Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Практикум, Хекслет, SkyPro, авторские курсы — собрали всех и попросили скидки. Осталось выбрать!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 57
И где здесь DIY?
Может быть предполагается, что кто-то сделает в выходные рабочий макет? )
Кстати, автор, а вы не будете его делать? Небольшая ракетка с вертикальным взлетом и обратной посадкой, 4 стойки, несколько тросиков, система позиционирования из… эмм… GoPro и ардуины? Интересно было бы посмотреть в действии.
Кстати, автор, а вы не будете его делать? Небольшая ракетка с вертикальным взлетом и обратной посадкой, 4 стойки, несколько тросиков, система позиционирования из… эмм… GoPro и ардуины? Интересно было бы посмотреть в действии.
И не говорите, пихают все что не поподя.
Когда ступени у SpeceX стали заваливаться на баржу у меня у самого независимо возникла мысль о подобной петле. Как мне кажется тут конструкция сильно переусложнена. На самом деле для спасения ступени нет задачи удерживать ее в строго вертикальном положении — достаточно просто исключить идывание в условиях качки баржи.
Как мне видится, должно быть достаточно простой скользящей петли на двух башнях, расположенных диагонали на краях платформы. Кто вставлял две обычных пластиковых стяжки друг в друга легко поймут о чем я говорю. Такая конструкция должна получиться очень простой и надежной: используется две башни, два троса и две лебедки на каждой из башен. В весьма вероятном случае, если ступень отклонится от оси, проходящей через обе башни и начнет заваливаться (т.е. собственная тема стабилизации не справится) ракета повиснет под углом, но не упадет и не разрушится. Можно даже реализовать аккуратное укладывание накренившейся ракеты.
Впрочем перспектива использования такой системы под вопросом. Технология явно задумана для посадки в т.ч. на другие небесные тела, где нет таких устройств, да и инфраструктуры вообще. Сейчас идет совершенствование технологии. А когда все будет отлажено уловители окажется просто не нужны.
Как мне видится, должно быть достаточно простой скользящей петли на двух башнях, расположенных диагонали на краях платформы. Кто вставлял две обычных пластиковых стяжки друг в друга легко поймут о чем я говорю. Такая конструкция должна получиться очень простой и надежной: используется две башни, два троса и две лебедки на каждой из башен. В весьма вероятном случае, если ступень отклонится от оси, проходящей через обе башни и начнет заваливаться (т.е. собственная тема стабилизации не справится) ракета повиснет под углом, но не упадет и не разрушится. Можно даже реализовать аккуратное укладывание накренившейся ракеты.
Впрочем перспектива использования такой системы под вопросом. Технология явно задумана для посадки в т.ч. на другие небесные тела, где нет таких устройств, да и инфраструктуры вообще. Сейчас идет совершенствование технологии. А когда все будет отлажено уловители окажется просто не нужны.
Нагрузки, отличные от продольных, сильно вредят конструкции ракеты. Если будут такие поперечные, хоть и небольшие, нагрузки, то это повлечёт за собой увеличение проверок (увеличение стоимости перезапуска) и уменьшение надёжности/утяжеление корпуса.
Технология явно задумана для посадки в т.ч. на другие небесные тела, где нет таких устройств, да и инфраструктуры вообще.
Эта информация не соответстует действительности. Не было такой задумки.
Фигня всё это. Есть более простое и эффективное решение:
Берём Space Shuttle:
Убираем боковые твердотопливные ускорители:
На подвесной бак вешаем абляционную защиту:
Объём грузового отсека шаттла около 250 м3. 50 м3 оставим для полезной нагрузки, в остальные 200 м3 ставим бак для НДМГ/АТ. Вместится около 250 тонн. deltaV шаттла будет 3900 м/с. Также увеличиваем мощность двигателей OMS, использующих это топливо.
Как это работает:
Эта схема намного проще, в ней не требуется куча deltaV для торможения ступени перед атмосферой, как это делают в SpaceX. Да и вся система полностью многоразовая, вторую ступень не надо строить с нуля.
