Comments 46
Стоит, пожалуй, отметить, что первопричина всего этого - это Циолковский, точнее "тирания" его ракетного уравнения, а теплозащита и аэродинамика - это все от бедности (бюджетов deltaV). Если б мы могли позволить себе спалить еще 7-8 км/с чтобы погасить орбитальную скорость при возвращении на поверхность - все было бы значительно, на порядки проще.
Ну, честно говоря, я в этом вопросе не копался, потому вряд ли могу что-то кроме общих фраз сказать. Возможно, будет размен температуры на время - то есть вместо 30 минут на 2000 градусов будет 300 минут на 800 (и как раз во времена Спирали и Бурана важен был именно быстрый спуск по вполне очевидным причинам). Однако я не видел расчётов и результатов экспериментов. Беглый гуглёж выдаёт "какие-то теплозащитные плитки" и "нержавеющая сталь вместо алюминия" - и я не берусь это комментировать)
Что касается спуска на двигателях:
Подобное требует снижения полезной нагрузки примерно на 10% (на запас топлива). При нечастых запусках убыток получается уж очень большой. Этот недостаток есть, конечно, и у Фальконов, и нивелировать его можно только большим количеством пусков. По этой и другим причинам вся космическая программа спейсиксов имеет смысл только при очень большой массовости — и ровно потому создание Фальконов сопровождалось проектами на тысячи и тысячи спутников. Стоит уменьшить интенсивность пусков — и выгода исчезнет.
Добавлю, что сажают — лёгкую, пустую, первую ступень. Только труба и двигатели. Посадка чего-то более основательного требует и более серьёзных средств посадки — что мы и наблюдаем с новым кораблём. И, кстати, запас топлива (и соответствующее уменьшение полезной нагрузки) на такую посадку нужен ещё больше.
И ещё: традиционная посадка, которую используют все, от птиц до самолётов, выполняется с «обнулением невязок», то есть моментом с нулевой вертикальной скоростью, чтобы отстроиться от всех ошибок, возникших «до того». У самолётов это называется выравнивание. На авианосцы садятся без выравнивания — и процент аварий и катастроф при посадках там гораздо выше обычного, несмотря на специальное обучение пилотов.
Ракеты спейсиксов садятся без этого, и, если где-то в воздухе по любой причине вертикальная скорость станет нулевой — неизбежно падение. Чтобы этого избежать, нужен двигатель очень малой тяги, равной весу сажаемого. Это, в свою очередь, требует очень большого уровня дросселирования или специального посадочного двигателя, или просто большого числа движков, так что сажать можно на одном из нескольких десятков. Что, опять же, мы и наблюдаем.
Очевидно, что описанные ужасы преодолимы — но при условии большого числа расчётов в онлайне. Сейчас это вполне доступно, но раньше — нет. Потому так и не сажали.
Полагаю, под онлайном подразумевалось управление в реалтайме.
А сейчас те возможности будут? Изнутри плазменного кокона по радио наружу передавать что-то ещё, пожалуй, получится (ибо "на земле" бОльшие возможности в обработке), а обратно с очень большим трудом, КМК, ибо источник очень энергичного шума совсем рядом.
На плазменном участке нужно только сохранять устойчиво положение, при котором ничего не прогорит, там не до маневрирования. Такую задачу умели решать уже и в 60-е.
Я, в данном случае, писал именно о посадке на движках, где нужно парировать атмосферные возмущения, не допустить чрезмерного падения скорости (в случае посадки без обнуления) и при том попасть в место приземления с очень высокой точностью. Тут уже аналоговыми системами не справиться, и вообще считать нужно много.
достаточно одного неправильного угла при входе, и корабль «завязнет» в атмосфере и вскоре сгорит.эта проблема существует при любом входе в атмосферу. И её, в целом, можно считать решённой.
Простите, в каком «онлайне»? Вы считаете, что разработчики производят расчеты на форумах или комментах на «хабре»? :Dв комментах, даже не только на хабре, умеют сужать понимание непременно до такой степени, чтобы не увидеть смысла. И правильно, так легче троллить.
Подобную задачу еще никто никогда не решал,Эта задача решается при каждом спуске космического корабля. Любого. Даже шариков Востока/Восхода, а уж для формы «фара» решалась обязательно.
