Landing Falcon-9: مظهر متخصص

ضيف مدونة اليوم هو مهندس الصواريخ بافيل بوشكين. بناء على طلبي ، علق على الهبوط الأخير للمرحلة الأولى من صاروخ فالكون -9 ، وأعطى تقييمًا خبيرًا لحالة الصاروخ العائد ، وفقًا للصور المنشورة.

بافيل بوشكين ، نائب رئيس سابق لمركز التصميم والبحوث في FSUE GKNPTs im. MV Khrunicheva ". الآن المدير العام لشركة CosmoCurs LLC ، شركة ناشئة روسية خاصة ، حددت هدف إنشاء صاروخ وكبسولة سياحية للتنافس على سوق السياحة الفضائية مع Virgin Galactic و Blue Origin. يعمل بافيل بوشكين على تطوير الصواريخ منذ أكثر من 10 سنوات ، وشارك في إنشاء صاروخ أنجارا ، ويقود الآن تطوير صاروخه ومركبته الفضائية تحت المداري.


______________________________________

يجب أن يبدأ بحقيقة أنه لا يوجد شيء غير متوقع أو مفاجئ في الهبوط النفاث للمرحلة الأولى من Falcon-9. تم حساب كل هذا منذ فترة طويلة ، بما في ذلك في بلدنا. حول موضوع "الصعود" ، تم وضع فكرة إنشاء صواريخ قابلة لإعادة الاستخدام مع الهبوط التفاعلي لوحدات الصواريخ ، وفي مكتب تصميم ساليوت اقترحوا الفكرة الثورية في ذلك الوقت ليس فقط الهبوط التفاعلي ، ولكن أيضًا تشكيل حلقة ارتجاعية مع عودة وحدة الصواريخ إلى موقع الإطلاق. لذلك تم إجراء مثل هذه الدراسات لفترة طويلة في كل من بلدنا وفي الولايات المتحدة الأمريكية. في الوقت نفسه ، تم تطوير واختبار العديد من متظاهري الطيران في الولايات المتحدة ، حيث كان أبرزها دلتا كليبر»، الذي كان في الهواء يجعل الأكروبات عمليًا متبوعًا بهبوط نفاث دقيق. من حيث المبدأ ، فإن المتخصصين الذين يشاركون بالفعل في قضايا إعادة الاستخدام قد عرفوا منذ فترة طويلة قدرات مخطط الهبوط التفاعلي وفقدان كتلة الحمولة التي يؤدي إليها مخطط إعادة الاستخدام هذا. الشيء الوحيد الذي لم يكن معروفًا هو تكلفة الصيانة والإصلاح لتنفيذ عمليات الإطلاق المتكررة بموثوقية معينة. في الوقت نفسه ، لا تزال هناك مشاكل في الولايات المتحدة مع حقيقة أنه ، بدءًا من الساحل الشرقي ، يمر الطريق فوق مياه المحيط ، وهو أمر يصعب نظريًا الدخول إليه. ولكن كما نرى ، قامت SpaceX بالمخاطرة وبدأت في محاولة الهبوط في الخطوة الأولى على مركب ، وهو أكثر صعوبة من الناحية الفنية من الهبوط على الأرض. الأكثر إثارة للاهتمامأنه عند البدء من Vostochny Cosmodrome ، لن يكون لدينا مثل هذه المشاكل مع أي سمت إطلاق - في كل مكان توجد أرض واحدة. إذا تحدثنا عن الهبوط الناجح لمرحلة Falcon-9 الأولى ، فقد ذهبت SpaceX لتكاليف وقود إضافية لإعادة المرحلة إلى موقع الإطلاق.

