+7 (495) 720-06-54
Пн-пт: с 9:00 до 21:00, сб-вс: 10:00-18:00
Мы принимаем он-лайн заказы 24 часа*
 

Головной обтекатель ракеты: Почему обтекатели для ракет такие дорогие? / Хабр

0

Почему обтекатели для ракет такие дорогие? / Хабр

Эта статья сделана по мотивам и просьбам следующего комментария:

Охота за обтекателями

На данный момент цена обтекателей для ракет около 5-7 миллионов долларов. Многие задаются вопросом: А почему так дорого? Ведь это просто кусок металла для защиты. Это не совсем так, это не просто кусок металла, хотя и сделана эта конструкция для защиты полезной нагрузки.

Начнем с малого. Каждый килограмм обтекателей уменьшает вес полезной нагрузки. Поэтому используются легкие композиты с усилением конструкции легкими сплавами, обычно это сплавы алюминия. Конструкция напоминает собой соты (isogrid). Вес обтекателя Falcon 9 с диаметром 5.2 метра около 1.9 тонны.

К выбору материала также подходят с особой тщательностью, ведь обтекатель должен защищать от набегающего потока воздуха, от EMI излучения, от перепадов температуры, от прочих вибраций и механических воздействий на ПН. Например Falcon Heavy проходит звуковой барьер примерно на высоте 10 км, и потом разгоняется до 7-8 махов (2-3км/с). На данных высотах воздух все ещё достаточно плотный и происходит сильный разогрев обтекателя с быстрым охлаждением в верхних слоях атмосферы. Колебания температуры могут быть от 100С до -100С в коротком промежутке времени (около минуты). Поэтому материал должен быть устойчивым к быстрым перепадам температуры.

На примере головного обтекателя ракеты рассмотрим воздействие на него аэродинамического нагрева. На рисунке показано изменение конвективного теплового потока в носовой части обтекателя, возникающего при торможении газового потока вблизи обтекаемой поверхности.

Этот тепловой поток вызывает нагрев поверхности головного обтекателя (ГО). Распределение температуры по поверхности ГО показано на следующем рисунке

Как видно из рисунка, температура носовой части ГО превышает допустимую рабочую величину для алюминиевых сплавов. Поэтому на наружную поверхность носовой части ГО наносят ТЗП из асбопластика или стеклопластика на фенольном связующем:

Картина распределения температур по конструкции ГО, имеющего ТЗП носовой части представлена на рисунке:

Из рисунка видно, что и в обшивке и в продольном силовом наборе (стрингерах) рабочая температура в течение полета находится в допустимых пределах. Однако для КА, находящегося внутри ГО, тепловой поток от конструкции обтекателя может быть недопустимым, в следствие чего необходима теплоизоляция нагретой конструкции от внутренней полости ГО.
Устройство такой теплоизоляции (ТИ) показано на рисунке:

Это нужно для поддержания температуры 10-30С для КА под обтекателем.

Так-же обтекатели должны иметь возможность вентиляции, чтобы в процессе выхода в космос уравнивать давление внутри отсека чтобы обтекатель не разрушило раньше времени изнутри.

Ещё одна сложность в том, что обтекатели должны открываться идеально чтобы не повредить ПН и ступени ракет под ними на скорости около 3-4 км/c То есть должен быть специальный механизм отделения обтекателей от ПН без повреждения полезной нагрузки и ступени под ней. Хорошее видео теста обтекателей Space X в вакуумной камере в Исследовательском институте Гленн, НАСА:

Для осуществления открытия обтекателя и для разделения ступеней в целом существует система разделения.
Система разделения (СР) предназначена для отделения и увода с траектории выведения отработавших ступеней, а также для отброса элементов конструкции, выполнивших свое функциональное назначение. Конструктивные элементы СР до срабатывания должны обеспечивать целостность конструкции РН и восприятие всех нагрузок. Срабатывание элементов СР осуществляется очень быстро, вследствие чего на борту оказываются источники быстро высвобождающейся энергии (взрывчатое вещество, аккумуляторы давления, пружины и т.д.). После срабатывания разрывных элементов происходит сложная динамика относительного

движения. В состав СР входят агрегаты, узлы и механизмы, обеспечивающие:
— надежное соединение разделяющихся частей и разрыв силовых связей,
— разведение разделяющихся частей.
К первой группе относятся пирозамки, пироболты пневмозамки, механические замки, оболочечные элементы с линейными детонирующими зарядами. Разведение обеспечивают толкатели (пневмо, пиро, пружинные), сопла для газов наддува, тормозные РДТТ, тяга двигателей.

Пироболт системы разделения:

Линейный детонирующий снаряд:

Расположение СР на обтекателе China Great Wall Industry Corporation:

Дополнительная сложность заключается в размере обтекателей. Он составляет примерно 15 метров на 5 метров. В него спокойно может поместиться городской автобус. Для изготовления обтекателей из металла используются специальные большие станки с ЧПУ или очень большие автоклавы в случае использования композитов. Данные процессы очень ресурсоёмкие и занимают достаточно много времени. Автоклав компании Boeing:

Ну и нужно не забывать что после сборки обтекатель должен пройти серьезную проверку так как от него зависит выживаемость ПН в процессе запуска. Стоит помнить, что как и в случае с дефектами с ракетой, дефект в обтекателе приведет к потере ПН и провалу миссии уже после старта ракеты, когда отменить запуск нельзя.

Человек на фоне обтекателя для сравнения размеров:

Схема обтекателя:

Иногда при запуске тонких инструментов от обтекателей требуется создание и поддержание атмосферы чистой комнаты внутри отсека. Это накладывает дополнительные сложности при проектировании обтекателей и способствует увеличению цены.

Update
Добалена дополнительная информация.

Почему обтекатели для ракет такие дорогие? / Habr

Эта статья сделана по мотивам и просьбам следующего комментария:

Охота за обтекателями

На данный момент цена обтекателей для ракет около 5-7 миллионов долларов. Многие задаются вопросом: А почему так дорого? Ведь это просто кусок металла для защиты. Это не совсем так, это не просто кусок металла, хотя и сделана эта конструкция для защиты полезной нагрузки.

