Летим и садимся вместе с Falcon 9R

[lozga.livejournal.com]

В ночь на понедельник должен был состояться (перенесли на сутки) старт ракеты Falcon 9R, который будет особенным сразу в трех отношениях. Во-первых, должна стартовать новая версия ракеты-носителя (v. 1.2) с увеличенной тягой двигателей и большим количеством топлива на второй ступени. В-вторых, эта миссия является возобновлением полетов после летней аварии и полугодового перерыва. Ну и в-третьих, впервые для SpaceX и во всей истории космонавтики будет предпринята попытка мягкой посадки первой ступени на космодром старта. Для выполнения последней задачи первой ступени надо будет развернуться после отделения, затормозить, погасить горизонтальную скорость, еще раз развернуться для финального торможения, выйти в район посадки и совершить мягкую посадку. К счастью, благодаря замечательному сценарию для Orbiter мы можем посмотреть на этот процесс почти как непосредственные зрители.

Подготовка

Для виртуального полета вместе с ракетой Falcon нам потребуются:

• Сам Orbiter
. Симулятор официально доступен бесплатно.

• Аддон Falcon 9R


• Дополнение для пуска OG2

Порядок установки: сначала Orbiter, затем аддон Falcon 9R, затем дополнение OG2.
Сценарий не требует какого-либо пилотирования и хорошо подходит для знакомства с симулятором.

Немного теории

В момент разделения первой и второй ступеней Falcon 9 находится на высоте в районе 90 км и движется со скоростью под два километра в секунду. Для того, чтобы вернуться на старт, первой ступени необходимо погасить горизонтальную составляющую скорости и начать разгоняться в обратную сторону. Профиль полета хорошо иллюстрирует эта схема:


Это же фото в большом размере

Оранжевым отмечены участки работы двигателей, после разделения двигатели первой ступени будут включаться еще три раза. Сначала на трех двигателях ступень погасит горизонтальную скорость и разгонится в сторону космодрома. Затем, также на трех двигателях, ступень притормозит, падая с 90 до 50 км, потому что ракета имеет очень небольшую площадь поперечного сечения и плохо тормозится набегающим потоком. Также на этом участке, наверняка, будет произведено более точное прицеливание в море около точки посадки (на случай отказа двигателя на финальном этапе). Затем, при третьем включении уже только одного двигателя, ракета сойдет с безопасной траектории и произведет посадку на основную или четыре запасных площадки. Между местами старта и посадки всего 9 км.



Что любопытно, несмотря на то, что возврат на стартовую площадку еще ни разу не использовался в истории космонавтики, этот режим отрабатывался для Спейс Шаттла. В случае аварии в начале полета шаттл должен был перейти в режим RTLS Abort (Return To Launch Site - возвращение на место старта). Сразу после сброса твердотопливных ускорителей шаттл должен был развернуться, погасить скорость (в какой-то момент он бы оказался "висящим" с нулевой горизонтальной скоростью, что очень нервировало астронавтов, несмотря на понимание физики процесса), разогнаться в обратную сторону и совершить посадку на аэродром мыса Канаверал. Этот режим ни разу не пришлось использовать, но он был полноценно рассчитан, проверен, запрограммирован, и астронавты были на него натренированы.

Полетели!

Вернемся к Falcon 9. Нам нужен сценарий OG2 Launch.



Запускаем



Все очень красиво, но ночью посадка будет менее зрелищной. Поэтому немного схитрим. У всех будет 01:25 UTC, а у нас уже утро. Можно промотать время вперед с помощью ускорения времени по T и вернуть нормальную скорость времени по R, но лучше поступить изящнее - по Ctrl-F4 открываем редактор сценариев и перематываем время на 15 часов UTC.



Вот так гораздо лучше:



Нажимаем кнопку V, и ракета отправляется в полет. По F2 переключаемся на камеру около ракеты:



Приближаемся к скорости звука. Автор сценария не поленился изобразить эффект Прандтля-Глоерта за головным обтекателем (дымка от конденсирующегося водяного пара в местах с пониженным давлением воздуха около летательного аппарата):



Высота 90 км, скорость 1,8 км/с. Точные данные в циклограмме полета пока неизвестны, но эти примерные значения близки к истине - баллистику и законы физики никто не отменял. Отделение первой ступени:



Нажав F3, переключаемся на первую ступень:



Она активно разворачивается на газовых двигателях ориентации на торможение:



По клавише F1 можно переключиться в режим кокпита, там вовсю работает автоматика.