إذن ، ماذا يخبرنا فيديو الهبوط في المرحلة الأولى من Falcon-9؟ من الواضح أن الهبوط كان ناجحًا ودقيقًا إلى حد ما. علاوة على ذلك ، يهتم الجميع بحالة الدولة التي وصلت إليها المرحلة وما إذا كان يمكن إعادة استخدامها. دعنا نرى الصورة مباشرة بعد الهبوط:



تظهر الصورة أن الخطوة مستوية ، ولم يحدث التواء أو تشويه لقذيفة الدبابات. للوهلة الأولى ، كل شيء جميل وسليم ، على غرار خدمة الطائرة بين الهبوط. الخطوة الحقيقية مدخنة قليلاً. يجب توضيح شيء واحد مثير للاهتمام هنا. هذا السناج ليس من حقيقة أن مرحلة السقوط تحترق في الغلاف الجوي ، ولكن من حقيقة أن المحركات تم تشغيلها لإبطاء عند دخول الغلاف الجوي. يتم هذا الكبح من أجل تقليل تدفقات الحرارة القادمة إلى المسرح (على الأرجح إلى جدران الخزانات). تعتمد تدفقات الحرارة على سرعة الطيران تقريبًا بما يتناسب مع السرعة في المكعب. لذلك ، فإن الكبح بنسبة 30 ٪ يعطي انخفاضًا في تدفقات الحرارة بنحو ثلاث مرات. وفقًا للحسابات ، كان هذا الكبح تقريبًا أثناء نزول مرحلة Falcon-9 القابلة لإعادة الاستخدام.لذلك مع هذا الكبح ، يدخن السخام الناتج عن تشغيل المحركات كل شيء.



ثم جاء الصباح وبدأ العمل بخطوة. كان أهم شيء هو وضعه على وحدة النقل وأخذه إلى حظيرة الطائرات لمزيد من العمل. كان من المثير للاهتمام ما ستفعله SpaceX مع أعمدة الهبوط. ويبدو أنهم رفعوا المسرح باستخدام رافعة وفصلوا ببساطة الدعامات. صحيح ، هذا ليس بسيطًا على الإطلاق ، نظرًا لأن مركز الاتصال العلوي مرتفع بما يكفي ولإطلاقه ، يلزم العمل على ارتفاعات عالية مع رافعة. مطلوب أيضا فصل جميع الاتصالات ، ووضع بذرة. ثم قم بتعليق الدعم باستخدام رافعة ووضعه على الناقل أو في مكان مؤقت للخدمة. من أجل منع الخطوة من التعليق في الهواء ، تم رفعها في البداية وإعادة ترتيبها إلى الهيكل التكنولوجي. من الناحية النظرية ، قد لا تتم إزالة الدعامات أثناء عمليات الإطلاق المتعددة الحقيقية ، ومن المستحسن عدم القيام بذلك ،ما عليك سوى طيها. ولكن بالنظر إلى أن مرحلة اختبار الهبوط وعلى الأرجح لن تطير في أي مكان آخر ، فإن إزالة الدعامات خطوة معقولة.



في هذه الصورة نرى خطوة وضعت على وحدة نقل دون دعامات الهبوط. في هذا النموذج ، تم جلبه إلى حظيرة الطائرات لمزيد من العمل.



في الحظيرة ، نرى أنه تم إزالة الفتحات التكنولوجية من المنصة لفحص المحركات والاتصالات في مقصورة الذيل. الخط الفاصل للدبابات مع الخزان السفلي المدخن مدهش ، ثم يكون الهيكل أبيض تقريبًا ، ثم يسخن مرة أخرى من الأعلى. فقط على الجزء السفلي من خزان المؤكسد كان الصقيع. على الأرجح ، تم نقعها أيضًا مع السناج ، لكنها ذابت فيما بعد وسقطت السخام من الزجاج أو الصقيع.