Берём Space Shuttle:
Убираем боковые твердотопливные ускорители:
На подвесной бак вешаем абляционную защиту:
Объём грузового отсека шаттла около 250 м3. 50 м3 оставим для полезной нагрузки, в остальные 200 м3 ставим бак для НДМГ/АТ. Вместится около 250 тонн. deltaV шаттла будет 3900 м/с. Также увеличиваем мощность двигателей OMS, использующих это топливо.
Как это работает:
- Шаттл взлетает, используя водород и кислород из подвесного бака. Затем, на скорости около 4 км/с бак сбрасывается, тормозится в атмосфере, и приземляется на парашютах в океан. Затем проходит тех. обслуживание и снова участвует в полётах.
- А шаттл в то время использует свои 250 тонн НДМГ/АТ, и выходит на орбиту. После вывода ПН он совершает посадку, проходит ТО и опять летает.
Эта схема намного проще, в ней не требуется куча deltaV для торможения ступени перед атмосферой, как это делают в SpaceX. Да и вся система полностью многоразовая, вторую ступень не надо строить с нуля.
Есть решение еще проще:
1. Строим «Буран».
2. ????
3. PROFIT!
1. Строим «Буран».
2. ????
3. PROFIT!
- Посчитайте какой TWR шаттла без твердотопливных ускорителей, зато с подвесным баком и доп. баком вместо полезной нагрузки.
- Какой смысл от РН у которого вместо полезной нагрузки — топливный бак?
Вероятней всего такая идея уже была на рассмотрении у инженеров НАСА. И «одноразовость», как я думаю, там заключена в самой конструкции элементов, а не в сложности их эксплуатации. Плюс, не стоит забывать про расчёт рисков при повторном использовании элементов, побывавших в многократных перегрузках. Структура, плотность и целостность уже не те, что были до полёта…
100500 раз уже высказывали эту идею, и все, кто это высказывает, не могут понять несколько простых вещей:
1) Ракета или ее возвращаемая ступень НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНА выдерживать сколько-либо значительные поперечные нагрузки, любое взаимодействие ее боковой поверхности с тросом, стропой или чем-то еще просто раздавит и переломит ее к чертям, особенно если она начнет заваливаться набок;
2) Найдите мне тросы, которые эффективно погасят скорость в последние моменты и удержат на весу 25 тонн, при этом не оказывая заметного воздействия на конструкцию ракеты (иначе см. п.1). Причем это равносильно удержанию карандаша на острие. Огромного и тяжелого карандаша. Хотя нет, скорее соломинки для коктейля. Гигантской алюминиевой соломинки.
3) На что собирается опираться ракета без лап? На двигатели? Или на ту жалкую «юбочку», что показана на сайте, с которого это скопипащено? Или будет фантастическим образом висеть на чудо-тросах? Вариант с площадкой без дна даже не рассматриваем по очевидным причинам.
4) Как тросы будут удерживать ракету после стягивания петли? Трением? Ракету раздавит моментально, это тонкостенная труба. Какие-то раскладывающиеся крючья к ней присобачивать? Чем это тогда лучше лап?
5) Каким фантастическим образом транспортировать и опускать ракету после успешной чудо-ловли?
1) Ракета или ее возвращаемая ступень НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНА выдерживать сколько-либо значительные поперечные нагрузки, любое взаимодействие ее боковой поверхности с тросом, стропой или чем-то еще просто раздавит и переломит ее к чертям, особенно если она начнет заваливаться набок;
2) Найдите мне тросы, которые эффективно погасят скорость в последние моменты и удержат на весу 25 тонн, при этом не оказывая заметного воздействия на конструкцию ракеты (иначе см. п.1). Причем это равносильно удержанию карандаша на острие. Огромного и тяжелого карандаша. Хотя нет, скорее соломинки для коктейля. Гигантской алюминиевой соломинки.
3) На что собирается опираться ракета без лап? На двигатели? Или на ту жалкую «юбочку», что показана на сайте, с которого это скопипащено? Или будет фантастическим образом висеть на чудо-тросах? Вариант с площадкой без дна даже не рассматриваем по очевидным причинам.
