دع مائة صاروخ قابل لإعادة الاستخدام تتفتح

في عام 2013 ، عندما كان المسك على وشك إعادة استخدام المرحلة الأولى ، قمت بعمل منشور مع حساب وتقديرات التكاليف الجماعية لطرق الهبوط المختلفة. الآن بعد أن لم تعد الخطوات القابلة لإعادة الاستخدام تفاجئ أي شخص ، من المثير للاهتمام أن ننظر إلى الخيارات التي يتم تطويرها والتي يتم تطويرها.


هبوط الكتل الجانبية Falcon Heavy ، الصورة SpaceX

المحركات

في الوظيفة الأولية ، تم احتساب الحد الأدنى من إمدادات الوقود الممكنة على أساس كبح نهائي بسرعة محدودة بسبب مقاومة الهواء. في الواقع ، فرامل المرحلة Falcon 9 تصل إلى ثلاث مرات - الدمج الأول يجلبها إلى مسار الهبوط ، في المرة الثانية التي يتم فيها تشغيل المحركات لتقليل الحمل الحراري ويتم إجراء الدمج الثالث فقط للهبوط. البيانات الدقيقة مباشرة من SpaceX ليست متاحة لنا ، ولكن هناك محاكاة مهمة من flightclub.io . دعونا نحاول المقارنة.

أنتجت الحسابات في عام 2013 ما لا يقل عن 2 طن من الوقود للفرملة من سرعة هبوط مجانية تبلغ 260 م / ث. في أول هبوط ناجح في 8 أبريل 2016 في مهمة SES-8 ، تعطي محاكاة نادي الطيران سرعة في اللحظة التي تم فيها تشغيل المحرك على 288 م / ث (خمنت بالصدفة ، ولكن يجب ألا يكون ترتيب الأرقام مختلفًا) ، ولكن تم إنفاق المزيد من الوقود ، 6 أطنان - والصاروخ لمدة ثلاث سنوات أصبحت أثقل ، وفي المحاكاة يعتقد أنه نتيجة لذلك ، سيبقى حوالي 5 أطنان من الوقود في المرحلة.



لكن هذا ، بشكل عام ، ليس له أهمية خاصة ، لأنه قبل الإدراج الأول في الخطوات ، يبلغ الاحتياطي حوالي 50 طنًا ، وهو أكثر من ضعف الوزن الجاف للخطوة.



بالنسبة لمهمة ذات خطوة إلى الوراء إلى موقع الهبوط بالقرب من البداية ، فإن الإمداد ، بالطبع ، اتضح أنه كبير ، ولكن ليس في بعض الأحيان - الكبح لاستهداف مركب يستهلك وقودًا أكثر بكثير مما قد يبدو. في أول مهمة للعودة إلى الإطلاق ، Orbcomm OG2-2 (ديسمبر 2015) ، يقدر احتياطي وقود محاكاة نادي الطيران بـ 61 طنًا.



بالنسبة للأحمال الثقيلة ، يمكن أن تبدأ الخطوة بدايتين فقط ، ويتم وضع البارجة على طول مسار الرحلة. على سبيل المثال ، في مهمة Starlink 3 الأخيرة ، كان من المفترض أن يكون إمداد الوقود حوالي 24 طنًا ، وهو ما يعادل كتلة المرحلة الجافة (من المفترض 26.3 طنًا).

