Landing Falcon-9: un look de spécialiste

L'invité du blog d'aujourd'hui est l'ingénieur de fusée Pavel Pouchkine. À ma demande, il a commenté le récent atterrissage de la première étape de la fusée Falcon-9 et a donné une évaluation experte de l'état de la fusée qui revenait, selon des photos publiées.

Pavel Pushkin, ancien chef adjoint du centre de conception et de recherche de FSUE GKNPTs im. M.V. Khrunicheva. " Maintenant directeur général de CosmoCurs LLC , une start-up russe privée, qui s'est fixé pour objectif de créer une fusée et une capsule touristiques pour concurrencer le marché du tourisme spatial avec Virgin Galactic et Blue Origin. Pavel Pushkin développe des fusées depuis plus de 10 ans, a participé à la création de la fusée Angara et dirige maintenant le développement de sa propre fusée suborbitale et de son vaisseau spatial.


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Il faut commencer par le fait qu'il n'y a rien d'inattendu ou de surprenant dans l'atterrissage à réaction du premier étage du Falcon-9. Tout cela a longtemps été calculé, y compris dans notre pays. Sur le thème de la "montée", l'idée de créer des missiles réutilisables avec un atterrissage réactif des unités de missiles était en cours d'élaboration, et au bureau d'études Salyut, ils ont proposé l'idée révolutionnaire non seulement d'un atterrissage réactif à ce moment-là, mais également de la formation d'une boucle de rétroaction avec le retour de l'unité de missiles sur le site de lancement. De telles études sont donc menées depuis longtemps tant dans notre pays qu'aux Etats-Unis. Dans le même temps, de nombreux démonstrateurs de vol ont été développés et testés aux États-Unis, dont le plus remarquable était Delta Clipper», Qui dans l'air faisait pratiquement de la voltige suivie d'un atterrissage précis. En principe, les spécialistes qui sont réellement impliqués dans des problèmes de réutilisabilité connaissent depuis longtemps les capacités d'un schéma d'atterrissage réactif et la perte de masse de charge utile à laquelle ce schéma de réutilisabilité conduit. La seule chose qui n'était pas connue était le coût des travaux de maintenance et de réparation pour effectuer des lancements répétés avec une fiabilité donnée. En même temps, aux États-Unis, il y avait encore des problèmes avec le fait que, partant de la côte est, l'itinéraire traversait les eaux de l'océan, ce qui est théoriquement difficile à pénétrer. Mais comme nous le voyons, SpaceX a pris des risques et a commencé à essayer de faire le premier pas sur une barge, ce qui est techniquement plus difficile que d'atterrir à terre. Le plus intéressantqu'en partant du cosmodrome de Vostochny, nous n'aurons pas de tels problèmes avec un azimut de lancement - partout où il y a une terre. Si nous parlons de l'atterrissage réussi de la première étape du Falcon-9, alors SpaceX a opté pour des coûts de carburant supplémentaires pour ramener l'étape sur le site de lancement.

Alors, que nous dit la vidéo d'atterrissage de la première étape du Falcon-9? De toute évidence, l'atterrissage a été réussi et assez précis. De plus, tout le monde est intéressé par l'état de la scène et si elle peut être réutilisée. Voyons la photo immédiatement après l'atterrissage:



La photo montre que la marche est de niveau, le flambage ou la déformation de la coque des réservoirs ne s'est pas produit. À première vue, tout est très beau et intact, semblable à l'entretien d'un avion entre les atterrissages. Vrai pas un peu enfumé. Une chose intéressante devrait être clarifiée ici. Cette suie n'est pas due au fait que la phase de chute a brûlé dans l'atmosphère, mais au fait que les moteurs ont été mis en marche pour ralentir lors de leur entrée dans l'atmosphère. Ce freinage est effectué afin de réduire les flux de chaleur arrivant sur la scène (très probablement vers les parois des réservoirs). Les flux de chaleur dépendent de la vitesse de vol approximativement proportionnellement à la vitesse dans le cube. Par conséquent, un freinage de 30% entraîne une diminution des flux de chaleur d'environ trois fois. Selon les calculs, un tel freinage s'est produit pendant la descente de l'étage Falcon-9 réutilisable.C'est donc avec ce freinage que la suie des moteurs en marche fumait tout autour.



