin-Sauerstoff "D" -Block als fünfter Stufe war der Versuch, die Mondmission mit einem einzigen Start durchzuführen, sehr gering, obwohl die fünfstufige Rakete den Saturn V deutlich übertraf. Um zu versuchen, es genug aufzuhellen, um die Mission zu ermöglichen, nahmen sie alle möglichen zweifelhaften Mittel zur Gewichtsreduzierung, wie das Entfernen des größten Teils der Telemetrie. Es wurde nicht erwartet, dass die früheste Version von N-1 mehr als 45 Tonnen auf eine niedrige Erdumlaufbahn bringen würde. Zwischen dem Hinzufügen von Motoren, dem Anheben der Abmessungen und diesen Hilfsmitteln zur Gewichtsreduzierung und Treibstoffmaximierung sollten in der mehrfach getesteten Lunar-Version 95 Tonnen in LEO eingebracht werden. Jeder Versuch führte zum Scheitern, und wenn es ihnen gelungen wäre, auf der vierten Stufe einen bemannten Mondstapel zu bekommen, um ihn dem Mond zu injizieren, befürchte ich, dass das Schneiden von Ecken früher oder später, wahrscheinlich früher, zu einer Katastrophe geführt hätte.
Angesichts der enormen Größe, der zahlreichen Motoren und der vielen Stufen des N-1 im Vergleich zu einer viel geringeren Tonnage bis zur niedrigen Mondumlaufbahn zeigt sich jedoch der enorme Vorteil, den die Amerikaner bei der Entwicklung der oberen Wasserstoffstufen hatten. Mit Kerosin allein wäre es möglich gewesen, höhere Wirkungsgrade als mit diesem Kraftstoffmix erreicht zu haben - die sowjetischen gepumpten Kerosinmotoren in ihrem N-1 / LK-Programm waren alle deutlich effizienter als die besten amerikanischen Kerosinmotoren, wenn auch keine kam dem gewaltigen Schub des US-F-1-Motors nahe.
Trotzdem hätten die Sowjets oder Amerikaner, die auf die Entwicklung von Wasserstoffmotoren verzichteten, mit deutlich überlegenen ISP-Kerosinmotoren eine viel größere Tonnage von Startrampen starten müssen, um vergleichbare Ergebnisse in Bezug auf a zu erzielen Mondlandung. Wenn das Ziel lediglich der Bau von Raumstationen oder dergleichen wäre, wäre der Kompromiss viel vernünftiger.
Andererseits ist ein Nachteil von Raketen, die Wasserstoff verbrennen, die Schwierigkeit, den Wasserstoff für eine lange Zeit zu speichern. Im Weltraum ist es nicht so schwierig, LOX flüssig zu halten und lange zu lagern, aber Wasserstoff kocht ab (oder die Tanks explodieren!). Centaur hat gezeigt, dass man nach mehreren Tagen genug Kraftstoff zurückhalten kann, um sich zu lohnen Der Apollo-Stack wurde möglicherweise durch ein solches Stadium mit einigen Gewichtseinsparungen auf eine niedrige Mondumlaufbahn eingebremst, aber das Design wurde in den frühen sechziger Jahren eingefroren, wobei nur druckgespeiste hypergolische Motoren nach TLI verwendet wurden, und TLI wurde nur wenige Stunden nach Erreichen eingeleitet die Parkbahn.
Der Nachteil des Abkochens von Wasserstoff ist also kein Problem, wenn man den Wasserstoff verwendet, um etwas in eine erdnahe Umlaufbahn zu bringen, oder plant, ihn ziemlich bald danach zu verwenden. Um zu argumentieren, dass Ker-lox besser wäre als die Verwendung von Wasserstoff-Oberstufen, müsste man sich die strukturellen Strafen für feste Massen, die die Wasserstoffspeicherung auferlegt, genau ansehen. Aber mit gutem Design sind diese nicht schrecklich; Schauen Sie sich den STS-Kraftstofftank an, der 36 Tonnen trocken war, aber ungefähr 750 Tonnen Sauerstoff und Wasserstoff enthielt. Oder die dritte Stufe S-IV des Saturn V (auch die zweite Stufe des Saturn 1B), die 9 Tonnen oder so trocken war, einschließlich des Motors, aber 120 oder mehr Tonnen Treibmittel enthielt - dies sind Trockengewichtsfraktionen weit unter 1 / 10, während nur wenige tatsächlich verwendete Ker-lox- oder hypergolische Stadien dramatisch niedriger waren als diese.
