Недавние полеты Falcon 9 — «дозаправка» топливом или просто запас по сравнению с тем, что необходимо для посадки?

Упрощенная версия вариантов посадки может быть такой: если будет достаточно топлива, план состоит в том, чтобы первая ступень F9 развернулась и прошла весь путь обратно к стартовой площадке, чтобы приземлиться.

В противном случае дрон-корабль удобно размещается внизу, поэтому для приземления требуется гораздо меньше топлива.

В любом случае, заполнены ли все баки абсолютно на 100% «на всякий случай» или они заполнены только на предполагаемое необходимое количество плюс запас прочности?

Причина, по которой я спрашиваю , что на самом деле сделано , заключается в том, что я, кажется, припоминаю, что «остаточное» топливо может быть действительно полезным, поскольку тяга (трех?) двигателей при посадке намного больше, чем вес пустой 1-й ступени. даже при дросселировании.

Как обсуждалось в смежных вопросах, высокий TWR на конечном этапе захода на посадку действительно желателен (до определенного момента), поскольку он минимизирует время горения и, следовательно, потери силы тяжести.
@RussellBorogove Спасибо, вот почему я спрашиваю, что на самом деле делается , за исключением того, что в последнем вопросе я перешел на гипотетический тон. Я исправлю это сейчас и попытаюсь собрать некоторые предыдущие ответы по ссылке.
Ранние полеты Grasshopper, похоже, совершают более вертикальные движения, как и Blue Origin. Но, конечно, они не возвращаются из космоса. Я ошибаюсь, думая, что SPX когда-нибудь добьется контролируемых посадок до этого момента.

Ответы (4)

Все баки ракеты-носителя всегда заправлены на 100%. Это сильно упрощает дело, потому что ракета весит одинаково и ведет себя одинаково. Например, с «полупустыми» баками TWR при запуске будет другим. Разница в весе между полезными нагрузками составляет около 1% от взлетной массы iirc, так что это не сильно меняет дело.

Запас на всякий случай тоже важен. Недавний случай с Cygnus OA-6 был бы провалом, если бы Atlas V и Centaur не были доведены до максимума. То же самое для SpaceX CRS-1 . Возможность отключения двигателя - это именно «если с каким-то двигателем (ами) случится что-то плохое, используйте запасы топлива и горите дольше, возможно, запретив попытку посадки» .