В проекте Аполло задача была изучена ещё подробнее с целью торможения на подлёте от Луны. Предусматривалась возможность торможения в два приёма с временным выходом из атмосферы для охлаждения.
А дальше у Вас — типичные для тролля отрицания при старательном избегании показать хоть какую-то информацию. Ведь на этом придётся раскрыть свой уровень знаний…
Еще раз: SpaceX предстоит решить задачу, которую никто до них не решал — многочисленные reentry в атмосферу с целью погашения орбитальной скорости и рассеивания колоссальной энергии (btw, можете сами посчитать, какой именно — если знаете, конечно, как).Ещё раз: орбитальную скорость гасить множеством входов смысла нет. Скорость выше орбитальной — есть, и это прорабатывалось ещё для Аполлонов.
для куда меньших объектов (Space Shuttle и Буран), решалась иначе,Куб-квадрат, если, конечно, этот закон Вам знаком, делает смену решений при смене масштаба — обязательной. У более крупных объектов больше энергии нужно погасить на единицу площади, то есть выше интенсивность тепловыделения. Но, в то же время, способность аккумулировать энергию, снижая темп роста температуры, у них тоже выше. Это, конечно, приводит к иным решениям.
чрезвычайно дорогостоящим и не очень надежным методом, приведшим к одной из самых страшных катастроф в истории космонавтики.А вот это уже просто неправда и по отношению к причинам катастрофы, и по отношению всей этой ситуации к технологии множественного входа.
потому и спросил того, кто знает, как обстоят дела в реальности.открытой информации — полным-полно, но Вам нужна халява, а не изучение вопроса?
То ли SpaceX удалось создать плитку, по надежности превосходящую на порядок ту, что использовалась на Шаттлах и Буране, то ли произошел какой-то «прорыв» в теоретических расчетах, гарантирующий 100% рабочее управление на космических и гиперзвуковых скоростях.Прошедшие десятилетия даром не прошли. Плюс метод крепления плиток другой, и это играет большую роль. Плюс аэродинамическая схема иная. Плюс иная энерговооружённость, что принципиально изменяет требования на выходе из «горячего» участка.
сход с орбиты, на мой взгляд, будет чрезвычайно дорогостоящим занятием.взгляд тролля мало кого интересует.
3034205 Мегаджоулей!С учётом того, что вход в плотные слои выполняется на скорости уже ниже первой космической, а скорости ниже 1км/сек (примерно М=3) тоже рассмотрению не подлежат, эта страшная цифра вырождается в эквивалент сгорания примерно 50 тонн бензина, из которых процентов 90 уносится с обтекающим воздухом. Всё равно, конечно, остаётся много — но уже не заслуживает столь громких восклицаний, явно.
Кроме того, рассуждения об энергии вообще отражают очень небольшую часть вопроса, и то криво. Вопросы рассеивания общей энергии, конечно, важны — но ещё важнее вопросы, связанные с температурой торможения. Это вполне технический термин, можете почитать ГОСТ 25431-82, к примеру.
Остальное я написал Вам в личку.
Какие «ниже 1 км/cек», зачем вы тупо троллите?! До «1 км/сек» должна пройти целая вечность, сбрасывая с 7.8 км/сек! И ничего никуда не «вырождается»: либо отдаем горящей теплозащитой, либо «горим» плитками — нет других вариантов (ну, или не было).Можно подумать — это я выдал цифру полного значения кинетической энергии :-D
Промахнулись на десятки процентов, да ещё и не учли не менее (а то и более) важный фактор — и кто-то Вам ещё и виноват?
пробовал в KSP.
многочисленных reentry не надо. Просто ныряешь в верхнии слои атмосферы и удерживаешь безопасную высоту, чтобы не перегреться.(если с орбиты возвращаешься, если с луны, хочешь или нет а реентруться придётся.)
чтобы избежать reentry, приходятся иногда переворачивать корабль, чтобы подъёмная сила становилась опускательной силой.
Проблема в том, что когда скорость падает примерно до 80% орбитальной, то приходится лететь ещё высоко, чтобы не перегреться, но при этом подъёмной силы не хватает чтобы остановить падение.
