Поредното кацане на първата степен на ракетата носител Falcon 9 изглежда вече рутинно. Като че ли SpaceX на Мъск с флотилията си от ракети-носители за многократна употреба ще се превърне в монополист в космическите услуги, изхвърляйки от пазара всички конкуренти.
Всъщност това е илюзия, а защо - обяснява блогърът Филип Терехов на страницата си в Live Journal.
Трите завърнали се първи степени са само началото на един дълъг път. А някъде във вътрешните документи на SpaceX има оценки, които показват икономическата ефективност на ракетите за многократна употреба. В тези изчисления под всякаква форма със сигурност има три параметъра. Те, в зависимост от стойностите си, може да направят ракетите за многократна употреба изгодни, а може би и неизгодни. Но тази оценка може да се направи само в резултат на дългогодишна експлоатация. Кои са тези параметри?
Стойността за подготовката на степента за повторен полет
След поредното успешно кацане на първата степен вълната от лайкове в социалните мрежи вече стихна и започна трудната работа на инженерите. Може ли да се постави първата степен отново за старт като само се зареди с гориво и да се изстреля? Не, не може. Дори за самолетите има набор от проверки, които трябва да бъдат изпълнени с различна периодичност. A космонавтиката е все още далече от опита на търговската авиация. SpaceX не се говори подробно за обслужването след полета, така че трябва да се използва единствения набор от налични материали за системи за многократна употреба - историята на кораба Space Shuttle.
Всеки път совалката се чака на пистата от керван специални автомобили.
Съставът на конвоя влизат не само кран камиони, подемникр, генератор и климатик. Тъй като совалката използва взривоопасния водород и токсичния хидразин, в списъка на специалните машини е голям вентилатор и автомобил с персонал с костюми за химическа защита. Совалката се изтегля на буксир в Orbiter Processing Facility - хангара за техническо обслужване.
В хангара се извършват следните дейности:
- Продухване на двигателя от натрупаната влага.
- Почистване товарното отделение.
- Дренаж на водорода и кислорода от горивните клетки и запълване с инертни газове.
- Дренаж на газовете с високо налягане от животоподдържащата система.
- Очистване на водата и тоалетните.
- Инспекция и поддръжка на термичната защита.
- Заключване основните двигатели и монтаж на предпазни капаци.
- Монтаж на стълби за достъп на персонала.
- Сваляне и транспортиране за поддръжка на основните двигатели.
- Сваляне и транспортиране за поддръжка на маневрените двигатели (ако е необходимо).
- Работа по ъпгрейд и модификация на апарата (ако е необходимо).
Излиза, че зад думата "поддръжка" се крие много повече, отколкото изглежда на пръв поглед. Наистина за първата степен на Falcon 9 няма да се налага да чистят тоалетните, но някои операции по поддръжката на двигателите, хидравлика, електрическите системи и опорите за кацане трябва да се направят. А историята на совалката е поучителна, защото са мислили, че обслужването между два полета ще изглежда така:
Но реалността се оказа такава:
Вместо сравнително просто обслужване в стила на търговската авиация, подготовката на совалката за нов полет трае около 100 дни.
Подобна грешка е направена и с финансовата оценка за разходите по поддръжката на совалките. В края на епохата на совалките те стават по-скъпи от МКС за бюджета на НАСА, разходите за совалката наближават три милиарда долара за финансовата година при 3-5 полета, което увеличала разходите за един полет от официално обявените 450 милиона до почти един милиард. Общата стойност на проекта се оказа занижена три и половина пъти - вместо 54 милиарда долара стана около 209 милиарда.
От SpaceX вече споменаха някакви цифри - един милион долара за гориво и три милиона на обслужване между полетите, което трябва да доведе до икономия от 30% . Но не трябва да забравяме, че в момента те могат да правят дъмпинг, за да заемат по-голям пазарен дял. И само практиката ще покаже дали тези цифри са верни.
Колко пъти ще е "многократното използване"
Следващият въпрос е колко старта може да издържи първата степен? Съвременните ракети работят на ръба на издържливост на материалите. В резервоарите горивото е под свръхналягане, за да се подава към двигателя без прекъсване, двигателите са подложени на огромни температури и налягане, а цялата ракета вибрира от работата на двигателите, турбопомпите и движението на горивото по тръбопроводите. Това определено не минава без следи за ракетата.