Одна из причин, по которой баки заполнены на 100%, заключается в том, что слишком сложно пересчитывать «Max-Q» для каждого полета?
Я бы не сказал , что сильно , но и не нужно .
@uhoh: TWR, траектория, место приземления, дросселирование, крутящий момент и продолжительность маневра - почти все . Работа первой ступени достаточно сложна. Любые «настройки» могут быть применены ко второй ступени, которая не подвергается строгому входу в атмосферу и в любом случае должна адаптироваться к требованиям полезной нагрузки (целевая орбита, масса, геометрия и т. д.).
Max Q в любом случае зависит от траектории полета, поэтому я предполагаю, что он в любом случае пересчитывается в любое время.
@PearsonArtPhoto верно, тогда не очень хороший пример... извините за это
Однако я считаю, что это ухудшит эффект max q, так что вы правы в том, что это вызывает беспокойство.
@PearsonArtPhoto это произойдет раньше, поэтому в более плотной атмосфере и приведет к большему сопротивлению и силам или к большему дросселированию и, следовательно, к большим потерям гравитации?
Вот что мотивировало мой вопрос в первую очередь - мне кажется, было бы гораздо полезнее удерживать вес в ограниченном диапазоне во время входа в атмосферу, где (в большинстве случаев) вы не можете контролировать вектор тяги и полагаются на решетчатые плавники для управления, и когда ракета, так сказать, «летит назад», а цель представляет собой круг в несколько метров, где вы должны прибить все шесть степеней свободы одновременно , а не попасть на орбиту, где километр или полдюжины метров в секунду могут быть легко приспособлены.
Хорошо, если дополнительное топливо дает вам большую устойчивость к отказам двигателя, то это довольно веская причина, и, вероятно, она может стоять сама по себе в качестве причины. Я также вижу, что если бы первая ступень была заправлена ​​только на 80%, в то время как вы могли бы попытаться сделать запуск примерно одинаковым, по-разному дросселируя, это, вероятно, не так просто или целесообразно, как может показаться на первый взгляд.
@uhoh понятия не имею, есть ли официальное слово по этому поводу. Помнится, я читал некоторые обсуждения на эту тему несколько месяцев назад (когда были актуальны проблемы с уплотненным топливом), но сейчас не нашел ни одного конкретного. Я считаю, что это так, потому что от этого зависит рекламируемая способность запуска двигателя, и на самом деле нет никаких реальных недостатков (я знаю, что некоторые из них упоминались здесь, и я не нахожу их достаточно важными) - но без прослеживаемых источников это только мое мнение и Я, вероятно, должен указать это в ответе.
Может быть небольшая вариация. Иногда они могут не выбрать переохлаждение настолько абсолютно холодным, насколько это необходимо для максимально возможной плотности, но это звучит как другой вопрос. Возможно, например, что для самого холодного RP-1 существует несколько больший риск, высокая вязкость может увеличить нагрузку на насосы и потребовать более высокого давления для его перемещения с той же скоростью. О нет, это очень похоже на новый вопрос @@
Нет, баки не всегда заполнены на 100%. На Ariane 1-4 было обычным делом заполнять вторую ступень только до уровня, необходимого для миссии. На Ariane 40 и 42P первая ступень была заполнена до более низкого уровня, потому что полный бак привел бы к слишком низкой тяговооруженности. Для Falcon 9 у меня сложилось впечатление (из обсуждений на nasaspaceflight.com), что этапы также не всегда заполнены на 100%, я посмотрю, смогу ли я найти ссылку.
@Hobbes Спасибо, очень интересно! Звучит очень странно проектировать транспортное средство, которое даже не может оторваться от платформы при полном заправке, но я думаю, что для некоторых категорий полезной нагрузки имело смысл не платить за твердые ускорители вместо использования разных LV. Что касается F9, я совершенно уверен, что несколько раз читал в обсуждениях о том, что он заполняется, и это имело большой смысл, но, тем не менее, это могло быть и неправильно, поэтому, пожалуйста, поделитесь ссылкой, если вы можете ее найти.

На самом деле нет никакого смысла не заполнять баки полностью, и для этого есть все основания.

Причины заполнить полностью:

  • Упрощает процедуры
  • Начальный старт одинаков для всех пусков
  • Сохраняет максимальное ускорение более постоянным
  • Пустые баки могут вызвать выплескивание, что может быть плохо.
  • Запас топлива на случай аварийной ситуации.

Причины не делать:

