![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
lozga.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ru
На прошлой неделе произошло действительно историческое событие - компания Blue Origin, возглавляемая Джефом Безосом, осуществила первую успешную мягкую посадку первой ступени ракеты. Любопытно, что этим успехом Безос обошел не только Элона Маска, чьи попытки посадить первую ступень на баржу уже два раза терпели неудачу, но и Ричарда Брэнсона с его суборбитальным самолетом SpaceShipTwo, который потерпел катастрофу осенью 2014 года и до сих пор не вернулся к полетам. Компания Blue Origin не гонится за пиаром, поэтому тем интереснее посмотреть на то, какими технологиями она, оказывается, располагает, и чем может нас порадовать в скором будущем.
Первый успешный
23 ноября состоялся испытательный беспилотный пуск комплекса New Shepard - одноступенчатой ракеты-носителя и корабля для суборбитального космического туризма. Капсула достигла высоты 100,5 км и успешно приземлилась на парашютах. Впервые ракета-носитель совершила успешную посадку на двигателях:
Успех пришел не сразу - во время первого испытательного пуска 29 апреля 2015 года была достигнута высота 93,5 км, но ракета разбилась из-за потери давления в гидравлической системе.
Внезапный двигатель
Если копнуть чуть-чуть глубже, главным сюрпризом New Shepard будет двигатель. Фактически стартап к 2015 году сумел создать перезапускаемый дросселируемый двигатель BE-3 на паре "водород-кислород" с тягой от 1 до 50 тонн. Двигатель появился не сразу - инженеры тренировались "на кошках", разработав двигатели BE-1 и BE-2 на перекиси водорода, но результат все равно впечатляет.
Испытания двигателя BE-3 на стенде
Возможность перезапуска и дросселирования в широких пределах означает, что этот двигатель будет очень полезен на верхних ступенях космических ракет. А использование топливной пары "водород-кислород", обладающей максимальным удельным импульсом, значит, что BE-3 будет очень эффективен в этой роли. Да, то, что используется открытая схема с фазовым переходом, означает, что удельный импульс будет ниже максимально возможных 450 секунд (точное значение удельного импульса BE-3 не опубликовано в открытых источниках), но двигатели открытой схемы проще и дешевле, что немаловажно для частной космической компании.
Теоретически, на основе первой ступени New Shepard уже сейчас можно создать легкую ракету-носитель, которая бы выводила на низкую орбиту несколько сотен килограмм. Но планы Blue Origin более смелые - сейчас разрабатывается двигатель BE-4 на топливной паре "метан-кислород" с тягой 250 тонн. С таким двигателем можно будет создать ракету-носитель среднего класса с грузоподъемностью в районе 8 тонн на низкую околоземную орбиту. Предполагается, что первая ступень этой ракеты также будет многоразовой.
Сравнение с Маском
Почти успешная посадка первой ступени Falcon 9. Увы, "почти" не считается...
На Geektimes появился материал, в котором утверждалось, что сравнивать New Shepard и Falcon 9 некорректно, мол, то, чего добился Безос, Маск уже давно сделал на Grasshopper. Я не согласен. Да, New Shepard меньше, короче и легче первой ступени Falcon 9 и не выводит полезную нагрузку на орбиту. Но обе ступени возвращаются из суборбитального полета и совершают точную посадку на ограниченную площадку, а Grasshopper представлял собой тестовый стенд, который не перезапускал двигатель и не поднимался выше километра. Если рассуждать о сложности задачи, то никто не заставлял Маска экспериментировать с посадкой ракеты-носителя сразу среднего класса, тем более, что начинал он с легкой ракеты Falcon 1.
