Почему бы SpaceX не использовать парашюты для окончательного спуска первой ступени?

В этом есть много ключевых моментов, вероятно, ни один из них сам по себе не достаточен, чтобы отказаться от парашютного подхода (за исключением экономики, они достаточно хороши сами по себе), но вместе они составляют убедительные доводы против этого;

• Контроль спуска: Как уже упоминалось, существует значительная неопределенность наведения при использовании парашютной системы. Частично это связано с погодой в нижних слоях атмосферы, а частично с геометрией разгонной ступени и с тем, где к ней приложены силы во время спуска. Неопределенность погоды означает, что у вас будет широкий и длинный эллипс приземления, по которому можно будет вернуть ступень, а с немного неблагоприятной погодой вниз диапазон еще больше ограничивает ваши возможности запуска. Это может быть простительно для пилотируемых космических полетов НАСА (лично я не разделяю этого мнения, STS вообще вряд ли мог запуститься из-за всех наложенных на него ограничений безопасности, и такие параметры, похоже, не так сильно мешают русским запускать) . Другая проблема в том, что вы можете

• Структурная устойчивость : геометрия ступени, представляющая собой длинный цилиндр с низким центром тяжести и близким к двигателям, с оставшимся только определенным процентом топлива, означает, что парашюты будут прикладывать силу к ступени на противоположном конце во время ее спуска. ставка снижена. Это не оптимально. Раскрытие парашютов также довольно жестко с точки зрения достижимых максимальных перегрузок даже во время поэтапного раскрытия парашюта. Это может создать значительные боковые силы для ступени, если парашюты раскрываются, когда длинная ось ступени не совпадает с вектором ее скорости. Ступени ракеты не рассчитаны на то, чтобы выдерживать большую боковую силу, поэтому они могут оставаться легкими, и большинство сил, связанных с их запуском и во время ступеней, действуют вдоль их длинной оси, а не в поперечном направлении.

• Сложность и надежность системы : добавление дополнительной сложной системы пилотного, тормозного и основного парашютов увеличивает общую сложность и без того сложной системы, увеличивая вероятность того, что что-то пойдет не так. Надежность систем спуска с парашютом, их окончательный дизайн и профиль рифления также трудно установить, не пожертвовав сначала значительной частью летного оборудования. Это довольно предварительный процесс со многими неопределенностями, и если за ним не стоят долгие годы испытаний и разработок (как, например, Орион НАСА, который имеет почти 60-летнее наследие в программе Аполлон), и вы можете спроектировать свой автомобиль так, чтобы он выдерживал структурные нагрузки. , маловероятно, что вы сделаете это правильно для совершенно другой системы до того, как ваш бюджет иссякнет.

• Вес (аргументативный): Зависимость от парашютов не сэкономит много веса, если вообще будет. Это сложная система со многими компонентами, включая (но не ограничиваясь ими) обтекатель парашюта, который защитит его во время подъема, ступенчатую и гиперзвуковую части спуска, тросы для пилота, парашюта и основного парашюта, а также систему для обрезки строп при необходимости. сами навесы и множество дополнительных датчиков и исполнительных механизмов, необходимых для того, чтобы это произошло. Этап также потребует структурных усилений, чтобы обеспечить точки крепления парашюта и противостоять силам, которые они привнесут в профиль спуска. Использование парашютов также не избавляет от спуска с орбиты, раскручивания/вращения сцены и окончательной посадки, амортизирующих зажигание. Для такой системы также могут потребоваться дополнительные надувные подушки безопасности для смягчения сил, связанных с приземлением.

• Объем производства: SpaceX стремится снизить стоимость запуска в космос везде, где это возможно. Сериализация производственных процессов при сохранении их гибкости и простоты внедрения будущих улучшений (часто путем внедрения инновационных производственных технологий, таких как аддитивное производство, также известное как 3D-печать) является ключом к снижению неоперационных расходов. Так что пока они предлагают своим клиентам вариант - летать на одноразовом, более мощном оборудовании и платить больше, или летать на многоразовом, чуть менее мощном оборудовании и платить меньше - они делают это, вернее - будут делать, с точно такими же деталями как что касается производства. Между F9E и F9R есть лишь незначительные различия, большинство из которых модульные, такие как добавление решетчатых стабилизаторов и посадочных опор к той же или почти той же ступени. Использование парашютов на F9R и отсутствие парашютов на F9E противоречило бы этой доктрине и потребовало бы двух разных ступеней, одной усиленной для поддержки парашютов и одноразовой, более легкой версии, для которой этого не требуется. Таким образом, у вас будет две производственные линии вместо одной. Не экономично.