Начнем с малого. Каждый килограмм обтекателей уменьшает вес полезной нагрузки. Поэтому используются легкие композиты с усилением конструкции легкими сплавами, обычно это сплавы алюминия. Конструкция напоминает собой соты (isogrid). Вес обтекателя Falcon 9 с диаметром 5.2 метра около 1.9 тонны.

К выбору материала также подходят с особой тщательностью, ведь обтекатель должен защищать от набегающего потока воздуха, от EMI излучения, от перепадов температуры, от прочих вибраций и механических воздействий на ПН. Например Falcon Heavy проходит звуковой барьер примерно на высоте 10 км, и потом разгоняется до 7-8 махов (2-3км/с). На данных высотах воздух все ещё достаточно плотный и происходит сильный разогрев обтекателя с быстрым охлаждением в верхних слоях атмосферы. Колебания температуры могут быть от 100С до -100С в коротком промежутке времени (около минуты). Поэтому материал должен быть устойчивым к быстрым перепадам температуры.

На примере головного обтекателя ракеты рассмотрим воздействие на него аэродинамического нагрева. На рисунке показано изменение конвективного теплового потока в носовой части обтекателя, возникающего при торможении газового потока вблизи обтекаемой поверхности.

Этот тепловой поток вызывает нагрев поверхности головного обтекателя (ГО). Распределение температуры по поверхности ГО показано на следующем рисунке

Как видно из рисунка, температура носовой части ГО превышает допустимую рабочую величину для алюминиевых сплавов. Поэтому на наружную поверхность носовой части ГО наносят ТЗП из асбопластика или стеклопластика на фенольном связующем:

Картина распределения температур по конструкции ГО, имеющего ТЗП носовой части представлена на рисунке:

Из рисунка видно, что и в обшивке и в продольном силовом наборе (стрингерах) рабочая температура в течение полета находится в допустимых пределах. Однако для КА, находящегося внутри ГО, тепловой поток от конструкции обтекателя может быть недопустимым, в следствие чего необходима теплоизоляция нагретой конструкции от внутренней полости ГО.
Устройство такой теплоизоляции (ТИ) показано на рисунке:

Это нужно для поддержания температуры 10-30С для КА под обтекателем.

Так-же обтекатели должны иметь возможность вентиляции, чтобы в процессе выхода в космос уравнивать давление внутри отсека чтобы обтекатель не разрушило раньше времени изнутри.

Ещё одна сложность в том, что обтекатели должны открываться идеально чтобы не повредить ПН и ступени ракет под ними на скорости около 3-4 км/c То есть должен быть специальный механизм отделения обтекателей от ПН без повреждения полезной нагрузки и ступени под ней. Хорошее видео теста обтекателей Space X в вакуумной камере в Исследовательском институте Гленн, НАСА:

Для осуществления открытия обтекателя и для разделения ступеней в целом существует система разделения.
Система разделения (СР) предназначена для отделения и увода с траектории выведения отработавших ступеней, а также для отброса элементов конструкции, выполнивших свое функциональное назначение. Конструктивные элементы СР до срабатывания должны обеспечивать целостность конструкции РН и восприятие всех нагрузок. Срабатывание элементов СР осуществляется очень быстро, вследствие чего на борту оказываются источники быстро высвобождающейся энергии (взрывчатое вещество, аккумуляторы давления, пружины и т.д.). После срабатывания разрывных элементов происходит сложная динамика относительного

движения. В состав СР входят агрегаты, узлы и механизмы, обеспечивающие:
— надежное соединение разделяющихся частей и разрыв силовых связей,
— разведение разделяющихся частей.
К первой группе относятся пирозамки, пироболты пневмозамки, механические замки, оболочечные элементы с линейными детонирующими зарядами. Разведение обеспечивают толкатели (пневмо, пиро, пружинные), сопла для газов наддува, тормозные РДТТ, тяга двигателей.

Пироболт системы разделения:

Линейный детонирующий снаряд:

Расположение СР на обтекателе China Great Wall Industry Corporation:

Дополнительная сложность заключается в размере обтекателей. Он составляет примерно 15 метров на 5 метров. В него спокойно может поместиться городской автобус. Для изготовления обтекателей из металла используются специальные большие станки с ЧПУ или очень большие автоклавы в случае использования композитов. Данные процессы очень ресурсоёмкие и занимают достаточно много времени. Автоклав компании Boeing:

Ну и нужно не забывать что после сборки обтекатель должен пройти серьезную проверку так как от него зависит выживаемость ПН в процессе запуска. Стоит помнить, что как и в случае с дефектами с ракетой, дефект в обтекателе приведет к потере ПН и провалу миссии уже после старта ракеты, когда отменить запуск нельзя.

Человек на фоне обтекателя для сравнения размеров:

Схема обтекателя:

Иногда при запуске тонких инструментов от обтекателей требуется создание и поддержание атмосферы чистой комнаты внутри отсека.

Это накладывает дополнительные сложности при проектировании обтекателей и способствует увеличению цены.

Update
Добалена дополнительная информация.

Головной обтекатель ракеты: как это делается в разных странах

На данный момент цена обтекателей для ракет около 5-7 миллионов долларов. Многие задаются вопросом: А почему так дорого? Ведь это просто кусок металла для защиты. Это не совсем так, это не просто кусок металла, хотя и сделана эта конструкция для защиты полезной нагрузки. Начнем с малого. Каждый килограмм обтекателей уменьшает вес полезной нагрузки. Поэтому используются легкие композиты с усилением конструкции легкими сплавами, обычно это сплавы алюминия. Конструкция напоминает собой соты (isogrid). Вес обтекателя Falcon 9 с диаметром 5.2 метра около 1.9 тонны. К выбору материала также подходят с особой тщательностью, ведь обтекатель должен защищать от набегающего потока воздуха, от EMI излучения, от перепадов температуры, от прочих вибраций и механических воздействий на ПН. Например Falcon Heavy проходит звуковой барьер примерно на высоте 10 км, и потом разгоняется до 7-8 махов (2-3км/с).