Также, обе ракеты должны проверить на практике экономическую выгоду (или ее отсутствие) от многоразовых ракет-носителей, поэтому их сравнение, несмотря на различие задач, корректно. Знание негативного опыта человечества со Спейс Шаттлом сделало меня скептиком по отношению к многоразовым ракетам-носителям. Но теперь, когда у нас есть две потенциально многоразовые ракеты-носителя, тем более в разных классах, смотреть на их испытание временем очень интересно. Напоминаю, об экономической эффективности (или отсутствии таковой) многоразовых ракет мы сможем узнать спустя годы после начала их серийной эксплуатации, чего не сумели пока достичь ни SpaceX, ни Blue Origin. Но мы являемся свидетелями интереснейшего эксперимента - то, что Falcon 9 - ракета среднего класса, а New Shepard - геофизического (суборбитального) позволяет нам посмотреть на возможность масштабируемости многоразовой схемы. Может оказаться так, что сложность и цена обслуживания многоразовой системы будут резко падать с уменьшением размера, и в таком случае у New Shepard максимальные шансы стать экономически успешной.
Сравнение с Брэнсоном
В сравнении успеха Blue Origin со SpaceX незаметным оказался тот факт, что Безос стал очень опасным конкурентом в сфере суборбитального космического туризма, где предыдущие годы все говорили о Ричарде Брэнсоне с кораблем SpaceShipTwo. А успех Blue Origin наглядно показал, что по нескольким показателям конструкция New Shepard лучше.
Во-первых, Blue Origin способны спустя полгода после аварии ракеты-носителя испытать новую ступень. После катастрофы SpaceShipTwo второй летный экземпляр, строящийся с 2012 года, до сих пор не летает. Летные испытания SpaceShipTwo не завершены - суборбитальный аппарат еще не разу не поднялся до 100 км, а проблемы с двигателем, которые были обнаружены, возможно, до сих пор не решены. New Shepard уже обогнал SpaceShipTwo по степени готовности.
Во-вторых, New Shepard безопаснее SpaceShipTwo. Еще в 2012 году была испытана система аварийного спасения, которая вместе со штатной системой посадки обеспечивает спасение пассажиров на всех этапах полета:
На SpaceShipTwo же нет систем спасения, которые бы сумели помочь пассажирам при разрушении аппарата, что наглядно показала катастрофа 2014 года. Если полет в New Shepard будет выполняться в высотных костюмах, которые смогут защитить от разгерметизации, то безопасность полетов достигнет уровня таковой в "Союзах". Но уже сейчас, если бы у меня были лишние сто тысяч долларов и желание совершить суборбитальный полет, то я бы однозначно выбрал New Shepard.
Заключение
Есть некая ирония судьбы в том, что компания, которая не особо гонится за пиаром, сумела разработать очень многообещающую конструкцию и, фактически, обошла две компании, которые не сходят с новостных лент. Девиз Blue Origin "шаг за шагом, беспощадно" удивительным образом воплощается в жизнь.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-11-30 04:44 am (UTC)В лучшем случае из этого недомерка для суборбитальных покатушек может получиться носитель сверхлёгкого класса, если заменить капсулу на вторую ступень.
Ну, да - наноспутники можно пулять...
Теперь о посадке на струе - противопоставление Масковскому Фалькону совершенно неправомерно: Маск исследует коммерчески очень интересную концепцию при которой для посадки первой ступени используются ОПТИМИЗИРОВАННЫЕ ПО ГЛАВНОЙ ФУНКЦИИ элементы: использованные на полноразмерном носителе Фалькон двигатели Мерлин обладают крайне небольшим диапазоном дросселирования - не более70%.
Это означает, что для садящейся ступени исключён режим висения - тяга ДУ выше веса пустой ступени.
Потому сам алгоритм посадки много сложней: ступень приводится в точку над площадкой на высоте 1 км при помощи аэродинамических рулей.
Оттуда осуществляется собственно посадка - при этом, ступень просто падает, а торможение производится одним импульсом в последний момент.
При этом, регулирование производится не плавным изменением тяги, а строго дозированным по времени импульсом. Моменты включения и выключения ДУ подбираются системой управления таким образом, что б компенсировать кинетическую энергию в ноль в точке на высоте в несколько десятков сантиметров над площадкой. После выключения двигателя с этой финальной высоты ступень пассивно падает.
Если вы инженер - то должны оценить, каковы требования к точности работы системы!