4) Как тросы будут удерживать ракету после стягивания петли? Трением? Ракету раздавит моментально, это тонкостенная труба. Какие-то раскладывающиеся крючья к ней присобачивать? Чем это тогда лучше лап?
5) Каким фантастическим образом транспортировать и опускать ракету после успешной чудо-ловли?
А, да, еще:
> Петлевая форма контакта позволяет избежать точечных нагрузок и распределить усилие удержания ступени по окружности, вдоль места контакта петли с корпусом по высоте ступени, при использовании многоуровневой схемы.
Ни хрена подобного. Любое боковое усилие — и весь вес придется на маленькое пятно контакта одного из тросов с боковой поверхностью. После чего ракета сомнется и сложится.
> Современный уровень развития реактивной техники не позволяет изменять динамично и в широком диапазоне величину тяги реактивного двигателя.
Потому что маршевому двигателю это не сдалось никаким местом.
> При посадке, особенно в её самой последней фазе, основным способом стабилизации вертикального положения ступени является изменение вектора тяги тормозных двигателей.
Решетчатые рули и RCS направляют ракету, а не изменение вектора тяги, с каких пор вообще на ракеты ставят двигатели с управляемым вектором тяги?
> Поэтому до полной посадки желательно иметь достаточно сильную тягу.
Главная проблема Falcon 9 в том, что минимальная тяга ОДНОГО маршевого движка в полтора раза больше массы пустой ступени. Дальше сами додумаете? Экранный эффект в последние моменты там вообще играет… цатую роль, на первом месте — момент отключения, чтобы ракета не отскочила на струе от земли.
> Петлевая форма контакта позволяет избежать точечных нагрузок и распределить усилие удержания ступени по окружности, вдоль места контакта петли с корпусом по высоте ступени, при использовании многоуровневой схемы.
Ни хрена подобного. Любое боковое усилие — и весь вес придется на маленькое пятно контакта одного из тросов с боковой поверхностью. После чего ракета сомнется и сложится.
> Современный уровень развития реактивной техники не позволяет изменять динамично и в широком диапазоне величину тяги реактивного двигателя.
Потому что маршевому двигателю это не сдалось никаким местом.
> При посадке, особенно в её самой последней фазе, основным способом стабилизации вертикального положения ступени является изменение вектора тяги тормозных двигателей.
Решетчатые рули и RCS направляют ракету, а не изменение вектора тяги, с каких пор вообще на ракеты ставят двигатели с управляемым вектором тяги?
> Поэтому до полной посадки желательно иметь достаточно сильную тягу.
Главная проблема Falcon 9 в том, что минимальная тяга ОДНОГО маршевого движка в полтора раза больше массы пустой ступени. Дальше сами додумаете? Экранный эффект в последние моменты там вообще играет… цатую роль, на первом месте — момент отключения, чтобы ракета не отскочила на струе от земли.
Грубо прикинем величину нагрузки на трос. Остаточная масса ступени — не более 25 тонн. Центр тяжести расположен не выше трети высоты ракеты. При расположении петли на высоте 40 метров, одной нераскрывшейся опоре и отклонении от вертикали на уровне захвата на 2 метра, горизонтальная статическая нагрузка на петлю будет не более 25т ( 2м / 40м ) ((41,2м/3) / 40м) = 0,429 тонны. Удельная нагрузка на 1 см поперечной проекции ракеты составит при этом 429кг/366см = 1,17кг. При использовании мягкого полимерного троса толщиной 10мм удельное давление на корпус не превысит 1,17кг/см^2. Какое там давление наддува? Оно частично скомпенсирует давление троса. Величина динамических нагрузок зависит от эластичности троса и алгоритма работы системы натяжения. Эти величины вполне сопоставимы с нагрузками, которые испытывает корпус ракеты при перевозке в горизонтальном состоянии.
