Илон Маск вызывает уважение своим упорством, с которым он идет к намеченной цели.
Старт состоялся, "Старшип" до орбиты (и даже просто до запланированного места в океане) не добрался, но зато получена масса информации, необходимой для последующих успешных запусков.
Помимо уважения, действия Илона маска вызывают и некоторое удивление - а именно то, какие решения он применяет и почему их так упорно отстаивает.
Посмотрите на вот эту схему
"Старшип" из ряда РН явно выделяется. Двумя внешними особенностями:
- цилиндрическая форма ступеней постоянного диаметра
- "крылышки" на носовой и хвостовой части второй ступени. "Крылышки" весьма значительные по площади.
Все это - её величество АЭРОДИНАМИКА.
Более того - это аэродинамика сверхзвуковых скоростей.
Аэродинамики я немного касался в серии статей:
Так вот - оба указанных фактора - и цилиндрическая форма и "крылышки" в носовой части сдвигают центр давления и фокус вперед. В сравнении со всеми остальными РН.
По мере выработки топлива в первой ступени центр масс смещается назад - топливо из баков вырабатывается "сверху-вниз".
Все вместе делает схему ракеты неустойчивой - любой случайное возмущение, как от атмосферы (турбулентность) так и от работы двигательной установки, дает угол атаки (угол между осью РН и набегающим потоком), который в свою очередь дает аэродинамическую силу, приложенную к носовой части ракеты. Ракета пытается "опрокинутся".
Вспомните стрелу с оперением. Основная масса впереди, оперение - в хвостовой части. Здесь - наоборот.
Есть система управления, определенного быстродействия, которая эти случайные возмущения компенсирует. Но ее возможности ограничены, а если часть двигателей отказала, скорость (АД силы) выросла, ЦМ "уполз" назад - и этих возможностей может не хватить.
Вполне возможно, что если бы не "крылышки"
то "Старшип" улетел бы гораздо дальше и выше.
Но Илон Маск с завидным упорством держится за "многоразовость" - а именно для этого и нужны указанные "крылышки" - и даже на испытательных полетах не желает этим поступиться.
Может быть в этом есть определенный пиар - схема "Старшипа" давно представлена широкой публике, и неожиданный отказ от "крылышек" может плохо повлиять на имидж.
Про достигнутую высоту.
На этом испытательном запуске (20 апреля 2023 г) "Старшип" (на самом деле это "Супер Хеви" - первая ступень, и собственно сам корабль "Старшип" - вторая ступень) достиг сравнительно небольшой высоты 38 км на четвертой минуте полета.
Многие задаются вопросом - почему так мало?
Ответ простой - гравитационные потери.
Часть двигателей отказало на старте, часть - в полете.
Тяги хватило, что бы оторваться и начать подъем, но недостаточно для штатного набора скорости и высоты.
Работающие двигатели во многом "в пустую" сжигали топливо, набирая "по чайной ложке" скорость и высоту.
О влиянии стартового ускорения на гравитационные потери на канале есть серия статей
Протон (первая ступень) против бокового ускорителя МТКК Спейс Шаттл?
а так же серия статей про
Для того, что бы меньшим количеством двигателей сжечь то же количество топлива, нужно увеличить время t
Это увеличивает потери.
Уменьшение ускорения в полете снижает достигнутую скорость (площадь под кривой), а меньшая скорость - меньшая достигнутая высота.
Про двигатели.
Вот это на самом деле весьма интересно.
На обеих ступенях "Старшип" установлены метановые "Раптор-2"
Тяга одного двигателя более 200 тс, давление в КС более 300 атм, полная газификация компонентов, два ТНА, дросселируемый - пожалуй, посложнее и подороже, чем РД-191, с его давлением в 260 атм.
Но ведь Илон Маск "проповедует" дешёвый вывод в космос.
Его "Фалкон", который начинался с "макаронного монстра" и в конце концов превратился в "рабочую лошадку" - переплюнув по количеству запусков все остальные РН.
И построен он на "Мерлине" - простеньком кислородно-керосиновом двигателе открытой схемы
С максимальной тягой, близкой к 100 тс и давлением в КС близким к 100 атм.
Вам это ничего не напоминает? Правильно - Н-1, предшественник или прототип F-1. С тягой около 90 тс (это про Н-1, а не F-1). Про F-1 было сказано, что это "Н-1 на стероидах".
Вот ведь как интересно. На простеньком "Мерлине" Илон Маск захватил большую часть рынка космических запусков, а дальнейшее развитие - по проторенному пути - столь замечательного двигателя - не стал реализовывать.
И не нужно увеличивать тягу в 7 раз, как это было при переходе от H-1 к F-1, - достаточно в 4 раза - до 400 тс, и даже в 3 раза - до 300 тс - это все равно было бы выгоднее "Раптора".
Меньший удельный импульс, особенно на первой ступени - можно было компенсировать дешевизной и тяговооруженностью двигателя - увеличив стартовую тяговооруженность и снизив гравитационные потери.
Этот момент я рассматривал в статье:
Тяговооруженность против удельного импульса?
Но Илон Маск, видимо, не ищет лёгких путей.
Или причина в чем то другом? Так сказать, "от греха подальше"?
Так начнешь увеличивать тягу и непонятно куда придёшь...