Обратите внимание, у пустой ступени запас топлива позволяет изменить скорость еще на целых 2,8 км/с. Это топливо могло пойти на разгон всей ракеты, и несложный расчет по формуле Циолковского показывает, что в баках остается еще примерно 30 тонн топлива. Такого количества хватило бы, чтобы придать второй ступени дополнительные примерно 500 м/с. Это много, и одноразовая ступень имела бы более высокую грузоподъемность. Увы, такова плата за многоразовость.

Тем временем, ступень развернулась и начала тормозить. Что любопытно, из-за достаточно заметной вертикальной компоненты скорости ступень, скорее всего, действительно будет тормозить "носом вниз", а не как на картинке выше.





Первый этап торможения закончен. Горючего осталось всего на 1,5 км/с. Высота 180 км, ступень разворачивается двигателями вниз на второй этап торможения.





На высоте 50 км тормозимся с 1,6 км/с до 1 км/с. Аэродинамические рули раскрыты и работают. Запаса характеристической скорости (delta-V) осталось на 1 км/с.



Еще одно включение двигателя, которого не было на циклограмме, скорость погасили до 200 м/с.



Высота 2 км, раскрываются посадочные опоры.



Финальное включение двигателя:



И идеальная посадка. Конечно же, посадка в симуляторе проще реальной. Автомат даже умудрился сэкономить 200 м/с. Кстати, в случае успешной посадки эту первую ступень не будут использовать повторно, а отправят на изучение на стендах SpaceX. Дорога к повторно используемым ступеням не является прямой и легкой, например, серьезные проблемы могут возникнуть с сажей от сгорающего в двигателе и газогенераторе керосина.



Переключаемся на вторую ступень - а она еще выходит на орбиту:



По окончании выведения сбрасываем вторую ступень кнопкой J:



И красиво раскидываем спутники по космосу из диспенсера. В реальности этот процесс будет происходить с гораздо большими паузами.



Старт в понедельник перенесли на сутки, значит можно спокойно разобраться в Orbiter, как он будет производиться. Ну и пожелаем удачи команде SpaceX!

Материалы по симулятору Orbiter по тегу Orbiter.

Comments

[sam-buddy.livejournal.com]

Вот мы и до этого дожили. Уже не за горами рентабельные многоразовые космические корабли.

[fiberline.livejournal.com]

Илон Маск уже давно спасает свои ракеты, в то время как Роскосмос летает на старых "Союзах"! (с)

[jjcooler.livejournal.com]

Ну насчет рентабольности там пока вопрос открыт. Шаттлы тоже когда то предполагалось за $50 млн\пуск в космос отправлять чуть ли не ежемесячно, в реальности оказалось совсем иначе.

Но Маск молодец, что не боится экспериментов там, где до него никто этим не занимался.

[lozga.livejournal.com]

Шаттлы были, уже вымерли в том числе и из-за стоимости.

[cat-miaow.livejournal.com]

Ну наконец на землю приземляться будут.
Интересно, они изначально планировали использовать только платформу в море а потом поменяли подход, или платформа в море была этапом подготовки к нормальному возвращению на космодром?

[paskin.livejournal.com]

Планировали садиться на сушу. С платформой вроде бы хотели доказать чиновникам что все безопасно - но планка оказалась слишком высока - то чуть-чуть площади платформы не хватило, то из-за погодных условий она в море выйти не могла. Сейчас скорее всего как-то договорились, тем более что отклонение ракет от заданной точки было не критичным.

[beobahter.livejournal.com]

Я думаю, что посадка в море требует меньше горючего за счет того, что не надо разворачиваться назад. Кстати, было бы интересно посчитать этой программкой сколько надо, чтобы сесть на платформу в море, и сравнить с посадкой на суше.

[lozga.livejournal.com]

Если верить старому ролику с полностью многоразовым комплексом Falcon-Dragon, то на сушу.