  • Экономит очень небольшую сумму денег (менее 1% стоимости запуска приходится на топливо)
Если хотите, можете добавить в список "не к" то, что я упомянул комментарием выше . Если бы я пытался посадить ракеты на лодки, я бы хотел иметь более воспроизводимый вес при входе в атмосферу, пока я учился это делать, и, возможно, всегда, если бы мог. Хорошо, я знаю, я знаю, это корабль, а не лодка , мне просто понравилось, как он там звучит.
...о, и меньшие взрывы, если он упадет.
@uhoh В какой-то момент взрыв есть взрыв, и размер не имеет значения для ущерба. «Нам нужно построить новую ракету» будет правдой вне зависимости от взрыва. Кроме того, вес системы имеет гораздо меньшее значение для теории управления, чем вы могли бы подумать — в основном речь идет о динамике системы, которая не сильно меняется с весом системы (за исключением значений, близких к критическим).
@Emrakul Я уверен, что вы лучше знакомы со взрывами, чем я, поэтому, если вы скажете, что все они почти одинаковы, независимо от размера, я поверю вам на слово. Когда ракета возвращается на землю в свободном падении, разве конечная скорость, число Рейнольдса и т . д. не зависят напрямую от веса? Меня беспокоит фактическая аэродинамика ракеты, летящей назад, в основном с ребрами с сеткой для управления, пытающейся поразить круг в несколько метров со всеми шестью степенями свободы . Теория управления — это просто математика, аэродинамика здесь сложна.
@jkavalik делает хорошее замечание . Запасы скорости и наклона для успешной остановки опоры и исправления несовершенной посадки, вероятно, будут уже, если масса ракеты выше. Я думаю, что ваш список «причин не делать этого» действительно неполный, если вы не можете добавить инженерный аргумент, что ноги не заботятся о том, насколько тяжелая ракета из-за далеко не идеальной посадочной скорости и положения. Если бы я был одной из этих ног, и положение было изменено на несколько градусов, а вертикальная скорость не была бы равна нулю, я бы точно волновался!
Если у вас есть лишнее топливо, вы выполняете более медленную и контролируемую посадку, чтобы сжечь лишнее топливо, это не так уж важно.
Ой! Я понимаю, что вы имеете в виду - это имеет большой смысл. Может быть, в идее «слишком много топлива, чтобы легко приземлиться» меньше реальности, с которой я впервые столкнулся. Это не так хорошо применимо, если беспилотный корабль попадает под удар волны-убийцы именно в тот момент, когда солнечная вспышка выбивает относительный GPS, а радиолокационная дальность блокируется стаей летучих рыб, которые (пытаются) летать между F9 и корабль, а в остальное время ОК. Что ж, если у вас достаточно дополнительного топлива, вы можете прыгать вверх и вниз с несколькими перезапусками, пока летучие рыбы не исчезнут.
@uhoh, ты не прыгаешь :) ты просто начинаешь гореть выше с минимальной тягой, и пусть гравитационные потери берут свое.
@jkavalik Я использую юмор. Я предполагаю, что из-за неожиданной серии событий (волна-убийца, солнечная вспышка и летающая рыба) вам, возможно, стоит немного подождать. Однако к тому времени, когда летучие рыбы станут проблемой, вы будете очень близки. Поскольку тяга слишком сильная, вы не можете зависнуть на месте, ваш единственный выбор (если он вообще есть) для повторной попытки — снова подняться, затем выключить двигатели, затем снова начать падать, затем, когда вы приблизиться, запустить их снова и дальше, и дальше... Боинг! Боинг! Боинг!
@uhoh Я надеялся, что для этого был мой смайлик :) Я считаю, что такое прерывание и повторная попытка невозможны - увеличение полной тяги может быть в порядке (какое-то время - носового обтекателя нет, поэтому максимальная скорость ограничена), но когда двигатели выключите, ступень попытается перевернуться, сначала двигатели, и сломается (одна из причин, по которой вы не хотите ставить тепловой экран поверх теоретически многоразовой второй ступени, нет возможности безопасно перевернуться для посадки после аэродинамического торможения). Вектора тяги должно быть достаточно, чтобы сделать сцену устойчивой во время подъема с усилием, но решетчатые плавники не будут такими после этого.
@jkavalik ну, на дне тоже нет носового обтекателя, но это не мешает им лететь очень быстро, девятью соплами через всю атмосферу, что, кажется, в основном с выключенными двигателями. Я собирался спросить: «F9 коснись-иди и прерви-подход-снова - как они могли это сделать (если они должны были по какой-то причине?», но если вы не знаете ответ, вы можете сначала спросить! Можете ли вы объяснить, какой крутящий момент есть в YHO, который будет стремиться перевернуть ракету, если двигатели выключены?Может быть, в вопросе?
@uhoh сцена падает, хотя атмосфера похожа на (лужайку) дротик - решетчатые плавники для перьев, двигатели в качестве головы - она ​​поддерживается стабильной благодаря двигателям, которые движутся первыми. Попробуйте бросить дротик назад, он повернется. Для носового обтекателя - двигатели металлические, промежуточный блок без носового обтекателя представляет собой полый композитный(?) цилиндр, не рассчитанный ни на нагрев, ни на аэродинамические нагрузки внутри.
@jkavalik просто чтобы вы знали, что я все еще думаю о вашей аналогии - это действительно полезно. Я спрашивал дальше здесь .
Немного вещей - Нет POGO на сцене. У них есть ограниченное количество доступных перезапусков двигателя, потому что они должны перевозить химикаты для каждого повторного зажигания (TEA/TEB). Возможно, они могли бы поместиться на борту больше, но это не в текущей конструкции. Кроме того, полет в межступенчатом режиме сильно отличается от полета в первую очередь двигателем. Колокола двигателя сконструированы так, чтобы выдерживать полную силу тяги ракеты, они очень прочные. Interstage никогда не сталкивается с силами в том же самом царстве, поэтому сомнительно, что он достаточно перестроен, чтобы выдержать его. на аэродинамических силах CRS7 на промежуточной ступени, вероятно, разрушилась ступень 1 после взрыва ступени 2.