Что касается системы с подвешиванием ракеты, предложенной автором этой статьи — то тут я согласен — она нежизнепособна — нужны очень толстые тросы, нереально прочные опоры, и, в силу большой массы тросов очень мощные привода, при этом вся система получается очень инертной и жесткой.
Что касается системы с подвешиванием ракеты, предложенной автором этой статьи — то тут я согласен — она нежизнепособна — нужны очень толстые тросы, нереально прочные опоры, и, в силу большой массы тросов очень мощные привода, при этом вся система получается очень инертной и жесткой.
Что-то тут не так… Если я правильно понимаю, 4 троса держат 25 тонн (7,25 тонн каждый) и при этом ракета провисает на 2 метра (то есть тот конец троса, который на ракете, ниже того конца, который на опоре, на 2 метра, правильно?). При длине троса, допустим, 40 метров, угол между тросом и горизонтом будет arctan(2/40) = 2,86 градусов. Тогда сила натяжения троса — 7,25/sin(2,86) = 145 тонн. Я не знаю, как распределяется давление по окружности, но, допустим, что равномерно, тогда для сантиметрового троса получится 145 000/(366/2) = 198 кг/см2. Гильотина.
Расчеты приведены для варианта, когда ракета стоит на платформе, а тросы только не дают ей отклониться от положения, перпендикулярного платформе, при боковом ветре или качке, или приводят её в вертикальное положение при посадке с отклонением от вертикали, причем для случая, если одна из опор не раскрылась/не зафиксировалась, и ракета стоит на 3-х.
Так если она сама умеет садиться, тогда, ИМХО, проще уже допиливать существующую систему стабилизации и совершенствовать механизм раскрытия опор. А против опрокидывания при транспортировке, электромагниты, может быть, встроить в палубу, или опоры просто сделать пошире.
Если сделать опоры пошире — их масса увеличится пропорционально в лучшем случае квадрату, а в худшем — кубу их линейного размера. Если же использовать подобный уловитель — их размеры можно даже уменьшить. У автора статьи они вообще заменены на кольцо ниже уровня сопел (которое непременно расплавится при отсутствии криогенного охлаждения) .
Мне лет пятнадцать назад случилось понаблюдать за тем, как водружали на пьедестал самолёт АН-12 (36,7 т и ещё минус вся "начинка") при помощи двух кранов, траверс строительных и стальных тросов потолще 1 см из статьи. Так вот, сперва было всё нормально, но при малейшей разбалансировке тросы вошли в корпус, как в масло.
добавьте то, что у фалькона, по крайней мере, нет момента зависания, когда можно было бы ловить тросиком.
А в движении…
А в движении…
1) Ракета или ее возвращаемая ступень НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНА
ПРЕДНАЗНАЧЕНА. смотрите дополнение.
2) Найдите мне тросы, которые
Это всего лишь одна из возможных, НЕ главная, конфигурация. И проблеммы этой конфигурации далеко не в тросах.
жалкую «юбочку»,
А какие эмоции вызывают у вас двухтонные лапы фалькона? Это важно!
Думается мне, что, при натяжении, которое нужно, чтобы трос не провисал под весом ракеты и не тянулся, как тарзанка, петля разрежет ступень. Плюс к этому, скорость троса при затягивании петли будет достаточно большой. Не нашел сходу длину ступени… Но, если считать, что 10 метров в ней точно есть, то, судя по картинке трос преодолеет около 20 метров менее чем за секунду. То есть перед тем как сильно сжать ступень, он по ней смачно хлестанет.
Тут много раз упоминалась аналогия с карандашом, мне кажется, предложенная технология — это посадка карандаша в блендер.
Тут много раз упоминалась аналогия с карандашом, мне кажется, предложенная технология — это посадка карандаша в блендер.
И в системе, предложенной автором статьи, и в моей системе без блоков с четырьмя независимыми петлями из эластичного троса, предложенной ранее здесь, и в обсуждении на geektimes движение тросов полностью контролируемое — перед касанием корпуса стягивание петель можно затормозить до безопасной скорости.
