Landing Falcon-9: ein spezieller Look

Der heutige Blog-Gast ist Raketeningenieur Pavel Puschkin. Auf meine Bitte hin kommentierte er die kürzliche Landung der ersten Stufe der Falcon-9-Rakete und gab anhand veröffentlichter Bilder eine Expertenbewertung des Zustands der zurückkehrenden Rakete ab.

Pavel Puschkin, ehemals stellvertretender Leiter des Design- und Forschungszentrums der FSUE GKNPTs im. M. V. Khrunicheva. " Jetzt der Generaldirektor von CosmoCurs LLC , einem privaten russischen Startup, das sich zum Ziel gesetzt hat, eine touristische Rakete und Kapsel zu entwickeln, um mit Virgin Galactic und Blue Origin um den Weltraumtourismusmarkt zu konkurrieren. Pavel Puschkin entwickelt seit mehr als 10 Jahren Raketen, war an der Entwicklung der Angara-Rakete beteiligt und leitet nun die Entwicklung seiner eigenen suborbitalen Rakete und seines eigenen Raumfahrzeugs.


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Es sollte damit beginnen, dass die Jetlandung der ersten Stufe der Falcon-9 nichts Unerwartetes oder Überraschendes ist. All dies wurde lange berechnet, auch in unserem Land. Zum Thema „Aufstieg“ wurde die Idee ausgearbeitet, wiederverwendbare Raketen mit einer reaktiven Landung von Raketeneinheiten zu schaffen, und im Konstruktionsbüro von Salyut schlugen sie die revolutionäre Idee vor, nicht nur eine reaktive Landung zu dieser Zeit durchzuführen, sondern auch eine Rückkopplungsschleife mit der Rückkehr der Raketeneinheit zum Startort zu bilden. Daher wurden solche Studien sowohl in unserem Land als auch in den USA seit langem durchgeführt. Zur gleichen Zeit wurden viele Flugdemonstratoren in den USA entwickelt und getestet, wo Delta Clipper am bemerkenswertesten war», Was in der Luft praktisch Kunstflug machte, gefolgt von einer exakten Jetlandung. Im Prinzip kennen Spezialisten, die sich tatsächlich mit Wiederverwendbarkeitsproblemen befassen, seit langem die Fähigkeiten eines reaktiven Landeschemas und den Verlust der Nutzlastmasse, zu dem dieses Wiederverwendbarkeitsschema führt. Das einzige, was nicht bekannt war, waren die Kosten für Wartungs- und Reparaturarbeiten für wiederholte Starts mit einer bestimmten Zuverlässigkeit. Gleichzeitig gab es in den USA immer noch Probleme damit, dass die Route von der Ostküste aus über den Ozean verlief, der theoretisch schwer zu erreichen ist. Aber wie wir sehen, ist SpaceX Risiken eingegangen und hat versucht, den ersten Schritt auf einem Lastkahn zu landen, was technisch schwieriger ist als die Landung an Land. Das interessantesteWenn wir vom Kosmodrom Vostochny aus starten, werden wir mit keinem Startazimut solche Probleme haben - überall gibt es ein Land. Wenn wir über die erfolgreiche Landung der ersten Falcon-9-Etappe sprechen, hat SpaceX zusätzliche Treibstoffkosten beantragt, um die Etappe zum Startort zurückzubringen.

Was sagt uns das Landevideo der ersten Stufe von Falcon-9? Offensichtlich war die Landung erfolgreich und ziemlich genau. Außerdem interessiert sich jeder dafür, auf welchem ​​Zustand die Bühne gelandet ist und ob sie wiederverwendet werden kann. Sehen wir uns das Foto sofort nach der Landung an:



Das Foto zeigt, dass die Stufe eben ist, das Knicken oder Verziehen der Tankschale nicht aufgetreten ist. Auf den ersten Blick ist alles sehr schön und intakt, ähnlich wie bei der Wartung eines Flugzeugs zwischen Landungen. Wahrer Schritt ein wenig rauchig. Eine interessante Sache sollte hier geklärt werden. Dieser Ruß beruht nicht auf der Tatsache, dass die fallende Stufe in der Atmosphäre brannte, sondern auf der Tatsache, dass die Motoren beim Eintritt in die Atmosphäre eingeschaltet wurden, um langsamer zu werden. Diese Bremsung wird durchgeführt, um die Wärmeströme zu reduzieren, die auf die Bühne kommen (höchstwahrscheinlich zu den Wänden der Tanks). Die Wärmeströme hängen von der Fluggeschwindigkeit ungefähr proportional zur Geschwindigkeit im Würfel ab. Daher führt eine Bremsung um 30% zu einer Verringerung des Wärmestroms um etwa das Dreifache. Nach Berechnungen erfolgte eine solche Bremsung ungefähr während des Abstiegs der wiederverwendbaren Falcon-9-Stufe.Mit dieser Bremsung rauchte der Ruß von laufenden Motoren alles.