Ein weiterer Nachteil der Verwendung von Wasserstoff besteht darin, dass das Verhältnis von Schub zu Motorgewicht ebenfalls schlechter ist als ein ähnlicher Zustand des Kunstinvestitionen können mit weniger energetischen, aber kühleren und dichteren Treibmitteln erzielt werden. Das Shuttle SSME hatte ein gutes Schub / Gewichts-Verhältnis im Vergleich zu Kerosin oder hypergolischen Motoren der ersten Generation, aber dies wurde durch heldenhafte und teure Methoden zur Entwicklung, zum Bau und zur Wartung von Methoden mit extrem hohen Drücken und Temperaturen erreicht. Der Kompromiss zwischen Effizienz und Schub ist der Grundphysik inhärent. um einen schnelleren Auspuff zu erhalten, arbeitet man bei höheren Temperaturen; Um einen angemessenen Schub gegen den atmosphärischen Druck auf hohem Meeresspiegel zu erhalten, verwendet man hohen Druck. Eine niedrigere Energie pro Kilogramm Treibmittelmischung verbrennt kühler und tauscht einen höheren Massenstrom gegen eine geringere Leistung bei gleichem Schub aus. Wenn Schub das Ziel ist, ist es oft sinnvoll, etwas Kühleres zu verbrennen und einfachere, billigere Maschinen zu verwenden.
Fazit ist, dass das anfängliche Anheben der Startrampe, die Aufgabe einer ersten Stufe, eine Aufgabe ist, die durch massiven Schub erreicht wird, und die Vorteile der Verwendung von Wasserstoff dort am geringsten sind, während die Vorteile von weniger ehrgeizigem Kraftstoff am geringsten sind Mischungen in einfacheren, aber stärkeren Motoren sind am besten, insbesondere unter Berücksichtigung einer einfacheren Lagerung. Umgekehrt kann eine Umlaufbahn mit viel geringerem Schub bei niedrigeren Gesamtmassen der oberen Stufe und weniger Stufen erreicht werden, sobald sie vom Boden aus der unteren Atmosphäre angehoben und auf bescheidene Geschwindigkeiten angehoben wurden, die Zeit für schwächere, aber effizientere Motoren auf Wasserstoffbasis verschaffen . Somit war das Design des Saturn V eine gute Synergie. Beachten Sie, dass die erste Stufe bei weitem massiver ist als alle oberen Stufen - Saturn V hatte zwischen der dritten und zweiten Stufe einen Sprung um den Faktor 5, aber die erste Stufe war etwas zwischen dem 3- und 4-fachen der Masse des gesamten oberen Stapels , aus zwei Stufen und einem 45 Tonnen schweren Mondstapel zusammen. Um diese riesige Gesamtmasse zu bewegen, waren Motoren erforderlich, die einen enormen Schub erzeugten. Selbst wenn die große Herausforderung der Herstellung von Wasserstoffmotoren, die diesen Schub erzeugen könnten, bewältigt worden wäre, hätten die Nachteile der Speicherung großer Mengen Wasserstoff gegenüber kompakten Kerosinmengen einen großen Teil des Vorteils ausgeglichen, der durch schnellere Abgasgeschwindigkeiten mit höherem Wirkungsgrad erzielt werden könnte. Sie haben in der ersten Phase dort gespart, wo es am meisten zählte. Ein gemischter Stapel war trotz der Probleme, mehrere Arten von Treibmitteln anstelle von nur zwei zu verwalten, der überlegene Weg.