Analyse de la critique du système de transport interplanétaire

Bonjour chers utilisateurs!

Le matin du 29 septembre 2017, dernier jour de la conférence de l'IAC à Adélaïde, en Australie, il y aura un discours du chef de SpaceX, Elon Musk, dans lequel, apparemment, il va annoncer un nouveau concept de navire pour les voyages spatiaux à longue distance, qui est très probablement une version modifiée du concept. ITS, présenté au public en septembre dernier. Il est supposé qu'à la suite des changements, le navire, en particulier, deviendra près de la moitié - en tout cas, il est prévu de réduire de moitié le nombre de moteurs à oxygène-méthane Raptor dans la première étape - de quarante-deux à vingt et un.

Par conséquent, en prévision de cette annonce, je veux, non pas en tant que professionnel, mais en tant qu'amoureux de l'astronautique, donner mon appréciation du projet initial.

Je vais commencer par chronométrer la vidéo colorée présentée lors de la dernière conférence.


Vidéo colorée présentée à la conférence internationale sur l'espace en septembre 2016

Tour de service

Beaucoup de critiques sont tombées sur la tour de service montrée dans la vidéo. Les principales plaintes contre elle sont le primitivisme structurel général, apparemment fait pour améliorer ses caractéristiques esthétiques.

Mon avis est, tout d'abord, le look de la tour de service dans cette vidéo est exclusivement conceptuel visuellement, et si la situation vient à un vrai projet, il sera différent, peut-être plus similaire à ce que nous voyons aujourd'hui. De plus, au fur et à mesure que SpaceX améliore ses complexes de lancement, il s'agit généralement d'une conception de plus en plus soignée et visuellement minimaliste - probablement pas spécifiquement, mais en train d'améliorer les technologies pour réduire la quantité de maintenance inter-démarrage des installations de lancement.


Mât de service Falcon 9 à LC 39A, Kennedy Space Center

Système de secours d'urgence

De plus, l'algorithme du système de secours d'urgence au décollage n'est pas clair. Vous ne pouvez voir ni la tour CAC, ni les moteurs intégrés, comme sur Dragon V2 ou Boeing Starliner. Il est possible d'utiliser des moteurs à mi-vol du deuxième étage comme CAC, mais y a-t-il suffisamment de puissance et de vitesse pour l'allumer? Ou peut-être y aura-t-il une capsule détachable spéciale dans laquelle l'équipage sera au départ? Ou le lancement aura-t-il finalement lieu sans équipage du tout, qui sera ensuite mis en orbite par d'autres navires? Une option pour l'absence de CAC en début de vol, comme c'était le cas sur la navette, est également possible. Dans ce cas, c'est un inconvénient de ce concept.


Test du système de sauvetage d'urgence du vaisseau spatial Dragon V2

Deuxième étape et vaisseau spatial

Le point suivant est largement lié au précédent - l'idée de combiner le deuxième étage du lanceur et le vaisseau spatial habité a été critiquée. En plus des conséquences, sous la forme de la difficulté de créer un système CAC, le concept même de combiner un vaisseau spatial avec une scène est critiqué - on dit même parfois que personne n'a jamais planifié et n'a pas planifié, et SpaceX n'a ​​pas expérimenté qu'il n'a pas été accepté. La même partie de la critique peut être répondue par le fait qu'une telle architecture de vaisseau spatial a été très sérieusement planifiée et élaborée par la NASA et ses entrepreneurs spatiaux privés pour une utilisation dans les premiers concepts de navette spatiale [1]. Un autre exemple est Venture Star . Ils ont abandonné de tels arrangements plutôt pour des raisons politiques et financières que pour des raisons techniques. De plus, en fait, une disposition similaire a été mise en œuvre avec succès dans le bloc d'accélération RM-81 Agen , qui était souvent inséparable de la charge utile. Ainsi, SpaceX n'a ​​pas été inventé fondamentalement nouveau ici, et nous avons utilisé la technique déjà mise au point par des développeurs expérimentés. Au final, cet aspect est plus réfléchi qu'il n'y paraît.


Bloc d'accélération RM-81 "Agen"

Atterrissage de première étape

Un autre point controversé est le retour de la première étape sur le site de lancement et l'atterrissage directement sur la rampe de lancement. L'option de revenir à terre au lieu d'atterrir sur une barge le long de la trajectoire de vol nécessite une réserve de carburant beaucoup plus grande au premier étage et une trajectoire de lancement beaucoup plus raide, ce qui conduit à une réduction significative de la masse de la charge utile mise en orbite. Et l'atterrissage sur la rampe de lancement elle-même, apparemment directement dans les bras de maintien de lancement, nécessite une précision d'atterrissage très élevée et, en cas de défaillance, est lourd de dommages. Les deux problèmes sont graves, mais généralement résolubles. De plus, il y a une certaine raison d'atterrir sur la rampe de lancement - il n'est pas nécessaire de chercher ou de construire à partir de zéro une barge de la taille appropriée, capable d'attraper et de transporter l'énorme première étape ITS, ainsi que des moyens spéciaux pour le décharger et transporter davantage la scène par voie terrestre jusqu'à l'endroit redémarrer Au final, comme la tour de lancement, ce moment peut changer et / ou être juste le coût de la vidéo de présentation.


