zelenyikot


Открытый космос Зеленого кота

Космос ближе, чем кажется


Previous Entry Share Next Entry
Посадка Falcon-9: взгляд специалиста
zelenyikot


Сегодняшний гость блога - инженер-ракетостроитель Павел Пушкин. По моей просьбе он прокомментировал недавнюю посадку первой ступени ракеты Falcon-9, и дал экспертную оценку состоянию вернувшейся ракеты, по опубликованным снимкам.



Павел Пушкин в прошлом заместитель руководителя проектно-исследовательского центра ФГУП "ГКНПЦ им. М.В.Хруничева". Сейчас генеральный директор ООО "КосмоКурс" - частного российского стартапа, который поставил цель создание туристической ракеты и капсулы для конкуренции за рынок космического туризма с Virgin Galactic и Blue Origin. Павел Пушкин более 10 лет занимается разработкой ракет, принимал участие в создании ракеты "Ангара", а сейчас возглавляет работы по созданию собственной суборбитальной ракеты и космического корабля.
______________________________________

Следует начать с того, что ничего неожиданного и удивительного в реактивной посадке первой ступени Falcon-9 нет. Это всё давно просчитывалось, в том числе и у нас в стране. По теме «Подъём» прорабатывалась идея создания многоразовых ракет с реактивной посадкой ракетных блоков, а в КБ «Салют» предложили революционную на тот момент идею не только реактивной посадки, но и формирование обратной петли с возвращением ракетного блока к месту старта. Так что такие проработки велись давно и у нас в стране и в США. При этом в США было разработано и испытано много полётных демонстраторов, где самым замечательным был «Дельта-Клиппер», который в воздухе выделывал практически фигуры высшего пилотажа с последующей точной реактивной посадкой. В принципе специалистам, реально занимающимися вопросами многоразовости, давно известны возможности реактивной схемы посадки и те потери массы полезного груза, к которым ведёт применение такой схемы многоразовости. Единственное, что было не известно, так это стоимость регламентно-восстановительных работ для осуществления повторных запусков с заданной надёжностью. При этом в США были ещё проблемы с тем, что, стартуя с восточного побережья, трасса пролегала над водами океана, куда сесть теоретически сложно. Но как мы видим SpaceX пошли на риски и стали пытаться посадить первую ступень на баржу, что технически сложнее посадки на сушу. Самое интересное, что при старте с космодрома «Восточный» у нас таких проблем не будет при любом азимуте пуска – везде одна суша. Если говорить про успешную посадку первой ступени Falcon-9, то тут SpaceX пошли на дополнительные затраты топлива, для возврата ступени к месту старта.

Так о чём нам говорит видео посадки первой ступени Falcon-9? Очевидно, что посадка была успешной и достаточно точной. Далее всех интересует в каком состоянии ступень приземлилась и можно ли её повторно использовать. Посмотрим фото сразу после посадки:



На фото видно, что ступень стоит ровно, потери устойчивости или искривлений оболочки баков не произошло. На первый взгляд всё очень красиво и цело, похоже на обслуживание самолёта между посадками. Правда ступень немного закоптилась. Тут следует пояснить одну интересную вещь. Эта копоть не от того, что ступень падая горела в атмосфере, а от того, что были включены двигатели для торможения при входе в атмосферу. Это торможение делается для того, чтобы снизить тепловые потоки, приходящие на ступень (скорее всего именно на стенки баков). Тепловые потоки зависят от скорости полёта примерно пропорционально скорости в кубе. Поэтому торможение на 30% даёт снижение тепловых потоков примерно в три раза. По расчётам примерно такое торможение было при спуске многоразовой ступени Falcon-9. Так вот именно при этом торможении сажа от работающих двигателей закоптила всё вокруг.



Дальше настало утро и со ступенью начали работать. Самое главное это было положить её на транспортный агрегат и отвезти в ангар для дальнейших работ. Тут было интересно что SpaceX будут делать с посадочными опорами. А они видимо приподняли ступень краном и просто отсоединили опоры. Правда это совсем не просто, так как верхний узел связи находится достаточно высоко и для его расфиксации требуется проведение высотных работ с помощью крана. Также требуется отсоединить все коммуникации, поставить заглушки. Потом подвесить опору краном и уложить её на транспортёр или на временное место обслуживания. Для того, чтобы при этом ступень не висела в воздухе, её в самом начале приподняли и переставили на технологическую конструкцию. В теории снятие опор при реальных многоразовых пусках может не происходить и даже желательно этого не делать, необходимо их просто сложить. Но учитывая, что приземлившаяся ступень тестовая и скорее всего больше никуда не полетит, то снятие опор является оправданным шагом.



