Моделирование захвата ракеты SpaceX вызывает больше вопросов о концепции. Teslarati⁠⁠

Эрик Ральф, опубликовано 21 января 2022 г.

Первоисточник:

Генеральный директор Илон Маск опубликовал первую официальную визуализацию того, как SpaceX предполагает «ловить» Super Heavy в реальной жизни. Однако симуляция, которой он поделился, вызывает не меньше вопросов, чем ответов.

ссылка на твит

По крайней мере, с конца 2020 года генеральный директор SpaceX Илон Маск выдвигал идею «ловли» Starship и Super Heavy при возвращении на землю в качестве альтернативы тому, как остальные ракеты весом в несколько десятков тонн приземляются на простой бетон на свои опоры. Это будет серьезным отходом от очень успешного семейства Falcon от SpaceX, которые приземляются на развертываемых опоры сложной конструкции, которые можно убирать после мягкой посадки. Очень гибкие и легкие конструкции в основном были надежными и легко подходили для повторного использования, но у ракет-носителей Falcon иногда бывают грубые приземления, которые могут израсходовать одноразовые амортизаторы или даже повредить опоры и затруднить фиксацию ускорителей на посадочной платформе.

Ракеты-носители Falcon должны быть чрезвычайно легкими, чтобы обеспечить достаточный запас полезной нагрузки, и, вероятно, весить около 25-30 тонн без груза и 450 тонн с полным топливом — отличное соотношение массы для многоразовой ракеты. Хотя продолжать эту практику строгой массовой оптимизации со Starship по-прежнему необходимо, но полностью многоразовая транспортная система — совсем другая история. Как только будут реализованы планы по расширению баков разгонного блока Starship и добавлено еще три Raptor, вполне возможно, что корабль Starship сможет выводить более 200 тонн (~ 440 000 фунтов) полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту (НОО) с кораблем и ускоренное возвращение и подготовку к следующему полету.

Ссылка на твит

Можно подумать, что SpaceX, обладающая потенциально самой мощной ракетой из когда-либо построенных, может воспользоваться этой беспрецедентной грузоподъемностью, чтобы сделать саму ракету — которая также, вероятно, будет одной из самых сложных ракет-носителей, — более простой и надежной. Вообще говоря, это потребует пожертвовать некоторыми возможностями полезной нагрузки и добавить системы, которые будут тяжелее, но проще и надежнее. После того, как Starship будет регулярно летать на орбиту и обеспечит большой опыт полетов и данных, SpaceX может затем быть в состоянии модернизировать ракету, постепенно уменьшая массу и повышение полезной нагрузки на орбиту за счет оптимизации или полностью заменяя неоптимальных систем и конструкций.

Вместо этого SpaceX, похоже, пытается существенно оптимизировать Starship, прежде чем он предпримет попытку единственного орбитального запуска. Самым ярким примером является план Илона Маска поймать — Super Heavyа, а возможно, и Starship — с единственной целью, по его собственным словам, «[убрать] массу посадочных ног [и обеспечить] немедленный повторный полет [гигантской ракеты]». Маск, руководители SpaceX или оба, кажется, пытаются усовершенствовать ракету, которая никогда еще не летала. К сожалению, основываясь на симуляции «ловли» Super Heavy, которой Маск поделился 20 января, все эти странно рассчитанные усилия могут в конечном итоге привести к решению, которое на самом деле хуже, чем то, что он пытается заменить.

Ссылка на твит

Основываясь на смоделированной телеметрии, показанной на визуализации, спуск Super Heavy в зону приземления кажется значительно более плавным, чем «самоубийственную посадку», который SpaceX обычно использует на Falcon. Резко замедляя скорость снижения и делая время посадки как можно короче, Falcon экономит значительное количество топлива во время возвращения - дополнительное топливо, которое, если бы это потребовалось в противном случае, эффективно увеличило бы эффективную сухую массу Falcon и уменьшило бы его полезную нагрузку на орбите. В «улове» Super Heavy, показанном SpaceX, ракета-носитель действительно приземляется — просто на невероятно маленькие «рычаги», а не на бетонную площадку на земле.

