Как первая ступень Falcon 9 не сгорает при входе в атмосферу?

Теперь, когда первая ступень Falcon 9 успешно приземлилась после запуска, я хочу знать, как первая ступень может избежать возгорания при возвращении на землю.

Похоже, что в нижней части ракеты нет теплозащитного экрана, и я предполагаю, что первая ступень будет находиться намного выше атмосферы, а это означает, что ей придется снова войти.

Я также заметил во время последнего приличного видео, что двигатели первой ступени работали парами на очень малой тяге в течение примерно 5 секунд за цикл, а затем переключались на другую пару. Скорее всего, это поможет защитить транспортное средство от выхлопных газов во время наиболее критической части входа в атмосферу.
@svrima Я совершенно уверен, что они не переключают пары двигателей ... только 3 двигателя можно перезапустить.

Ответы (2)

Теплота повторного входа сильно зависит от скорости. Вторая ступень ракеты отвечает за обеспечение большей части скорости, необходимой для выхода на орбиту, после того как первая ступень поднимает ее из плотной атмосферы.

Falcon 9 разделяет свою первую и вторую ступени на относительно низкой скорости, поэтому его вход в атмосферу начинается значительно медленнее, чем вход с орбиты — около 1650 м/с для полета на стартовую площадку в декабре 2015 года по сравнению с орбитальной скоростью. 7700 м/с. Разделение ступеней может происходить немного быстрее при их нисходящем полете, при посадке на баржу, но первая ступень по-прежнему движется намного медленнее, чем орбитальная скорость.

Тем не менее, это все еще около 5 или 6 Маха, что производит много тепла. Таким образом, ракета запускает три своих двигателя, чтобы еще больше замедлиться, прежде чем войти в более плотную часть атмосферы. Выхлопной шлейф от этого горения также заставляет атмосферное сжатие, которое создает тепло при входе в атмосферу, происходить далеко от ракеты.

Конечным результатом является то, что тепловая нагрузка достаточно мала, чтобы корпус ракеты мог ее выдержать.

На нижней стороне ракеты находится защитная оболочка, а не тяжелый абляционный теплозащитный экран. Сами раструбы двигателя несут основную тяжесть тепла при входе в атмосферу, и они, очевидно, способны справляться с очень высокими температурами.

Публиковала ли SpaceX какое-либо объяснение/данные о возвращении первой ступени?
Что вы имеете в виду конкретно? Они выдали много информации.
Мои извинения, я имею в виду проблемы, связанные с тем, чтобы не сжечь первую ступень по возвращении.
Я не видел много конкретно о тепле, нет. Об общей стратегии вот что: spacex.com/news/2015/06/24/why-and-how-landing-rockets
Они также заявили, что снижение веса теплозащитного экрана и других функций, которые потребуются для восстановления второй ступени (которая будет возвращаться с орбитальной скорости), является непомерно высокой, и они не собираются пробовать это для серии Falcon.
Подтверждено! Физик Марк Адлер заявил, что исходная первая ступень (ступени) ДЕЙСТВИТЕЛЬНО сгорела, после чего SpaceX добавила повторный запуск основных двигателей, чтобы замедлить ракету достаточно, чтобы избежать возгорания. quora.com/…
Интересно, я не слышал о какой-либо неожиданной потере первой ступени Falcon 9 при входе в атмосферу. Марк Адлер здесь завсегдатай, может прольет свет.
Аэродинамический нагрев связан с кубом скорости !
Правильно @BrianLynch! Я всегда забываю, что сила сопротивления равна квадрату скорости , а работа равна силе, умноженной на расстояние , поэтому мощность равна силе, умноженной на скорость , или скорости в кубе .
Но время нагрева уменьшается, потому что вы справляетесь с ним быстрее, поэтому общее количество тепла, с которым необходимо справиться, будет иметь более низкий показатель пропорциональности.

Вот изображение нижней части сцены перед запуском.

F9 первая ступень

Как видите, все дно покрыто белыми панелями. Я подозреваю, что эти панели являются теплозащитным экраном.

