Интервью с Илоном Маском на Starbase. Часть 1 - инженерная философия, Raptor 2-го поколения и вагон технических подробностей⁠⁠

30 июля 2021 года Тим Додд (Everyday Astronaut) посетил Starbase и взял интервью у основателя и главного инженера компании SpaceX - Илона Маска. Вот основные тезисы из первых 50 минут более чем двухчасового интервью (остальные части выйдут позже).

Производство ⚙
Маск ещё раз подчеркнул, что производство недооценено, а разработка системы - переоценена. Разработка производственной системы в 10-100 раз сложнее, чем проектирование, это, по словам Маска, особенно верно в отношении двигателя Raptor. По мере увеличения объёмов производства, объём усилий, затрачиваемых на проектирование, выглядит таким, что его можно округлить до 0.

Elon Musk:
— Я действительно считаю, что качественный дизайн и разработка продуктов имеют решающее значение, но производство и цепочка поставок требуют на порядок больше работы.

Например, Маск заявил, что спроектировать двигатель с замкнутым циклом было довольно легко, но чрезвычайно сложная часть - это добиться "стоимости" тонны тяги менее $1000. Поскольку каждый Raptor производит 230 тонн тяги, это означает, что стоимость производства каждого двигателя должна составляет менее $230 000. Маск продолжил утверждать, что стоимость тонны полезной нагрузки, доставленной на орбиту, и стоимость тонны, доставленной на поверхность Марса, на несколько порядков выше для всех существующих ракет-носителей (чем будет у Starship). Вот почему так важно минимизировать массу ракет для запуска большей полезной нагрузки с Земли и оставлять все сложности наземной инфраструктуре.

Разработка Super Heavy 🚀
Маск отметил, что сухая масса Super Heavy должна быть менее 200 тонн, и сейчас она движется к этой цели. Двигатели имеют установочную массу - 2 тонны, метановый и кислородный баки - примерно 80 тонн, межступенчатый отсек - около 20 тонн, включая четыре решётчатых руля, каждый из которых весит примерно 3 тонны. Маск отметил, что они рассчитывают, что смогут уменьшить массу каждого руля вдвое. Далее он отметил, что в настоящее время всё слишком тяжёлое, включая авионику, рули и батареи.

Рули имеют электрический привод с использованием модифицированного двигателя Tesla Model 3. Продолжается использование деталей Tesla: аккумуляторы в настоящее время оптимизированы по энергопотреблению, а не по мощности, поскольку автомобилю требуется энергия для многих часов езды, в то время как рулям требуется всего две или три минуты работы. По этим причинам, как и многое в конструкции Starship, аккумуляторные батареи - временные, а их масса может снизиться примерно в 10 раз.

Ракета вмещает в себя 3 600 тонн топлива, из которых ~ 78% составляет жидкий кислород. Raptor работает при соотношении окислителя к топливу от 3,5 до 3,7, при котором смесь обогащённее и холоднее, чем при обычном соотношении смеси, при котором она могла бы расплавить двигатель. Остатки топлива Super Heavy (количество топлива, которое нельзя использовать без риска повреждения оборудования) составляют порядка 20 тонн, отмечает Маск, что значительно выше, чем остаточное количество топлива в Falcon 9 (1 тонна). С оптимизацией конструкции конечная сухая масса Super Heavy должна составлять от 160 до 200 тонн.

Интересно отметить, что решётчатые рули на Super Heavy не складываются, как на Falcon 9, поскольку это добавляет ещё один механизм, который требует ненужную сложность, массу и возможность отказа. Кроме того, увеличение лобового сопротивления решётчатых рулей во время подъёма, невелико, если предположить, что они не находятся под большим углом атаки.

Инженерная философия Илона Маска 💭
Маск рассказал о своём процессе разработки, который необходимо выполнить в следующем порядке:

1. Уберите из требований глупость. Многие требования определённо тупы; неважно, кто их вам дал. Он отмечает, что это особенно опасно, если кто-то очень сообразительный предъявляет требования, так как никто не осмелится подвергать их сомнению. "Все ошибаются. Независимо от того, кто вы, иногда все ошибаются", — говорит Маск. Далее он отмечает, что "все конструкции неправильны, вопрос просто в том, насколько они неправильны".