В пику этому, на шеппарде использован классический алгоритм с висением в финальной стадии, в которой компенсируются все погрешности.
Но для такого режима требуется двигательная установка с ПЛАВНЫМ регулированием тяги - что заметно усложняет этот двигатель.
Потому направление, избранное Маском, будучи много сложней, обещает гораздо лучшие экономические показатели - и в целом более перспективно.
Так, что Маск - не лох, и свои проблемы он имеет не по причине глупости, а по причине гораздо более сложной решаемой задачи...
Вдогонку...
Масковский Мерлин не имеет, к слову, управления вектором тяги - ракетой при взлёте рулят "по-тракторному", разнотягом. То есть, дросселируя двигатель со стороны, в которую нужно повернуть.
Это ещё более усложняет задачу - поскольку при посадке требуется весьма тонкое управление не только тягой двигателя, но и вектором, по которому направлена струя.
Для управления посадкой используется система реактивных сопел на верхнем конце ступени - то есть, наклоняется вся ступень вместе с двигателем.
В пику этому, на блюориджиновском шеппарде использован двигатель с отклоняемым соплом - что дополнительно усложняет и удорожает конструкцию, поскольку требуется силифон на топливной трубе, позволяющий качаться двигателю целиком.
ХИНТ: стоит отметить, что Масковский Фалькон в очень большой степени использует идеи, заложенные когда-то в Царь-ракету Н-1: это прежде всего, унификация двигателей всех ступеней, получение нужной тяги сборкой из нужного числа двигателей, разнотяг для управления траекторией, отключение аварийных двигателей с компенсацией потерь в тяге увеличением длительности работы.
В общем, ровно всё то, за что принято было пинать Королёва - мол, не стал делать "как у них", потому и упустил луну.
Но жизнь показала, что они как раз делают по-королёвски - ради получения максимально эффективной в коммерческом плане технической системы...
>> Есть некая ирония судьбы в том, что компания, которая не особо гонится за пиаром, сумела разработать очень многообещающую конструкцию и, фактически, обошла две компании, которые не сходят с новостных лент. Девиз Blue Origin "шаг за шагом, беспощадно" удивительным образом воплощается в жизнь.
Это развод лохов - блюориджиновский проект не является значительным шагом в развитии космических технологий. В нём использованы исключительно известные и опробованные предшественниками решения - в конце концов посадка по-ракетному отработана была ещё на Аполлонах. И разница между лунным модулем и первой ступенью не принципиальна с технической точки зрения.
В пику этому, конкуренты реально пробуют совершенно новые технологии - то есть, идут по непроторенной дороге, в отличие от...
no subject
Date: 2015-11-30 05:53 am (UTC)Э?..
http://pbs.twimg.com/media/CCqOfw2UkAEYugS.png:large
no subject
Date: 2015-11-30 05:55 am (UTC)no subject
Date: 2015-11-30 06:01 am (UTC)no subject
Date: 2015-11-30 06:21 am (UTC)Хотя сдаётся мне, что это не махание факелом, а просто нестационарные процессы при дросселировании, создающие визуальный эффект отклонения.
Зато вот тут хорошо видна работа струйных рулей в верхней части столба:
А вот как шеппард машет - видно невооружённым глазом...
no subject
Date: 2015-11-30 06:33 am (UTC)Да и Вики (не бог весть какой источник, но все же) пишет: The turbo-pump also provides high pressure fluid for the hydraulic actuators, which then recycles into the low pressure inlet. This eliminates the need for a separate hydraulic drive system and means that thrust vectoring control failure by running out of hydraulic fluid is not possible.
Возможно, управляется только центральный, на котором садятся, а с боковых сняли для облегчения и на взлете рулят разнотягом.
А что оно еще и струйные рули в макушке использует - так с этим я и не спорю. Без них, на одном векторе, сесть - задачка еще более нетривиальная.
no subject
Date: 2015-11-30 07:41 am (UTC)"Насос также подаёт керосин под высоким давлением для гидравлической системы управления, который затем сбрасывается в канал низкого давления. Это исключает необходимость отдельной гидравлической системы для управления вектором тяги и гарантирует ее функционирование в течение всего времени работы ЖРД «Мерлин»."
