Mengapa fairing roket begitu mahal?

Artikel ini didasarkan pada motif dan permintaan komentar berikut:

Berburu Fairing

Saat ini, harga fairing untuk roket adalah sekitar 5-7 juta dolar. Banyak orang bertanya: Mengapa begitu mahal? Bagaimanapun, itu hanya sepotong logam untuk perlindungan. Ini tidak sepenuhnya benar, itu bukan hanya sepotong logam, meskipun desain ini dibuat untuk melindungi muatan.

Mari kita mulai dari yang kecil. Setiap kilogram fairings mengurangi bobot muatan. Oleh karena itu, komposit ringan digunakan dengan penguat struktural oleh paduan cahaya, biasanya paduan aluminium. Desainnya menyerupai sarang lebah (isogrid). Berat fairing Falcon 9 dengan diameter 5,2 meter adalah sekitar 1,9 ton.



Pilihan bahan juga didekati dengan hati-hati, karena fairing harus melindungi terhadap aliran udara bebas, dari radiasi EMI, dari suhu ekstrem, dari getaran lain dan tekanan mekanis pada PN. Sebagai contoh, Falcon Heavy melewati penghalang suara pada ketinggian sekitar 10 km, dan kemudian berakselerasi ke 7-8 Mach (2-3km / s). Pada ketinggian ini, udara masih cukup padat dan fairing mengalami pemanasan yang kuat dengan pendinginan cepat di atmosfer bagian atas. Fluktuasi suhu bisa dari 100C ke -100C dalam waktu singkat (sekitar satu menit). Karena itu, bahan tersebut harus tahan terhadap perubahan suhu yang cepat.

Sebagai contoh, menggunakan fairing kepala roket, pertimbangkan efek pemanasan aerodinamis pada roket. Gambar tersebut menunjukkan perubahan aliran panas konvektif di hidung fairing yang terjadi ketika aliran gas dihambat di dekat permukaan streamline.


Fluks panas ini menyebabkan pemanasan permukaan fairing kepala (GO). Distribusi suhu pada permukaan GO ditunjukkan pada gambar berikut.


Seperti dapat dilihat dari gambar, suhu haluan GO melebihi nilai operasi yang diizinkan untuk paduan aluminium. Oleh karena itu, pada permukaan luar bagian hidung GO, TZP diterapkan dari asboplastik atau fiberglass pada pengikat fenolik:


Gambar distribusi suhu sesuai dengan desain GO, yang memiliki TZP dari busur ditunjukkan pada gambar:


Hal ini dapat dilihat dari gambar bahwa baik di dalam casing dan dalam set daya longitudinal (stringer), suhu operasi selama penerbangan berada dalam batas yang dapat diterima. Namun, untuk pesawat ruang angkasa di dalam GO, aliran panas dari struktur fairing mungkin tidak dapat diterima, akibatnya diperlukan isolasi termal dari struktur yang dipanaskan dari rongga internal GO.
Perangkat isolasi termal semacam itu (TI) ditunjukkan pada gambar:


Ini diperlukan untuk menjaga suhu 10-30 ° C untuk pesawat ruang angkasa di bawah fairing.

Juga, fairing harus dapat berventilasi, sehingga selama proses keluar ke ruang angkasa, menyamakan tekanan di dalam kompartemen sehingga fairing tidak hancur sebelum waktunya di dalam.

Komplikasi lain adalah bahwa fairing harus terbuka secara ideal agar tidak merusak muatan dan tahapan rudal di bawah mereka dengan kecepatan sekitar 3-4 km / s. Artinya, harus ada mekanisme khusus untuk memisahkan fairing dari muatan tanpa merusak muatan dan langkah di bawahnya. Video bagus dari Uji Fairing Vakum Ruang X di Glenn Research Institute NASA:



Untuk implementasi pembukaan fairing dan untuk pemisahan langkah-langkah secara keseluruhan ada sistem pemisahan.
Sistem pemisahan (SR) dirancang untuk memisahkan dan menarik diri dari lintasan pemindahan tahap-tahap yang dihabiskan, serta untuk membuang elemen struktural yang telah memenuhi tujuan fungsionalnya. Elemen struktural SR sebelum aktuasi harus memastikan integritas desain LV dan persepsi semua beban. Pemicu elemen SR sangat cepat, akibatnya sumber energi yang dilepaskan dengan cepat (bahan peledak, akumulator tekanan, pegas, dll.) Ada di papan. Setelah operasi elemen diskontinyu, dinamika relatif kompleks
pergerakan. Komposisi SR mencakup unit, komponen, dan mekanisme, dengan menyediakan:
- koneksi andal dari bagian yang dapat dipisahkan dan putusnya ikatan daya,
- pengembangbiakan bagian yang dibagi.
Kelompok pertama termasuk kunci piro, baut piro kunci pneumatik, kunci mekanis, elemen shell dengan muatan peledakan linier. Pembiakan disediakan oleh bius (udara, piro, pegas), nozel untuk gas pendorong, engine roket penggerak solid rem, engine dorong.

Sistem pemisahan Pirobolt:


Proyektil peledakan linier:


Lokasi CP untuk China Great Wall Industry Corporation Fairing:



Komplikasi tambahan adalah ukuran fairings. Itu adalah sekitar 15 meter kali 5 meter. Itu dapat dengan mudah memuat bus kota. Untuk pembuatan fairing logam, digunakan mesin CNC besar khusus atau autoklaf yang sangat besar dalam hal komposit. Proses ini sangat intensif sumber daya dan membutuhkan banyak waktu. Boeing Autoclave:



Nah, Anda tidak boleh lupa bahwa setelah berkumpul, fairing harus lulus ujian serius, karena kelangsungan hidup PN selama proses peluncuran tergantung padanya. Perlu diingat bahwa, seperti dalam kasus cacat roket, cacat pada fairing akan menyebabkan hilangnya PN dan kegagalan misi setelah peluncuran roket, ketika peluncuran tidak dapat dibatalkan.

Seorang pria dengan latar belakang fairing untuk membandingkan ukuran:



Diagram fairing:



Kadang-kadang, ketika memulai alat tipis, fairings diperlukan untuk menciptakan dan mempertahankan suasana ruang bersih di dalam kompartemen. Ini menimbulkan kesulitan tambahan dalam desain fairing dan berkontribusi pada peningkatan harga.

Perbarui
Informasi tambahan ditambahkan.