المظلات

مثل أي حل هندسي ، المظلات لها مزايا وعيوب. من ناحية ، فهي رائعة لإبطاء السقوط ويمكن أن تقلل السرعة إلى بضعة أمتار في الثانية. ولكن بالنسبة لهبوط سهل للغاية ، تبدأ المنطقة المطلوبة في النمو بشكل غير منطقي - هناك حاجة إلى بعض الحلول الإضافية. ومع الهبوط الدقيق حتى في القباب التي تسيطر عليها هناك مشاكل. تلتقط SpaceX عروض الرأس من قبل السفينة ، في حين أن ليونة الهبوط مضمونة بشبكة ضخمة ، ولكن حتى الآن غالبًا ما يخطئ Fairings الهدف. هبطت معززات مكوك الفضاء الجانبية على المظلات - كان تصميمها أكثر إحكامًا من الخطوات مع المحركات السائلة ، وهبط الهبوط على الماء الضربة. كان من المفترض أن تعزز المظلة الجانبية لمركبة الإطلاق Energia ،وكان من المفترض أن يتم تخفيف التأثير على السطح من خلال محركات الهبوط والمحامل الماصة بامتصاص الصدمات ، ولكن في الممارسة لم يتمكنوا من التحقق من هذا المفهوم. صاروخ SARGE تحت المداري من Exos Aerospace يعمل على القفز بالمظلات ، والذي بسبب وزنه الخفيف وقوته الهيكلية ، يمكن أن يتحمل الصدمات على الأرض.

يمكنك تقييم صلابة الهبوط عن طريق الفيديو من جانب الصاروخ ، الخطوات الكبيرة بالتأكيد لن تصمد أمام هذا.

https://youtu.be/64cWvxnaG0M

أجنحة

لم تظهر الخطوات المجنحة في المعدن حتى الآن. تم إغلاق مشروع Adeline لـ Ariane 6 الأوروبي ، على الرغم من أنهم تمكنوا من اختبار نموذج واسع النطاق. على أساس بايكال الروسي ، العمل جار في مشروع Krylo-SV ، في 2017-2018 ، تم تنفيذ العمل كجزء من المشروع السابق ، ومن المتوقع أن يكون المتظاهرون التكنولوجيون في موعد لا يتجاوز 2021.


كاملة الحجم "Wing-SV" ومظاهرة أصغر

الالتقاط الجوي

في الواقع ، يسمح لك اعتراض الهواء بإدراك مزايا المظلات دون مساوئها. تلتقط الهليكوبتر المرحلة الهابطة بالمظلة وتسمح لك بالهبوط بلطف في المكان الصحيح. من الناحية النظرية ، يجب أن يتطلب هذا الخيار حدًا أدنى من الكتلة الإضافية على الصاروخ - ولا توجد حاجة حتى لدعم الهبوط. وإنه لمن دواعي السرور الشديد أنهم لم ينسوا هذه الفكرة وسيحاولون تنفيذها.

Rocket Lab ، الذي لا يخطط في البداية لإعادة استخدام المرحلة الأولى ، غير رأيه في خريف عام 2019. في نهاية عام 2019 وبداية عام 2020 ، في عمليات الإطلاق الحقيقية ، تم فحص تشغيل المعدات الجديدة ، مما وفر نزولًا مسيطرًا عليه للمرحلة. وفي الأسبوع الماضي ، أجريت اختبارات ناجحة لالتقاط طائرة هليكوبتر نموذجية. يمكن بالفعل محاولة اللحاق بخطوة حقيقية في نهاية عام 2020.



يقوم United Launch Alliance بتطوير مفهوم لتخصيص قسم الذيل لمركبة الإطلاق Vulcan القادمة. ستبدأ رحلتها الأولى في موعد لا يتجاوز 2021 ، ومن غير المعروف ما إذا كانت ستصبح قابلة لإعادة الاستخدام على الفور أم أنها ستقدم لاحقًا.

استنتاج

تم تأكيد التقييم الذي تم تقديمه في عام 2013 بأن الهبوط على المحركات سيكون أحد أثقل الصواريخ. لكن هذا لا يتداخل مع العملية الناجحة للطريقة - اليوم لا يوجد ببساطة العديد من المتنافسين في نفس فئة الوزن ويسعون جاهدين لاشتقاق الحمولة القصوى للصواريخ ، حيث يمكن أن تعطي طريقة الهبوط في المرحلة الأولى الأكثر فعالية من حيث الكتلة ميزة ملحوظة. كلما تم تنفيذ أنظمة مختلفة قابلة لإعادة الاستخدام ، يمكن الإجابة على المزيد من الأسئلة من خلال الخبرة المكتسبة. ربما بحلول النصف الثاني من القرن سيكون هناك حلول مثالية ستصبح المعيار.