Воспользуйтесь нашими услугами

На данных высотах воздух все ещё достаточно плотный и происходит сильный разогрев обтекателя с быстрым охлаждением в верхних слоях атмосферы. Колебания температуры могут быть от 100С до -100С в коротком промежутке времени (около минуты). Поэтому материал должен быть устойчивым к быстрым перепадам температуры.

На примере головного обтекателя ракеты рассмотрим воздействие на него аэродинамического нагрева. На рисунке показано изменение конвективного теплового потока в носовой части обтекателя, возникающего при торможении газового потока вблизи обтекаемой поверхности.

Этот тепловой поток вызывает нагрев поверхности головного обтекателя (ГО). Распределение температуры по поверхности ГО показано на следующем рисунке

Как видно из рисунка, температура носовой части ГО превышает допустимую рабочую величину для алюминиевых сплавов. Поэтому на наружную поверхность носовой части ГО наносят ТЗП из асбопластика или стеклопластика на фенольном связующем:

Картина распределения температур по конструкции ГО, имеющего ТЗП носовой части представлена на рисунке:

Из рисунка видно, что и в обшивке и в продольном силовом наборе (стрингерах) рабочая температура в течение полета находится в допустимых пределах. Однако для КА, находящегося внутри ГО, тепловой поток от конструкции обтекателя может быть недопустимым, в следствие чего необходима теплоизоляция нагретой конструкции от внутренней полости ГО. Устройство такой теплоизоляции (ТИ) показано на рисунке:

Это нужно для поддержания температуры 10-30С для КА под обтекателем. Так-же обтекатели должны иметь возможность вентиляции, чтобы в процессе выхода в космос уравнивать давление внутри отсека чтобы обтекатель не разрушило раньше времени изнутри.

Ещё одна сложность в том, что обтекатели должны открываться идеально чтобы не повредить ПН и ступени ракет под ними на скорости около 3-4 км/c То есть должен быть специальный механизм отделения обтекателей от ПН без повреждения полезной нагрузки и ступени под ней. Хорошее видео теста обтекателей Space X в вакуумной камере в Исследовательском институте Гленн, НАСА:

Для осуществления открытия обтекателя и для разделения ступеней в целом существует система разделения. Система разделения (СР) предназначена для отделения и увода с траектории выведения отработавших ступеней, а также для отброса элементов конструкции, выполнивших свое функциональное назначение. Конструктивные элементы СР до срабатывания должны обеспечивать целостность конструкции РН и восприятие всех нагрузок. Срабатывание элементов СР осуществляется очень быстро, вследствие чего на борту оказываются источники быстро высвобождающейся энергии (взрывчатое вещество, аккумуляторы давления, пружины и т.д.). После срабатывания разрывных элементов происходит сложная динамика относительного движения. В состав СР входят агрегаты, узлы и механизмы, обеспечивающие:

  • надежное соединение разделяющихся частей и разрыв силовых связей,
  • разведение разделяющихся частей.

К первой группе относятся пирозамки, пироболты пневмозамки, механические замки, оболочечные элементы с линейными детонирующими зарядами. Разведение обеспечивают толкатели (пневмо, пиро, пружинные), сопла для газов наддува, тормозные РДТТ, тяга двигателей.

Пироболт системы разделения:

Линейный детонирующий снаряд:

Расположение СР на обтекателе China Great Wall Industry Corporation:

Дополнительная сложность заключается в размере обтекателей. Он составляет примерно 15 метров на 5 метров. В него спокойно может поместиться городской автобус. Для изготовления обтекателей из металла используются специальные большие станки с ЧПУ или очень большие автоклавы в случае использования композитов. Данные процессы очень ресурсоёмкие и занимают достаточно много времени. Автоклав компании Boeing:

Ну и нужно не забывать что после сборки обтекатель должен пройти серьезную проверку так как от него зависит выживаемость ПН в процессе запуска. Стоит помнить, что как и в случае с дефектами с ракетой, дефект в обтекателе приведет к потере ПН и провалу миссии уже после старта ракеты, когда отменить запуск нельзя.

Человек на фоне обтекателя для сравнения размеров:

Схема обтекателя:

Иногда при запуске тонких инструментов от обтекателей требуется создание и поддержание атмосферы чистой комнаты внутри отсека. Это накладывает дополнительные сложности при проектировании обтекателей и способствует увеличению цены.

Автор: Vsevolod Putilov

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Головной обтекатель. Головные обтекатели (СЗБ)

Передняя часть ракеты или самолёта. Имеет форму, обеспечивающую наименьшее аэродинамическое сопротивление. Головные обтекатели также могут разрабатываться для подводного или очень быстрого наземного движения. На ракетах головной обтекатель состоит из камеры, в которой содержится полезная нагрузка (например, спутник), и внешней поверхности, рассчитанной на воздействие высоких температур. Наиболее фундаментальные исследования сверхзвуковых полетов привели к созданию обтекателей для спускаемых космических аппаратов и для ядерных боеголовок. Обычно обтекатели имеют форму конусообразного тела вращения. 

Существующие на сегодняшний день тенденции развития мировой и отечественной ракетно-космической техники направлены на все большее увеличение габаритов и массы выводимого на орбиту полезного груза, что в свою очередь повышает требования к головным обтекателям (ГО) ракет-носителей (РН). Хотя время эксплуатации ГО в полете составляет всего несколько минут, его конструкция при минимальной массе должна обеспечить целостность, работоспособность и защиту от разогрева ПГ при прохождении РН плотных слоев атмосферы. В настоящее время для ГО используется две основные конструктивно-силовые схемы (КСС) – подкрепленная оболочка или сэндвичевая (трехслойная) с различными видами заполнителей. Главной особенностью этих КСС является то, что нагрузка в основном воспринимается обшивкой, а ребра или заполнитель обеспечивает изгибную жесткость и сопротивляемость потере устойчивости.