На этой фотографии мы видим ступень, уложенную на транспортный агрегат без посадочных опор. В таком виде её завозили в ангар для дальнейших работ.



В ангаре мы видим, что со ступени сняли технологические люки для осмотра двигателей и коммуникаций в хвостовом отсеке. Бросается в глаза линия раздела баков с закопчённым нижним баком, потом конструкция почти белая, а потом опять сверху копоть. Это просто на нижней части бака окислителя был иней. Его скорее всего тоже закоптило сажей, но он впоследствии растаял и сажа стекла вниз или иней просто отвалился.



Видно, что сажа на двигателе осела достаточно плотно и смывать её будет достаточно сложно. В принципе специалисты по двигателям на данный момент не могут дать вразумительный ответ по поводу сажи. При проведении многократных испытаний на одном двигателе, его от сажи зачастую не чистят. Но при его поставке на ракету и для визуального осмотра всё чистят до блеска в обязательном порядке. В итоге посмотрим, что будет делать с сажей на двигателях SpaceX. Панели донного экрана в принципе съёмные и могут очищаться автономно. Как SpaceX будет производить чистку хвостового отсека не понятно, возможно потребуется снятие двигателей. При этом требуется достаточно серьёзно относиться к вопросам очистки торцевой поверхности хвостового отсека. В полёте пламя двигателя очень хорошо излучает энергию и степень черноты поверхности может иметь решающее значение для не прогара конструкции. Если посмотреть на хвостовые отсеки блоков РН «Союз», то можно увидеть блестящие поверхности с торца и даже сбоку. Это полированные листы титана на торце центрального блока и хромированные стальные листы в остальных местах. Листы устанавливаются на асбестовую подложку.





Далее мы видим состояние цилиндрической поверхности первой ступени. Видно, что покрытие ступени достаточно серьёзно пострадало от воздействия температуры, а может быть и сажи. При нагреве, применяемая на Falcon-9 эмаль начала отходить от основания, частью отлетела и пошла пузырями. Кстати, покрытие тут выступает в качестве индикатора. Видно, что был незначительный нагрев, не приведший к изменению цвета эмали на металлических конструкциях. Зато резко бросается в глаза состояние на композитном межступенчатом переходнике. В принципе в основном на нём эмаль и стала отходить. Это связано с тем, что коэффициент теплопроводности композита хуже, чем у металлов, что в свою очередь приводит к перегреву эмали. Такую эмаль необходимо восстанавливать. Возможен как мелкий ремонт, так и полная перекраска. Люди с наиболее острым зрением могут увидеть или не увидеть изменение цвета эмали в коричневатый оттенок на межступенчатом переходнике, что дополнительно может свидетельствовать о перегреве эмали. В проблему восстановления эмали можно решить радикальным путём – просто не красить ступень, что успешно применяли на РН «Протон». Правда необходимы покрытия, которые надёжно защитят конструкцию от коррозии и эрозии на длительное время в условиях постоянной эксплуатации.

В итоге SpaceX вплотную приблизились к ответу на вопрос - какие нас ждут проблемы при многоразовом использовании ракетных блоков первых ступеней ракет. На первый взгляд ступень для многоразового использования пригодна. Проблема с сажей будет решаться либо конструктивно-технологическими мерами по упрощению очистки, либо кардинально заменой керосина на метан. Дальше следует ответить на вопрос о годности двигателей для многоразового полёта. По опыту, выбранная схема двигателей позволяет обеспечить большой ресурс конструкции без падения надёжности. По словам Илона Маска они уже отрабатывали двигатель на четырёхкратный ресурс для десятикратного применения. Теоретически этого достаточно. Опять же в качестве серьёзной проблемы может возникнуть сажа в двигателе. Но раз SpaceX испытывали двигатель на более чем 40 полётных циклов, то наверно они знают, что это не проблема, либо что-то утаивают. Правда испытания зачастую отличаются от реального полёта и могут вылезти проблемы в двигателях при реальных полётах. Ресурс конструкции ступени достаточно тривиально обеспечивается конструктивными решениями и скорее всего специалисты SpaceX эти решения знают и наверно в многоразовой версии их применят или уже применяют. Многоразовость агрегатов и приборов обеспечивается методами их автоматической диагностики и заменой в случае отказа. Так что будем ждать огневых испытаний и дальнейших посадок.