Dann kam der Morgen und begann mit einem Schritt zu arbeiten. Das Wichtigste war, es auf die Transporteinheit zu legen und zur weiteren Arbeit in den Hangar zu bringen. Es war interessant, was SpaceX mit den Landestangen machen würde. Und sie haben anscheinend die Bühne mit einem Kran angehoben und einfach die Stützen getrennt. Dies ist zwar überhaupt nicht einfach, da das obere Kommunikationszentrum hoch genug ist und für seine Freigabe Arbeiten in großer Höhe mit einem Kran erforderlich sind. Es ist auch erforderlich, alle Kommunikationen zu trennen und Stubs zu setzen. Hängen Sie dann die Stütze mit einem Kran auf und legen Sie sie auf das Förderband oder an einen vorübergehenden Einsatzort. Um zu verhindern, dass der Schritt in der Luft hängt, wurde er ganz am Anfang angehoben und an die technologische Struktur angepasst. Theoretisch kann es sein, dass das Entfernen von Stützen während realer Mehrfachstarts nicht erfolgt, und es ist sogar ratsam, dies nicht zu tun.Sie müssen sie nur falten. Da die gelandete Testphase jedoch höchstwahrscheinlich nirgendwo anders fliegen wird, ist das Entfernen der Stützen ein vernünftiger Schritt.



Auf diesem Foto sehen wir eine Stufe, die auf eine Transporteinheit ohne Landestützen gelegt wurde. In dieser Form wurde es zur weiteren Arbeit in den Hangar gebracht.



Im Hangar sehen wir, dass technologische Luken von der Bühne entfernt wurden, um die Motoren und die Kommunikation im Heckraum zu inspizieren. Die Linie der Trenntanks mit einem Tank mit geräuchertem Boden ist auffällig, dann ist die Struktur fast weiß und ruß dann wieder von oben. Es war nur am Boden des Oxidationsmitteltanks Frost. Höchstwahrscheinlich wurde es auch mit Ruß verrußt, aber es schmolz anschließend und der Ruß des Glases oder der Frost fiel einfach ab.



Es ist zu sehen, dass sich der Ruß am Motor fest genug gesetzt hat und es ziemlich schwierig sein wird, ihn abzuwaschen. Grundsätzlich können Motorspezialisten derzeit keine aussagekräftige Antwort auf Ruß geben. Bei mehreren Tests an einem Motor wird dieser häufig nicht von Ruß gereinigt. Aber wenn es an die Rakete geliefert wird und zur Sichtprüfung, wird alles auf einen Glanz gereinigt. Lassen Sie uns am Ende sehen, was mit Ruß auf SpaceX-Motoren zu tun hat. Die unteren Bildschirmabdeckungen sind grundsätzlich abnehmbar und können autonom gereinigt werden. Es ist nicht klar, wie SpaceX das Heckteil reinigen wird. Möglicherweise müssen die Motoren entfernt werden. Gleichzeitig ist es erforderlich, die Probleme der Reinigung der Endfläche des Heckfachs ernst genug zu nehmen.Im Flug gibt die Motorflamme sehr gut Energie ab und der Schwärzungsgrad der Oberfläche kann entscheidend sein, um die Struktur nicht auszubrennen. Wenn Sie sich die Heckabteile der Sojus-Trägerraketenblöcke ansehen, sehen Sie glänzende Oberflächen vom Ende und sogar von der Seite. Dies sind polierte Titanbleche am Ende der Zentraleinheit und Chromstahlbleche an anderen Stellen. Die Platten werden auf einem Asbestsubstrat installiert.





Als nächstes sehen wir den Zustand der zylindrischen Oberfläche der ersten Stufe. Es ist ersichtlich, dass die Stufenbeschichtung durch die Auswirkungen von Temperatur und möglicherweise Ruß stark beeinträchtigt wird. Beim Erhitzen begann sich der beim Falcon-9 verwendete Zahnschmelz von der Basis zu entfernen, flog teilweise ab und ging in Blasen über. Die Berichterstattung dient hier übrigens als Indikator. Es ist zu erkennen, dass es zu einer leichten Erwärmung kam, die nicht zu einer Veränderung der Emailfarbe auf Metallstrukturen führte. Auffällig ist jedoch der Zustand des Composite-Interstage-Adapters. Im Prinzip begann hauptsächlich Emaille darauf zurückzugehen. Dies liegt daran, dass die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffs schlechter ist als die von Metallen, was wiederum zu einer Überhitzung des Zahnschmelzes führt. Dieser Zahnschmelz muss wiederhergestellt werden. Kleinere Reparaturen sowie eine vollständige Neulackierung sind möglich.Personen mit dem akutesten Sehvermögen können eine Änderung der Farbe des Zahnschmelzes in einem bräunlichen Farbton auf dem Zwischenstufenadapter feststellen oder nicht, was zusätzlich auf eine Überhitzung des Zahnschmelzes hinweisen kann. Das Problem der Schmelzrestauration kann auf radikale Weise gelöst werden - lackieren Sie nur nicht die Stufe, die erfolgreich auf der Proton-Trägerrakete eingesetzt wurde. Es werden zwar Beschichtungen benötigt, die die Struktur unter konstanten Betriebsbedingungen lange Zeit zuverlässig vor Korrosion und Erosion schützen.die die Struktur im Dauereinsatz lange Zeit zuverlässig vor Korrosion und Erosion schützen.die die Struktur im Dauereinsatz lange Zeit zuverlässig vor Korrosion und Erosion schützen.