يمكن ملاحظة أن السخام الموجود على المحرك قد استقر بقوة كافية وسيكون من الصعب جدًا غسله. من حيث المبدأ ، لا يستطيع أخصائيو المحركات حاليًا تقديم إجابة ذات معنى حول السخام. عند إجراء اختبارات متعددة على محرك واحد ، غالبًا لا يتم تنظيفه من السخام. ولكن عندما يتم تسليمه إلى الصاروخ وللفحص البصري ، يتم تنظيف كل شيء إلى اللمعان دون فشل. في النهاية ، دعنا نرى ماذا سيفعل بالسخام على محركات SpaceX. لوحات الشاشة السفلية قابلة للإزالة من حيث المبدأ ويمكن تنظيفها بشكل مستقل. ليس من الواضح كيف ستنظف SpaceX قسم الذيل ؛ قد يلزم إزالة المحركات. في الوقت نفسه ، من المطلوب أن تأخذ على محمل الجد قضايا تنظيف السطح النهائي لحجرة الذيل.أثناء الطيران ، ينبعث شعلة المحرك من الطاقة بشكل جيد للغاية ويمكن أن تكون درجة سواد السطح حاسمة لعدم حرق الهيكل. إذا نظرت إلى الأجزاء الخلفية من كتل مركبة الإطلاق Soyuz ، يمكنك رؤية أسطح لامعة من النهاية وحتى من الجانب. هذه صفائح مصقولة من التيتانيوم في نهاية الوحدة المركزية وصفائح فولاذية من الكروم في أماكن أخرى. يتم تثبيت الأوراق على ركيزة الأسبستوس.





بعد ذلك ، نرى حالة السطح الأسطواني للمرحلة الأولى. يمكن ملاحظة أن طلاء الخطوة يتأثر بشكل خطير بتأثيرات درجة الحرارة ، وربما السناج. عند تسخينه ، بدأ المينا المستخدم في Falcon-9 بالابتعاد عن القاعدة ، وحلقت جزئيًا وذهبت إلى فقاعات. بالمناسبة ، تعمل التغطية هنا كمؤشر. يمكن ملاحظة أنه كان هناك تسخين طفيف ، لم يؤد إلى تغيير في لون المينا على الهياكل المعدنية. لكن الحالة على المحول المركب بين المراحل مذهلة. من حيث المبدأ ، بدأ المينا بشكل رئيسي في التراجع. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الموصلية الحرارية للمركب أسوأ من المعادن ، مما يؤدي بدوره إلى ارتفاع درجة حرارة المينا. يجب استعادة هذا المينا. يمكن إجراء إصلاحات طفيفة وكذلك إعادة طلاء كاملة.قد يرى أو لا يرى الأشخاص الذين يعانون من أكثر حدة الرؤية تغيرًا في لون المينا في لون بني في المحول بين المراحل ، والذي قد يشير أيضًا إلى ارتفاع درجة حرارة المينا. يمكن حل مشكلة استعادة المينا بطريقة جذرية - فقط لا ترسم الخطوة ، التي تم استخدامها بنجاح على مركبة إطلاق بروتون. صحيح ، هناك حاجة إلى الطلاء الذي يحمي الهيكل بشكل موثوق من التآكل والتآكل لفترة طويلة في ظروف التشغيل المستمر.التي تحمي الهيكل بشكل موثوق من التآكل والتآكل لفترة طويلة في الاستخدام المستمر.التي تحمي الهيكل بشكل موثوق من التآكل والتآكل لفترة طويلة في الاستخدام المستمر.