Не успел я закончить обзор как появилась новая фотография многоразовой ступени Falcon-9. По имеющейся информации ступень сфотографирована при транспортировке на стартовую площадку SLC-40 для проведения прожига, который состоится 14 января. Видно, что в SpaceX не стали очищать ступень от сажи. Есть мнение, что таким образом SpaceX показывают, что это именно та приземлившаяся ступень без замены элементов. Это достаточно логичное объяснение. Но если присмотреться, то можно увидеть, что ступень немного помыли и сажа блестит на солнце. Также есть вероятность, что пытались очистить двигатели. Видно, что один из двигателей изнутри немного белее остальных. Это может служить свидетельством того, что его хотели очистить от сажи, может быть для пробы. В итоге не понятно, почему ступень в саже – специально, решили сэкономить, чистить не надо в принципе или попробовали и не получилось. Каждый думаю выберет для себя наиболее подходящую версию. А нас ждут испытания ступени на стенде, где думаю появится новый объём информации для размышлений.

В завершении следует отметить, что, не имея своего опыта и своей возвращаемой первой ступени или её аналога, мы можем только наблюдать, как обстоят дела с многоразовостью у SpaceX и Blue Origin по фотографиям и видео.

Павел Пушкин.
Страница "КосмоКурс" во Вконтакте.


promo zelenyikot december 8, 07:51 25
Buy for 800 tokens
Я не только пишу о космосе, но могу и рассказать о любимых темах для широкой или узкой аудитории. За последние два года я уже провел несколько десятков лекций во многих городах России. Часто приглашают на фестивали науки, профориентационные мероприятия для студентов, на конференции и выставки.…

а какие отличия метана от керосина при использовании в кач-ве топлива?

Метан дает меньше энергии, но не оставляет сажи.
Ну и в космосе его добыть проще чем керосин, это если мы захотим в межпланетный круиз отправиться.

Спасибо, интересно.

Всем успехов в покорении космоса.

из поста понял что автор понимает что не догнать хадов в этом направлении но кормить свою семью надо поэтому еще поразрабатываем наше...

В эти выходные Space X будет пробовать садить ступень на платформу в океане, но это ступень предыдущей версии 1.1.
Посмотрим что будет )

Повторно используемая ступень у Макса пока ровно одна --- 1.1R. Не "предыдущая" и не "следующая", другой с буковкой R нету.

Спасибо, очень интересно. Ждем результаты прожига

Но все это, все еще, столько времени занимает...

Столько времени занимает, потому что в первый раз. Отработанная технология будет в разы быстрее.

Все же возникает вопрос надежности. Высокие нагрузки и температура.

Вопрос, конечно, возникает. В своё время автомобиль требовал ремонта после каждой поездки. Поверьте, условия эксплуатации автомобиля отличаются от условий для ракеты, но они ни капли не проще, а ресурс автомобиля должен составлять годы.

Так что проблема не в вопросе. Проблема в ответе.

Хороший профессиональный разбор, спасибо.

Внутренний голос подсказывает, что более перспективным будет воздушный старт носителей типа "Буран" с автоматическим управлением.

Наиболее перспективным будет SSTO вроде SkyLon. Если, конечно, взлетит.

ещё какие молодцы. вот так и с Луной надо было - по-честному ))

Маск сделал самое главное -доказал что возвращаемая ступень возможна .
А сделать так что бы возвращаемая ступень была в более-менее надлежащем виде и более пригодна к эксплуатации - это вопрос техники .Применят более устойчивые материалы только и всего .
===============================================================================================

но на баржу Маск ступень не посадит .Это мой прогноз .Хотя я ему желаю успехов .

всем пессимистам я всегда советую скачать фотографию ПЕРВОГО транзистора и сравнить с тем, чего достигли технологии на настоящий момент.

разумным обычно оказывается достаточно )

Это на сколько же упадет себестоимость ракетных запусков?

Злые языки говорят, что процентов на 30. Поскольку стоимость ракеты там вообще составляет далеко не 100%, а возвращается пока только первая ступень.

Оптимисты говорят, что на порядок.

(Deleted comment)
все равно не понятно - зачем сажать ракету на баржу. баржа - не нужные расходы и дополнительная проблема при расчетах посадки.

При посадке на баржу не нужно дополнительное топливо для возвращения на Канаверал. Меньше топлива => больше полезной нагрузки.

(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
(Deleted comment)
у людей много лишнего свободного времени и денег,флаг им в руки

Умеют работать и жить, вот и есть свободное и время и деньги.

Ну да тут главное начать. Раньше и с одноразовыми ступенями было непонятно какой в них толк. Правда тогда такими глупыми экономическими вопросами (а прибыль где?) никто к счастью не задавался.