На другую планету будет садиться совсем другая ракета — не такая длинная а приземистая, поскольку на Марсе и Луне нет плотной атмосферы. Там также не будет сильного сдувания ракеты ветром и качки морской платформы. Кроме того для посадки на неподготовленную площадку нужны совсем другие опоры — переменной высоты с динамической фиксацией.
Знаете, а мне сейчас в голову пришло, что с посадкой на другую планету какой-то фейк получается. Смысл садить (даже приземистую) ракету в подобном виде? У ней полезная нагрузка в носовом обтекателе, а он на энной высоте будет находиться и как оттуда что-то доставать или не дай бог выезжать? Если только что-то летающее привезти или топливо в баках (но много ли его останется?)
Ну, смысл может быть в том, чтобы её там заправить топливом, произведенным на месте — путём электролиза воды или при помощи привезенного с Земли водорода — и улететь на ней обратно на Землю. А для доставки оборудования лучше использовать другой корабль и более традиционные способы посадки — например Sky crane. А для людей подойдёт Dragon V2.
Кабину для экипажа тоже ведь кроме как наверху не расположить, но на том же Марсе спускаться/карабкаться на высоту пяти-девятиэтажки в скафандре, по моему, как-то не очень — всё-таки не Half-Life. Или грузовой отсек на высоте — примерно такая же ерунда, что с разгрузкой, что с загрузкой. Под такую ракету требуется уже оборудованная база.
Эта проблема решается при помощи автоматически выдвигаемой метровой балки с лебёдкой, и лёгкой платформы, которую прицепят к ней внизу. Учитывая, что на Марсе сила тяжести втрое меньше земной, эта конструкция может быть рассчитана на вес всего около 40 кг.
Теперь я видел космический батут.
А почему ступень нельзя опустить в большой бассейн с водой? Перепад температур попытаться компенсировать тем, что вода в бассейне будет горячей?
P.S.; по-детски написал конечно, извиняюсь :)
P.S.; по-детски написал конечно, извиняюсь :)
Первая ступень высотой ~45 метров. После вертикального приземления в ваш бассейн и опускания в глубь на метров 5 она, после некоторых раздумий, решит полежать, передохнуть. Падение с 40 метров о твердую, как бетон, поверхность воды представьте сами. Хотя зачем представлять, эту ступень уже сажали в океан и подобное падение ничем хорошим не заканчивалось.
Если думать о тросах, то на мой взгляд необходим кусок трубы диаметром — около погрешности позиционирования на высоте нескольких сотен метров и кошки встроенные на самом посадочном модуле.При подлёте кошки выстреливать на кромку, выключать двигатель и плавно давить на тормоз :)
Маск хочет не просто сажать первую ступень. Он готовит посадку тяжелой ракеты на Марс!
На reddit-е уже посчитали, что с подобной конструкцией, чтобы вовремя зафиксировать ступень, канаты должны двигаться с такой скоростью, что при контакте с Falcon-ом, они просто проломят ему стенки.
В этой системе, в отличие от, например, предложенной здесь, канаты легко можно затормозить по любому алгоритму, или вообще остановить в 20 сантиметрах от корпуса ракеты при помощи тормозов на катушках, с которых при стягивании разматываются растяжки, или тормозными колодками, зажимающими сами растяжки. Чтобы при этом нагрузка на растяжки не оказалась слишком велика, петля должна быть из лёгкого материала, например троса с кевларовой основой, наполнителем из минеральной ваты и оплёткой из углеродного волокна (чтобы защитить его от горячей реактивной струи).
По моему проще довести до ума ракету от SpaceX ( тем более успешное возвращение уже было ), чем восстанавливать производство шатлов, которые на данный момент и произвести то уже наверно невозможно, учитывая что последний был сделан 25 лет назад.
1) Ноги не только чтобы вертикально встать, а еще демпфировать. Мало того демпфировать не просто остаточную инерцию, а с учетом допустимого перекоса при посадке.
2) Автоматики и гидравлики в опорах считай почти и нет. Мало того — относительно примитивная гидравлика нужна не только выставить ноги, а еще для пункта 1.