نتيجة لذلك ، اقتربت SpaceX من الإجابة على السؤال - ما هي المشاكل التي تنتظرنا عند إعادة استخدام كتل الصواريخ في المراحل الأولى من الصواريخ. للوهلة الأولى ، الخطوة القابلة لإعادة الاستخدام مناسبة. سيتم حل مشكلة السخام إما عن طريق الإجراءات الهيكلية والتكنولوجية لتبسيط التنظيف ، أو عن طريق استبدال الكيروسين بالميثان جذريًا. بعد ذلك ، يجب عليك الإجابة على السؤال حول مدى ملاءمة المحركات لرحلات متعددة. وفقًا للخبرة ، يتيح تصميم المحرك المحدد عمرًا طويلًا للهيكل دون انخفاض في الموثوقية. وفقًا لـ Elon Mask ، فقد قاموا بالفعل بتطوير المحرك لمورد من أربعة أضعاف للاستخدام بعشرة أضعاف. هذا يكفي نظريا. مرة أخرى ، كمشكلة خطيرة ، قد يحدث السناج في المحرك. ولكن منذ أن قامت SpaceX باختبار المحرك لأكثر من 40 دورة طيران ، فمن المحتمل أنهم يعرفون ذلكأنها ليست مشكلة ، أو أنهم يخفون شيئًا. صحيح أن الاختبارات غالبًا ما تختلف عن الطيران الحقيقي ويمكن أن تظهر المشكلات في المحركات أثناء الرحلات الجوية الحقيقية. يتم توفير الموارد لتصميم المرحلة بشكل تافه من خلال الحلول البناءة ، وعلى الأرجح يعرف متخصصو SpaceX هذه الحلول وربما يستخدمونها أو يستخدمونها بالفعل في الإصدار القابل لإعادة الاستخدام. يتم توفير إمكانية إعادة استخدام الوحدات والأجهزة من خلال طرق التشخيص التلقائي والاستبدال في حالة الفشل. لذلك سننتظر اختبارات الحريق والمزيد من عمليات الإنزال.يتم توفير الموارد لتصميم المرحلة بشكل تافه من خلال الحلول البناءة ، وعلى الأرجح يعرف المتخصصون في SpaceX هذه الحلول وربما يستخدمونها أو يستخدمونها بالفعل في الإصدار القابل لإعادة الاستخدام. يتم توفير إمكانية إعادة استخدام الوحدات والأجهزة من خلال طرق التشخيص التلقائي والاستبدال في حالة الفشل. لذلك سننتظر اختبارات الحريق والمزيد من عمليات الإنزال.يتم توفير الموارد لتصميم المرحلة بشكل تافه من خلال الحلول البناءة ، وعلى الأرجح يعرف المتخصصون في SpaceX هذه الحلول وربما يستخدمونها أو يستخدمونها بالفعل في الإصدار القابل لإعادة الاستخدام. يتم توفير إمكانية إعادة استخدام الوحدات والأجهزة من خلال طرق التشخيص التلقائي والاستبدال في حالة الفشل. لذلك سننتظر اختبارات الحريق والمزيد من عمليات الإنزال.



قبل أن أتمكن من إنهاء المراجعة ، ظهرت صورة جديدة لمرحلة Falcon-9 القابلة لإعادة الاستخدام. وفقًا للمعلومات المتاحة ، تم تصوير الخطوة أثناء النقل إلى منصة الإطلاق SLC-40 للحرق ، والتي ستتم في 14 يناير. يمكن ملاحظة أن SpaceX لم تبدأ في تنظيف مرحلة السناج. هناك رأي مفاده أنه بهذه الطريقة تظهر SpaceX أن هذه هي المرحلة المقصودة بالضبط دون استبدال العناصر. هذا تفسير منطقي إلى حد ما. ولكن إذا نظرت عن كثب ، يمكنك أن ترى أن الخطوة تم غسلها قليلاً وأن السخام يضيء في الشمس. ومن المحتمل أيضًا أنهم حاولوا تنظيف المحركات. ويمكن ملاحظة أن أحد المحركات الموجودة في الداخل أكثر بياضًا قليلًا من المحركات الأخرى. يمكن أن يكون هذا بمثابة دليل على أنهم يريدون تنظيفه من السخام ، ربما للاختبار. ونتيجة لذلك ، ليس من الواضح لماذا كانت الخطوة في السخام - على وجه التحديد ، قررنا الحفظ ،لا حاجة لتنظيف من حيث المبدأ ، أو حاولت وفشلت. يعتقد الجميع أنهم سيختارون الإصدار الأنسب لأنفسهم. ونحن ننتظر مرحلة الاختبار في الجناح ، حيث أعتقد أنه سيكون هناك كمية جديدة من المعلومات للتفكير.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أنه ، بدون امتلاك تجربتنا الخاصة والمرحلة الأولى من عودتنا أو التناظرية ، لا يمكننا إلا أن نلاحظ كيف يكون الوضع مع إمكانية إعادة استخدام SpaceX و Blue Origin في الصور الفوتوغرافية ومقاطع الفيديو.

بافيل بوشكين .
صفحة "Kosmokurs" في فيسبوك .

Source: https://habr.com/ru/post/ar389101/