Почему SpaceX попыталась посадить ракету-носитель на баржу, а не на сушу?

Я понимаю преимущества многоразового использования ракетного ускорителя. Но я не понимаю, почему они сажают его на баржу. Я прочитал тонны статей об этом, но ни одна из них даже не намекнула на ответ. Почему приземление на баржу предпочтительнее, чем на стартовую площадку или любую другую большую плоскую поверхность, которая не движется вместе с волнами?

Земля, как правило, покрыта людьми, зданиями и юристами.
Я не разбираюсь в физике ракет или конструкции SpaceX, но я полагаю, что ракете, вероятно, потребуется много оборудования для локального позиционирования, чтобы иметь возможность приземлиться на платформу, которая должна быть расположена в точной конфигурации, например, система Autoland для самолеты. Таким образом, они, вероятно, думают, что дешевле встроить оборудование для позиционирования в подвижный корабль, чем разбирать, перемещать, пересобирать, повторно исследовать и перепрограммировать каждый раз, когда требуется стартовая/посадочная платформа. И корабль также может доставить его прямо к следующему месту запуска, что делает его более гибким.

Ответы (6)

Редактировать 25 января 2015: Geoffcc недавно предоставил ссылку на слова прямо из уст Лошади, Илон Маск. Маск говорит, что попадание полезной нагрузки для RTLS (Return To Launch Site) составляет 30% против 15% попадания полезной нагрузки при посадке на океанскую платформу. Маск также сказал, что безопасность является причиной наличия океанской посадочной платформы: «Что касается аспекта безопасности возвращения на стартовую площадку первой ступени, это часть того, почему мы хотим сначала сделать это в океане, просто чтобы убедиться. что все будет хорошо. Для любой области приземления, которая у нас будет, эллипса приземления, ошибка, с которой может столкнуться сцена, будет незаселенной областью. пару миль (чего можно достичь на мысе Канаверал и Ванденберге)».

Таким образом, кажется, безопасность, а также дельта V являются причинами посадки баржи.

Завершить редактирование.

Чтобы вернуться на стартовую площадку, разгонная ступень должна была снизить свою скорость в восточном направлении, а затем запустить ее в западном направлении. Эти дополнительные расходы на «ускорение» дельты V наносят ущерб массе полезной нагрузки, как говорили другие.

Однако информационная графика Джона Росса из сюжета NBC указывает на то, что для того, чтобы добраться до баржи, требуется дополнительный импульс:

введите описание изображения здесь

Я вообразил почти параболическую траекторию пути ракеты-носителя от стартовой площадки до баржи, но график Росса указывает на обратное ускорение, а также на вход и посадку. Мне не удалось получить фактические цифры, но экономия дельты V на этом пути не кажется такой уж большой.

Кроме того, если такая посадка на барже предлагает существенную экономию дельты V по сравнению с RTLS, то почему SpaceX все еще ведет переговоры с военно-воздушными силами об использовании SLC 13 для RTLS ?