Вариантов решения проблемы 3:
1)увеличить площадь крыла, тем самым увеличить подъёмную силу.(но это нужно много добавить, вариант 2 мне понравился больше)
2)добавить хотябы тонкую теплозащиту.
3)тормозить двигателем когда температура приближается к критической.
Многочисленные (обычно только один :-) повторные входы нужны, чтобы сбросить накопленное тепло. Используется, если вход на скорости выше первой космической. Просто с орбиты повторные входы, конечно, не нужны, уже после первого торможения времени пребывания вне атмосферы не хватит для охлаждения.
Так что да — теплозащита, умеренное аэродинамическое качество на «плазменном» участке, чтобы быстрее его пройти. Потом, при снизившейся скорости, можно уже и двигателем отработать. Тормозить же интенсивно на орбите смысла нет — только топливо расходовать, всяко энергии будет гораздо меньше, чем можно сбросить аэродинамическим торможением. Чтобы сбросить почти всю ещё до входа в атмосферу, нужно, считать, полную вторую ступень отработать. Дело даже не в том, что топлива жалко, а в том, что всё это нужно сначала вывести, и размер иметь соответствующий на посадке — совершенно избыточный.
в KSP она скорее испарительная.(за счёт траты ресурса теплозащиты джоули энергии тупо пропадают). Хотя может и абляционная. Я там формулы не разглядывал.
Но по факту она начинается использоваться уже после того, как мы уже необратимо провалились в атмосферу. До этого считай без теплозащиты летим. Тупо за счёт жаропрочных материалов. Ну или за счёт теплозащиты как у шаттла. Разницы нет(на том уровне симуляции).
Выход из атмосферы для сброса тепла не нужен. Достаточно не проваливаться в атмосферу слишком глубоко. Чтобы нагрев не превысил возможности охлаждения.
Но по факту она начинается использоваться уже после того, как мы уже необратимо провалились в атмосферу.До начала плотных слоёв большую роль играет как раз энергетика. Температура торможения высока, но тепло успевает отводиться (низкая плотность атмосферы — низкий приток энергии, а конструкция холодная). Ближе к плотным слоям выше роль температуры торможения, так как тепловые потоки уже превышают возможности конструкции по быстрому отводу тепла и охлаждению внешнего слоя.
Выход из атмосферы для сброса тепла не нужен. Достаточно не проваливаться в атмосферу слишком глубоко. Чтобы нагрев не превысил возможности охлаждения.если речь идёт о многократных входах с изначальной скоростью выше первой космической — да, заходить в плотные слои не обязательно и даже нежелательно. Правильно — зайти в верхние слои, потерять скорость и за счёт подъёмной силы «отскочить», снова выйти из атмосферы для охлаждения. Если оно, конечно, требуется.
Такая схема, с отскоком, предполагалась и у нас и у американцев. «Зонды», вариант 7К-Л1, так и садились, тем более, что это позволяло привести точку приземления в территорию СССР. Американцы, опробовав прямую посадку на Аполло-4 и -6, убедились, что можно и без этих сложностей. Задачи посадки в высокие широты у них, к тому же, не было.
До начала плотных слоёв большую роль играет как раз энергетика. Температура торможения высока, но тепло успевает отводиться (низкая плотность атмосферы — низкий приток энергии, а конструкция холодная). Ближе к плотным слоям выше роль температуры торможения, так как тепловые потоки уже превышают возможности конструкции по быстрому отводу тепла и охлаждению внешнего слоя.
не совсем так.
высокие слои-охлаждаемся излучением.
средние слои-теплозащита
нижние слои-нагрев\теплоотдача в атмосферу сбалансированы
верхние\средние\нижние это конечно условно.
под необратимо провалился я имею ввиду средние слои. Когда туда пришлось упасть посколько подъёмной силы и скорости не хватает чтобы удерживаться в верхних.
Правильно — зайти в верхние слои, потерять скорость и за счёт подъёмной силы «отскочить»
зачем отскакивать? если мы отскакиваем, значит мы вытягиваем орбиту. А вытянутая орбита означает большую скорость в нижней точке.
Почему не лететь в верхних слоях?
не совсем так.ну, давайте «от яйца». Есть два параметра: температура торможения и плотность воздуха. Нагревом от трения можно, в целом, пренебречь, его роль велика уже в той зоне, которую мы не рассматриваем.