В этом пресс-релизе SpaceX о представлении Falcon 9 v1.1 упоминается теплозащитный экран. Ссылка немного косая, но я думаю, что это относится к первому этапу.

Вот та же область после удачной посадки:

после приземления

Панели теперь обуглились, но все еще целы.

Вот инфракрасное видео , которое показывает, что ракета сильно нагревается — в какой-то момент она раскаляется докрасна, и это еще до того, как запускаются двигатели для входа в атмосферу.

ВОТ ЭТО ДА! Эти фотографии дают представление о том, через что проходит дно скалы. Спасибо за дополнение!
Гоббс, возможно, вы немного преувеличиваете, говоря о том, что панели не нужны для подъема. Как вы можете видеть на этом изображении nasa.gov/sites/default/files/images/… STS также имел много теплозащиты. На тупых кормовых концах этих ракет-носителей происходит огромная рециркуляция выхлопных газов, когда они попадают в разреженную атмосферу. Также посмотрите, как обгорела задняя часть ET. upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/External_Tank.jpg Ни одна из этих изоляций не предназначалась для входа.
Интересное видео. Я не хочу оспаривать логическую цепочку относительно необходимости теплозащитного экрана. Я думаю, что в любом случае необходима более взвешенная интерпретация видео. Откуда мы знаем, что «он раскален докрасна» полностью связан с повторным входом в атмосферу, а не просто следствием того, что двигатель все еще остается горячим после воспламенения? Цветовая гамма не понятна. Я подозреваю, что он не был откалиброван для ожидаемой излучательной способности поверхности — не в последнюю очередь потому, что мы ожидаем, что она изменится в полете — он измеряет ИК-излучение, а не температуру. Мы не можем понять, означает ли белый цвет 200 градусов или 1000 градусов.
@OrganicMarble: я исходил из памяти, на выставке ESTEC Space Expo есть секция двигателей первой ступени Ariane 4, где двигатели раскрыты. Но, просматривая свои файлы, которые я вижу в летном оборудовании, этот раздел был рассмотрен.
@Puffin, на ИК-видео шкала температуры справа. Я предполагаю, что цифры - это температуры в К. Шкала меняется в разных точках видео. Я согласен с тем, что интерпретация видео является частью догадок, но это видео было результатом преднамеренной попытки получить научные данные. Я считаю маловероятным, что камера не была откалибрована, так как не было бы смысла делать все это, не зная, какие данные вы собрали.
@Hobbes Теперь я посмотрел на весы в очках получше, обычные цифры постоянно меняются, но для меня это все еще загадка. Я согласен, что это ценно, просто создатели не передали нам столько, сколько могли бы. Для меня ИК-камера может измерять только тепловую мощность. Нужно было бы откалибровать коэффициент излучения (возможно, = 1,0, хотя не очевидно, что голый металл = сажа = шлейф в этом отношении), а также поглощение для удаленной камеры. Но все это отвлекает: он "светится" после МЭКО, во время маневра по выходу из шлейфа 2-й ступени и после него.
Вы, безусловно, правы в том, что у некоторых ускорителей двигатели просто болтаются. tutorials.nti.org/wp-content/uploads/2015/04/… Но, как уже отмечалось, есть и противоположные примеры.
@Puffin на этом снимке экрана в начале этого видео указано « цветовая шкала: подсчет датчика MWIR ». Подсчетами понимается подсчет АЦП ( поищите здесь слово «счетчик») или прочитайте ответы на этот вопрос . Надежное преобразование сигнала MWIR в абсолютную температуру было бы более чем сложным.
«Обугленная чернота» — не могло ли это быть тем же скоплением сажи, которое мы видели по бокам приземляющейся сцены?
Я почти уверен, что это на самом деле не обуглилось. Обугленный означает наличие абляционного теплозащитного экрана, который нельзя использовать повторно без замены, как это должно быть в F9.
Как первая ступень Falcon 9 не сгорает при входе в атмосферу?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v