Puis le matin est venu et a commencé à travailler avec une étape. Le plus important était de le mettre sur l'unité de transport et de l'emmener au hangar pour des travaux supplémentaires. C'était intéressant de voir ce que SpaceX ferait avec les poteaux d'atterrissage. Et ils ont apparemment soulevé la scène avec une grue et ont simplement déconnecté les supports. Certes, ce n'est pas du tout simple, car le centre de communication supérieur est suffisamment haut et pour sa libération, un travail à haute altitude avec une grue est nécessaire. Il est également nécessaire de déconnecter toutes les communications, de mettre des talons. Suspendez ensuite le support avec une grue et posez-le sur le convoyeur ou dans un lieu de service temporaire. Afin d'éviter que la marche ne pende dans les airs, elle a été relevée au tout début et réaménagée en structure technologique. En théorie, la suppression des supports lors de lancements multiples réels peut ne pas se produire et il est même conseillé de ne pas le faire,il vous suffit de les plier. Mais étant donné que la phase d'essai atterri et très probablement ne volera nulle part ailleurs, la suppression des supports est une étape raisonnable.



Sur cette photo, nous voyons une marche posée sur une unité de transport sans supports d'atterrissage. Sous cette forme, il a été amené dans le hangar pour des travaux ultérieurs.



Dans le hangar, nous voyons que les écoutilles technologiques ont été retirées de la scène pour inspecter les moteurs et les communications dans le compartiment arrière. La ligne de séparation des réservoirs avec un réservoir à fond fumé est frappante, puis la structure est presque blanche, puis suie à nouveau par le haut. Il y avait du givre juste au fond du réservoir d'oxydant. Très probablement, il était également couvert de suie, mais il a par la suite fondu et la suie du verre ou du givre est simplement tombée.



On peut voir que la suie sur le moteur s'est suffisamment serrée et qu'il sera assez difficile de la laver. En principe, les spécialistes des moteurs ne peuvent actuellement pas donner de réponse significative sur la suie. Lorsque vous effectuez plusieurs tests sur un même moteur, il n'est souvent pas nettoyé de la suie. Mais quand il est livré à la fusée et pour inspection visuelle, tout est nettoyé à un éclat sans faute. À la fin, voyons ce qui va se passer avec la suie sur les moteurs SpaceX. Les panneaux inférieurs de l'écran sont en principe amovibles et peuvent être nettoyés de manière autonome. Il n'est pas clair comment SpaceX nettoiera la section arrière; les moteurs devront peut-être être retirés. Dans le même temps, il est nécessaire de prendre suffisamment au sérieux les problèmes de nettoyage de la surface d'extrémité du compartiment arrière.En vol, la flamme du moteur émet très bien de l'énergie et le degré de noirceur de la surface peut être crucial pour ne pas griller la structure. Si vous regardez les compartiments arrière des blocs du lanceur Soyouz, vous pouvez voir des surfaces brillantes de l'extrémité et même de côté. Il s'agit de tôles polies de titane à l'extrémité de l'unité centrale et de tôles d'acier chromé à d'autres endroits. Les feuilles sont installées sur un substrat en amiante.





Ensuite, nous voyons l'état de la surface cylindrique du premier étage. On peut voir que le revêtement en gradins est sérieusement affecté par les effets de la température, et éventuellement de la suie. Lorsqu'il a été chauffé, l'émail utilisé sur le Falcon-9 a commencé à s'éloigner de la base, s'est envolé en partie et s'est gonflé. Soit dit en passant, la couverture agit ici comme un indicateur. On peut voir qu'il y a eu un léger échauffement, qui n'a pas entraîné de changement de couleur de l'émail sur les structures métalliques. Mais l'état de l'adaptateur inter-étages composite est frappant. En principe, l'émail a commencé à reculer. Cela est dû au fait que la conductivité thermique du composite est pire que celle des métaux, ce qui entraîne à son tour une surchauffe de l'émail. Cet émail doit être restauré. Des réparations mineures ainsi qu'une repeinture complète sont possibles.Les personnes ayant la vision la plus aiguë peuvent voir ou non un changement de la couleur de l'émail dans une teinte brunâtre sur l'adaptateur inter-étages, ce qui peut en outre indiquer une surchauffe de l'émail. Le problème de la restauration de l'émail peut être résolu de manière radicale - ne peignez pas l'étape, qui a été utilisée avec succès sur le lanceur Proton. Il est vrai que des revêtements sont nécessaires pour protéger de manière fiable la structure contre la corrosion et l'érosion pendant longtemps dans des conditions de fonctionnement constant.qui protègent de manière fiable la structure contre la corrosion et l'érosion pendant une longue période en utilisation continue.qui protègent de manière fiable la structure contre la corrosion et l'érosion pendant une longue période en utilisation continue.

