Каковы последствия вертикальной и горизонтальной интеграции для SpaceX?

Одна из проблем, с которыми сталкиваются ВВС при использовании SpaceX в качестве поставщика услуг по запуску, заключается в том, что их полезные нагрузки рассчитаны на вертикальную интеграцию. То есть ракета-носитель стоит на площадке вертикально, а поверх нее крепится полезная нагрузка.

Falcon 9 и Falcon Heavy интегрированы в ангар горизонтально, то есть лежат на боку.

Каковы последствия изменения этого подхода?

Полезная нагрузка интегрирована в адаптер полезной нагрузки вертикально. Затем эта сборка поворачивается в горизонтальное положение для остальной части интеграции.
Предполагается, что Ariane 6 также будет использовать горизонтальную интеграцию.

Ответы (3)

Основная проблема подхода SpaceX к горизонтальной интеграции заключается в том, что полезная нагрузка должна иметь возможность вращаться.

Горизонтальное сопряжение

Основными затратами на горизонтальную интеграцию являются переходное оборудование - по сути, поворотный стол длиной собранной ракеты. Сама ракета не предназначена для перевозки самой горизонтальной нагрузки, но имеет минимальную дополнительную конструкцию, обеспечивающую вращение и использование горизонтальной опоры. Так как ракету в любом случае нужно транспортировать в этой ориентации, это не является серьезной проблемой затрат, и вращение должно произойти в какой-то момент.

Преимущества горизонтальной интеграции, особенно для крепления полезной нагрузки, заключаются в том, что чистая среда поддерживается у пола, и можно использовать перемещение материалов, полностью не основанное на кране. Это снижает структурные накладные расходы и риск для персонала. Падение с 3-метровой высоты сильно отличается от падения с 50-метровой. Это означает, что упавшие инструменты, падающий персонал и другие случайные несчастные случаи имеют гораздо меньший риск. Точно так же у крана гораздо больше потенциальных точек отказа, чем у модифицированного вилочного погрузчика. (SpaceX действительно использует краны для некоторых видов деятельности; они не используют весь потенциал, потому что некоторые виды деятельности легче выполнять с помощью крана.)

Недостатки, однако, заключаются в том, что полезная нагрузка должна сохранять свою целостность как в положении стыковки, так и в положении запуска, а также во всех точках между ними. В основном это риски для датчиков, антенн и солнечных батарей; большинство из них могут быть спроектированы для перехода с небольшими затратами по массе, а в случае датчиков - с добавлением крышек во время процесса сопряжения.

Вертикальное сопряжение

Преимущества вертикальной интеграции заключаются в том, что полезная нагрузка может быть немного уменьшена по массе и немного уменьшена по сложности, но за счет работы на высоте более 50 метров над землей и необходимости поднимать все с помощью кранов или специальных лифтов. Кроме того, рабочая среда создает высокоскоростной удар с падающими инструментами, а на высоте возникает дополнительная структурная масса для чистой рабочей зоны.

Движение к подушке.

Горизонтальное сопряжение также допускает горизонтальное движение — SpaceX может перемещать собранную ракету горизонтально и устанавливать ее на площадку, а не перемещать ее в вертикальном положении. Горизонтальная передача более стабильна и проще в управлении.

Некоторые примечания

Стоит отметить, что ракеты, как правило, не заправляются топливом до тех пор, пока не будет установлена ​​полезная нагрузка. Это верно для многих ракет, не только для дракона. SpaceX отмечает , что они заправляют автомобиль только в день репетиции и запуска в мокром виде и сливают топливо между ними; это уже на площадке вертикально.

Обратите внимание, что капсула дракона загружается в вертикальном положении; Теоретически это можно было сделать после стыковки, но для этого потребовалось бы установить аэродинамическую оболочку на место.Загрузка дракона

Dragon C2 был прикреплен к стволу вертикально перед горизонтальной интеграцией с ракетой - носителем Falcon 9. Собранная миссия находится в низком ангаре. Этот ангар является более дешевой конструкцией из-за меньшей нагрузки на элементы, чем вертикальный. Кроме того, обратите внимание, что конструкция достаточно широка для тяжелого Falcon 9 — она примерно в 5 раз больше ширины собранного Falcon 9, а ширина Falcon 9 Heavy примерно в 3,4 раза больше.

Дополнительное примечание: пилотируемая капсула Dragon 2 предназначена для посадки пассажиров в вертикальном режиме на площадку. Загрузить его раньше было бы сложно, учитывая посадочные места. Интерьер Dragon 2 http://www.spacex.com/sites/spacex/files/v2_seats.jpg

Я предполагаю, что что-то выкатывается, опуская ракету-носитель вертикально вниз по шахте, чтобы можно было выполнить вертикальную интеграцию на уровне земли?
Даже в бункере все может пройти долгий путь и вызвать проблемы: en.m.wikipedia.org/wiki/1980_Damascus_Titan_missile_explosion

При вертикальной интеграции сила полезной нагрузки поглощается в том же направлении, что и сила запуска, поэтому вам нужно только сделать ракету достаточно прочной, чтобы удерживать полезную нагрузку в вертикальном направлении.
При горизонтальной интеграции ракета должна быть сконструирована таким образом, чтобы выдерживать изгибающую нагрузку полезной нагрузки, когда ракета находится в горизонтальном положении. Обычно это означает более тяжелую конструкцию. Ракеты строятся как можно легче. Некоторые ракеты могут выдерживать собственный вес только тогда, когда баки с горючим/окислителем находятся под давлением.

Вертикальная интеграция в сборочное здание также означает, что вам необходимо вертикально транспортировать штабель на стартовую площадку. Это выполнимо в мягком климате с большим количеством предупреждений о плохой погоде (мыс Канаверал). На Байконуре, например, так часто бывают сильные ветры, что транспортировка штабеля в вертикальном положении невозможна.

Источник: "Н-1 для Луны и Марса, справочник по советскому супербустеру"

Вы правы, мой ответ был больше об общих последствиях вертикальной и горизонтальной интеграции, чем о случае SpaceX.
Изгибающие нагрузки должны быть небольшой проблемой для ракеты без топлива, около 10 % стартового веса.

Одна вещь, о которой я подумал, это необходимость в корпусе на площадке.

Шаттл использовал RSS (Rotating Service System), чудовищную штуку, которая покрывала весь грузовой отсек, а на площадке обеспечивала контроль окружающей среды. Как вы можете себе представить, недешевая конструкция, которая должна была выдержать довольно близкую к 7 миллионам фунтов тягу, когда шаттл взлетел.

Ariane 5 и Delta имеют структуру, похожую на перевернутую букву U, которая перекатывается сверху, и имеют двери, закрывающие автомобиль.

Таким образом, строительство одного из них (который на самом деле SpaceX уничтожил на LC40 в CCAFS, когда они его захватили) обойдется дорого.

У «Союза» во Французской Гвиане также есть мобильная вышка обслуживания, см. большую конструкцию справа на основном изображении: russianspaceweb.com/koourou_els_design.html
Вот хорошее видео работы корабля "Союз" во Французской Гвиане: youtube.com/watch?v=CLhNOa6GBeo
ITYM - ротационная структура обслуживания. Мобильная система обслуживания — это роботизированная рука МКС.