Умората на метала е процесът на натрупване на деформации под влиянието на променливи натоварвания. Въпреки че първата степен на ракетата работи обикновено между 50 и 500 секунди, двигателите изпитват повреди от умора заради високата температура и вибрациите.
Пълзене на метала - бавна деформация под влияние на постоянно натоварване, също заради високата температура, която намалява якостта, и налягането в двигателя.
Износване. Някои компоненти на двигателя, като например лагерите на турбопомпите, просто се износват от натоварването.
Примери за повреди на двигателя
За 135 полета са били използвани 46 двигателя. За всяка от 135-те мисии трябват по 3 двигателя, тогава 46-те двигатели се оказва, че средно един двигател е използван 8,8 пъти. Много е интересно разпределението на двигателите по мисии, което може да се види тук.
Абсолютният рекорд за брой на полетите е само 19. И този двигател е специално проектиран и тества за многократна употреба от 50 мисии. Като да не забравяме, че между 19-те мисии е имало не малко работа по поддръжката - налагало се е да се разглобява двигателя след всеки полет поради проблеми с разрушаването на перките на турбината.
Много интересно е как авторите на един документ от 1996 г., анализиращ опита от използването на двигателите SSME и методика за подобряване на условията на тяхната експлоатация, показвайки връзката на мощността на двигателя и живота му:
Единият вариант за удължаване на живота на двигателя е да се намали тягата. И това е очевидно - по-малко стрес, по-малко износване.
А сега да видим каква е ситуацията с двигателите Merlin на Мъск. По неговите думи ще има 40 или 50 цикъла за използване. Ракетните двигатели не са като компютрите, в тях прогресът е много по-малък, и може да се каже, че 50 цикъла без разглобяване на двигателя е просто невъзможно. Възможно е разглобяването да се наложи след всяка мисия, или поне в някои случаи ще се нуждае от ремонт и подмяна на дефектирали компоненти. Това означава допълнително време и пари за всеки един от 9-те двигатели на първата степен.
Не трябва да забравяме, че кислородо-керосиновите двигатели физически са по-малко приспособени за повторно използване, защото за разлика от кислородо-водородните (двигателят SSME на совалката), при тях в турбопомпите и горивната камера се натрупват сажди, което ще създаде допълнителни проблеми.
И най-накрая, черешката на тортата - параметрите на двигателя Merlin се увеличават с времето, предвижда се да започват да работят с по-голяма тяга. Това сериозно да намали живота на двигателя. И независимо от възможността на ракетата носител да компенсира аварията на един от двигателите, много е възможно да зачестят авариите заради отказ на двигателя.
Процентът на загубите
Фактът, че ракетата Falcon 9 е безпилотна, добавя още един параметър, който отсъства при совалката. SpaceX предвижда определен процент загуби на първите степени, които няма да се върнат, например, поради лоши метеорологични условия на мястото на кацане. Ситуацията се усложнява от факта, че SpaceX няма да се откаже от кацането на плаваща платформа през следващите години. В Кейп Канаверал и Ванденберг, където вече има стартови комплекси на SpaceX, ракетата може да се стартира само към морето. A новият космодрум в Тексас също е построен на брега на морето и на теория кацането на сушата е възможно само ако се изстрелва на полярна орбита (посока север), и то, ако няма населени места по протежение на пътя.
Космодрумите на SpaceX са показвани в червено.
Засега не бива да се цитират статистически данни за успешните кацания на плаваща платформа, защото технологията се разработва в момента, но за всички е очевидно, че тя е много лоша. Но от тази година може да се следи и да се направи преценка колко от кацанията са успешни и какви са причините за неуспехите.
Изводите
Наистина точната стойност на параметрите, споменати по-горе, ще станат извесни само след като се натрупа опит в многократната употреба на първата стетпен, която досега никога не е летяла отново. Също така, всичко това се отнася е за ракетата на Безос New Shepard. Само там задачата е по-лесна - само един двигател, за горивото - водород - е по-подходящо за мисии с многократна употреба. И не е изненадващо, че Безос изпревари Мъск - една и съща ракета вече летя три пъти.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Последни коментари