Орбитальный прототип космического корабля SpaceX замерзает во время первой успешной криоконсервации

Орбитальный прототип космического корабля SpaceX замерзает во время первой успешной криоконсервации

SpaceX впервые провела первый звездолет орбитального класса — прототип, известный как Корабль 20 (S20) — через рутинные криогенные контрольные испытания, заполнив ракету несколькими сотнями тонн жидкого азота для имитации взрывчатого топлива.

Хотя невозможно делать поспешные выводы до того, как представители общественности смогут вернуться на площадку, чтобы сфотографироваться, или пока генеральный директор Илон Маск не отправится в Twitter, чтобы обсудить результаты, первая «криозащита» Корабля 20 оказалась в значительной степени успешной. [Edit: Musk has confirmed that the test went well]. По сравнению с почти тремя дюжинами криокрышек, которые SpaceX выполнила с более чем дюжиной других прототипов Starship, ракеты-носителя и испытательных танков за последние два года, тем не менее, первое крупное испытание Ship 20 все еще имеет некоторые странности.

Исторически сложилось так, что каждое криоконсервирование полного прототипа звездолета было визуально уникальным и практически невозможно предсказать. Без какого-либо прямого понимания SpaceX или Илона целей, плана или графика тестов, процесс наблюдения за тестами (конечно, через неофициальные веб-камеры) и попытки интерпретировать, почему определенные вещи выглядят так, как они, или что происходит в каких-либо данный момент немного пытается интерпретировать размытые иероглифы.

На самом базовом уровне испытания в криогенных резервуарах — будь то Starship, Super Heavy или испытательные резервуары и топливо с жидким кислородом (LOx) / метаном (LCH4) или нейтральным жидким азотом (LN2) — довольно просты. Транспортное средство прикреплено к системам подушек, включено и частично или полностью загружено криогенными жидкостями. После того, как желаемые цели испытаний достигнуты или будут предприняты попытки, транспортное средство отсоединяется (сливается топливо или LN2).

Благодаря тому, что они невероятно холодны (от -160 до -200C; от -260 до -330F), звездолеты LOx / LCH4 или LN2 заполняются быстро охлаждающими тонкими стальными резервуарами, в которых они находятся. Без какой-либо изоляции эта переохлажденная сталь затем замораживает водяной пар из влажного воздуха Южного Техаса, создавая слой инея / льда, который обычно соответствует уровню криогенных жидкостей в баках Starship. Во время этого процесса эти криогенные жидкости неизбежно вступают в контакт с резервуарами и водопроводом Starship, имеющими температуру окружающей среды (для сравнения, раскаленными добела), и нагреваются, превращаясь в результате в газ.

Газообразный химикат намного менее плотен, чем его жидкая форма, а это означает, что давление внутри стационарных резервуаров Starship может быстро стать неуправляемым даже после небольшого испарения. Чтобы поддерживать нужное давление в баке, Starship, как и все другие ракеты, иногда выпускает образующийся газ. Итак, два основных метода интерпретации иероглифов, которые являются тестами на криозащиту: уровень заморозков и вентиляция.

По сравнению с более ранними прототипами первая криозащита Starship S20 была… необычной. В частности, SpaceX начала загружать ракету жидким азотом около 20:00 CDT. Его резервуары для LOx (внизу) и CH4 (вверху) затем медленно заполнялись примерно до 30-50% от их полного объема в течение следующего часа. Однако вместо того, чтобы отделить резервуар, SpaceX затем частично осушил резервуар для метана, но заполнил резервуар LOx дальше, прежде чем покинуть резервуар LOx более или менее полностью заполненным на более чем два часа, иногда пополняя его свежим жидким азотом.

Несколько гигантских вентиляционных отверстий почти через четыре часа после начала испытаний обманули даже самых опытных «Наблюдателей за танками».

Затем, почти через четыре часа после начала загрузки LN2, Starship выполнил несколько массивных вентиляционных отверстий. Обычно, учитывая предшествующие часы испытаний, эти вентиляционные отверстия наверняка были бы отверстиями для отсоединения — эффективно сбрасывающими давление в баках Starship, когда из них сливается жидкость. Однако эти вентиляционные отверстия вместо этого совпали с быстрой загрузкой еще одной или нескольких сотен тонн LN2, по-видимому, пополнив Starship S20 в процессе. Примерно в этот момент SpaceX, возможно, приступила к испытаниям под давлением криокрывы Корабля 20, (в основном) закрывая вентиляционные отверстия ракеты и позволяя давлению постепенно повышаться до уровня полета (а может быть, даже выше).

Много-много месяцев назад, когда SpaceX занималась криоизоляцией первых полноразмерных прототипов звездолета, Маск раскрыл целевое рабочее давление в 6 бар (~ 90 фунтов на квадратный дюйм). В конечном итоге корабли были успешно протестированы при давлении выше 8 бар (~ 115 фунтов на квадратный дюйм), что дало Starship здоровый ~ 30% запас прочности. Как первый прототип звездолета орбитального класса, Корабль 20, вероятно, должен столкнуться с давлением в танках больше, чем любой другой корабль до него, чтобы иметь шанс пережить свой дебютный запуск на орбите и попытку возврата на орбитальную скорость.

Первая (прерванная) попытка контрольных криогенных испытаний Starship S20, 27 сентября. (NASASpaceflight — bocachicagal)

Демонстрация сил и давления, связанных с прототипом Starship SN1 размером со здание SpaceX в феврале 2020 года.

Помимо основ криоизоляции, 29-30 сентября Starship S20 также сделал важный шаг вперед, став первым кораблем, завершившим испытание на криозащиту с установленным полным теплозащитным экраном. Хотя невозможно точно судить, насколько хорошо работал тепловой экран S20, состоящий из ~ 15000 плиток, изображения с общедоступных веб-камер не показали явных признаков разрушения и падения плиток, поскольку Starship неоднократно охлаждался и нагревался — в результате сжимался и расширялся. Кроме того, все еще находясь в контакте с воздухом, стальная обшивка резервуара под большинством плит Корабля 20, вероятно, покрылась бы слоем инея и льда, но тепловой экран, казалось, без проблем справился с этим невидимым изменением.

Возможно, что десятки или сотни плиток столкнулись друг с другом, откололись или потрескались слишком незаметно, чтобы их можно было увидеть на веб-трансляциях LabPadre или NASASpaceflight, но это можно подтвердить или опровергнуть, только когда дорога откроется и местные фотографы смогут делать снимки с более высоким разрешением. Звездолет. На данный момент кажется, что первая криозащита Корабля 20 была очень успешной, и мы надеемся, что она откроет дверь для установки Raptor и проведения статических огневых испытаний в ближайшем будущем. Следите за новостями!

Обновление: по традиции, генеральный директор SpaceX Илон Маск не заставил себя долго ждать, чтобы написать в Твиттере о результатах первой криозащищенности Starship S20, подтвердив, что «доказательства были хорошими!»

Орбитальный прототип космического корабля SpaceX замерзает во время первой успешной криоконсервации