Поскольку температура вообще — мера кинетической энергии молекул, то температура газа относительно спускаемого аппарата определяется тем, с какой скоростью летят молекулы газа. Ну, или СА относительно воздуха :-)
Называется такая температура «Температура торможения» и, поскольку зависимость там далека от линейной, определялась в значительной степени эмпирически. Скажем, в конце участка интенсивного торможения, на высотах 11 км и выше при скорости М=3 температура торможения 601°К или 328°С.
Смысл такого рассмотрения именно в том, что при заданной скорости и плотности воздуха выше температура быть не может, это верхняя граница.
Дальше встаёт вопрос температуры на поверхности тела (корпуса СА). Пока плотность газа невелика, тепловой поток мал (несмотря на очень большой градиент, то есть ту самую температуру торможения). Значительная (большая) часть тепла к тому же уносится с газом и излучением от нагревшейся поверхности. В результате теплоотвод в конструкцию от поверхности позволяет сохранять её температуру в конструктивных пределах.
Дальше, с ростом плотности газа, тепловой поток уже не может быть полностью скомпенсирован суммой факторов (унос с газом, излучение, отвод в конструкцию). В результате остановить перегрев поверхности невозможно, и требуются специальные меры aka теплозащита. Либо нужна очень низкая теплопроводность вкупе с высокой термостойкостью, либо абляция.
При этом важно создать толстый погранслой, чтобы температура торможения развивалась не собственно на поверхности, а на некотором расстоянии от неё. При абляции это достигается, в том числе, исходящими из материала газами. И делают абляцию в первую очередь именно для этого, расход энергии на абляцию не так велик, чтобы сравниться с общим тепловым потоком. Слой газа — неплохой теплоизолятор.
Но в целом этого (отведения точки с температурой торможения от поверхности) добиваются аэродинамическими расчётами, созданием прямого скачка и избеганием косых скачков недалеко от поверхности. Но, если скачок происходит слишком далеко от поверхности — с высокой вероятностью возникнет аэродинамическая неустойчивость. Так что требуется сразу много компромиссов по разным параметрам.
зачем отскакивать? если мы отскакиваем, значит мы вытягиваем орбиту. А вытянутая орбита означает большую скорость в нижней точке.Прежде всего, скорость после отскока значительно снижена относительно исходной, и скорость повторного входа будет не выше. При этом от выхода до нового входа поверхность успевает остыть. В этом и смысл, и потому многократные (даже не только двукратные) схемы рассматривают при возвращении из межпланетных полётов. Не обязательно применяют — но рассматривают обязательно.
Второе применение отскока — возможность изменить плоскость полёта. В советской лунной программе, когда посадки планировались в довольно высоких широтах, этого добивались именно отскоком.
Собственно, знакомство с такой схемой было одной из причин паники по поводу возможности использования шаттлов в качестве бомбардировщиков.
Почему не лететь в верхних слоях?Потому, что будет происходить непрерывный нагрев аппарата, так что в результате он нагреется, потеряет способность отводить тепло от поверхности и в результате просто сгорит. Собственно, примерно так и сжигают космические аппараты, когда их не сажают, а сводят с орбиты — с малым (относительно «посадочного») углом входа в атмосферу.
Прежде всего, скорость после отскока значительно снижена относительно исходной, и скорость повторного входа будет не выше.
какая разница какая скорость входа, если нас интересует не скорость входа, а скорость полёта в достаточно плотных слоях атмосферы?
Потому, что будет происходить непрерывный нагрев аппарата, так что в результате он нагреется, потеряет способность отводить тепло от поверхности и в результате просто сгореть.
МКС летает и ничего. спутники старлинка вон недавно сошли с орбиты как раз из-за повышения плотности атмосферы. А гореть начали уже позже.
Собственно, примерно так и сжигают космические аппараты, когда их не сажают, а сводят с орбиты — с малым (относительно «посадочного»)
я так понимаю малый угол там сугубо из-за экономии топлива.
При этом от выхода до нового входа поверхность успевает остыть.
тут уже считать надо, но пока такая схема выглядит как решение проблемы надостаточной теплозащиты. если АБЛЯЦИОННАЯ теплозащита не справляется.
Если бы не справлялась не абляционная теплозащита, нужно просто было лететь выше, где нагрев ниже.
какая разница какая скорость входа, если нас интересует не скорость входа, а скорость полёта в достаточно плотных слоях атмосферы?разница в том, в каком состоянии аппарат входит в плотные слои атмосферы. Во-первых, это может быть сделано с меньшей скоростью. Скажем, скорость подлёта к планете выше первой космической, а скорость после отскока — ниже. Это вовсе не обязательно — писал уже, что американцы готовились к схеме с отскоком, но потом убедились, что на 11км/сек могут сажать напрямую.
МКС летает и ничего.ну, как ничего — её регулярно поднимают. Вдобавок, высота её орбиты больше 400км, это достаточно далеко от высот преднамеренного торможения.
спутники старлинка вон недавно сошли с орбиты как раз из-за повышения плотности атмосферы. А гореть начали уже позже.«предварительный прогрев» на больших высотах не поджигает аппарат немедленно, но прогревает его и сдвигает момент начала горения «влево». Если нужно именно сжечь аппарат — то так и надо. При меньшем угле входа (и в плотные слои тоже) температура торможения всё равно высока, а время нахождения в таких условиях — растёт.
я так понимаю малый угол там сугубо из-за экономии топлива.… и для повышения гарантии от того, что слишком уж большие куски долетят до поверхности.
но пока такая схема выглядит как решение проблемы надостаточной теплозащитыЯ не берусь утверждать и гарантировать только из личных соображений, но такая схема и просчитывалась и использовалась. И Аполлоны, и Шаттлы сертифицировались на возможность посадки с повторным входом (то есть были заранее проработаны штатные процедуры этого), Зонды так и садились.
нужно просто было лететь выше, где нагрев ниже.… и в результате прогреться на всю глубину до сотен градусов. Живые космонавты никому не нужны?
разница в том, в каком состоянии аппарат входит в плотные слои атмосферы. Во-первых, это может быть сделано с меньшей скоростью.
Не может. скорость в низшей точки круговой орбиты, будет ниже, чем скорость в низшей точке на той-же высоте вытянутой орбиты. (ещё раз, это не сравнение 2-х нырковой и классической однонырковой схемы, это сравнение 2-х нырковой и длительного торможения в верхних слоях, когда аэродинамика работает не чтобы отскочить от атмосферы, а наоборот, чтобы как можно дольше в ней оставаться)
Практически это выглядит так: перигей несколько ниже, чем выдержит аппарат, но пока до него аппарат долетит за счёт аэродинамики перигей несколько поднимается, после прохождения перигея, переворачиваемся брюхом вверх и аэродинамика начинает работать чтобы удержать аппарат как можно дольше в атмосфере.
Но опять-же зачем отскакивать от атмосферы. почему не максимизировать торможение в верхних слоях, когда теплозащита ещё не татится? Или абляционная защита срабатывается даже без разогрева?
ну, как ничего — её регулярно поднимают.
вот, торможение есть, а сгорания нет.
При меньшем угле входа (и в плотные слои тоже) температура торможения всё равно высока, а время нахождения в таких условиях — растёт.
думаю тут уже симуляция в KSP может быть недостаточно хороша. вполне возможно что она считает, что чем больше плотность атмоферы, тем больше теплопередача в аппарат. А по факту разницы может не быть, если температура внешнего слоя теплозащиты и так максимально разогрета(температура теплозащиты = температуре воздуха).
и в результате прогреться на всю глубину до сотен градусов. Живые космонавты никому не нужны?
Ещё выше. Где аппарат будет успевать остывать излучением.
Неужели только потому, что игрушки-симулятора под рукой не было? Риторический вопрос, не отвечайте.
В случае «Спирали»для этого также используется пространственная ферма, которая, используя тепловое расширение, рассеивает нагрев, охлаждая всю конструкцию.
Это как вообще? Можете пояснить?
//БОР-5 №505 в Техническом музее в немецком Шпайере
Насколько свежее фото? В немецких музеях раньше уделялось гораздо больше внимания , "крупным формам" космической программы СССР, но с появлением МКС, выставочные площади перепрофилировали под нее. Что достаточно логично.
Теплозащита и Аэродинамика — пара нюансов, отделивших нас от Космоса