Infolgedessen kam SpaceX der Beantwortung der Frage sehr nahe - welche Probleme erwarten uns bei der Wiederverwendung von Raketenblöcken der ersten Raketenstufen. Auf den ersten Blick ist der wiederverwendbare Schritt geeignet. Das Problem mit Ruß wird entweder durch konstruktive und technologische Maßnahmen zur Vereinfachung der Reinigung oder durch radikales Ersetzen von Kerosin durch Methan gelöst. Als nächstes sollten Sie die Frage nach der Eignung von Triebwerken für mehrere Flüge beantworten. Erfahrungsgemäß ermöglicht das ausgewählte Motorkonzept eine lange Lebensdauer der Struktur ohne einen Rückgang der Zuverlässigkeit. Laut Elon Mask haben sie den Motor bereits für eine vierfache Ressource für den zehnfachen Einsatz ausgearbeitet. Theoretisch ist das genug. Auch hier kann als ernstes Problem Ruß im Motor auftreten. Aber da SpaceX den Motor für mehr als 40 Flugzyklen getestet hat, wissen sie es wahrscheinlichdass es kein Problem ist oder sie etwas verstecken. Zwar unterscheiden sich Tests häufig vom realen Flug, und bei realen Flügen können Probleme mit den Triebwerken auftreten. Die Ressource für das Design der Bühne wird eher trivial durch konstruktive Lösungen bereitgestellt, und höchstwahrscheinlich kennen SpaceX-Spezialisten diese Lösungen und werden sie wahrscheinlich verwenden oder verwenden sie bereits in der wiederverwendbaren Version. Die Wiederverwendbarkeit von Einheiten und Geräten wird durch Methoden ihrer automatischen Diagnose und des Austauschs im Fehlerfall gewährleistet. Also werden wir auf die Brandversuche und weitere Landungen warten.Die Ressource für das Design der Bühne wird eher trivial durch konstruktive Lösungen bereitgestellt, und höchstwahrscheinlich kennen SpaceX-Spezialisten diese Lösungen und werden sie wahrscheinlich verwenden oder verwenden sie bereits in der wiederverwendbaren Version. Die Wiederverwendbarkeit von Einheiten und Geräten wird durch Methoden ihrer automatischen Diagnose und des Austauschs im Fehlerfall gewährleistet. Also werden wir auf die Brandversuche und weitere Landungen warten.Die Ressource für das Design der Bühne wird eher trivial durch konstruktive Lösungen bereitgestellt, und höchstwahrscheinlich kennen SpaceX-Spezialisten diese Lösungen und werden sie wahrscheinlich verwenden oder verwenden sie bereits in der wiederverwendbaren Version. Die Wiederverwendbarkeit von Einheiten und Geräten wird durch Methoden ihrer automatischen Diagnose und des Austauschs im Fehlerfall gewährleistet. Also werden wir auf die Brandversuche und weitere Landungen warten.



Bevor ich die Überprüfung beenden konnte, erschien ein neues Foto der wiederverwendbaren Falcon-9-Bühne. Nach den verfügbaren Informationen wurde der Schritt während des Transports zur SLC-40-Startrampe zum Brennen fotografiert, der am 14. Januar stattfinden wird. Es ist zu sehen, dass SpaceX nicht damit begonnen hat, die Rußstufe zu reinigen. Es gibt eine Meinung, dass SpaceX auf diese Weise zeigt, dass dies genau die gelandete Bühne ist, ohne die Elemente zu ersetzen. Dies ist eine ziemlich logische Erklärung. Aber wenn Sie genau hinschauen, können Sie sehen, dass die Stufe ein wenig gewaschen wurde und der Ruß in der Sonne scheint. Es ist auch wahrscheinlich, dass sie versucht haben, die Motoren zu reinigen. Es ist zu sehen, dass einer der Motoren im Inneren etwas weißer ist als der Rest. Dies kann als Beweis dafür dienen, dass sie es von Ruß reinigen wollten, vielleicht zum Testen. Infolgedessen ist nicht klar, warum der Schritt in Ruß - speziell wir beschlossen, zu sparen,Keine Notwendigkeit im Prinzip zu reinigen oder versucht und fehlgeschlagen. Jeder glaubt, die für ihn am besten geeignete Version zu wählen. Und wir warten auf die Testphase am Stand, wo ich denke, dass es eine neue Menge an Informationen zum Nachdenken geben wird.

Abschließend sei angemerkt, dass wir ohne unsere eigenen Erfahrungen und unsere Rückkehr zur ersten Stufe oder deren Analogie nur beobachten können, wie die Situation mit der Wiederverwendbarkeit von SpaceX und Blue Origin in Fotos und Videos ist.

Pavel Puschkin .
Cosmocourse-Seite in Vkontakte .

Source: https://habr.com/ru/post/de389101/