Процесс запуска Falcon 9 — восприятие скорости запуска

Я подозреваю, что, помимо отношения тяги к весу, по крайней мере частично это обусловлено особенностью космического корабля "Шаттл" и процессом его запуска.

Процесс запуска космического корабля "Шаттл" был другим, потому что при запуске у него было два разных типа двигателей. Его главные двигатели на жидком топливе (установленные на задней части самого орбитального аппарата) были запущены за несколько секунд до t = 0. В этот момент его тяга была меньше, чем его вес (и весь блок все еще был прикручен болтами к площадке!) так что он не двигался (ну, по крайней мере, не вверх). В t = 0 его твердотопливные ускорители (SRB) были зажжены, а гайки сдерживающих болтов были сорваны, и тогда он почти сразу начал двигаться, так как его тяга была очень быстро значительно превышала его вес, как только SRB начали стрелять.

Falcon 9 имеет только один тип двигателя на первой ступени, и все они загораются примерно в одно и то же время. Как только они сбрасывают газ, тяга очень быстро становится больше, чем вес стека, и ракета начинает двигаться.

Большинство ракет на самом деле больше похожи на Falcon, чем на Space Shuttle, поскольку все двигатели первой ступени одного типа и запускаются одновременно. Сочетание основных двигателей на жидком топливе и твердотопливных ускорителей на первой ступени космического корабля "Шаттл" означало, что двигатели на жидком топливе должны были быть запущены раньше, чем SRB, чтобы их можно было дросселировать и быть готовыми сбалансировать момент тангажа. SRB, как только они начнут стрелять.

Зажигая их раньше СРБ, можно также заглушить маршевые двигатели на жидком топливе и отменить пуск, если что-то пойдет не так во время их зажигания. Однако как только SRB зажгутся, ракета куда-то полетит . Если они зажгутся, а главные двигатели не будут работать должным образом, то куда-то он пойдет не туда, куда вы хотите, и вы сегодня не отправитесь в космос.

С Falcon 9 можно не беспокоиться о SRB. Если один из двигателей Merlin не запустится, они могут просто быстро отключить остальные и прервать запуск. Вероятно, сегодня вы все равно не отправитесь в космос, но, по крайней мере, у вас все еще есть ракета (и полезная нагрузка), и вы можете попробовать еще раз позже.

То, что вы видите, является следствием отношения тяги к весу при t = 0.

Если транспортное средство весит, скажем, 6,5 миллиона фунтов (пример Сатурн V) и имеет тягу 7,9 миллиона фунтов, то его тяга будет равна примерно 1,2, так что это будет довольно медленно, но каждый момент после 0 топливо иссякает. сгорает очень быстро, и стопка становится легче, но тяга остается прежней. Таким образом ускоряется. Если T/W меньше 1, в примере с ракетой оно никуда не денется.

В связанной статье о T / W показаны самолеты со значениями намного меньше 1, но это нормально, поскольку они летают за счет аэродинамической подъемной силы. (Истребители F-15/F-22 имеют T/W > 1, что означает, что они могут летать прямо вверх, без «крыльев», что они делают на авиашоу, и это довольно эпично. (Да, им нужны крылья, да это все же аэродинамический полет, но они могли разогнаться вверх только за счет тяги)).

Сгорание топлива настолько сильно влияет на T/W, что большинство транспортных средств снижают скорость, когда они достигают Max-Q в момент максимального аэродинамического давления, а затем либо снова увеличивают скорость, либо остаются на более низком уровне. Это защищает транспортное средство от ненужных нагрузок, когда они сталкиваются с низкой плотной атмосферой на высоких скоростях. Оказавшись выше этой точки, воздух достаточно разрежается, не имеет значения.

Для Falcon 9 масса при запуске (зависит от полезной нагрузки, но общие цифры в порядке) составляет около 1,2 миллиона фунтов с тягой около 1,7 миллиона фунтов. Таким образом, отношение Т/В составляет около 1,4. Таким образом, он будет взлетать быстрее, чем Saturn V.

В статье T/W говорится, что при запуске Space Shuttle имеет T/W 1,5, что довольно хорошо. Я искал лучший список, так как знаю, что есть бустеры с действительно высоким T/W, которые, кажется, прыгают с площадки.

В дополнение к соотношению тяги к весу, говоря простым языком, двигатели Falcon (Merlin) светятся намного быстрее, чем другие двигатели. У космического челнока SRB был относительно быстрым, но основным двигателям потребовалось некоторое время, чтобы раскрутиться и запуститься, а также откалиброваться. SSME начнет загораться задолго до T = 0 по двум причинам: во-первых, из-за этого времени запуска, а во-вторых, из-за безопасности, потому что после запуска твердотопливных ускорителей их нельзя будет отключить (в отличие от SSME).

Вы также можете заметить, что для запуска SRB на Shuttle тоже потребовалось некоторое время. Это связано с тем, что воспламенитель находился в верхней части SRB, и требовалось некоторое время, чтобы пламя распространилось через SRB, а затем достигло достаточно высокого давления в камере. Отчасти это связано с огромным размером SRB, многие ракетные системы, такие как Hellfire, используют SRB для ускорения, и это происходит почти мгновенно. Кажется, что они почти исчезают с точки запуска. (Опять же эти ракетные системы часто дополнительно имеют отношение Т/В более 2, а некоторые и более 10).

Есть много других ракет, которые взлетают с площадки относительно быстро, но двигатели Falcon Merlin были специально разработаны, чтобы иметь возможность быстро запускаться и останавливаться при входе в атмосферу и посадке, поэтому они кажутся особенно примечательными в том, насколько быстро они взлетают. . Есть еще одна причина, по которой это может выглядеть так: шлейф сокола не так драматичен, как у шаттлов или других больших ракет, поэтому время между запуском и стартом не так очевидно. Посмотрите на некоторые ракеты первой ступени LOx LH2, такие как Delta IV, и они также кажутся намного быстрее.