В качестве конструкционных материалов для несущих слоев ГО все шире применяются высокопрочные и высокомодульные полимерные композиционные материалы (ПКМ) из углепластика, стеклопластика, органопластика и заполнителя сотовой структуры. В силу того, что в процессе эксплуатации ГО подвержен как силовому (аэродинамическому, инерциальному, динамическому), так и интенсивному тепловому воздействию, при его проектировании необходимо обеспечить не только несущую способность его конструкции с учетом наличия повышенных температур, но и обеспечить допустимые диапазоны температур наружной и внутренней поверхностей его силовых оболочек. Величину температуры наружной поверхности силовых оболочек обычно стараются обеспечить такой, при которой не происходят структурные превращения в ПКМ (обычно это температура стеклования) и не нарушаются адгезионные свойства применяемых клеев. При этом для обеспечения допустимого диапазона температур применяются всевозможные теплозащитные покрытия, масса которых может быть соизмеримой, а в некоторых случаях даже больше, чем собственно масса силовой оболочки. В зависимости от степени включения в обеспечение несущей способности конструкции все теплозащитные покрытия можно подразделить на две группы: с несущим корпусом (интегрального типа) и присоединенные, которые не выполняют силовых функций. При этом для изготовления теплозащиты могут использоваться как разрушающиеся, так и неразрушающиеся материалы. Определение расчетных тепловых режимов, выбор рациональных параметров теплозащитного покрытия и его толщины является сложной проблемой. Для конструкций данного класса тепловая защита в полной мере обеспечивается применением аблирующих (разрушающихся) теплозащитных покрытий, отдельному расчету и выбору параметров которых посвящены работы, в которых приведены основные расчетные схемы различных теплозащитных материалов и обобщены методы определения их основных характеристик. Допустимый диапазон температур для внутренней поверхности силовых оболочек ГО определяется существующими жесткими требованиями к его внутреннему пространству, где размещен ПГ. В этом случае допустимый диапазон температур можно обеспечить не только наружным теплозащитным покрытием ГО, но учетом при его проектировании теплоизолирующих свойств применяемых материалов, особенностей их КСС. 


Головной обтекатель (ГО) – это передняя часть самолета или ракеты

 

Головной обтекатель (ГО) – это передняя часть самолета или ракеты. Специально разработанная форма обеспечивает наименьшее аэродинамическое сопротивление. Кроме авиапромышленности, головные обтекатели проектируются для очень быстрого наземного или подводного транспорта.

Обтекатель, установленный на ракетах, имеет ряд особенностей. Он состоит из камеры, содержащей полезную нагрузку (к примеру, спутник), и внешней поверхности, которая рассчитана на воздействие высоких температур. Самые глубокие исследования сверхзвуковых полетов обозначили создание обтекателей для ядерных боеголовок и космических аппаратов. Как правило, головные обтекатели обладают формой конусообразного тела.

На сегодняшний день существующие тенденции развития отечественной и мировой ракетно-космической техники направлены на увеличение массы и габаритов выводимого на орбиту груза, что, в свою очередь, увеличивает требования к ГО ракет-носителей (РН). Хотя время эксплуатации ГО во время полета составляет всего несколько минут, от его конструкции при минимальных показателях массы зависит работоспособность, целостность и защита от разогрева поверхности при прохождении РН плотных слоев атмосферы.

На сегодняшний день для ГО применяются две главные конструктивно-силовые схемы (КСС) – трехслойная оболочка с разными видами наполнителей или подкрепленная. Основной особенностью КСС считается тот факт, что нагрузка воспринимается обшивкой, а наполнитель обеспечивает жесткость и изгибную сопротивляемость.

В качестве конструкционных материалов для главных слоев ГО все чаще применяются высокомодульные и высокопрочные полимерные композиционные материалы (ПКМ) из стеклопакета, углепластика, заполнителя сотовой структуры и органопластика. Из-за того, что во время эксплуатации ГО подвергается как силовому, так и интенсивному тепловому воздействию, во время проектирования многие конструкторы ставят задачу обеспечить не только несущие способности, но и допустимые диапазоны температур внутренней и наружной поверхности оболочек. Величина устойчивости к наружным температурам обычно обеспечивается структурным превращением в ПКМ, где не происходят и не нарушаются адгезионные свойства примененных клеев. При этом для повышения допустимого показателя температур применяются специальные теплозащитные покрытия.

В зависимости от степени подсоединения к несущей способности все теплозащитные покрытия можно разделить на два типа:

  1. С несущим корпусом (интегральным).
  2. Присоединенные, выполняющие силовые функции.

 

Для изготовления теплозащиты используются как неразрушающиеся материалы, так и разрушающиеся. Определение расчетных режимов тепла, выбор рациональных параметров покрытия и его толщины считается сложным вопросом. Для подобных конструкций тепловая защита полностью обеспечивается за счет применения аблирующих теплозащитных покрытий. Допустимый диапазон температур для поверхности силовых оболочек ГО контролируется существующими требованиями к его внутреннему пространству, в котором размещен ПГ. 

Очередная попытка SpaceX поймать головной обтекатель ракеты-носителя закончилась наконец успехом. А сама ракета тем временем вывела все грузы на запланированную орбиту — Наука

Самая тяжелая из современных ракет, Falcon Heavy, взлетала сегодня с крайне небольшим полезным грузом на борту — 3700 кг из максимальных 64 000 (для низкой орбиты; если отправлять груз на Марс, то полезного груза ракета сможет взять лишь 16 800 кг, все остальное займет топливо). Это, в частности, было связано с тем, что второй ступени, взлетев над землей, по плану было необходимо еще трижды включать свой двигатель, дабы круто сменить траекторию полета. Этим же, собственно, и объяснялся выбор тяжелой версии «Фалькона»: классическая «девятка» с подобной операцией попросту бы не справилась.

Боковые бустеры отстыковались от ракеты через 2,5 минуты и вернулись на землю еще через пять.

Falcon Heavy Side boosters have landed on LZ-1 and LZ-2.Both nailed it. pic.twitter.com/guFtUtE8by— Chris B — NSF (@NASASpaceflight) June 25, 2019

Falcon Heavy Side boosters have landed on LZ-1 and LZ-2.

