Почему запуски ракет так чувствительны к погоде?

Молния и ветер являются основными погодными факторами, препятствующими запуску ракеты.

Система управления ракетой должна компенсировать множество немоделируемых или трудно моделируемых факторов. Например, неопределенность в массовых характеристиках, характеристиках двигателя, механической центровке, погрешности инерциальных измерительных блоков (IMU), гироскопов, GPS и т. д. Если какая-либо из этих погрешностей станет слишком большой, система больше не сможет ее компенсировать, система стать неуправляемым, и миссия будет потеряна.

Ветер, что неудивительно, является одним из таких неопределенных факторов, и особенно сдвиги ветра , которые представляют собой быстрые изменения направления ветра в зависимости от местоположения, с которыми системам управления трудно справиться, поскольку они могут очень быстро создавать огромные аэродинамические нагрузки на транспортное средство.

Молния опасна совсем по другим причинам. Ракеты полны чувствительной электроники, хорошо привлекают молнии (даже если они не заземлены) и уязвимы для прямого удара молнии. Даже что-то столь обычно безобидное, как перезагрузка или временный сбой, который потенциально может быть допущен в спутнике, будет иметь катастрофические последствия для ракеты, находящейся в полете с двигателем. Самолеты избегают грозовых бурь по той же причине, хотя у них есть больше возможностей для включения защиты от молний в свои конструкции.

По этим причинам (и, в меньшей степени, по другим причинам, таким как пример с экстремальной температурой, приведенный в другом ответе), запуски ракет часто откладываются для идеальных условий. Нет смысла рисковать ракетой и полезным грузом стоимостью в сотни миллионов долларов в течение недели.

Напротив, ракеты, которые должны быть запущены в любой момент (например, межконтинентальные баллистические ракеты и БРПЛ ), разрабатываются с совершенно другими требованиями. Здесь принимается удар по производительности, связанный с устойчивостью конструкции к погодным условиям, потому что оружие не очень полезно, если вам нужно ждать, пока пройдет шторм, прежде чем из него можно будет выстрелить.

В основном это просто невезение.

На самом деле есть только одно относительно распространенное погодное условие, при котором вы не хотите запускать ракету, и это гроза. Конечно, сильный ветер также может быть проблематичным. И само собой разумеется, что вы не хотите запускать во время урагана или торнадо.

Ракеты вполне способны запускаться прямо в грозу, как и гражданский авиалайнер, но с этим есть небольшая проблема. Ракеты сделаны из металла, а их выхлоп частично ионизирован, поэтому во время старта весь шлейф ракеты+выхлоп похож на гигантский токопроводящий провод, привязывающий ракету к земле. Если ракета летит в грозу, то она привлечет удары молнии. Ракеты можно сделать так, чтобы они выдерживали такие удары, и большая часть тока течет по обшивке транспортного средства (как и в случае с авиалайнером), но это добавляет много трудностей. На самом деле это произошло во время запуска «Аполлона-12».

Как и во всех изначально опасных действиях, основной принцип, как правило, заключается в том, чтобы «сложить шансы в свою пользу», поэтому, если вы можете избежать запуска гиперзвуковой ракеты, начиненной буквально килотоннами взрывчатого топлива, в сценарий, где почти наверняка произойдет удар молнии то вы делаете так.

Так почему же погода вызывает так много задержек запуска? Ну, это в основном просто проблема для США. По соображениям орбитальной динамики наиболее выгодно запускать в восточном направлении из более низких широт. В континентальной части США самые низкие широты находятся во Флориде, которая удобно расположена на побережье, обращенном ко всему Атлантическому океану на восток, так что именно отсюда происходит основная часть космических запусков Америки.

По совпадению, Южная Флорида также имеет самый высокий уровень грозовой активности во всех США. В районе мыса Канаверал обычно бывает гроза один раз в пять дней в году (всего 70 или более раз в год).

Таким образом, высокий риск гроз прямо на вершине центра космических запусков в США приводит к большому количеству скраба, связанного с погодой.

В космодроме в Вирджинии ситуация немного лучше, чем в Южной Флориде, но высокая частота ненастной погоды все равно создает неудачную комбинацию.

Почему запуски ракет так чувствительны к погоде?

Это может иметь значение между выходом из строя уплотнительного кольца или нет.

В катастрофе Челленджера ..

Разрушение корабля началось после выхода из строя уплотнительного кольца правого твердотопливного ракетного ускорителя (СРБ) при старте. Отказ уплотнительного кольца вызвал разрыв в соединении SRB, которое оно загерметизировало, что позволило горячему газу под давлением из твердотопливного двигателя выйти наружу и столкнуться с соседним крепежным оборудованием SRB и внешним топливным баком. Это привело к отделению кормовой навески правого SRB и выходу из строя внешнего бака. Аэродинамические силы разорвали орбитальный аппарат.

Отчасти это было связано с низкой температурой погоды .

Считалось, что это произошло в результате обдува соединения переохлажденным воздухом из вентиляционного отверстия резервуара с жидким кислородом. Это было намного ниже, чем температура воздуха, и намного ниже расчетных характеристик уплотнительных колец. ..

Температура в день запуска была намного ниже, чем в случае с предыдущими запусками: ниже точки замерзания от 28 до 29 ° F (от -2,2 до -1,7 ° C); ранее самый холодный запуск был при температуре 53 ° F (12 ° C).Хотя ледовая команда работала всю ночь, удаляя лед, инженеры Rockwell все еще выражали беспокойство. Инженеры Rockwell, наблюдавшие за площадкой из своей штаб-квартиры в Дауни, штат Калифорния, пришли в ужас, увидев количество льда. Они опасались, что во время запуска лед может оторваться и удариться о плиты теплозащиты шаттла, возможно, из-за аспирации, вызванной струей выхлопных газов SRB. Рокко Петроне, глава отдела космических перевозок Rockwell, и его коллеги рассматривали эту ситуацию как препятствие для запуска и сказали менеджерам Rockwell на мысе, что Rockwell не может поддержать запуск. Однако менеджеры Rockwell на мысе выразили свои опасения таким образом, что руководитель миссии из Хьюстона Арнольд Олдрич продолжил запуск. Олдрич решил отложить запуск шаттла на час, чтобы у ледовой команды было время провести еще одну инспекцию. После той последней проверки, во время которой лед, казалось, таял,Наконец, Challenger получил разрешение на запуск в 11:38 по восточному поясному времени.

Самолетам необходимо уменьшить вес и обойтись минимальной прочностью, с которой они могут обеспечить высокий уровень безопасности для машин, которые могут преодолевать тысячи километров в пути со скоростью в сотни километров в час.

Космические корабли работают быстрее и выше и должны быть еще ближе к пределам технологии материалов. По мере развития высоких технологий растут риски и хрупкость (среди прочего, к погодным условиям) автомобиля. При этом снижается погрешность и безопасность.