Retour de la première étape du système de transport interplanétaire sur la rampe de lancement après le lancement

Carburant utilisé

Le prochain point controversé est l'utilisation de carburant cryogénique dans un long vol interplanétaire. Le problème ici est que les composants du combustible prévus pour être utilisés - le méthane liquide et l'oxygène liquide sont à l'état liquéfié uniquement à des températures bien inférieures à la température ambiante et pendant un long vol, ils peuvent chauffer et bouillir. Pour cette raison, l'hydrazine toxique et, par exemple, l'amyle, qui peuvent être stockés sous forme liquide et à température ambiante, ou en général des moteurs électriques, sont généralement utilisés comme carburant sur les satellites et l'AMS. Cependant, l'hydrazine, en plus de la toxicité, présente plusieurs inconvénients graves avant le combustible cryogénique. En particulier - son impulsion spécifique, un paramètre critique pour le vol spatial - laisse beaucoup à désirer par rapport à la cryogénie. De plus, selon les plans de SpaceX, après avoir atterri sur Mars, ils prévoient de produire du carburant pour le vol de retour à partir de "matières premières" locales, ce qui est possible pour le méthane et l'oxygène. Enfin, dans sa volonté de réduire les coûts de vol en unifiant les nœuds, SpaceX souhaite utiliser le même moteur dans les première et deuxième étapes, ainsi que pour les manœuvres orbitales, l'atterrissage et le décollage de Mars. Cette idée est critiquée pour le fait que généralement personne n'a stocké de carburant cryogénique en orbite et à la surface d'une autre planète pendant très longtemps. Ici, nous parlons de mois ou d'années. Cependant, comme dans le paragraphe précédent, cette critique peut être répondue en réponse au fait qu'ici SpaceX n'a ​​pas inventé un vélo, mais suit en grande partie la voie des développements de la NASA. Le stockage à long terme de l'hydrogène liquide, qui est plus difficile à faire que le refroidissement du méthane liquide et de l'oxygène compte tenu des exigences pour une température de stockage plus basse et une perméabilité et une volatilité nettement plus élevées, a été prévu par la NASA pour créer des remorqueurs nucléaires dans le cadre de son programme spatial proposé après Apollo en 60-70 [1] et dans le cadre du programme Constellation (Constellation) au début du 21e siècle.


Space Tug de la NASA du programme des années 70 à gauche et du programme Zero Constellation à droite

Nuance de gestion

Un autre point controversé est une telle nuance. Selon le concept SpaceX, lors de l'atterrissage sur Mars ou du retour sur Terre, le navire pénètre latéralement dans l'atmosphère avec une protection thermique, réalisant, en fait, la conception aérodynamique du planeur sans ailes, qui devait être utilisée, par exemple, dans les programmes Spiral et Clipper . Dans le même temps, dans les énormes réservoirs presque vides du navire, le carburant restant après l'accélération pour le vol interplanétaire et d'éventuelles corrections d'orbite, nécessaires à l'atterrissage vertical au stade final, peut éclabousser beaucoup, ce qui complique grandement le contrôle du navire. La réponse à cette critique est les réservoirs intérieurs ronds situés à l'intérieur des réservoirs principaux du deuxième étage de l'ITS. C'est en eux que le carburant restant pour l'atterrissage doit être afin de ne pas éclabousser pendant le processus d'atterrissage.


Diapositive dédiée à l'étage supérieur / vaisseau spatial ITS, qui montre des réservoirs de carburant supplémentaires intégrés dans la principale

En fait, ce qui précède - c'est l'analyse du projet et, au moins, une partie de sa critique la plus courante.

Autre

On peut ajouter aux endroits controversés du projet la nécessité de créer un puissant système de soutien à la vie fiable et à long terme, surtout si les plans sont pour 100 passagers par vol, l'impact possible des rayonnements spatiaux est un sujet extrêmement controversé même parmi les vrais scientifiques et ingénieurs, qui dans le vol ITS devrait être affaibli par l'orientation du navire avec des moteurs et réservoirs au soleil, ainsi que de réduire le temps de vol et, par conséquent, la dose reçue pour cela, en dépensant du carburant supplémentaire pour accélérer à une vitesse plus élevée.

De nombreux autres critiques, faisant attention aux aspects susmentionnés, n'ont pas mentionné le fait intéressant suivant - avec une augmentation de la puissance et de l'impulsion spécifique du lanceur, la charge acoustique sur sa structure augmente considérablement. Selon la NASA, par exemple, - la charge acoustique est de 5 degrés d'impulsion spécifique. [2] De cela, la NASA est arrivée à la conclusion qu'il existe un lanceur à capacité de charge maximale, après quoi une nouvelle augmentation de la poussée et une impulsion spécifique nécessitent une telle amplification de la conception de la fusée pour la protéger des charges acoustiques que ce gain de masse compense l'augmentation des performances de la fusée et, par conséquent, , ne permet pas d'augmenter la charge utile mise en orbite.

Résumé

Pour résumer, je peux dire que de mon point de vue personnel, le concept dans son ensemble semble tout à fait réalisable du point de vue technique du problème. Et, à mon avis, le problème du financement est beaucoup plus difficile à surmonter, malgré toutes les tentatives de réduction des coûts de conception et de construction d'un tel système par l'unification et la réutilisation. Lors de la présentation, Elon Musk lui-même appelle des chiffres incroyables, selon lesquels l'ensemble du projet peut être réduit à un milliard de dollars, ce qui semble très fantastique et intrigant.

Sources:

[1] Un bref historique de la création de la navette spatiale - Cyril B: vakhnenko.livejournal.com/239619.html

[2] Burdakov V.P., Danilov Yu.I. Futures fusées 1980

[3] Wikipédia: wikipedia.org/