Интересно, а насколько он точен? Может быть, это всего лишь догадка художника...
Запуск CRS-5 в январе 2015 года был тестовым. Это может объяснить необычную траекторию с частичным ускорением, что дает им возможность проверить принцип повышения, не приближая ступень к мысу. Дополнительные 15% полезной нагрузки для ускорения делают вероятным, что в будущем время от времени будут использоваться посадки на нижнюю дальность полета.
Ну и что, 30-процентное массовое попадание? Затем просто постройте ракету на 30% больше. Поскольку он многоразовый, не имеет значения, насколько он тяжелый. Расходы на топливо ничтожны. См. морские перевозки. Вокруг много кораблей, которые старше большинства из нас, читающих это. А океан — суровая среда.
@LocalFluff это нелинейный эффект, для добавления на 30% больше топлива вам нужно добавить еще на X% больше топлива, чтобы подтолкнуть его.. И еще, чтобы подтолкнуть это..
@jkavalik Falcon 9 выводит на орбиту пятую или десятую часть массы того, что делал Сатурн V. Если бы Saturn V можно было использовать повторно, было бы очень дешево использовать его для запуска кубсатов на НОО. Масса пусковой установки не является хорошим показателем стоимости запуска. Уже нет. Парадигма меняется.
@LocalFluff Я имел в виду нечто другое - из-за уравнения ракеты для увеличения эффективной полезной нагрузки на 30% вы получаете ракету гораздо большего размера, чем только 30% (если я не понимаю это неправильно, что, безусловно, возможно) - вот почему Falcon Heavy разрабатывается.
Насколько мне известно, у них есть три варианта: RTLS (самый простой, но самый дорогой), посадка на баржу с форсированием (сложнее, чем RTLS, но позволяет увеличить полезную нагрузку/выше орбиту) и посадка на баржу без форсажа. обратное сжигание (самое сложное, но позволяет использовать еще большую полезную нагрузку или более высокую орбиту). На момент написания статьи они совершили 1 успешный RTLS, 1 успешную посадку на море с форсажем, 2 успешных посадки на море без форсажа и с тех пор еще одну почти успешную посадку на море без форсажа.
@ДаанВилмер Спасибо! Очень интересно. Не могли бы вы указать, откуда вы взяли эту информацию? Если я смогу включить эту информацию в цитаты, это значительно улучшит мой ответ. Или, если бы вы предоставили эту информацию вместе с цитатами в форме ответа, я бы проголосовал за нее.
@LocalFluff, даже если вы построите ракету на 30% больше (или больше), у вас все равно будет компромисс между использованием всей ее массы +30%, чтобы вернуться или снова приземлиться на баржу и доставить на орбиту больше массы, чем меньшая ракета.

Большинство людей назвали бы опасность для населения и имущества главной причиной держаться подальше от земли. В конце концов, вы опускаете ракету на хвост пламени, как в научно-фантастическом фильме 50-х годов. Но решающим фактором является экономика физики запуска.

Вопрос "пролетов над населенными пунктами" в значительной степени решается их вариантами запуска, в настоящее время прибрежными районами. Ко времени первой ступени MECO (отключение главного двигателя) и отделения первая ступень Falcon находится значительно к северо-востоку от Канаверала, и под ней нет ничего, кроме воды.

Илон Маск пытался вернуться на стартовую площадку, но тирания ракетного уравнения делает цену, взимаемую с полезной нагрузки, неприемлемой. Даже если некоторые из ядер ракеты-носителя Falcon Heavy вернутся на берег (а это еще предстоит выяснить), они все равно планируют посадить центральную часть на баржу.

«Но экономика физики запуска является подавляющим фактором». Можете ли вы объяснить это? Вы хотите сказать, что легче приземлиться на воду, потому что там уже находится ракета?
@JustinY, первая ступень находится значительно ниже стартовой площадки и движется со значительной скоростью. Достаточно убить весь поступательный импульс; дополнительное топливо, необходимое для возвращения на стартовую площадку, будет означать гораздо меньшую доступную мощность для запуска полезной нагрузки. Гораздо дешевле предоставить посадочную площадку ближе к месту, где сцена находится над головой, когда вы начинаете запись восстановления.
«Но экономика физики запуска является подавляющим фактором». Это было мое мнение, что посадка на барже устранила затраты на ускорение. Теперь я не уверен (см. мой ответ). Если бы вы могли предоставить цитаты, подтверждающие ваше утверждение, я был бы признателен.
SpaceX все еще планирует вернуть ядро ​​​​первой ступени F9 на посадочную площадку, на самом деле, в данный момент у них две строятся.
@JerardPuckett Еще один момент заключается в том, что пытаться аэродинамически тормозить очень сложно, учитывая, что ракета на самом деле представляет собой огромную яичную скорлупу, летящую со скоростью, в несколько раз превышающей скорость звука. Аэродинамическое торможение, скорее всего, приведет к разбитым яйцам.

Теперь, когда мы увидели 4 попытки приземления, пришло время вернуться к этому вопросу. Мы видели, как использовались оба варианта (посадка на баржу и на сушу), хотя для посадки на баржу пока не удавалось.

SpaceX хочет оба варианта.