Both nailed it. pic.twitter.com/guFtUtE8by

Центральная первая ступень отделилась от ракеты после третьей минуты — топлива в ней осталось уже слишком мало, чтобы скорректировать тракеторию падения и вернуться обратно в район мыса Канаверал. Поэтому она возвращалась на Землю в режиме свободного падения — ловившая ее платформа Of Course I Still Love You удалилась от точки пуска на рекордное за всю историю SpaceX расстояние, около 1245 километров. (Ступень, правда, промахнулась.)

Falcon Heavy Center Core booster has missed OCISLY. Was a very tough ask. pic.twitter.com/BizW0Cd4gu— Chris B — NSF (@NASASpaceflight) June 25, 2019

Falcon Heavy Center Core booster has missed OCISLY. Was a very tough ask. pic.twitter.com/BizW0Cd4gu

После этого заработали двигатели второй ступени, которой предстояло несколько раз корректировать свою траекторию, дабы вывести на нужные орбиты все грузы, находившиеся на платформе под обтекателем, установленном над второй ступенью. Через полминуты после этого был отстыкован головной обтекатель, и две его половинки начали свободное падение, которое в какой-то момент замедлилось выброшенными парашютами.

В SpaceX уже неоднократно пытались поймать обтекатели своих ракет, но все их попытки проваливались: в самом удачном случае корабль-«кэтчер» был всего в пятидесяти метрах от места приводнения одной из створок. Компания использует для этого корабль Ms. Tree (прежде Mr. Steven), над которым растянута специальная сетка.

One of Mr. Steven’s final West Coast fairing recovery tests before shipping out for the East Coast. Wait for it… pic.twitter.com/A7q37Gpllu— SpaceX (@SpaceX) January 30, 2019

One of Mr. Steven’s final West Coast fairing recovery tests before shipping out for the East Coast. Wait for it… pic.twitter.com/A7q37Gpllu

И вот в этот раз одна из створок обтекателя наконец-то попала в цель, о чем сообщил сам Маск в своем твиттере.

К моменту, как об успехе «мисс Древо» стало известно, SpaceX отчиталась об успешном выводе на запланированную орбиту всех 24 объектов, взлетевших на борту Falcon Heavy. Следует ожидать, что это гарантирует компании статус основного поставщика пусковых услуг для ВВС США в 2020-х годах. Это крайне важный момент для компании, сейчас активно инвестирующей в разработку Starship, носителя и корабля для полетов и высадки на Луну и Марс. 

 Иван Шунин

Новый дизайн обтекателя ракеты обеспечивает более плавную и тихую поездку

Система отделения и сброса обтекателя с малой ударной силой Предоставлено: RUAG Space. Спутники

созданы для работы в суровых условиях космоса, но инженеры также должны учитывать суровые условия полета. ЕКА помогло RUAG Space Switzerland разработать новые ракетные обтекатели, которые обеспечивают более плавный и бесшумный полет в космос.

RUAG производит обтекатели для европейских ракет-носителей Ariane и Vega и недавно показала, как микроперфорация лицевой панели панелей обтекателя может снизить шум и вибрацию, а также как новый шарнир и система срабатывания могут снизить удар при разделении обтекатель ракеты-носителя при выходе в космос.

«Современные технологии опираются на простую, компактную и очень надежную систему, которая сбрасывает защитный обтекатель примерно через три минуты полета на высоте около 100 км, когда ракета выходит в космос», — пояснил Йорген Брю, специалист по пусковым установкам будущего ЕКА. Менеджер по технологиям подготовительной программы.

Новый низкоударный отделитель и сброс обтекателя

«Обычно срабатывают два пиротехнических механизма, которые взрывают петли, позволяя половинным частям обтекателя безопасно отделиться и повернуться от полезного груза, уложенного внутри.Все это происходит за доли секунды и является высокоточным синхронизированным событием ».

Эти пиротехнические устройства сбрасываются с обтекателем. Они обеспечивают мощную силу, будучи относительно легкими и компактными, и являются проверенной технологией.

Предоставлено: Европейское космическое агентство

. «Однако, когда эти пиротехнические устройства активируются, они создают сильный ударный эффект, который передается на пусковую установку и ее полезную нагрузку. Спутники спроектированы таким образом, чтобы противостоять этому, но теперь компании требуют большего комфорта», — добавил Йорген.

Пиротехнические системы требуют тщательного тестирования перед допуском к полетам, что является интенсивным, дорогостоящим и требует условий вакуума. Основное преимущество замененной системы отделения и сброса с низким ударом RUAG заключается в том, что для испытаний не требуется дорогостоящая вакуумная камера, поскольку отделение основано на несколько более медленном непиротехническом процессе, что делает трение с воздухом при наземных испытаниях гораздо менее значительным.

RUAG может достичь тех же результатов, используя набор предварительно нагруженных шарниров и пневматических приводов в сочетании с пассивной системой сброса, которая отталкивает детали при срабатывании систем разделения.

«Эта новая система отделения и сброса, основанная на шарнире и приводе, снижает удары и увеличивает комфорт полезной нагрузки во время операции отделения», — добавил Альберто Санчес Себриан, менеджер проекта RUAG.

Система разделения обтекателей. Предоставлено: RUAG Space.

Каждая система разделения является дискретной. Такой модульный подход снижает затраты на разработку, поскольку части могут быть улучшены или заменены, не затрагивая всю систему. Тестирование проще, и механизм тоже не требует синхронизации.

Испытания проводились на 2,6-метровом обтекателе Vega, но новая система масштабируется для обтекателей европейской тяжелой пусковой установки Ariane.

Наряду с испытаниями на разделение, моделирование встроенного шумопонижающего перфорированного изоляционного слоя внутри сэндвич-панелей обтекателя обеспечило многообещающее решение по снижению шума без увеличения массы или объема.

Достигнуто значительное снижение шума без видимого влияния на структурные характеристики сэндвич-панелей. Эта система могла бы заменить маты звукопоглотителя, используемые в настоящее время в обтекателях ракет. Тестирование более крупных панелей будет продолжено на следующем этапе проекта.

Точечный изгиб панели изолированного обтекателя. Предоставлено: Европейское космическое агентство.

Эти мероприятия финансировались и проводились в рамках Подготовительной программы ЕКА для будущих пусковых установок.

Модификации обтекателя

RUAG позволят создавать более сложные спутники и снизить требования к ракете-носителю.


