April 22nd, 2015

la

Танцы со швабрами

Несколько дней назад в очередной раз наебнулся носитель Фалькон компании SpaceX в попытке достичь его "многоразовости" и посадить в целости на плавучую платформу.

Я уже писал что очень скептически отношусь к этому направлению космичесой индустрии. Я закончил Факультет Аэрофизики и Космических исследований МФТИ, но вовсе не считаю себя знатоком ракетной техники - уже более 25 лет я не имею к этому никакого отношения. И всё же берусь утверждать то что я написал выше.

Проблема не в том что у Фалькона плохие двигатели - они там очень современные и качественные. Дело совсем в другом. Мягкая посадка на платформу - это проблема не столько двигателей, сколько контроля, чувствительности к небольшим флуктуациям, колебательных мод и т.п.. Для обывателя такие мелочи могут вызывать зевоту, по сравнению с возбуждающим фонтаном реактивной струи. Но именно эти скучные инженерные и математические проблемы, скорее всего, и станут камнем преткновения для настоящей многоразовости Фалькона.

Вот тут есть видео приземления нoсителя и анализ его траектории. Многие комментаторы восторженно утверждали что приземление "почти удалось", ракета даже несколько секунд вроде бы стояла почти прямо - по сравнению с предыдущей попыткой, когда она рухнула на палубу баржи под косым углом.

На самом деле уже за 6-7 секунд до приземления очевидно что у ракеты нет шансов. Из анализа в ссылке выше видно что в последние секунды полёта угол оси ракеты к вертикали меняется в диапазоне 10-12 градусов. Это ОЧЕНЬ много. Для устойчивой посадки ей, по-видимому, нужно махимум наклона менее 1 градуса. Но дело не только в наклоне. Фактически ей нужен очень узкий диапазон отклонений по 6 координатам (пространственным и угловым) и 6 скоростям. По вертикали ей нужно достичь почти нулевой скорости (менее примерно 2 м/сек) в координате z=0 в диапазоне около одного метра. По координатам x, y диапазон побольше - пусть даже несколко десятков метров на стационарной площадке, но скорости должны быть не более десятков сантиметров в секунду. Угловые диапазоны и скорости - требования, пожалуй, ещё более жёсткие. Это ещё осложняется тем что ракета - не идеально твёрдое тело. Почти пустая ракета, с небольшими остатками топлива и поддутая как воздушный шарик в форме длиннющей сигары, неизбежно имеет поперечные моды колебаний с частотой в считанные герцы - и это ещё сильнее осложняет контроль. Даже идеально приземлившаяся ракета по всем 12 твёрдотельным координатам и скоростям может потерять устойчивость из-за колебательных мод. То что ракета несколько секунд "почти стояла" на барже мало что доказывает - в основно это следствие её огромного размера, чтобы упасть плашмя ей требуется значительное время.

Для контроля этих 12 твердотельных компонент и собственных автоколебаний у ракеты немного контролирующих поверхностей и осей. Главный из них - маршевый двигатель контроль по которому неустойчив в ляпуновском смысле, и к тому же с очень маленьким плечом и огромной чувствительностью плеча к углу наклона. Ещё есть слабые направляющие двигатели в верхней части, гидравлические рули и т.д. Но всего этого будет недостаточно для очень точного контроля за доли секунды в момент приземления.

Этот пост не ставит задачи численного анализа. Но интитивно в мягкую посадку Фалькона я не верю. Не ислючено что среди многих попыток случится чудо и один раз ракета всё же сядет на землю не кувыркнувшись набок. Это позволит Маску доить НАСА, инвесторов и обычную публику ещё несколко лет. Но дааже это невероятно
далеко от экономически оправданного многоразового использования носителя.