  • Они предпочитают ставить сцену на землю, если это возможно. Это может произойти только в том случае, если имеется достаточный запас для учета дополнительного топлива, необходимого для обратного горения. Falcon 9 обладает некоторой гибкостью: точка отсечки первой ступени может находиться на скорости 6000–9000 км/ч (1670–2500 м/с). Выбранная скорость зависит от миссии: миссии на высокоэнергетическую орбиту (ГСО, тяжелые полезные нагрузки) требуют более высокой ступенчатой ​​скорости.
  • В верхней части этого диапазона скоростей не хватает топлива для возвращения на стартовую площадку, поэтому второй вариант — посадить ступень на барже.

Цитирую Илон Маск :

Посадки кораблей необходимы для высокоскоростных миссий.
Посадки на корабли не нужны для гибкости или экономии затрат на топливо.
Просто физически не возможно вернуться на стартовую площадку
Если скорость на этапе отделения (выше) ~6000 км/час. С кораблем нет необходимости обнулять боковую скорость, поэтому он может двигаться со скоростью до ~ 9000 км / ч.

Они также использовали первые две приземления баржи, чтобы проверить процесс посадки и вселить уверенность в том, что они смогут точно приземлиться. Это могло быть требованием, наложенным мысом Канаверал, но я не видел никаких доказательств.
Первая посадка на землю (Falcon 9 Flight 20, Orbcomm-2) показала, что SpaceX может обеспечить запас прочности для посадки на землю: после повторного входа ступень находится на траектории к точке недалеко от побережья. Если посадка не удалась (двигатель не запустился), ступень безвредно приводнится.

В воскресенье вечером у Маска была серия твитов, в которых были приведены некоторые цифры со скоростью постановки, ограничивающей возвращение на стартовую площадку, — это было бы хорошим дополнением к вашему ответу. К сожалению, твиттер, кажется, не работает в данный момент...
Для удобства: 6000 км/ч ~ 1670 м/с; 9000 км/ч = 2500 м/с.

Поскольку этот вопрос вновь возник после запуска Jason-3 в январе 2016 года, стоит отметить эту новостную статью, в которой точно сказано, почему в данном случае была выбрана посадка на баржу .

Здесь утверждается

Кенигсманн сказал, что SpaceX выполняет посадку корабля в этой миссии, потому что она не смогла вовремя получить экологические разрешения, чтобы разрешить посадку обратно в Ванденберг. «Мы могли бы вернуться на землю», если бы не проблема с документами, сказал он. «У нас достаточно энергии для этой миссии, чтобы вернуться на землю. Это не что-то техническое».

Источник цитаты, Ганс Кенигсманн, вице-президент по обеспечению полетов в SpaceX.

Вижу, никто не упомянул самую простую причину, по которой они не приземляются: их нет .

Они отправляются к востоку от Флориды, и там нет никаких островов в Атлантике. Без серьезного изменения курса по сравнению с первой стадией, которая, как отмечают другие люди, потребует чрезмерного количества топлива, она, по сути, упадет на огромные участки пустого океана. Отсюда и баржа.

На самом деле Джерард говорит, что «1-й этап находится значительно к северо-востоку от Канаверала, и под ним нет ничего, кроме воды».

Единственная причина, по которой SpaceX садится на баржу, — это продемонстрировать сообществу безопасности полигона (и самим себе), что они могут безопасно и надежно приземлиться на первой ступени. У посадки на баржу, где ее размещает SpaceX, очень небольшое преимущество в тяге по сравнению с возвращением на стартовую площадку.

Хорошее видео, демонстрирующее устремления SpaceX в этой области, показано в этом ролике .