[yckazantip.livejournal.com]

Дай Бог, что бы все удалось

[claclu.livejournal.com]

Геплохо тебя вставило - пойти что ли на взлет посмотреть)))

[lazy-flyer.livejournal.com]

Прелестное шоу под названием "дайте ещё немного денег...". :)))

[isinda-bubuev.livejournal.com]

чет не фтыкаю, ет ракета настока не траспортабельная, шо приходится исполнять ету "петлю Примакова",
вместо пролета по енерции до какой-нить дружественной Кубы и возврата Авто/Мор/ЖД транспортом?

[kiwibird.livejournal.com]

Такой же вопрос возник.

[jjcooler.livejournal.com]

В воду ее сажать нельзя, значит надо за много тысяч км от старта держать в океане баржу и все что нужно для посадки, видимо дорого.

[roquefort-tln.livejournal.com]

дык как бы там от мыса канаверел в сторону полета ничего дружественного в море не наблюдается - соббссно почему он и используется для стартов

[lion-lexx.livejournal.com]

еще на калькуляторе помню была подобная игра... шагнуло... )

[humanelement.livejournal.com]

"посадка на луну"

это, кстати, единственная игра на калькуляторе, что я знаю

[mormyshka.livejournal.com]

Понравилась фраза: "по окончании выведения сбрасываем вторую ступень кнопкой J".

[lozga.livejournal.com]

"И все сам, своими руками..." :)

[equidamoid.livejournal.com]

Йехх, хорошая штука этот орбитер. Прям ностальгия.
Жалко, не запустить его нынче.

[lozga.livejournal.com]

Почему? Насколько я слышал, он везде идет, даже на Линуксе.

[sovsemveteran.livejournal.com]

Какой бы "мягкой" ни была посадка, но повторно использовать двигатель, который ткнулся соплами в землю, платформу, воду - риск и объём работ ещё тот!

[jjcooler.livejournal.com]

В землю и платформу при нормальной процедуре посадки ничего не тычется, что, естественно, не отменяет переборки и ревизии всех ответственных узлов.

[apocalypsejrnl.livejournal.com]

У них же с баржей ни разу не получилось мягкой посадки, как им разрешили на землю сажать, эта ж хрень может рухнуть где угодно.

[jjcooler.livejournal.com]

Там система аварийного подрыва есть, на случай, если что то пойдет не так. Зона посадки зависит еще и от орбиты, на которую выводят полезную нагрузку. В данном случае Фалькон выводит спутники, а не грузовик для МКС, поэтому в последнем случае процедура посадки какбы вторична, главное, вывести Драгона, получится при этом спасти первую ступень, хорошо, нет, так нет.

[faleevv.livejournal.com]

Вспомнилось...
Была такая игра на куркуляторе, "Посадка на Луну" называлась...

[beobahter.livejournal.com]

Не на калькуляторе, а на VAX-е

[nero-schwarz.livejournal.com]

интересно, сколько километров она уходит по горизонтали от места старта?
и сколько можно сэкономить топлива, если не лететь обратно, а сажать там, куда сама по инерции долетит?

[lozga.livejournal.com]

Посмотрите по прошлым пускам, где баржу ставили. Так, навскику, не помню точно.

[zilm.livejournal.com]

Не понял, 90км, отделение второй ступени, потом 180км. Это она ещё 90км вверх летит? По картинке гораздо меньше :)

[lozga.livejournal.com]

А что вы хотите? Инерция. И да, схема в начале не очень верная.

[de-alex.livejournal.com]

Всё прошло успешно, на space.com выложили соответствующий ролик (http://www.space.com/31441-spacex-launches-lands-deploys-11-birds-highlights-video.html).
Чёрт, это великолепно. Лучше, чем "Марсианин", и "Гравитация" вместе взятые.

Спасибо Вам за псто =)
Утащил текст к себе, надеюсь вы не против.

[lozga.livejournal.com]

Репостите на здоровье :)

[bigphils.livejournal.com]

У вас ничего не написано про включение двигателей осадки топлива. Не затруднит показать, где они на ракете. Я не нашёл.

[lozga.livejournal.com]

Интересный вопрос. Похоже что отдельных двигателей нет и осадка топлива обеспечивается, например, процессом запуска двигателя.