The Weight of Minimum Cost Orbital Ferry Vehicles

Abstract

The Weight of Minimum Cost Orbital Ferry Vehicles. Using the general procedure, with continuous weight minimizing by the aid of stress calculations, and earlier described by the S.I.S. project study team, the influence of the burnout load factor and the number of steps on the minimum launching weight has been calculated for a tandem multi-step, constant mass flow orbital ferry vehicle with chemical liquid propellants. A trajectory launching angle of 50 degrees and an inner orbit height of 70 km are postulated and the more economic alternative of no-step recovery accepted. Quite new points of view on the values of the optimum structural factors have been obtained. The optimum burnout load factors are low, being slightly less than 4 and 6 for 4 and 3 steps, respectively. The S.I.S. recommends its procedure as the only one known, that combines all important relevant relationships to give a realistic answer in the project stage to the questions about the choice of variables associated with optimum design in terms of energy, weight and cost.

Zusammenfassung

Das Gewicht billigster Kreisbahn-Lastraketen. Für eine Lastrakete, die für die Fahrt auf einer Kreisbahn rings um die Erde gebaut ist, mit chemischen, flüssigen Treibstoffen mit konstanter Förderung und mit mehreren Stufen hintereinander arbeitend, hat die S.I.S.-Studiengruppe für Projektierung den Einfluß des Brennschlußlastfaktors und der Stufenzahl auf das kleinste Startgewicht berechnet. Die Berechnung wurde nach der allgemeinen Methode, die früher beschrieben worden ist, durchgeführt, wobei man das Gewicht mittels Festigkeitsberechnungen fortlaufend auf ein Minimum bringt. Ein Startwinkel von 50 Grad und eine innere Kreisbahnhöhe von 70 km sind dabei vorausgesetzt. Es wird das Prinzip, die Stufen aus ökonomischen Ursachen verloren zu geben, verwendet. Ganz neue Gesichtspunkte bei den Werten der optimalen Zellenfaktoren wurden gewonnen. Die optimalen Brennschlußlastfaktoren sind klein, ein wenig kleiner als 4 und 6 für 4 bzw. 3 Stufen. Die S.I.S. empfiehlt ihre Methode als die einzige bekannte, die alle wichtigen und zugehörigen Zusammenhänge so kombiniert, daß in dem Stadium des Entwurfs eine realistische Lösung des Problems der Wahl derjenigen bestimmenden Faktoren erhalten werden kann, die mit optimaler Konstruktion hinsichtlich Energie, Gewicht und Kosten verknüpft sind.

Résumé

Le poids d’engins orbitaux de transport de coût minimum. Une analyse de l’influence du facteur de charge en fin de combustion et du nombre d’étages en série sur le poids minimum au lancement d’un véhicule de transport orbital à propulsion chimique et débit constant. La recherche du poids minimum utilise un processus de réduction continu, basé sur le calcul des tensions de structure, tel que décrit antérieurement par l’équipe d’étude des projets de la Société Interplanétaire Suédoise. La trajectoire envisagée comporte un angle de lancement de 50° et une hauteur orbitale de 70 km. Il est admis comme plus avantageux du point de vue économique que les étages ne soient pas récupérés. Les facteurs de structure optimums apparaissent sous un jour nouveau. Les facteurs de charge en fin de combustion sont faibles; ils sont légèrement inférieurs à 4 et 6 pour 4 et 3 étages respectivement. La S.I.S. recommande son procédé de calcul comme le seul connu qui fasse intervenir toutes les relations importantes pour une réponse réaliste, dans le stade avant-projet, au problème du choix des variables intervenant dans une conception optimale du point de vue énergie, poids et coût.