Это, может, у них научились такими вопросами не задаваться. А у нас проведут "тендер", блядь, выявят говно"фирму", которая пообещает сделать наиболее дёшево ( ну и распилисть бабло) - и завалят всё дело

Экономически они уже обложались хотят удержать стоимость в 4500 долларов за кг выводимого груза, такие показатели у наших союзов при не сопоставимой надежности. У протонов 2500 долл./кг. Конечно это лучше чем у спейсшатла у которого 15000 долл/кг. но все равно дорого. А ведь у нас есть уникальные "ангара" и союз-5 на метане в планах которые должны стать еще эффективней.

Экономически, Arianespace CEO: In 2014 we & SpaceX tied in commercial GTO sat orders. In 2015, we won 14 & SpaceX, 9. ILS & ULA each got 1.

Перевожу: гендир Arianespace говорит что в 14-м году они и SpaceX получили равное число заказов на вывод коммерческих спутников на ГПО, в 15-м они получили 14 заказов, SpaceX получили 9, а ILS (русские) и ULA (Boeing + Lockheed Martin) - по одному.

Павел Пушкин вроде бы много чего привел, тем более явно имеет опыт работы с ракетоносителями. Даже самое главное упомянул= надежность. Вот только у нас в цехе инженеры работали как по ракетам, так и по спутникам. И затраты на изготовление носителя, по тому, что из этого опыта узнал, на порядок меньше, чем у спутника.
А надежность, по любому, должна быть нормальной у любого изделия, что обеспечивается разными мероприятиями, в том числе- контролем, визуальным, метрическим, с помощью различной аппаратуры. И вот товарищ Павел Пушкин, высказался, что "наверно они знают, что это не проблема, либо что-то утаивают" . Если у них есть аппаратура для полной проверки надежности, флаг им в руки, но если просто "экономят", для таких в США= суд Линча.

В рф нет современных технологий, поэтому спутники дорогие, а советсские ракеты - дешевые

Новые грабли

Скорее всего проект постигнет судьба конвертопланов с вертикальным взлетом XFY-1, ZFV-1, Х-13. Если здесь сложность управления все же компенсируется электроникой, то таскать за собой запас топлива стрёмно. Не факт, что все сработает штатно. Ведь до последней секунды ракета представляет собой бомбу в отличие от нынешнего почти инертного спускаемого модуля.
Ну и многоразовость двигателей навевает сомнения. Возможно применение при высадке исследовательских роботов на безатмосферных планетах?

американцы конечно молодцы, во всех отношениях

Что за бред. Как он из космоса садится будет? Скорость надо погасить, сгорит ведь...

Просыпайтесь. Уже две ракеты сели, вернувшись из космоса.

вы доверили бы выведение дорогостоящей нагрузки или людей б/у ракете? если да, то стоимость страховки будет гораздо выше, пока (и если) не наберётся статистика удачных повторных запусков, причём не только вторых, а третьих, четвертых и т.д. т.е. удел этого, имхо, запуск дешёвых спутников или КА тех стран или компаний, которые готовы это делать без страховки, да и то при условии, что стоимость действительно будет низкой. ну или будет скрытое спонсирование этого перфоманса, как и всех деяний Маска

SES уже заявили что доверят.

И все же лучше просто удешевлять одноразовый девайс. Тем более, что очень есть насколько.

Век назад так делали с морской авиацией. Самолёт стартовал с досчатого настила, уложенного на орудийную башню, летел на разведку, потом садился рядом с кораблём на воду, лётчика доставали, самолёт тонул. При цене самолёта меньше цены одного снаряда главного калибра затея окупалась первым же сэкономленным снарядом, сэкономленным на стрельбе куда попало.

Тем не менее, сейчас не встретишь человека, летавшего на одноразовом самолёте. Хотя сами одноразовые самолёты продолжают летать в больших количествах, называясь "крылатые ракеты", они летают только там, где противнику это не нравится, он обижается и стреляет, поэтому шансы на возвращение самолёта малы. С мирным космосом, как и с мирной авиацией, этой проблемы нет.

Вот тут тоже хороший разбор полетов


Да крутая штука конечно, и ролик тоже)

так говорил русский нострадамус Фрицци

"Американцы заплатят России полмиллиарда долларов за доставку их астронавтов на МКС. Несмотря на горячее желание наложить на Россию санкции, технологическая отсталость США не позволяет им на данном этапе обойтись без русских космических кораблей (осторожно, ссылка на английском)"
2014-06-01
http://fritzmorgen.livejournal.com/691023.html

Edited at 2016-01-14 07:47 am (UTC)

(Deleted comment)
?

Log in

No account? Create an account