Запуск Ariane 5 доказывает надежность и запускает новый обтекатель
Предоставлено Европейское космическое агентство

Цитата : Новый дизайн обтекателя ракеты обеспечивает более плавную и тихую поездку (22 октября 2019 г.) получено 15 января 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-10-rocket-fairing-smooth-quieter.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

SpaceX ловит весь носовой обтекатель ракеты, впервые упавший из космоса

SpaceX только что совершила еще одну веху в области многоразового использования ракет — свой первый в истории двойной фиксатор обтекателя полезной нагрузки.

Компании удалось поднять с неба обе половины падающего обтекателя ракеты Falcon 9 вскоре после успешного запуска южнокорейского военного спутника из Флориды вчера (20 июля), сказал основатель и генеральный директор SpaceX Илон Маск.

«Обе половины обтекателя пойманы из космоса кораблями @SpaceX!» Маск объявил в Твиттере вчера вечером. А сегодня Маск представил видео эпической двойной игры.

Связано: Посмотрите на изображения эволюции ракет SpaceX

Обе половины обтекателя пойманы из космоса кораблями @SpaceX! 20 июля 2020 г.

Эти корабли GO Ms.Tree и GO Ms. Chief , оба из которых были оснащены большими сетями для ловли падающих обтекателей, защитных носовых конусов, которые окружают спутники во время запуска. (Обтекатели SpaceX возвращаются на Землю в виде двух частей, что объясняет необходимость в двух кораблях.)

SpaceX поймала несколько половинок обтекателя во время предыдущих миссий, но это первый раз, когда компании удалось сохранить обе части из одного запускать из напитка.

Фиксаторы обтекателя — это часть стремления SpaceX к увеличению повторного использования ракет, и эта работа уже идет полным ходом.Компания регулярно производит посадку и переоснащение первых ступеней своих двухступенчатых ракет Falcon 9 и Falcon Heavy . Действительно, вчерашний запуск показал, что Falcon 9 приземлился на корабль в море, это 57-я успешная посадка ракеты-носителя для SpaceX во время орбитального запуска.

Это была вторая посадка для этой ракеты-носителя, которая также помогла запустить испытательный полет Demo-2 30 мая. Demo-2, первый пилотируемый космический полет SpaceX, отправил астронавтов НАСА Боба Бенкена и Дуга Херли в Международный Космическая станция на борту капсулы Crew Dragon.

Корабль, оборудованный сетью SpaceX, захватывает половину обтекателя полезной нагрузки ракеты Falcon 9 вскоре после запуска южнокорейского спутника Anasis-II 20 июля 2020 г. (Изображение предоставлено SpaceX)

Обтекатели Falcon 9 и Falcon Heavy — они Они одинаковы для обеих ракет — по словам Маска, их стоимость составляет около 6 миллионов долларов за штуку, так что есть серьезный стимул для их повторного использования. Если обтекатели разбрызгиваются, повторное использование затруднено, поскольку морская вода очень агрессивна. Отсюда и чистые спортивные лодки.

Верхние ступени Falcon 9 и Falcon Heavy в настоящее время остаются расходными материалами.Однако система космических полетов следующего поколения SpaceX будет полностью многоразовой. По словам Маска, космический корабль Starship на 100 пассажиров и гигантская сверхтяжелая ракета , запуск которых может начаться уже в следующем году, рассчитаны на многоразовые полеты.

Майк Уолл — автор книги «Out There» (Grand Central Publishing, 2018; иллюстрирован Карлом Тейтом) о поисках инопланетной жизни. Следуйте за ним в Twitter @michaeldwall. Следуйте за нами в Twitter @Spacedotcom или Facebook.

SpaceX упрощает захват обтекателя ракеты с помощью автопилота

Компания SpaceX упростила процесс восстановления обтекателя ракеты Falcon 9 на видео с последним уловом носового обтекателя, опубликованном через несколько часов после успешного запуска Starlink-10.

Опубликовано в Твиттере Илоном Маском вскоре после того, как ведущий веб-трансляции и инженер SpaceX показали, что одна из двух попыток поимки обтекателя была успешной, видео предлагает лучший в действии вид оперативного восстановления обтекателя.При поддержке лифтовой музыки, он также определенно несет в себе явную подпись юмора генерального директора, несущий факел из предыдущих хитов, таких как «Как не приземлиться на орбитальном ракетном ускорителе», «Кузнечик против коров» и успешного запуска Tesla Roadster. и манекен в скафандре в межпланетное пространство.

Помимо лаконичной тематической песни, Маск также пролил свет на сам процесс ловли обтекателей Falcon с помощью гигантских кораблей и сетей. Эти новые детали указывают на существенное улучшение, сделанное за последние шесть месяцев или около того, что помогло обеспечить беспрецедентные три успешных обтекателя менее чем за 30 дней.

(Ричард Энгл) Falcon 9 B1049 в шестой раз взлетает с проверенным в полетах обтекателем полезной нагрузки. (Ричард Энгл) SpaceX, возможно, статистически повезло, но во вторник, 18 августа, компания определенно упростила уловы обтекателя. (SpaceX)

По словам Маска, SpaceX поймала половину обтекателя Starlink-10 с спасательным кораблем GO Ms. Tree и половиной обтекателя парасейлинга, «работающими на автопилоте (SpaceX)». Хотя его комментарии оставляют много места для интерпретации, они, похоже, подразумевают, что SpaceX нашла способы сделать восстановление обтекателя почти таким же автоматическим, как посадка ракеты-носителя Falcon.Во время восстановления первой ступени Falcon ракета-носитель и корабль-дрон технически работают так, как будто другого не существует — станция просто находится в очень конкретном месте, а ракета-носитель нацелена на это же конкретное место.

Восстановление обтекателя, как быстро выяснила SpaceX, было значительно более сложным и болезненным балетом людей, машин и частей ракет. Мало что известно о специфике восстановления обтекателя, кроме того факта, что половинки обтекателя имеют подруливающие устройства с холодным газом для позиционирования в вакууме и используют парафоны с GPS-наведением для движения к зоне неровной посадки.Считается, что для большинства предыдущих попыток один или несколько членов экипажа были ответственны за ручное маневрирование эвакуационным судном во время попыток поимки.