И есть некоторые другие, более тонкие моменты, которые я пропущу, чтобы сократить длину этого ответа. Но я считаю, что мы можем согласиться с тем, что выбор системы, которая уже является неотъемлемой частью сцены, был лучшим вариантом.

Есть и другой способ взглянуть на это, т. Многоразовое оборудование имеет одно неотъемлемое свойство: оно бесполезно, если не доказано, что оно все еще работает. Таким образом, если вы не сможете восстановить ступень из-за, скажем, отказа двигателя спуска, а времени на компенсацию другим из девяти двигателей Merlin 1D недостаточно, потому что они тоже не сработали вовремя, то большая часть ценности ваше оборудование, которое вы пытались восстановить, в любом случае почти бесполезно. Как именно SpaceX будет отказываться от многоразового оборудования после того, как оно будет проверено на непригодность для повторного использования, до сих пор остается загадкой, но отказ от восстановления ступени, очевидно, будет одним из способов сделать это.

Для получения дополнительной информации см. соответствующий вопрос. Каким было первоначальное видение SpaceX многоразового использования ракеты-носителя? и я бы также рекомендовал Coming Home: Reentry and Recovery from Space (бесплатная загрузка в форматах EPUB / MOBI / PDF на странице электронных книг NASA) в качестве общего справочника.

Потому что первая ступень ракеты F9 уже имеет девять ракетных двигателей.

Почему вертолет не приземляется на парашютах? Потому что у него есть двигатель и вращающиеся крылья. Он может использовать их, чтобы стартовать, летать и приземляться. То же самое и с ракетными двигателями.

Первая ступень Falcon 9 использует 3 режима работы двигателя на траектории посадки:

1. Boostback, чтобы убить его скорость вперед и вернуться в общем направлении посадочной площадки. Это замедляет этап с 5000 км/ч до 0, плюс немного скорости возврата.

2. Вход в атмосферу, чтобы снизить скорость при входе в атмосферу. Старт на высоте 45 км, этап сверхзвуковой в начале этого горения.

3. Приземление, чтобы направить ступень к посадочной площадке и сбить ее оставшуюся скорость. Примечание: если двигатель выйдет из строя на этом этапе, по текущей траектории ракета упадет в океан. Итак, о какой оставшейся скорости мы говорим?

Согласно телеконференции после приземления , звуковые удары достигли точки в 4 милях от посадочной площадки примерно в то же время, когда приземлилась ракета. Сделав несколько сокращений, это означает, что стрелы возникли за 20 секунд до приземления или во время посадочного горения (которое началось за 30 секунд до приземления ). Так что посадочный прогрев начинается со скорости 400-500 м/с.

Теперь, если вы хотите заменить только приземление на парашют, вам придется что-то делать с начальной скоростью. Парашюты, работающие на сверхзвуковых скоростях, редки: единственные, которые я знаю, были построены для Марса, а не для Земли. Таким образом, вам нужно увеличить время повторного входа, чтобы замедлить ступень примерно до 150 м/с.

Вам также понадобится самый большой парашют из когда-либо построенных , чтобы замедлить 23-тонную ступень. Этот парашют весит около 1 тонны.

Таким образом, вместо запуска ракеты с дельта-V 500 м/с вы получаете запуск ракеты с дельта-V 350 м/с (1) плюс раскрытие самого большого из когда-либо созданных парашютов, плюс еще одна ракета смягчить посадку. Это, кажется, добавляет много сложностей при малой пользе, особенно если добавить тот факт, что вам также нужно управлять этим парашютом, потому что ваш существующий рулевой механизм (ракетное сопло плюс решетчатые плавники) больше не работает, когда вы находитесь под землей. парашют.
Вы также добавили в систему больше точек отказа.