3) При входе в атмосферу включаются двигатели в направлении к земле. Это нужно чтобы создать «тепловой щит» и немного сбросить скорость. Я так понял что опорное кольцо должно выдерживать подобный жар? У выдвижных опор с этим проще — они выдвигаются только перед посадкой.
4) Кольцо будет весить меньше 2х тонн?
5) Ничего что ступень почти не рассчитана на боковые нагрузки и ее придется дополнительно укреплять под тросы?
6) Основная цель применяемой схемы посадки — сесть вообще везде где более или менее ровно. И это важно — для экономии топлива сажать надо в разные места в зависимости от орбиты выведения (считай она падает по баллистической траектории). Ну и на будущее — посадка на Марс и прочие прекрасные места где с атмосферой не очень.
7) Нет возможности заправиться и накинуть обтекатель по–быстрому и полететь своим ходом на место следующего старта.
ИМХО: дизайнер изнасиловал инженера.
P.S. повтор моего комментария с другого ресурса, где автор также постил эту идею, но за 2 месяца ничего нового не придумал.
2) Автоматики и гидравлики в опорах считай почти и нет. Мало того — относительно примитивная гидравлика нужна не только выставить ноги, а еще для пункта 1.
3) При входе в атмосферу включаются двигатели в направлении к земле. Это нужно чтобы создать «тепловой щит» и немного сбросить скорость. Я так понял что опорное кольцо должно выдерживать подобный жар? У выдвижных опор с этим проще — они выдвигаются только перед посадкой.
4) Кольцо будет весить меньше 2х тонн?
5) Ничего что ступень почти не рассчитана на боковые нагрузки и ее придется дополнительно укреплять под тросы?
6) Основная цель применяемой схемы посадки — сесть вообще везде где более или менее ровно. И это важно — для экономии топлива сажать надо в разные места в зависимости от орбиты выведения (считай она падает по баллистической траектории). Ну и на будущее — посадка на Марс и прочие прекрасные места где с атмосферой не очень.
7) Нет возможности заправиться и накинуть обтекатель по–быстрому и полететь своим ходом на место следующего старта.
ИМХО: дизайнер изнасиловал инженера.
P.S. повтор моего комментария с другого ресурса, где автор также постил эту идею, но за 2 месяца ничего нового не придумал.
1) Ноги не только чтобы вертикально встать, а еще демпфировать.
Возможно, тогда не понятно о каких не сработавших "замках" говорил Маск, комментируя неудачную посадку на баржу, когда лапа подломилась?
и гидравлики в опорах считай почти и нет.
опорное кольцо должно выдерживать подобный жар
Да, должно. Насколько тепловая нагрузка высока, могут сказать только специалисты.
4) Кольцо будет весить меньше 2х тонн?
Да, иначе бессмысленно.
5) Ничего что ступень почти не рассчитана на боковые нагрузки
Расчитана. Я дополнил свой пост.
посадка на Марс
Нет таких планов. На редите обсуждали
Возможно, тогда не понятно о каких не сработавших "замках" говорил Маск, комментируя неудачную посадку на баржу, когда лапа подломилась?
Логично предположить что нога раскрывается гидравликой/пневматикой из бака внутри ступени. Если после раскрытия не закрыть клапан от бака, то вполне может случиться такой факап.
и гидравлики в опорах считай почти и нет.
Это по-вашему много сложной гидравлики? Кстати с момента того комментария мне рассказали что это фактически пневматика — проще наполнять и это сжимаемая среда, которая сработает как пружина сама по себе.
Да, должно. Насколько тепловая нагрузка высока, могут сказать только специалисты.
Опять — нет расчетов и численных обоснований.
Рассчитана. Я дополнил свой пост.
В посте очень неправильная отсылка — в транспортном положении ступень пустая и большая часть массы лежит на опорах. Так что нагрузки там почти нет.
Нет таких планов. На редите обсуждали
Вообще то есть и технологию посадки надо отработать. Текущая ситуация с возвратом ступени частный случай тестирования.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Интегрированное решение для захвата и удержания возвращаемых ступеней космических аппаратов