Нет, баки не всегда заполнены на 100%.

Для Сокола 9 :

Доля заполнения бака, особенно на второй ступени, зависит от миссии (оптимизация уравнения ракеты - добавление запаса производительности делает то, что вы изучаете в классе, очень идеализированным).

Однако криогенные резервуары обычно заполнены до отказа.

а. это ограничивает объем анализа, который должен быть выполнен
b. На баках есть датчики только пустого и полного баков
c. трудно точно определить нагрузку по напору из-за выкипания винта.

Просто проще запустить полный и добить лишнее на орбите

На Ariane 1-4 было обычным делом заполнять вторую ступень только до уровня, необходимого для миссии. Это было связано с системой наведения, решили установить отключение двигателя второй ступени на заданной скорости.

На Ariane 40 и 42P первая ступень была заполнена до более низкого уровня, потому что полный бак привел бы к слишком низкой тяговооруженности. (источник: Europäische Trägerraketen 1: Von der Diamant zur Ariane 4 – Europas steiniger Weg in den Orbit, B. Leitenberger)

Это очень полезно - спасибо! Действительно, имеет смысл подумать дважды (или 2n раз, когда n = 1, 2, 3...) при выборе доли заполнения для резервуаров 2-й ступени.

Что касается приземления, то недостатком полностью заполненных баков в миссиях с низкой производительностью является возможный ущерб, который может нанести падающая ступень.

Мы видели в нескольких неудачных попытках приземления ASDS JRTI и OCISLY повреждения, которые посадочная ступень (JRTI для CRS-5 (январь 2015 г.), CRS-6 (апрель 2015 г.) и Jason-3 (январь 2016 г.) тогда на OCISLY с СЭС-9 (март 2016 г.)) можно.

Когда Джейсон-3 приземлился, но его нога не зафиксировалась, и он медленно опрокинулся, взрыв горючего и окислителя при пробитии баков был впечатляющим. Чем больше топлива осталось, тем больше потенциальный взрыв. Однако, поскольку целью является успешная посадка, а не авария, это может не вызывать беспокойства.

Другим возможным недостатком было бы, если бы осталось так много топлива, что ноги не смогли бы выдержать вес.
@jkavalik это хороший момент! Если только ракета не приземлится идеально вертикально, первая нога, которая попадет в цель, должна быть в состоянии выдержать достаточную силу, чтобы она могла передать момент, чтобы наклонить ее обратно в вертикальное положение. Это не тривиально простая проблема, на самом деле это большая инженерная проблема, над которой стоит подумать. Хороший вопрос и ответы здесь :)
@jkavalik это хороший момент! Если только ракета не приземлится идеально вертикально, первая нога, которая попадет в цель, должна быть в состоянии выдержать достаточную силу, чтобы она могла передать момент, чтобы наклонить ее обратно в вертикальное положение. Полная динамика приземления — это не тривиально простая проблема, на самом деле это большая инженерная проблема, над которой нужно подумать. Хороший вопрос и ответы здесь, хотя все ответы (включая мой), похоже, касаются механического переломного момента, предполагающего нерушимые ноги, а не того факта, что ноги имеют собственные механические пределы.
Недавние полеты Falcon 9 — «дозаправка» топливом или просто запас по сравнению с тем, что необходимо для посадки?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v