Управление желобом обтекателя и управление судном замыкают контур локально. Оба работают на автопилоте (SpaceX).

— Илон Маск (@elonmusk) 18 августа 2020 г.
(Ричард Энгл) Обтекатель полезной нагрузки Starlink-10 летал ранее один раз в январе 2020 года на Starlink-3. (Ричард Энгл) Половина обтекателя Falcon 9, которую дважды пролетали, восстановлена ​​после запуска Starlink-10 компании SpaceX. (SpaceX)

Включая контролируемые испытания на падение с вертолета, SpaceX провалила десяток или более последовательных попыток улова обтекателя и даже отправила всю операцию из Калифорнии во Флориду, прежде чем первая успешная уловка, наконец, была получена в июне 2019 года. поймать еще одну половину обтекателя менее чем через два месяца. Пять месяцев спустя SpaceX обеспечила свой третий захват обтекателя — возможно, ту же самую половину обтекателя, пойманную в понедельник. Еще через шесть месяцев после # 3 SpaceX достигла важной вехи, одновременно поймав обе половины обтекателя Falcon двумя отдельными кораблями 21 июля 2020 года.

Две защелки обтекателя, один пуск. (SpaceX)

Теперь, всего через 29 дней после того впечатляющего двойного улова, SpaceX поймала еще один обтекатель Falcon 9, наполовину сдержанный только тем фактом, что родственный корабль Ms. Хотя это, безусловно, может быть счастливой случайностью, сродни уловам SpaceX, работающим один за другим, STP-2 и Amos-17, замечание Маска о том, что «управление обтекателем и управление кораблем замыкают петлю локально», указывает на осторожный оптимизм.

Cryptic, как всегда, комментарий, похоже, подразумевает, что SpaceX дебютировала — или, по крайней мере, недавно представила — своего рода кооперативную автономную систему навигации, которая позволяет обтекателям Falcon и их спасательным кораблям общаться и функционировать как единое целое.А пока нам придется подождать следующей попытки улова, чтобы лучше понять, насколько далеко вперед сделала SpaceX. SAOCOM 1B, следующее восстановление (и запуск) обтекателя Falcon 9 SpaceX, в настоящее время запланировано не ранее (NET) 27 августа.

Ознакомьтесь с информационным бюллетенем Teslarati , чтобы получить оперативные обновления, обзоры с земли и уникальные взгляды на процессы запуска и восстановления ракет SpaceX .

Следующий этап повторного использования обтекателя ракеты SpaceX уже в пределах досягаемости после последнего восстановления

Следующая крупная веха в повторном использовании обтекателя Falcon 9 для SpaceX

теперь находится в пределах досягаемости после того, как компании удалось успешно восстановить весь повторно использованный носовой обтекатель с неповрежденными обеими половинами.

13 июня стартовала испытанная в полетах ракета Falcon 9 в рамках седьмой миссии Starlink в 2020 году и девятого в целом запуска, что также ознаменовало третье повторное использование SpaceX обтекателя полезной нагрузки с момента первого полета испытанной носовой части в ноябре 2019 года. Как обычно, Разгонный блок Falcon 9 приказал развернуть обтекатель примерно через три минуты после запуска, оставив снаряды размером с дом до апогея ~ 150 км (~ 93 миль), прежде чем упасть обратно на Землю. После безопасного входа в атмосферу обе половины развернули парашюты с GPS-наведением и полетели в направлении двух спасательных кораблей, планируя более получаса.

К сожалению, хотя они, вероятно, подошли близко, эвакуационные суда GO Ms Tree и Ms Chief не смогли поймать парашютные обтекатели в свои сети размером с футбольное поле, оставив их для плавного приводнения в Атлантическом океане. Вскоре после этого технические специалисты смогли выловить их из воды с помощью более мелких бортовых сетей, и корабли вошли в порт менее чем через 36 часов.

Предотвращая попадание большей части в морскую воду, улов с мисс Три или мисс Чиф всегда может быть предпочтительнее для повторного использования обтекателя, но факт остается фактом: все три успешных повторного использования до этого момента были достигнуты с половинками обтекателя, которые приземлились в океан .Этот успех означает, что SpaceX нашла способ полностью предотвратить или уменьшить любую потенциальную коррозию, которая может возникнуть в результате погружения в морскую воду. Учитывая, что эта проблема, должно быть, была остановкой в ​​течение примерно 2,5 лет, когда SpaceX смогла восстановить — но не повторно использовать — неповрежденные обтекатели, можно с уверенностью сказать, что инженеры компании более или менее решили проблему коррозии.

Похоже, это половина обтекателя Falcon JCSAT-18 / Kacific-1, которую SpaceX не использовала повторно на Starlink V1 L8. (Ричард Энгл) Другие попытки восстановления обтекателя после приводнения были явно менее успешными. (Ричард Энгл)

Короче говоря, хотя до сих пор нет официального подтверждения того, что обтекатели Falcon 9 способны летать более двух раз, есть веские основания полагать, что модернизация конструкции, позволившая повторно использовать one , имела некоторые встроенные конструкции в высоте. Если это правда, то одна или обе дважды пролетевшие половинки обтекателя, которые благополучно вернулись на сушу 14 июня, могут вылететь в третий раз всего через несколько месяцев — менее чем через год после первого повторного использования.Для справки: SpaceX потребовалось около 33 месяцев, чтобы перейти от первого повторного использования первой ступени Falcon 9 до второго повторного использования (третий полет) одного ускорителя.

Поскольку еще 13-17 запусков Starlink все еще указаны в манифесте SpaceX на 2020 год, недостатка в возможностях для такого этапа повторного использования обтекателя, если это возможно, в течение следующих шести месяцев не будет. Следующий запуск SpaceX Starlink — третий запуск только в июне и десятая миссия в целом — запланирован не ранее (NET) 18:20 EDT (22:20 UTC) 22 июня.