Помимо небольшого бокового движения, «рычаги» кажутся неподвижными во время «захвата», что делает процесс более похожим на привычное приземление. Кроме того, Super Heavy замедляется довольно медленно на протяжении всей симуляции и, кажется, зависает в течение почти 10 секунд ближе к концу. Этот медленный, осторожный спуск и даже более медленное приземление могут быть необходимы из-за того, насколько невероятно точным должен быть Super Heavy, чтобы приземлиться на пару точек подвески с точностью в несколько дюймов с небольшим запасом на ошибку и, возможно, несколько квадратных футов полезной площади поверхности. Задача немного похожа на то, как если бы SpaceX по какой-то причине заставила ракеты-носители Falcon приземлиться на два приподнятых уступа шириной примерно с автомобильные шины. Помимо требования точного управления вращением, даже малейшее последующее отклонение может привести к тому, что ракета-носитель свалится с опор и — в случае Super Heavy — упадет примерно на сто футов на бетон, где, очевидно, взорвется.

Ссылка на твит

Этот медленный спуск и окончательное зависание означают, что показанная посадка Super Heavy, вероятно, будет стоить значительно больше дельты V (топлива), чем самоубийственное торможение в стиле Falcon. У топлива есть масса, поэтому Super Heavy, вероятно, потребуется сжечь как минимум на 5-10 тонн больше, чтобы аккуратно приземлиться на «руки», которые активно не адаптируются к положению и скорости ракеты-носителя. По иронии судьбы, SpaceX, вероятно, могла бы довольно легко добавить базовые фиксированные ноги — убрав большинство плохих аспектов ног Falcon — к Super Heavy с бюджетом массы в 10 тонн. Но даже если бы SpaceX сделала эти опоры настолько простыми, тупыми и надежными, насколько это возможно физически, и в итоге они весили бы 20 тонн, присущая физике ракетной техники означает, что добавление 20 тонн к вероятной 200-тонной сухой массе Super Heavy только уменьшит полезной нагрузки ракеты на орбиту примерно на 3-5 тонн или 1-3%.

Кроме того, в соответствии с аргументом Маска о том, что приземление на «руки» увеличит скорость повторного использования, трудно понять, как приземление Super Heavy или Starship в том же коридоре — но на землю, а не на «руки» — на самом деле что-то изменит. Если Super Heavy достаточно точен, чтобы приземлиться примерно на квадратный метр неподвижных «рук», он по своей сути должен быть достаточно точен, чтобы приземлиться в гораздо большей ширине этих «рук». Единственный _процесс приземления на оружие, очевидно, устранит повторное присоединение оружия к приземлившемуся ускорителю или кораблю, что невозможно представить, что сэкономит больше нескольких минут или, может быть, часа работы. Рекорд SpaceX по времени оборота ракеты-носителя Falcon в настоящее время составляет 27 дней, поэтому трудно представить, почему SpaceX будет беспокоиться о сокращении минут или нескольких часов на оборот и повторном использовании ракеты, которая даже не провела полное статическое огневое испытание, не говоря уже о попытках. запуск, вход или посадка орбитального класса.

Проще говоря, в то время как опоры стартовой башни Starbase, несомненно, будут полезны для быстрого подъема и штабелирования Super Heavy и Starship, все более и более вероятно, что использование этих опор в качестве посадочной платформы будет в лучшем случае худшей альтернативой базовому стилю посадки Falcon. Что еще более важно, даже если все работает идеально, «руки» на самом деле взаимодействуют с ускорителями, чтобы поймать их, и для Super Heavy есть возможность избежать зависания и использовать более эффективное «самоубийственное торможение», в лучшем случае результат будет незначительно более быстрым повторным использованием и, возможно, 5% увеличение полезной нагрузки на орбиту. Только время покажет, стоит ли такое радикальное изменение таких незначительных выгод.

Первоисточник: