Генеральный директор Илон Маск опубликовал первую официальную визуализацию того, как планы SpaceX по добыче сверхтяжелых ускорителей могут выглядеть в реальной жизни. Однако симуляция, которой он поделился, вызывает столько же вопросов, сколько и ответов.
По крайней мере, с конца 2020 года генеральный директор SpaceX Илон Маск выдвигал идею ловли звездолетов и сверхтяжелых ускорителей с неба в качестве альтернативы тому, чтобы стальные ракеты весом в несколько десятков тонн приземлялись на простой бетон с опорами. Это будет серьезным отходом от очень успешного семейства Falcon от SpaceX, которые приземляются на сложном наборе развертываемых опор, которые можно убирать после мягкой посадки. Очень гибкие и легкие конструкции в основном были надежными и легко подходили для повторного использования, но у ракет-носителей Falcon иногда бывают грубые приземления, которые могут израсходовать одноразовые амортизаторы или даже повредить опоры и затруднить фиксацию ускорителей.
Как ракета меньшего размера, ускорители Falcon должны быть чрезвычайно легкими, чтобы обеспечить достаточный запас полезной нагрузки, и, вероятно, весить около 25-30 тонн без груза и 450 тонн с полным топливом — отличное соотношение массы для многоразовой ракеты. Хотя продолжать эту практику строгой массовой оптимизации со Starship по-прежнему хорошо, транспортное средство — это совсем другая история. Как только будут реализованы планы по расширению баков разгонного блока Starship и добавлению еще трех Raptor, вполне возможно, что корабль Starship сможет выводить более 200 тонн (~ 440 000 фунтов) полезной нагрузки на низкую околоземную орбиту (НОО) с кораблем и ускоренное восстановление.
Для ловли может потребоваться больше топлива, чем сохраненная масса ног. 10 с при 20 м/с² = 100 м/с фактическая dv + 100 м/с гравитационные потери. Самоубийство = 5 с при скорости 30 м/с² = фактическая dv 100 м/с + потери силы тяжести 50 м/с дельта 50 м/с при ~ 200 т и 335 с Isp = 3 т топлива + винт зависания. https://t.co/BjaQK1Qthx
— Эней (@Phrankensteyn) 20 января 2022 г.
Можно подумать, что SpaceX, обладающая потенциально самой мощной ракетой из когда-либо построенных, может воспользоваться этой беспрецедентной производительностью, чтобы сделать саму ракету — которая также, вероятно, будет одной из самых сложных ракет-носителей, — более простой и надежной. Вообще говоря, это потребует пожертвовать некоторыми возможностями полезной нагрузки и добавить системы, которые будут тяжелее, но проще и надежнее. После того, как Starship будет регулярно летать на орбиту и предоставлять много летного опыта и данных, SpaceX сможет усовершенствовать ракету, постепенно уменьшая ее массу и улучшая полезную нагрузку на орбиту за счет оптимизации или полной замены неоптимальных систем и конструкций.
Вместо этого SpaceX, похоже, пытается существенно оптимизировать Starship, прежде чем он предпримет попытку единственного орбитального запуска. Самым ярким примером является план Илона Маска поймать Super Heavy — и, возможно, Starships — с единственной целью, по его собственным словам: «[saving] масса посадочной ноги [and enabling] немедленная перепрошивка [a giant rocket]». Маск, руководители SpaceX или оба, похоже, пытаются усовершенствовать ракету, которая никогда не летала. К сожалению, основываясь на симуляции «уловки» Super Heavy, которой Маск поделился 20 января, все эти странно рассчитанные усилия могут в конечном итоге привести к решению, которое на самом деле хуже, чем то, что он пытается заменить.
Теоретически это экономит массу посадочной опоры и позволяет немедленно совершить повторный полет громоздкой гигантской ракеты.
— Илон Маск (@elonmusk) 16 января 2022 г.
Основываясь на смоделированной телеметрии, показанной на визуализации, спуск Super Heavy в зону приземления кажется значительно более мягким, чем «самоубийственный ожог», который SpaceX обычно использует на Falcon. Замедляя скорость как можно быстрее и делая посадку как можно короче, Falcon экономит значительное количество топлива во время восстановления — дополнительное топливо, которое, если бы это потребовалось в противном случае, эффективно увеличило бы эффективную сухую массу Falcon и уменьшило бы его полезную нагрузку на орбите. В сверхтяжелом «улове», показанном SpaceX, ракета-носитель действительно приземляется — просто на невероятно маленьком участке стали на рычагах, а не на бетонной площадке на земле.
Помимо небольшого бокового движения, руки кажутся неподвижными во время «захвата», что делает его более похожим на приземление. Кроме того, Super Heavy замедляется довольно медленно на протяжении всей симуляции и, кажется, зависает в течение почти 10 секунд ближе к концу. Этот медленный, осторожный спуск и даже более медленное приземление могут быть необходимы из-за того, насколько невероятно точным должен быть Super Heavy, чтобы приземлиться на пару точек подвески с боковым запасом в дюймах для ошибки и, возможно, несколькими квадратными футами полезной площади поверхности. Задача немного похожа на то, как если бы SpaceX по какой-то причине заставила ракеты-носители Falcon приземлиться на два приподнятых уступа шириной примерно с автомобильные шины. Помимо требования точного управления вращением, даже малейшее последующее отклонение может привести к тому, что ракета-носитель свалится с опор и — в случае сверхтяжелого — упадет примерно на сто футов на бетон, где он, очевидно, взорвется.
Этот медленный спуск и окончательное зависание означают, что показанная сверхтяжелая посадка, вероятно, будет стоить значительно больше дельты V (топлива), чем самоубийственный ожог в стиле Falcon. У топлива есть масса, поэтому Super Heavy, вероятно, потребуется сжечь как минимум на 5-10 тонн больше, чтобы аккуратно приземлиться на руки, которые активно не соответствуют положению и скорости ракеты-носителя. По иронии судьбы, SpaceX, вероятно, могла бы довольно легко добавить базовые фиксированные ноги — убрав большинство плохих аспектов ног Falcon — к Super Heavy с бюджетом массы в 10 тонн. Но даже если бы SpaceX сделала эти опоры настолько простыми, тупыми и надежными, насколько это возможно физически, и в итоге они весили бы 20 тонн, присущая физике ракетной техники означает, что добавление 20 тонн к вероятной 200-тонной сухой массе Super Heavy только уменьшит полезной нагрузки ракеты на орбиту примерно на 3-5 тонн или 1-3%.
Кроме того, в соответствии с аргументом Маска о том, что приземление на руки увеличит скорость повторного использования, трудно понять, как приземление Super Heavy или Starship в том же коридоре — но на землю, а не на руки — на самом деле что-то изменит. Если Super Heavy достаточно точен, чтобы приземлиться примерно на квадратный метр неподвижных рук, он по своей сути должен быть достаточно точен, чтобы приземлиться в гораздо большей ширине этих рук. Единственный процесс, который, очевидно, устранит приземление на оружие, — это повторное присоединение оружия к приземлившемуся ускорителю или кораблю, что невозможно себе представить, что сэкономит больше нескольких минут или, может быть, часа работы. Рекорд SpaceX по времени оборота ракеты-носителя Falcon в настоящее время составляет 27 дней, поэтому трудно представить, почему SpaceX будет беспокоиться о сокращении минут или нескольких часов на оборот и повторном использовании ракеты, которая даже не провела полное статическое огневое испытание, не говоря уже о попытках. запуск, вход или посадка орбитального класса.
Проще говоря, в то время как опоры стартовой башни Starbase, несомненно, будут полезны для быстрого подъема и штабелирования Super Heavy и Starship, все более и более вероятно, что использование этих опор в качестве посадочной платформы будет в лучшем случае худшей альтернативой базовому стилю Falcon. посадки. Что еще более важно, даже если все работает идеально, руки на самом деле взаимодействуют с ускорителями, чтобы поймать их, и для Super Heavy есть возможность избежать зависания и использовать более эффективное самоубийственное сжигание, в лучшем случае результат будет незначительно более быстрым повторным использованием и, возможно, 5% увеличение полезной нагрузки на орбиту. Только время покажет, стоит ли такое радикальное изменение таких незначительных выгод.
Моделирование захвата ракеты SpaceX вызывает больше вопросов о концепции