En conséquence, SpaceX est venu très près de répondre à la question - quels problèmes nous attendent lors de la réutilisation des blocs-fusées des premiers étages de fusées. À première vue, l'étape réutilisable convient. Le problème de la suie sera résolu soit par des mesures structurelles et technologiques pour simplifier le nettoyage, soit en remplaçant radicalement le kérosène par du méthane. Ensuite, vous devez répondre à la question sur l'adéquation des moteurs pour plusieurs vols. Selon l'expérience, la conception du moteur sélectionnée permet une longue durée de vie de la structure sans perte de fiabilité. Selon Elon Mask, ils ont déjà élaboré le moteur d'une ressource quadruple pour une utilisation décuplée. Théoriquement, cela suffit. Encore une fois, en tant que problème grave, de la suie peut se former dans le moteur. Mais depuis que SpaceX a testé le moteur pendant plus de 40 cycles de vol, ils savent probablementque ce n'est pas un problème ou qu'ils cachent quelque chose. Certes, les tests diffèrent souvent du vol réel et des problèmes de moteurs peuvent survenir lors de vols réels. Les ressources pour la conception de la scène sont plutôt triviales fournies par des solutions constructives, et les spécialistes de SpaceX connaissent probablement ces solutions et les utiliseront probablement ou les utilisent déjà dans la version réutilisable. La réutilisation des unités et des appareils est assurée par des méthodes de diagnostic automatique et de remplacement en cas de panne. Nous attendrons donc les tests d'incendie et de nouveaux atterrissages.Les ressources pour la conception de la scène sont plutôt triviales fournies par des solutions constructives, et les spécialistes de SpaceX connaissent probablement ces solutions et les utiliseront probablement ou les utilisent déjà dans la version réutilisable. La réutilisation des unités et des appareils est assurée par des méthodes de diagnostic automatique et de remplacement en cas de panne. Nous attendrons donc les tests d'incendie et de nouveaux atterrissages.Les ressources pour la conception de la scène sont plutôt triviales fournies par des solutions constructives, et les spécialistes de SpaceX connaissent probablement ces solutions et les utiliseront probablement ou les utilisent déjà dans la version réutilisable. La réutilisation des unités et des appareils est assurée par des méthodes de diagnostic automatique et de remplacement en cas de panne. Nous attendrons donc les tests d'incendie et de nouveaux atterrissages.



Avant de pouvoir terminer l'examen, une nouvelle photographie de la scène réutilisable Falcon-9 est apparue. Selon les informations disponibles, l'étape a été photographiée pendant le transport vers la rampe de lancement SLC-40 pour être brûlée, qui aura lieu le 14 janvier. On peut voir que SpaceX n'a ​​pas commencé à nettoyer la scène de la suie. Il y a une opinion que de cette façon SpaceX montre que c'est exactement la scène débarquée sans remplacer les éléments. C'est une explication assez logique. Mais si vous regardez attentivement, vous pouvez voir que la marche a été un peu lavée et que la suie brille au soleil. Il est également probable qu'ils aient essayé de nettoyer les moteurs. On peut voir que l'un des moteurs à l'intérieur est légèrement plus blanc que les autres. Cela peut servir de preuve qu'ils voulaient nettoyer la suie, peut-être pour les tests. En conséquence, on ne sait pas pourquoi l'étape de la suie - en particulier, nous avons décidé d'enregistrer,pas besoin de nettoyer en principe, ou essayé et échoué. Tout le monde pense qu'ils choisiront la version la plus appropriée pour eux. Et nous attendons la phase de test sur le stand, où je pense qu'il y aura une nouvelle quantité d'informations à réfléchir.

En conclusion, il convient de noter que, sans notre expérience et notre premier étage de retour ou son analogue, nous ne pouvons qu'observer comment la situation avec la réutilisabilité de SpaceX et Blue Origin est en photos et vidéos.

Pavel Pushkin .
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Source: https://habr.com/ru/post/fr389101/