Наконец, парашюты добавляют много работы по ремонту ракеты: их нужно осматривать, тщательно упаковывать и т. д. И они усложняют посадку: скажем, ракета приземляется на баржу в океане. Ракета держится вертикально, но парашюты спускаются в воду, где быстро наполняются и начинают тянуть верхнюю часть ракеты в сторону, угрожая опрокинуть ее. Вы должны иметь быстрый и надежный способ отсоединить парашют от ракеты, не позволяя ей утонуть на дне океана. Помните, что во время посадки баржа находится без экипажа, поэтому это должно быть сделано автоматически.

1: предполагается, что скорость ракеты в конце входа в атмосферу составляет 500 м/с.

Спуск с парашютом не может быть управляемым с какой-либо точностью, если вы откроете парашют на большой высоте, ступень унесет за много миль от посадочной площадки, и у ступени не будет достаточно остаточного топлива для такого большого поперечного движения.

Я думал, что слышал, как Маск сказал, что посадка ракеты произошла по другой очень веской причине, помимо уже перечисленных:

Практика/разработка для посадки большой массы на Луну, Марс, астероиды и т. д.

Отсутствие атмосферы (или ее мало) означает, что парашюты просто не вариант, тем более, что доставляемая масса увеличивается. И масса значительно возрастет с чем-либо, кроме нынешнего множества «сенсорных дронов».

Если я не слышал этого, я все еще считаю, что это, вероятно, правда. Поставщик с проверенным решением для посадки ракет находится в ложе для космического груза следующего поколения. Как будто Маск этого не знает...

РЕДАКТИРОВАТЬ: Другими словами, это случай «повторного использования дизайна». Добейтесь, чтобы этот дизайн хорошо работал на Земле, и его можно будет использовать в других местах за пределами Земли с относительно небольшими корректировками (в основном в масштабе). - Незначительно по сравнению с полной сменой парадигмы приземления.

Если вы использовали тормозной парашют, который достаточно велик, чтобы замедлить транспортное средство, но достаточно мал, чтобы не вызывать дрейфа, вы можете сбросить его перед посадкой с помощью усилителя.

Никто не упомянул о силе столкновения горячей ракеты с водой под странным углом. Ракеты хрупкие. Вода тяжелая. Сила его струи через щели, вероятно, вырвет провода и трубки. Есть опасность короткого замыкания. Из форсунок выдувал пар. Он соленый, он грязный. Он проник бы во все части ракеты, которые не были загерметизированы. Он попал бы в камеру сгорания. Что, если вы уроните свой автомобиль в море с высоты около 15 футов? Я думаю, что это потребует большего ремонта, чем просто сушка.

Надежные парашютные системы для подъема космических кораблей существуют и успешно используются десятилетиями, поэтому все комментарии о том, что парашютные системы слишком сложны и ненадежны, не имеют особого смысла. Было бы сложнее приземлиться на платформу с парашютами, но зачем вам это нужно? Космический корабль, приземлившийся и плывущий в пределах 100 квадратных миль океана, может быть легко оснащен транспондерами GPS и обнаружен судном, оборудованным для извлечения ракет-носителей. Космический корабль «Аполлон» постоянно приземлялся в нескольких милях от спасательных кораблей, так что это вполне достижимо. Комментарии о необходимости ретро-прожига для замедления корабля перед раскрытием парашюта также не отслеживаются. Есть много способов замедлить космический корабль, возвращающийся в атмосферу, которые не требуют прожигания. Атмосферное сопротивление является свободным и более чем достаточным, чтобы замедлить такой корабль до безопасной скорости раскрытия парашюта, если корабль спроектирован правильно (опять же, технология, необходимая для этого, хорошо разработана и надежна). Приземляющиеся в океане SRB с парашютом для космического челнока были успешно повторно использованы несколько раз в ходе программы. Это было сделано. Оно работает. Причина, по которой Spacex размещает свои ракеты-носители на автоматических плавучих платформах, заключается в том, что Илон Маск считает это крутым. Вот и все. Причина, по которой Spacex размещает свои ракеты-носители на автоматических плавучих платформах, заключается в том, что Илон Маск считает это крутым. Вот и все. Причина, по которой Spacex размещает свои ракеты-носители на автоматических плавучих платформах, заключается в том, что Илон Маск считает это крутым. Вот и все.