2. Постарайтесь удалить ненужные детали или процессы. Если детали не добавляются обратно в проект хотя бы в 10% случаев, значит, удаляется недостаточно деталей. Маск отметил, что есть тенденция к очень сильной предвзятости: "давайте добавим эту часть или этап процесса на случай, если он нам понадобится". Кроме того, каждая требуемая часть и процесс

должны исходить от конкретного человека, а не от отдела, так как отдел нельзя спросить, почему существует требование, а человека можно.

3. Упростите и оптимизируйте промышленный дизайн. Это третий шаг и наиболее распространенная ошибка умного инженера - оптимизировать то, чего не должно быть.

4. Увеличьте скорость работы. Маск часто любит повторять: "Вы двигаетесь слишком медленно, нужно быстрее! Но не спешите, пока сначала не поработаете над тремя предыдущими пунктами".

5. Автоматизация. Важной частью этого является удаление тестирования из процесса, после того, как проблемы были диагностированы и исправлены. Если продукт завершает производственный цикл и скорость его выхода с линии - высока, нет необходимости в производственных испытаниях.

Кроме того, Маск повторил, что, по его мнению, каждый должен быть главным инженером. Инженеры должны понимать всю систему на высоком уровне, чтобы понимать, когда они делают плохую оптимизацию рабочих процессов. Например, Маск отметил, что на уменьшение массы двигателя было потрачено на порядок больше времени, чем на уменьшение остаточного топлива, несмотря на то, что оба этих параметра одинаково важны.

Raptor 2 🦖
Маск отметил, что SpaceX уже изготовили детали для второй версии двигателя Raptor, получившей название Raptor 2, включая узел основной камеры. Команды завершили проектирование турбонасосов и в компании ожидают, что они будут готовы испытать первый Raptor 2 к концу августа.

Raptor 2 будет развивать тягу в 230 тонн при давлении в основной камере сгорания в 298 бар. Маск прокомментировал это так: "Давайте! Мы должны получить ещё больше бар из этой штуки!".

Raptor 2 отличается увеличенным выходным отверстием, что снижает удельную площадь. Это вызывает уменьшение удельного импульса примерно на 3 секунды, но значительно увеличивает тягу. Несмотря на более низкий удельным импульс, это позволит двигателям ускорителя быть более эффективными, поскольку снижает гравитационные потери. Также было заявлено, что SpaceX перенесут массовое производство Raptor в МакГрегор, но сохранят завод в Хоторне для разработки двигателей и Raptor Vac.

Система разделения и контроля ориентации 💨

Следуя озвученной инженерной философии Маска, SpaceX решили удалить механизм системы разделения из Starship. Расстыковка 1-й и 2-й ступеней будет полагаться на сохранение углового момента. Перед отключением основных двигателей на Super Heavy (MECO) с помощью карданных приводов будет осуществлено отклонение двигателей, в результате будет создаваться момент, который начнёт вращать ракету. Затем фиксаторы между Starship и Super Heavy откроются, в результате чего корабль и ступень должны разлететься относительно друг друга. Процесс аналогичен тому, как происходит развёртывание спутников Starlink. Это одновременно поможет ускорителю и в перевороте для манёвра возвращения и последующего спуска.

В дополнение к этому SpaceX решили удалить двигатели ориентации на горячем газу с Super Heavy. Чтобы заменить их, SpaceX будут использовать газ для наддува баков для ориентации ускорителя, сделав четыре клапана, разнесенные на 90° по корпусу. Выпуская газ из баков через эти клапаны, они смогут контролировать положение ускорителя во время переворота (тем более, что это всё равно пришлось бы делать для работ с ускорителем после посадки).

Программа лунной посадочной системы (HLS) 🌑

Маск выразил оптимизм в отношении того, что Starship Lunar не понадобятся малые посадочные двигатели на корпусе. Если SpaceX смогут продемонстрировать, что посадка на Луну с Raptor не создаст слишком большую дыру в лунном реголите, они могут удалить дополнительные двигатели со Starship Lunar. Хотя точная конфигурация Raptor для лунной версии Starship пока не утверждена, вполне вероятно, что он будет таким же, как и обычный Starship (т.е. с тремя атмосферными двигателями и тремя вакуумными).

Следите за актуальными новостями в сообществе SpaceX!

Источник: https://vk.com/wall-41152133_362475