Следующая веха повторного использования обтекателя ракеты SpaceX в пределах досягаемости после последнего восстановления Лодка-клешня

SpaceX готова к восстановлению обтекателя ракеты с помощью гигантской сети

Фотограф Teslarati с западного побережья Полин Акалин сделала несколько удивительных фотографий одного из самых узнаваемых судов для восстановления обтекателей SpaceX, стоящих у причала в порту Сан-Педро.Впервые на судне (официально названном «мистер Стивен») на своей знаменитой лапе была установлена ​​массивная сеть, предназначенная для мягкого захвата обтекателей полезной нагрузки Falcon 9.

SpaceX серьезно пыталась восстановить обтекатели своих ракет в течение примерно одного года, но до сих пор не смогла восстановить обтекатель неповрежденным. Хотя компания, похоже, извлекла хотя бы один большой фрагмент на восточном побережье, успех оказался недостижимым, и генеральный директор Илон Маск на пресс-конференциях до и после первого запуска Falcon Heavy отмечал, что задача оказалась более сложной, чем предполагалось.Несмотря на трудности, SpaceX не намерена сдавать свои ценные обтекатели (поддон наличных в размере 5 миллионов долларов, как однажды пошутил Маск) в море.

Представьте себе, что обтекатель размером с здание движется примерно на ДВЕ МИЛИ В СЕКУНДУ. (USAF)

Большая олевая сеть мистера Стивена и его знаменитые когти жаждут обтекателей Falcon. (Полина Акалин / Тесларати)

Наряду с неизбежным представлением обновленного «Обтекателя 2.0» SpaceX при предстоящем в среду запуске PAZ, шансы на успешное восстановление обтекателя почти наверняка выше, чем когда-либо прежде.Хотя SpaceX и генеральный директор Маск только сообщили, что обновленный обтекатель несколько больше, чем его предшественник, также можно более или менее гарантировать, что его вышеупомянутые обновления выходят далеко за рамки более крупных размеров и, вероятно, распространяются на улучшенное оборудование с возможностью повторного использования, большую простоту производства и намного больше. В этом нет ничего удивительного — SpaceX имеет долгую и легендарную историю внесения постоянных итеративных улучшений во все свои аспекты, будь то оборудование, программное обеспечение, дизайн или производство.

Новая причудливая сеть мистера Стивена, пойманная в золотой час перед закатом в порту Сан-Педро в Лос-Анджелесе. (Полина Акалин / Тесларати)

Войдите в модную новую сетку мистера Стивена. Несмотря на то, что это не надувной замок, высокоманевренное судно с простой многоразовой сеткой, возможно, намного превосходит мертвую часть надувного пластика. Поскольку обтекатель (теоретически) мягко спускается к поверхности океана под управляемым парашютом, рулевой мистера Стивена будет поручено умело маневрировать лодкой с учетом любого состояния моря и любых ветров, чтобы сохранять свое положение на воде. место назначения обтекателя.Если все пойдет хорошо, по крайней мере, половина обтекателя Falcon 9 мягко упадет в сеть мистера Стивена, что станет первым успешным восстановлением SpaceX. Если все пойдет не так, как планировалось, кусок металла и композита весом 1000 кг теоретически может врезаться в бедного мистера Стивена с нездоровой скоростью. Однако на этот раз дела обстоят значительно лучше.

Обтекатель

SpaceX, мистер Стивен, пару дней назад готовился к отправке на запуск в среду в Ванденберге[email protected] #paz #Starlink pic.twitter.com/lfWjUGy56k

— Полина Акалин (@ w00ki33) 19 февраля 2018 г.

Судя по всему, SpaceX сохранила ту же общую стратегию восстановления обтекателей, о которой ранее упоминали Маск и другие руководители. Чтобы упростить, после запуска обтекатель полезной нагрузки отделяется (механически) от второй ступени, как только Falcon 9 или Heavy покинул большую часть атмосферы Земли. После разделения каждая половина обтекателя ориентируется для более мягкого входа в атмосферу с помощью двигателей с холодным азотом, вероятно, тех же самых двигателей, которые частично использовались для обеспечения точной и надежной посадки Falcon 9.Из-за большой площади поверхности и сравнительно небольшого веса половинки обтекателя фактически становятся исключительно привередливыми и неудобными парусами, падающими в атмосфере с безумной скоростью, с целью, как правило, ориентировать каждую половину, как корпус лодки, чтобы обеспечить устойчивость или . Как только они опустятся достаточно низко, при условии, что они пережили путешествие с ДЕСЯТЬ РАЗ СКОРОСТЬ ЗВУКА и 62 МИЛИ над поверхностью Земли до более разумных ~ 0,5 Маха и, возможно, 5 миль высоты, начинается самое интересное.На этом этапе каждая половина обтекателя развертывает систему парашюта с подключением к GPS (точнее, парашют), способную направлять массивные глыбы из углеродного волокна и алюминия в очень конкретную точку на поверхности океана.

Успешное восстановление обтекателя буквально повлечет за собой немедленное снижение затрат на целых 10% от объявленной стартовой цены Falcon 9, ~ 6 миллионов долларов. При возмещении одной половины эта цифра, конечно… уменьшается вдвое, но 3 миллиона долларов по-прежнему представляют собой впечатляющее мгновенное сокращение затрат.Непонятно, как SpaceX в конечном итоге намеревается восстановить обе половины обтекателя — возможно, брата мистера Стивена? — но это проблема будущего SpaceX!

Г-н Стивен и его сеть, вероятно, впервые попробуют себя в действии всего через два дня — PAZ и два собственных прототипа интернет-спутника SpaceX должны быть запущены в среду, 21 февраля, в 6:17 по тихоокеанскому стандартному времени. ссылку на официальную веб-трансляцию SpaceX и следите за нами в социальных сетях, чтобы получать самые свежие новости.

Teslarati — Instagram — Twitter

Том Кросс — Twitter

Полина Акалин Twitter

Эрик Ральф — Twitter

Falcon Сильный подъем на моем удаленном изображении камеры для @Teslarati #falconheavy #spacex @elonmusk pic.twitter.com/Lk5NRpS8vW

— TomCross (@_TomCross_) 19 февраля 2018 г.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

2019 © Все права защищены. Карта сайта