Кажется, это вряд ли правильно. Они неоднократно заявляли, что получают попадание полезной нагрузки, оставляя топливо для восстановления ступени. До 15-30%. Возможность приземлиться на барже, вместо того, чтобы пытаться найти остров, который будет работать только для одного наклонения орбиты, или какой-либо другой наземной базы. Таким образом, кажется, что есть большое преимущество в тяге приземления (на барже или суше) по сравнению с возвращением на стартовую площадку.
Эти 15-30% относятся к обратному полету первой ступени, а не к разнице между возвратом первой ступени на баржу и мысом.
Разница между ускорением и повторным входом в баржу не так уж отличается от сжигания, необходимого для возвращения на мыс.
Цифра 15-30% говорит о больших затратах. Ускорение до мыса для центрального ядра Falcon Heavy, которое намного выше и намного быстрее, определенно имеет большее значение.
Было бы очень важно, если бы баржа находилась в Атлантическом океане намного дальше на восток, но это не так. Это ускорение составляет 15-30%, потому что оно сводит на нет северо-восточную составляющую скорости первой ступени. Дополнительный импульс, необходимый для того, чтобы придать этапу достаточную скорость на юго-запад, чтобы добраться до мыса, по сравнению с этим невелик. Это связано с тем, что большая часть подъема на лофтинг происходит на первом этапе. (Лофтинг — отличие траектории подъема от идеального гравитационного разворота. Используется для более быстрого выхода из плотной атмосферы.)
И, видимо, не могут.
@raptortech97 - пока.
Я хотел бы увидеть некоторые цифры, подтверждающие ваш аргумент о том, что RTLS имеет лишь незначительные затраты на дополнительное топливо по сравнению с посадкой баржи.
@geoffc путь к барже, кажется, включает в себя ускорение обратного горения, которое не только убивает скорость в восточном направлении, но и увеличивает высоту и придает ей небольшую скорость в западном направлении. Смотрите мой ответ. Я даю ответу Эрика плюс 1.
@HopDavid Не согласен с тобой. Но величина этого ожога различается между RTLS и баржей, расположенной ниже. В этом ключевое разногласие, разница между ними. Я оспариваю «преимущество в пропульсивном движении очень мало». Очевидно, что разница ЕСТЬ, возможно, мы только спорим о величине «мало».
Я пытался получить номера некоторое время. См. мой вопрос space.stackexchange.com/questions/5186/… . Если бы вы могли предоставить мне номера вместе с цитатами, я был бы признателен. Насколько я вижу, большинство ответов (включая мой) являются предположениями.
Первоначальный вопрос был, почему баржа, а не земля. Если бы баржа должна была свести к минимуму требования к опоре, баржа была бы намного дальше от места запуска и позволила бы первой ступени следовать по баллистической траектории, в основном без двигателя, с некоторой коррекцией. Тем не менее, это не так — у него есть ускорение. Это потому, что в конечном итоге SpaceX хочет RTLS. Таким образом, они хотят испытать полное реверсивное обратное горение, но не могут по соображениям безопасности. Разница между этим частичным реверсивным сжиганием и полным сжиганием по сравнению со всем бюджетом опоры первой ступени невелика.
@Hobbes Я согласен, что Эрик мог бы улучшить свой ответ цитатами и цифрами. Но та же критика относится и к ответу Джерарда Пакетта. На данный момент, кажется, есть два утверждения: 1) Эта посадка баржи дает небольшую экономию dV по сравнению с RTLS. 2) Эта посадка на барже дает значительную экономию dV по сравнению с RTLS. Насколько я вижу, оба утверждения в равной степени лишены цитирования.
@HopDavid - я полностью согласен с числовыми цитатами - у меня их нет (точных данных мало). Но исходный вопрос задавался о мотивах. SpaceX приземляется на баржу, потому что они должны продемонстрировать безопасное приземление, а не для производительности. Во всей документации SpaceX по их многоразовому ускорителю есть приземление первой ступени на мысе. Например: youtube.com/watch?v=sSF81yjVbJE .
Это интересное видео полета первого этапа после сентября: youtu.be/_UFjK_CFKgA
@Erik: Я думаю, что приземление на барже будет во всех отношениях лучше, чем приземление на любую местность, которая не находится между следующим местом, где потребуется ракета, и ближайшим водным путем. Интерес к RTLS в том, чтобы разрешить пуски далеко от воды?
@geoffc Должно быть, это уже решено ....?
@SusanW Starlink — хороший контрпример. Они в основном имеют максимальный объем в обтекателе и довольно плотные, так что 15 000 кг. У них нет запаса, чтобы вернуться на стартовую площадку. Они фактически перемещают ASDS дальше вниз, потому что он очень тяжелый.
Почему SpaceX попыталась посадить ракету-носитель на баржу, а не на сушу?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v