Но делать все девять движков рулевыми - тоже как-то нерационально.
no subject
Date: 2015-11-30 05:58 am (UTC)> В лучшем случае из этого недомерка для суборбитальных покатушек может получиться носитель сверхлёгкого класса
Нет. В лучшем случае - они объединять штук семь этих ступеней в единую ракету - и получат ракету-носитель для запуска человека на орбиту.
no subject
Date: 2015-11-30 07:30 am (UTC)Но жизнь показала, что они как раз делают по-королёвски - ради получения максимально эффективной в коммерческом плане технической системы...
Они не повторили главную королевскую ошибку - тот тоже собирался делать линию Н111-Н11-Н1 - тогда бы большая часть отработки прошла на дешевой Н111 - а ронять на отработке 90-тонник несколько накладно
no subject
Date: 2015-11-30 07:35 am (UTC)У Королёва не было иной возможности _обогнать_ - потому пришлось рисковать, отказываясь от вполне очевидной любому разработчику последовательности шагов.
При иных обстоятельствах путь был бы именно и только таким.
У Маска нет гонки - потому всё идёт естественным путём...
no subject
Date: 2015-11-30 07:55 am (UTC)no subject
Date: 2015-11-30 12:58 pm (UTC)no subject
Date: 2015-11-30 01:07 pm (UTC)А двигатели Энергии летаю кстати куда как побольше, да и ее боковушки тоже.
no subject
Date: 2015-11-30 06:15 pm (UTC)no subject
Date: 2015-12-02 08:47 am (UTC)http://www.vedomosti.ru/opinion/articles/2015/12/01/619005-kosmonavtike-svoboda
no subject
Date: 2015-12-02 08:59 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-02 09:02 am (UTC)Традиция у нас национальная - тащить и не пущать. Со времен Салтыкова-Щедрина как минимум. И в этом самом "не пущать" и причина.
no subject
Date: 2015-12-02 04:49 pm (UTC)2) Короче, внятного ответа о главной причине провала полёта на Луну нет.
no subject
Date: 2015-12-02 05:19 pm (UTC)Продали абстрактному русскому ученому, приехавшему на научную конференцию, продадут и знатному террористу, имеющему статус политического беженца.
Хотите внятный ответ прямым текстом - скрывают свои разработки только те, кому стыдно показать их миру.
Для того, чтобы делать хорошее что угодно, нужно во-первых смотреть как это делают коллеги, во-вторых, чтобы коллеги смотрели и критиковали. Это первая причина.
Вторая - в СССР чуть ли не на каждом заводе был свой метизный цех. В США если инженеру Боинга нужна гайка, он берет каталог и заказывает ведро гаек в специализированной фирме. В СССР он чертит чертеж и отдает в цех, чтобы выточили. Гайки от этого получаются чуточку хуже, потому что даже в гайке есть свои тонкости.
no subject
Date: 2015-12-02 08:14 pm (UTC)Но если вы будете выкладывать эти снимки, то сломаете им бизнес.
> Для того, чтобы делать хорошее что угодно, нужно во-первых смотреть как это делают коллеги, во-вторых, чтобы коллеги смотрели и критиковали. Это первая причина.
А разве другие конструкторы не знали, что Королёв делает?
> Вторая - в СССР чуть ли не на каждом заводе был свой метизный цех. В США если инженеру Боинга нужна гайка, он берет каталог и заказывает ведро гаек в специализированной фирме. В СССР он чертит чертеж и отдает в цех, чтобы выточили.
А если ему нужно что-то не стандартное, то как он обходится без метизного цеха? Гайка с ушками, с петелькой, и т. д. И начертить гайку - дело не хитрое. А сделать - значительно быстрее, чем ждать откуда-то посылку.
no subject
Date: 2015-11-30 04:46 pm (UTC)